第2章力学量传感器及应用.ppt

第2章 力学量传感器及应用 第2章 力学量传感器及应用 知识目标\技能目标通过本课题的学习， 能正确给应变片选择相应的弹性敏感元件， 熟练掌握电阻应变片的粘贴工艺， 利用电阻应变片构成电桥电路；熟悉压电元件的连接方式， 了解压电式传感器的性能、特点， 能分析由压电传感器组成检测系统的工作原理，正确应用和维护压电传感器。  2.1 压力检测基础 2.1.1压力的定义 压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力，即物理学中常称的压强。   2.1.3 压力的计量单位压力是力和面积的导出量。 压力单位又称为帕斯卡或简称帕，符号为Pa。1Pa＝1N/m2。 工程上常用kPa(103Pa)和MPa(106Pa)表示。我国已规定帕斯卡为压力的法定单位。  2.2 弹性敏感元件1.物体在外力作用下改变原来尺寸或形状的现象称为变形; 2.若外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸或形状，这种变形称为弹性变形。 3.具有弹性变形特性的物体称为弹性元件。  1. 刚度 刚度是弹性敏感元件在外力作用下抵抗变形的能力 。 2. 灵敏度 灵敏度就是弹性敏感元件在单位力作用下产生变形的大小。它是刚度的倒数，即 3.弹性滞后实际的弹性元件在加、卸载的正、反行程中变形曲线是不重合的，这种现象称为弹性滞后现象，如图2-3所示。  2.2.2 弹性敏感元件的材料及基本要求 对弹性敏感元件的基本要求：①具有良好的机械特性（强度高、抗冲击、韧性好、疲劳强度高等）；②良好的弹性特性（弹性极限高、弹性滞后和弹性后效小等）；③弹性模量的温度系数小且稳定；④抗氧化性和抗腐蚀性等化学性能良好。 2.2.3 变换力的弹性敏感元件 所谓变换力的弹性敏感元件是指输入量为力F，输出量为应变或位移的弹性敏感元件。 常用的变换力的弹性敏感元件有实心轴、空心轴、等截面圆环、变截面圆环、悬臂梁、扭转轴等，如图所示。 2.1.4 变换压力的弹性敏感元件 1．弹簧管 （定性分析） 2.1.4 变换压力的弹性敏感元件 2．波纹管 2.2 、电位器传感器 电位器是一种常用的机电元件，广泛应用于各种电器和电子设备中。它是一种把机械的线位移或角位移输入量转换为与它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件，主要用于测量压力、高度、加速度等各种参数的测量 2.2.1、电位器的原理和基本结构 1．电位器的转换原理 电位器的电压转换原理如图所示，设电阻体长度为L，触点滑动位移量为x，两端输入电压为Ui，则滑动端输出电压为 角位移式电位器 对角位移式电位器来说，Uo与滑动臂的旋转角度成正比，即 2.2.2、电位器传感器负载特性 电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。 2.2.3 电位器传感器的应用实例 1．电位器式压力传感器 YCD—150型远程压力表原理图 电位器式压力传感器的工作原理 2.3、电阻应变式传感器 2.3.1、应变效应与应变片 电阻应变片是能将被测试件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件。它是基于电阻应变效应而制成的。 1.电阻应变效应 导体、半导体材料在外力作用下发生机械形变，导致其电阻值发生变化的物理现象称为电阻应变效应。 2.3 电阻应变式传感器一、工作原理应变片的工作原理 当金属丝受拉时，其长度伸长dl，横截面将相应减小dS，电阻率也将改变dρ，这些量的变化，必然引起金属丝电阻改变dR 根据材料力学原理，金属丝受拉时，沿轴向伸长，而沿径向缩短，二者之间应变的关系为 实验证明，在金属丝变形的弹性范围内，电阻的相对变化?R/R与应变是成正比 2.电阻应变片的结构与类型 ⑴应变片基本结构 电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。其中，敏感栅是应变片的核心部分，电阻丝排列成栅网状，故称为敏感栅。 将敏感栅粘贴在绝缘的基片上，两端焊接引出导线，其上再粘贴上保护用的覆盖层，即可构成电阻丝应变片。 ⑵、应变片类型 应变片主要有金属应变片和半导体应变片两类。金属片有丝式、箔式、薄膜式三种，其结构如图2-10所示。 3.应变片参数 ⑴标准电阻值（R0）120欧； ⑵绝缘电阻（RG）； ⑶灵敏度系数（K）； ⑷应变极限（ξmax）； ⑸允许电流（Ie）； ⑹机械滞后及零漂等 ； 2.3.3、电阻应变片的粘贴技术 4.应变片的粘贴技术 基本步骤如下。 ⑴应变片的检查 ⑵试件的表面处理 ⑶确定贴片位置 ⑷粘贴应变片 ⑸固化处理 ⑹粘贴质量检查 ⑺引出线的固定与保护 ⑻防潮防蚀处理 2．测量转换电路 机械应变一般在10 με～3?000 με之间，而应变灵敏度k值较小，因此电阻相对变化是很小的，用一般测量电阻的仪表是难直接测出来，必须用专门的电路来测