传感器原理及应用-第2章editbyLibraChow2017.ppt

* * * 如图：当布料的张力达到一定程度时砝码7运动到一定程度，由此改变了改变了滑轮的角位移，通过角位移传感器将角位移（非电量）转化为电阻值的变化，而通过转换电路改变了电量的输出，从而通过伺服电动机，控制卷取轮（11）的转速，得以控制布料的张力。 * * * * * * BLR—1型拉力传感器 基于柱（筒）式结构的力传感器 （1）等截面梁 2、悬臂梁式力传感器 （3）其他形式梁 （2）等强度梁 双弯曲梁 固定梁 §2.4 应变式传感器的应用 因为应变片的应变大小与力作用的距离有关，所以应变片应贴在距固定端较近的表面，顺梁的方向贴上下各贴两只。 四个应变片组成全桥，上面两个受压时下面两个受拉。保证对臂同极性、邻臂反极性连接。 这种传感器适用于中等荷重，测量500Kg以下荷重。 （1）等截面梁 悬臂梁的横截面积处处相等。 §2.4 应变式传感器的应用 当力作用在自由端时，梁任何位置上距作用点应力相等，应变片的应变大小为： 为梁的长度，当力作用在自由端时，梁表面产生的应变相等。对应变片粘贴位置要求不严，使用更为方便。 （2）等强度梁 悬臂梁长度方向的截面积按一定规律变化，当力作用在自由端时，梁内各断面产生的应力相等，表面上的应变也相等。 §2.4 应变式传感器的应用 各种形式的应变梁应用于不同场合 §2.4 应变式传感器的应用 各种平行双孔梁 各种形式的应变梁，双孔梁多用于盘秤 §2.4 应变式传感器的应用 各种形式的应变梁，S梁、工字梁多用于吊秤。 S 型 拉 力 梁 弯曲环式 §2.4 应变式传感器的应用 轮辐式传感器结构主要由五个部分组成：轮轱、轮圈、 轮辐条、受拉和受压应变片； 通过测量轮辐条对角线方向(450)的线应变测力。 8个应变片分别粘贴在四个轮辐条的正反两面组成全桥。 侧视 俯视 3、轮辐式测力传感器（剪切力） §2.4 应变式传感器的应用 膜片式传感器的弹性敏感元件是一个圆形的金属膜片，应变片粘贴在膜片上。金属元件的膜片周边被固定。 当膜片一面受压力P作用时，膜片上有径向应变εr和切向应变εt 。 式中： r —— 膜片半径 h —— 膜片厚度 E —— 膜片弹性模量 μ—— 膜片泊松比 x —— 任意点离圆心距离 R1 R2 0.58 R3 R4 P 应变值分别为： 三、膜片式压力传感器（气体压力） §2.4 应变式传感器的应用 膜片中心处，x = 0 ， εr与 εt 都达到正的最大值， 这时切向应变和径向应变为： 膜片边缘处 x = r , 切向应变εt = 0 , 径向应变εr 达到负的最大值。 径向应变εr = 0 处的位置？ 在距圆心 的圆环附近。 R1 R2 0.58 R3 R4 §2.4 应变式传感器的应用 根据应力分布粘贴四个应变片，R2、R3粘贴在正的最大区域， R1、R4粘贴在负的最大区域， 即粘贴在 r = 0.58 的内外两侧。 R1、R4测量径向应变εr（负），R2、R3测量切向应变εt（正），四个应变片组成全桥，即可增大传感器的灵敏度又起到温度补偿作用。 传感器一般可测量105～106 Pa 的压力。 R1 R2 0.58 R3 R4 §2.4 应变式传感器的应用 基本结构：由悬臂梁、应变片、质量块、机座外壳组成。悬臂梁（等强度梁）自由端固定质量块，壳体内充满硅油，产生必要的阻尼。 四、应变式加速度传感器 壳体 机 座 a F R1 R2 m 充满硅油 基本原理：当壳体与被测物体一起作加速度运动时，悬臂梁在质量块的惯性作用下作反方向运动，使梁体发生形变，粘贴在梁上的应变片阻值发生变化。通过测量阻值的变化求出待测物体的加速度。 §2.4 应变式传感器的应用 应变片加速度传感器不适用于频率较高的振动和冲击场合， 一般适用频率为10~60Hz范围。 §2.4 应变式传感器的应用 半导体应变片又称为压阻式传感器。 基于半导体材料的压阻效应而制成的一种纯电阻性元件。 压阻效应： 半导体材料的电阻率随作用应力的变化而发生变化的现象。 半导体材料敏感条电阻率的相对变化值与其在轴向所受的应力之比为一常数。即 一、半导体的压阻效应 当半导体材料受轴向力作用时，电阻相对变化为 πl半导体材料的压阻系数。式中1+2μ项随几何形状而变化，πlE项为压阻效应，随电阻率而变化。 几何形状 压阻效应 §2.5 半导体压阻式传感器 实验证明