2模块二教案、重量检测

传感器与检测技术项目教程（ISBN978-7-111-48817-0）授课教案PAGEPAGE1模块二、重量检测授课教案课程名称：检测技术班级：性质：考试课授课人：课题：模块二、重量检测课时安排：3课次编号：2、3教材分析难点电桥的调零，温度补偿重点汽车衡的使用教学目的和要求1．了解应变片的类型、结构及其测量转换电路。2．掌握荷重传感器的计算。3．掌握汽车衡应用。采用教学方法和实施步骤讲授、课堂讨论、分析、实训教具：各种应变片、荷重传感器各教学环节和内容知识链接质量、重力与重量的基本概念1．重力提问：1.重力用什么字母表示？（字母W或F表示）；单位用什么表示？（N表示）。重力的方向是向哪儿？2.重力与质量之间的数值关系可以用什么公式表示？（W=mg）。项目一商用电子秤【项目教学目标】☞知识目标1）掌握应变计和直流电桥的工作原理。2）熟悉商用电子秤的工作原理。☞技能目标1）掌握应变计组桥及零位调整方法。2）熟悉电子秤的选型。任务一认识应变计演示：做一个实验。当用力拉电阻丝时，电阻丝的长度略有增加，直径略有减小，从而导致电阻值R变大。在我们这个实验中，电阻丝的阻值从初始状态的10.00Ω增大到10.05Ω，如图所示。电阻丝在拉力作用下阻值增大结论：导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为应变效应。提问：什么是纵向应变？（试材受力后所产生的长度相对变化量εx＝Δl/l）图2-4几种不同类型的电阻应变计a）金属丝式b）金属箔式c）金属箔式外形d）半导体应变计1－电阻丝2－金属箔3－半导体4－基片5－引脚6－定位标记7－金丝提问：1.应变片可分为哪两大类？（金属应变片及半导体应变片两大类）2.半导体应变片的灵敏度比金属应变片高还是低？（高几十倍）3.半导体应变片的的缺点是什么？（一致性差、温漂大、电阻与应变间非线性严重）4.半导体应变片使用时，最重要的是必须考虑什么问题？（温度补偿）表2-2几种应变计的主要技术指标参数名称电阻值/Ω灵敏度电阻温度系数/℃-1极限工作温度/℃最大工作电流/mAPZ-120型1201.9～2.12010-6-10～4020PJ-120型1201.9～2.12010-6-10～4020BX-200型2001.9～2.2－①-30～6025BA-120型1201.9～2.2－-30～20025BB-350型3501.9～2.2－-30～17025PB6-1K型1000(1±10%）145(1±5%)<0.4%<4015PB6-120型120(1±10%）120(1±5%)<0.2%<4020①可根据被粘贴材料的线膨胀系数进行自补偿加工，以下同。提问：表2-2中，哪几种型号属于半导体应变片？依据是什么？任务二应变计的粘贴（1）试件的表面处理；（2）确定贴片位置；（3）粘贴；（4）固化；（5）粘贴质量检查；（6）引线的焊接与防护。提问：粘贴应变片时，为什么要重视试件的表面处理？任务三惠斯通电桥组桥一、直流电桥提问：直流电桥有几个结点？（4个结点）结点接到哪儿？（一对结点接到激励电源，另一对结点作为电压输出端）二、电子秤的测量转换电路——不平衡直流电桥1．桥式测量转换电路的输出电压（2-3）（2-4）提问：应变电桥的桥路激励电压大概是伏特级还是毫伏级？图2-5应变计的桥式测量转换电路a）基本应变桥路b）桥路的并联调零原理c）桥路的串联调零原理2．应变电桥的三种工作方式提问：1.应变电桥的三种不同的工作方式分别是什么？（单臂半桥、双臂半桥、全桥）2.哪一种工作方式的灵敏度最高？哪一种最低？3.哪一种工作方式能实现温度自补偿的功能？为什么？3．桥路的零点输出调整提问：1.在图2-5b中，若R2=R3=R4，但R1略微偏大，应该将RP往左调还是往右调？为什么？2.在图2-5c中，若R2=R3=R4，但R1略微偏大，应该将Rz缩短还是增长？为什么？任务四商用电子秤的工作原理分析和选型一、商用电子秤的分类（1）按功能分类；（2）按用途分类；（3）按放置位置分类；（4）按准确度分类；（5）按信号传输方式分类；（6）按显示器分类；（7）按供电方式分类。二、商用电子秤的型号及含义图2-7商用电子秤型号的含义提问：某电子秤的规格为ACS-100-Ⅳ，是属于案秤还是台秤？最大称量值是多少千克？三、商用电子秤的主要性能指标1）最大称量；2）最小称量；3）安全载荷；4）允许最大绝对误差；5）最小感量例；6）分度数n（也称刻度间隔数）；7）检定分度值e；8）准确度9）预热时间；10）蠕变CREEP；11）最小静载荷输出恢复；12）迟滞；13）储存温度；14）使用环境温度；15）湿度。例如：某电子秤的秤量为6000g，最小刻度（最小感量）为0.5g，则准确度=0.5g/6000g=1/12000。提问：某一电子秤的规格为60kg×5g，则最小刻度或最小感量为多少克？例2-1某电子秤的规格为ACS-100-Ⅳ，10g（最小感量）起跳，求：该电子秤的分度数。解该电子秤为案秤，每10g为一个刻度或数显面板最低位代表的数值，即e=10g，最大称量为100kg，则分度数或刻度间隔数为：n=(100kg×1000)/10g=10五、案秤的组成提问：1.案秤主要由哪几部分组成？（秤盘或秤台、称重传感器和示值系统刻度盘或电子显示仪表三部分组成）2.电子秤电路由哪几部分组成？（应变桥路、放大器、A—D转换电路、微处理器电路、显示电路、键盘电路、通讯接口电路、稳压电源电路等组成）。图2-9力转换为应变的弹性敏感元件a）实心轴b）空心轴c）、d）等截面圆环e）、f）变形的圆环g）工字梁桥式h）等截面悬臂梁i）等强度悬臂梁j）双连孔剪梁提问：图2-9h、i中，悬臂梁受力后的上表面是受拉还是受压？而下表面呢？图2-10双连孔剪梁受力后的应变情况1－被测物2－托盘3－秤台4－固定螺栓5－双连孔剪梁6－限位器7－底座提问：1.图2-10中，为什么双连孔剪梁不是像悬臂梁那样绕固定螺栓作圆弧状向下弯曲，而是保持托盘的水平度向下位移？2.从图2-10中可以看出，双连孔剪梁受力后，上表面的R1是拉伸应变，而靠近受力点位置的R2产生压缩应变？与图2-9h、i中，悬臂梁受力后的应变有何不同？图2-11案秤的原理框图提问：1.图2-11中，微处理器是单指单片机吗？有哪几种芯片可以供选择？2.桥路电源用50V或0.5V可以吗？为什么？任务五案秤的温度补偿1．桥路自补偿法；2．弹性元件的弹性模量温度补偿图2-12电子秤的灵敏度温度补偿电路提问：1.为了实现温度自补偿，图2-12已经采用死逼全桥电路了，为什么还要采用热敏电阻来进行温度补充？2.当电子秤的应变梁所处的环境温度升高时，应变梁的弹性是变高还是变低？灵敏度是上升还是下降？此时与桥路串联的Rt应该是增大还是减小？为什么？3.为什么要将Rt一分为二呢？项目二汽车衡【项目教学目标】☞知识目标1）掌握荷重传感器的计算及选型。2）熟悉动态自动汽车衡系统的组成。☞技能目标1）掌握汽车衡的安装。2）熟悉汽车衡的检定。3）熟悉汽车衡的故障分析和排除。任务一荷重传感器的计算与选型一、有关荷重传感器的计算（2-5）提问：1.桥路的满量程输出电压Uom与激励源电压Ui有何关系？2.Ui可以是100V吗？为什么？3.Uo是什么数量级？（2-6）（2-7）例2-3用图2-13所示的等截面空心圆柱式荷重传感器称重，额定荷重Fm=10103kg，灵敏度KF为2mV/V，桥路电压Ｕi为1）在额定荷重时的输出电压Uom。2）若希望在额定荷重时得到5V的输出电压（接到A-D转换器），放大器的放大倍数应为多少倍？3）若要求能分辨1/3000的电压变化，放大后输出电压的漂移应小于多少毫伏？4）测得桥路的输出电压为8mV，求被测荷重为多少吨？5）当承载为10kg时，传感器的输出电压Uo(10kg)。解1）从图2-13所示的荷重传感器铭牌上得到：KF=2mV/V，根据式（2-7），在额定荷重时的输出电压Uom=KFUi=2mV/V×12V=24mV2）在额定荷重时要得到5V的输出电压，放大器的放大倍数A=5000mV/24mV=208.33）若传感器的分度数为3000，放大后输出电压的分辨力和输出电压的漂移要小于ΔUo=5000mV/3000=1.67mV4）测得桥路的输出电压为8mV，被测荷重5）当承载为10kg时，传感器的输出电压提问：根据以上计算可以得出什么结论？【荷重传感器参数填表训练】荷重传感器外形如图2-13所示，当地重力加速度为标准值，请填写下表。桥路电压Uo/V灵敏度KF/mVV-1满量程输出电压Uo/mV最大量程Fm/kN荷重F/kN荷重F/kg输出电压Uo/mV1240.10.01122112241.02241221001002421001024210040任务二汽车衡的分类与选型一、汽车衡的结构提问：1.汽车衡的英文缩写是什么？（SCS）2.汽车衡由哪几部分组成？（秤台、限位装置、称重传感器、接线盒、测量装置、显示器、计算机等组成）图2-16汽车衡的基本结构二、汽车衡的分类提问：汽车衡可分为哪几类？（地中衡和地上衡、静态式和动态式、模拟式、数字式、柱式、桥式、轮辐式、弯板式、全钢结构式和钢结构混凝土式、无基坑可移动式、浅基坑式、深基坑地中衡、便携式等、整车式、轴重式、无人值守式、有人值守自动汽车衡、非防爆型和本安型、重型高频次汽车衡、中型汽车衡、低频次汽车衡按准确度e分，从低到高，有50~200000e等）三、静态汽车衡的基本工作原理图2-216路数字化汽车衡原理框图图2-22数字式汽车衡系统结构提问：电子汽车衡的发展主要经历了三个阶段的变革，是先有“数字化汽车衡”还是先有“数字式汽车衡”？为什么？图2-23无人值守汽车衡系统示意图提问：1.如果汽车前轮进入无人值守汽车衡的秤台面，但不想让后轮进入，就停住了，这样的称量结果就偏小了，如何防止这种作弊方式呢？2.如果司机下车，汽车就减轻75kg，，如何防止这种作弊方式呢？3.如果空车的时候驾驶室坐了4个人，然后装载货物后，驾驶室只剩下1个人，如何防止这种作弊方式呢？4.如果黄梅天，无人值守的红外对射系统结雾，测不到汽车进入，要怎么办呢？图2-25弯板式动态轴重衡工作原理示意图a）弯板式动态轴重衡的内部结构b）弯板式轴重衡的输出特性1－钢框架2－紧固压块3－紧固螺栓4－钢底板5－受力高强度钢弯板6－应变计（共8片）7－汽车轮胎受力点（弯曲变形点）8－绝缘密封胶提问：汽车缓慢通过弯板式动态轴汽车衡与高速通过时，那种情况的称量数据偏小？为什么？五、汽车衡规格及主要技术指标汽车衡的型号规格表示方法如图2-27所示。图2-27汽车衡的型号规格表示方法提问：SCS-120-Ⅲ是什么意思？（注：Ⅲ级类同于C级）常规汽车衡的主要技术指标1）准确度等级：共6级。2）最大称量Max：10~200t。3）最小称量Min：5~50kg。4）传感器内码：10000~100000。5）分度数n：100~50000。6）检定分度值e：5~50kg。7）秤台宽度W：3~4m。8）秤台长度L：7~24m。9）承载器强度安全系数≥2。10）工作电源：AC220V（-15%~+10%），50Hz，或DC12V/24V蓄电池（-10%+20%）。11）工作环境：湿度≤85%RH，温度为-10~+40℃图2-28与载荷有关的一些重要概念之间的关系提问：“最大静态载荷”、“最大静态载荷”及“最大极限载荷”哪个数值最大？哪个最小？表2-6称量整车总重量的最大引用误差准确度等级动态汽车衡车辆的允许最大绝对误差首次检定使用中检验0.2级±0.1%±0.2%0.5级±0.25%±0.5%1级±0.5%±1.0%2级±1.0%±2.0%5级±2.5%±5.0%10级±5.0%±10.0%提问：1.同样量程的“0.2级”与“0.5级”的设备哪个较贵？2.“首次检定”与“使用中检定”，哪个要求较高（不容易通过）？表2-7称量单轴或轴组重量的汽车衡准确度等级与分度数的关系准确度等级A级B级C级D级分度数下限500005000500100分度数上限不限100000100001000表2-9汽车衡静态试验的允许最大绝对误差用检定分度值e表示的载荷m汽车衡的允许最大绝对误差ABCD首次检定使用中检验0≤m①≤500000≤m≤50000≤m≤5000≤m≤50±0.5e±1.0e50000<m≤2000005000<m≤20000500<m≤200050<m≤200±1.0e±2.0e200000<m20000<m≤1000002000<m≤10000200<m≤1000±1.5e±3.0e①用检定分度值e表示载荷m，以下同。提问：R60《称重传感器》国际建议将称量单轴或轴组重量的汽车衡准确度划分为6个等级：A级、B级、C级、D级、E级、F级，哪一级要求较高？表2-10SCS-6