力矩扭矩和压力传感器.ppt

电阻应变仪中电桥的电阻、电容平衡调节。 河南省科委科研项目：“带传感装置骨外固定器” 4．轮辐式力传感器： 以上 F作用在轮毂顶部和轮圈底部，每根轮辐可等效为一端固定、另一端承受 力和 力矩作用的等截面梁。两端断面处产生的弯矩最大，应变片粘贴处的应变为： 3.1 测力传感器 标准产品 3.1 测力传感器 案例：骨应力测量 3.1 测力传感器 案例：桥梁固有频率测量 3.1 测力传感器 案例：电子秤 测量原理 将物品重量通过悬臂梁转化结构变形，再通过电阻应变片和测量电桥转化为电信号输出。 3.1 测力传感器 案例：冲床生产记数 和生产过程监测 3.1 测力传感器 案例：机器人握力测量 3.1 测力传感器 案例：振动式地音入侵探测器 适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打洞、爆破等破坏行为均可及时发现。 3.1 测力传感器 ３.２ 压电式力传感器 一、 压电效应 某些晶体材料受到外力作用时，不仅发生变形，而且内部被极化表面产生电荷；当外力去掉后，又回到原来状态，这种现象称为压电效应。 Fx 1. 石英晶体的压电效应 纵向压电效应 沿x轴方向作用Fx，在垂直x轴 平面产生电荷： 横向压电效应 沿y轴方向作用Fy，在垂直x轴 平面产生电荷： ３.２ 压电式力传感器 2. 压电陶瓷的压电效应 压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，在未进行极化处理时，不具有压电效应。经过极化处理后，其压电效应非常明显，具有很高的压电常数。 未极化 极化 极化后 ３.２ 压电式力传感器 二、 压电常数 单位应力所产生的电荷密度称为压电常数。电荷密度与施加的应力成正比，即 —— 垂直x、y、z轴平面产生的电荷密度； —— 沿x、y、z轴方向承受的正应力； —— 垂直x、y、z轴平面承受剪切应力。 ３.２ 压电式力传感器 对于石英晶体，压电常数矩阵为： ， ， ，独立常数只有d11和d14。 ３.２ 压电式力传感器 第三章 力、扭矩和压力传感器 本章学习要求： 1.掌握应变式力、压力和扭矩传感器的工作原理、熟悉其基本结构；掌握弹性元件所受力和应变的关系； 2.熟悉电桥的作用。掌握电桥平衡条件、等臂电桥输出电压与电桥工作方式的关系和应变片在弹性元件上的布置与组桥的关系； 3.掌握压磁效应的概念以及压磁式力、扭矩传感器的工作原理； 4.掌握电容式和光电式扭矩传感器的工作原理及基本结构； 5.掌握电容式、电感式、涡流式压力传感器的工作原理及测量压力的共同点； 6.掌握电阻应变式扭矩传感器中应变片在扭轴上的布置原则； 传感器与检测技术 第三章 力、扭矩和压力传感器 3.1 测力传感器 测力传感器多为电气式。分为参量型和发电型两种。 参量型有电阻应变式、电容式、电感式等； 发电式有压电式、压磁式等 一、 电阻应变效应(工作原理) 金属导体在外力作用下发生机械变形时，引起电阻值发生变化，这种现象称为电阻应变效应。 3.1.1 电阻应变式测力传感器 3.1 测力传感器 式中： —— 轴向相对变形(轴向应变)； —— 径向相对变形(径向应变，体积不变)； —— 电阻率相对变化。 3.1 测力传感器 电阻丝的灵敏系数： 对于金属电阻应变片，在外力作用下电阻率基本不变(不同于半导体应变片)： (由实验确定) 3.1 测力传感器 应变计 二、 金属电阻应变片 1-敏感栅；2-覆盖层；3-引线；4-基底 3.1 测力传感器 1. 应变片的测量原理 将应变片粘贴在弹性试件上，当试件受力变形时应变片产生电阻变化，从而得到弹性试件的应变，由 即可得到被测应力值。 2. 应变片的种类 应变片按照敏感栅形状和制造工艺，可分为：丝绕式、短接式、箔式、应变花及簿膜式等。 (a)短接式；(b)箔式；(c)用于扭矩测量；(d)用于流体压力测量 3.1 测力传感器 3. 应变片的材料 4. 应变片的粘贴工艺 粘贴工艺包括应变片的质量检查和阻值检查、试件表面处理、定位划线、粘贴应变片、干燥固化、引线焊接、固定以及防护与屏蔽处理等。 5. 应变片的工作特性及参数 1）灵敏系数 实验证明，S 恒小于S0 。原因：（1）试件与应变片之间的粘合剂传递变形失真；（2）应变片存在横向效应。 3.1 测力传感器 2）横向效应 园弧段除产生纵向拉应变