现代传感器应用技术

1、现代传感器应用技术学号200820410034选修课结课作业现代传感器应用技术学生姓名：郭凯学院：材料科学与工程系别：材料物理专业：材料物理班级：材料物理082010 年 11 月应变式加速度计 电阻式传感器是把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量 转换为电阻值变化的传感器。 它主要包括电阻应变式传感器、 电位器 式传感器和锰铜压阻传感器等。 电阻式传感器与相应的测量电路组成 的测力、测压、称重、测位移、加速度、扭矩等测量仪表是冶金、电 力、交通、石化、商业、生物医学和国防等部门进行自动称重、过程 检测和实现生产过程自动化不可缺少的工具之一。电阻式传感器的结构： 由电阻元件及电刷 （活动触

2、点 ）两个基本部 分组成。电刷相对于电阻元件的运动可以是直线运动、 转动和螺旋运 动，因而可以将直线位移或角位移转换为与其成一定函数关系的电阻 或电压输出。电阻应变式传感器中的电阻应变片具有金属的应变效 应，即在外力作用下产生机械形变， 从而使电阻值随之发生相应的变 化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、 箔式、薄膜式之分。常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、 应变式压力传感 器、应变式扭矩传感器、 应变式位移传感器、 应变式加速度传感器和 测温应变计等。电阻应变式传感器的优点是精度高，测量范围广 , 寿 命长, 结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小

3、型 化、整体化和品种多样化 等。它的缺点是对于大应变有较大的非线 性、输出信号较弱， 但可采取一定的补偿措施。 因此它广泛应用于自 动测试和控制技术中。应变式加速度计是电阻式传感器的一种。应变式加速度计根据电阻应变效应和振动系统惯性力的原理实 现信号的转换，对于电阻应变效应，这里不再详述。惯性式测振传感 器的原理：测量结构物某一点的 振动，往往很难找到一个相对不动 的基准点来安装仪器，因此就考虑设计这样一种仪器，其内部设置一 个“质量弹性系统”。测振时，把它固定在被测物上，使仪器 的外 壳与结构物仪器振动，直接测量的是质量块相对于外壳的振动。 应变 式加速度计是将电阻应变效应与系统惯性力原理良

4、好的组合，在实际的测试工作中具有很好 的应用性。具有结构简单、低频特性好等优 点，但灵敏度相对较低，适用量程为 1g2g，频率范围为OTOOHn 与动态应变仪配套使用。电阻应变式加速度传感器如下图1-质量块；2-应变粱；3-硅油阻尼液；4-应变片；5-温度补偿电 阻；6-绝缘套管；7-接线柱；8-电缆；9-压线板；10-壳体；11-保护 块其原理：由欧姆定律知，对于长为孑、截面积为上、电阻率为的导体， 其电阻R-p-A若、匸和门均发生变化，则其电阻也变化，对上式全微分，外护-务曲吟Q设半径为厂的圆导体，-=亠，代入上式，电阻的相对变化为dR _ dE 2dr dpR I r pdRT（1十2卩

5、十ZE）s式中占一一导体的纵向应变。其数值一般很小，常以微应变上归度量，1 心=10_6 三;材料泊桑比，一般金属 a=0.3-0.5 ;-压阻系数，与材质有关；E 材料的弹性模量。上式中，。十沁表示几何尺寸变化而引起电阻的相对变化量； 表示由于材料电阻率的变化而引起电阻的相对变化量。不同属性的导体，这两项所占的比例相差很大。若定义导体产生单位纵向应变 时，电阻值相对变化量为导体的灵敏度系数，则dR/凡=丄空=（1+ 2疗显然，Ss愈大，单位纵向应变引起的电阻值相对变化愈大，说明 应变片愈灵敏。可用不同的导体材料制成应变片，目前主要有金属电 阻应变片和半导体应变片两类。应变片的基本结构及测量原

6、理应变片的基本结构4.孟片 5、弓I出缚栅)应变一面值2 为1X1片SX22 长5bHi3X1 2m简O构Q 士口 0纟介醫OJWE 状电片电。高称；上的有？ .变omt排栅接-二亍丝一目.一使用应变片测量应变或应力时，将应变片牢固地粘贴在弹性试件 上，当试件受力变形时，应变片电阻变化 R。如果应用测量电路和 仪器测出R,根据式（2-6 ），可得弹性试件的应变值，而根据应 力-应变关系：(2-7) 可以得到被测应力值。其中E试件材料弹性模量，s 试件的应 力，e试件的应变。通过弹性敏感元件的作用，可以将应变片测应 变的应用扩展到能引起弹性元件产生应变的各种非电量的测量， 从而 构成各种电阻应变

7、式传感器。在这种传感器中，质量块支撑在弹性体上，弹性体上贴有应变片（如下图）。测量时，在质量块的惯性力作用下，弹性体产生应变，应 变片把应变变为电阻值的变化，最后通过测量电路输出正比于加速度 的电信号。弹性体做成空心圆柱形以增加传感器的固有振动频率和粘 贴应变片的表面积。另一种结构形式为悬臂梁式，弹性振梁的一端固 定于外壳，一端装有质量块。应变片贴在振梁固定端附近的上下表面 上。振梁振动时，应变片感受应变。应变片可在测量电路中接成差动 桥式电路。应变片加速度计也适用于单方向（静态）测量。用于振动 测量时,最高测量频率取决于固有振动频率和阻尼比，测量频率可达3500 赫。实例FS-SLC002系列拉压式负荷传感器一、产品概述单柱式拉压两用型负荷传感器。虽然型面高度较一般的传感器 高，但这种单柱式结构可以做到大量程， 传感器接线及安装较其他传 感器简单，由于采用非线性补偿技术使得传感器仍然满足高精度的要是10t以上大量程拉压两用型负荷传感器的最佳选择 主要特点拉压两用负荷传感器测量精度高，稳定性好10t以上大量程拉压传感器的最佳选择 主要技术指标量程：10t，20t，30t，50t