传感器检测技术的项目三力检测.ppt

晶片受力方向与电荷极性的关系 （ a ） x 轴方向受压（ b ） x 轴方向受拉（ c ） y 轴方向受压 （ d ） y 轴方向受拉 任务二 桥墩水下部位缺陷的检测 项目三 力检测 学习目标 ? 1 ．了解弹性敏感元件的特性和要求。 ? 2 ．了解几种常用测力称重传感器的特点、用途等。 ? 3 ．掌握电阻应变效应及半导体的压阻效应。 ? 4 ．掌握单臂、双臂和全桥测量电路的作用和异同 点。 ? 5 ．会连接电桥电路并进行测试。 ? 6 ．会对测试数据进行分析。 ? 7 ．能理解压电式传感器的工作原理及特点。 ? 8 ．能理解测力传感器与压电传感器的应用电路。 本章任务 ? 任务一 电子台秤的重量检测 ? 任务二 桥墩水下部位缺陷的检测 力敏传感器是使用 很广泛的一种传感器。 它是生产过程中自动化 检测的重要部件。它的 种类很多，有直接将力 变换为电量的如压电式、 压阻式等，有经弹性敏 感元件或其它敏感元件 变换后再转换成电量的 如电阻式、电容式和电 感式等。它主要用于两 个方面：测力和称重。 电子台秤工作演示 任务一 电子台秤的重量检测 （一）测力传感器的弹性敏感元件 一、弹簧管压力表的组成 ：弹簧管是弹性敏感元件，它能 感受压力并产生自身的弹性变形。当被测压力作用于弹簧 管时，弹簧管便产生相应的变形，通过机械传动机构，使 标尺指针偏移角度，从而得到压力的数值。 弹簧管压力表的组成框图 任务一 电子台秤的重量检测 dx dF x F K x ? ? ? ? ? ? lim 0 （一）测力传感器的弹性敏感元件 二、弹性敏感元件的基本概念 ：物体在外力作用下改变原 来尺寸或形状的现象称为变形。如果变形后的物体在外力 去除后又恢复原来形状的变形称为弹性变形。具有弹性变 形特性的物体称为弹性元件。 （ 1 ）刚度：弹性元件产生单位变形 所需的力。 （ 2 ）灵敏度：在单位力作用下弹性 元件产生的变形。 dF dx K S ? ? 1 任务一 电子台秤的重量检测 （一）测力传感器的弹性敏感元件 三、弹性敏感元件的基本要求及类型 ：刚度和灵敏度表示 了弹性元件的软硬程度。元件越硬，刚度越大，单位力作 用下变形越小，灵敏度越小。当刚度和灵敏度为常数时， 作用力 F 与变形 X 成线性关系，此种元件称为线性弹性元件。 （ 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）和良好的机械加工及热处理性能。 （ 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，材料的线膨胀系数小且稳定。 （ 4 ）抗氧化性和抗腐蚀性等化学性能良好。 弹性 敏感 元件 的基 本要 求 任务一 电子台秤的重量检测 （ 1 ）变换力（力矩）弹性元件：等截面柱 式、悬臂梁、圆环式和等截面薄板等。 （ 2 ）变换压力弹性元件：弹簧管、波纹管、 膜片（力、压力均可以变换）等。 弹 性 元 件 输 入 量 任务一 电子台秤的重量检测 （二）电阻应变式传感器 电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将 力学量转换为电信号的传感器。 工作原理： 1 、电阻应变效应： 导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形时， 其电阻值也发生相应变化的现象称为电阻应变效 应。 任务一 电子台秤的重量检测 （二）电阻应变式传感器 2 、工作原理： 电阻应变式传感器是通过弹性敏感元件将外部的 应力转换成应变ε，再根据电阻应变效应，由电阻应 变片将应变转换成电阻值的微小变化，通过测量电桥 转换成电压或电流的输出。 电阻应变式传感器原理框图 电阻应变片 测量电桥 U 或 i 弹性敏感元件 压力 P ε ΔR 任务一 电子台秤的重量检测 各种应变式电阻传感器的外形图 (a) 箔式压力； (b) 柱式； (c) 悬臂梁式； (d) 桥式； (e) 轮辐式； (f)S 型拉压式 （ d ） （ e ） （ f ） 任务一 电子台秤的重量检测 金属箔式压力传感器： 采用了