《机械工程测试技术》(三)-机本06.ppt

《机械工程测试技术》 张蔚波 山东建筑大学 机电工程学院 第三章、传感器及敏感元件 本章学习要求： 1.了解传感器的分类2.掌握常用传感器测量原理及应用 3.了解常用传感器测量电路 问题 1、如何寻找 2、如何选用 3、如何构建 3.1 概述 传感器定义 传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。 2. 传感器的构成 敏感器件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。 传感元件：感受敏感元件的输出，然后输出电学量 3. 传感器的分类 常见的被测物理量 机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度,旋转角,转数,质量,重量,力, 压力,真空度,力矩,风速,流速,流量; 声: 声压,噪声. 磁: 磁通,磁场. 温度: 温度,热量,比热. 光： 亮度，色彩 2)按传感器工作原理分类: 可分为电阻式、电容式、电感式、压电式、霍尔式、磁电式、光电式、热电偶等传感器。 优点：显示传感器的本质，便于理解、了解 3）按传感器输出信号的性质分类： 开关型传感器：输出为开关量 模拟型传感器：输出模拟量 数字型传感器：输出为脉冲或代码的。 4)按信号变换特征: 物性型和结构型 5)按敏感元件与被测对象之间的能量关系: 能量转换型和能量控制型 本章重点：常用的传感器工作原理及应用 问题 1、What is it 2、How does it work 3、How does it look like 4、Where use it 5、How to use it 3.3 （1）电阻式传感器 是把被测量转换为电阻变化的一种传感器, 按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式. 一、 变阻器式传感器 1、等效电路分析: xp-变阻器总长; x-电刷移动量. R-总电阻; Rx电刷电阻; 被测位移x与输出电压Uo的关系： Uo=(Ue / xp)*x 2、变阻器式传感器产品 案例1：重量的自动检测--配料设备 原理：重力-弹簧-位移-电位器-电阻变化 案例2：煤气包储量检测 原理： 钢丝-收线圈数-电位器-电阻 案例3：玩具机器人 遥控装置中的操纵杆 案例4：操纵杆 变阻器式操纵杆 二、电阻应变式传感器--应变片 工作原理： 基于金属导体的应变效应， 1、 工作原理 金属材料的电阻值： 金属材料，忽略导电率变化 金属应变片，灵敏度Sg值多在1.7～3.6之间，见表3－2 对于半导体材料，形变引起的电导率变化大 金属应变计 2、 应变片的主要参数 (1）几何参数：敏感栅尺寸、基底尺寸，制。 (2）电阻值：应变计的原始电阻值。 (3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。 课堂练习 3-4 有一电阻应变片，其灵敏度Sg=2， R=120?，设工作时其应变为1000??(103*10-6)， 问：?R=? 设将此应变片接成图中所示的电路，试求： 1）无应变时电流表示值； 2）有应变时电流表示值； 3）电流表示值相对变化量； 4）分析这个变量能否从表中读出？ ?R/R=Sg*?=0.002, ?R=0.002*120=0.24 ?, I=U/R=1.5/120=0.0125A=12.5mA, ?I=-I* (? R/R)=-12.5*0.002 =-0.025mA 3、应变片测量电路——电桥（§4－1 ） 由于电阻的变化率?R/R非常小， 需要电桥电路将这一变化输出。 直流电桥的输出电压 电桥平衡条件：R1R3=R2R4 对于单臂电桥令： R2 =R， R3 =R ， R4 =R ， R1 =R+dR 金属丝应变片： 电桥的接法 半桥单臂 半桥双臂 全桥 电桥的灵敏度 电阻应变片的选择、粘贴技术 2.用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一电桥中各应变片之间阻值相差不得大于0.5欧姆. 3.试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。 4.应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水， 轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。 5.焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。 6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应大于500M欧。 7.应变片保护：用704硅橡胶覆于应变片上，防止受潮。 电阻应变式传感器的应用：测力 案例：桥梁固有频率测量 案例：电子称 原理 将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。 案例：冲床生产记数和生产过程监测 案例：机器人握力测量 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。 扭矩传感器 End R1 单臂 R1 R2 F 半桥 R1 R2 F R3 R4 全桥 双臂电桥： 全桥 单臂电桥： 1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。 机