自动检测技术课件7

《自动检测技术课件7》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动检测技术课件7（125页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第第2 2章章 电阻式传感器及其电阻式传感器及其信号调理信号调理 n电阻式传感器的基本原理是依据某种物理、化学或生物效应将某种非电量的变化转换成传感元件电阻值的变化，再经过转换电路将电阻值的变化变成电信号输出，从而完成非电量的电测量。n电阻式传感器的类型包括热电阻、应变片、热敏电阻、湿敏电阻、光敏电阻、气敏电阻等。目目 录录 2.1 2.1 电阻应变片电阻应变片 2.2 2.2 其它电阻式传感器其它电阻式传感器2.3 2.3 电阻式传感器的信号调理电阻式传感器的信号调理n2.1 电阻应变片n2.1.1 电阻应变片的工作原理应变效应n电阻应变片基于金属材料的应变效应。因形变而使其阻值发生变化的现

2、象称为电阻应变效应。n对于横截面均匀的导体(或半导体)，其电阻为n n两边进行微分运算，求得其电阻相对变化 ALRdAdAldlRdR应变原理演示应变原理演示 2llRAr图图2-1 2-1 导体受拉伸后的参数变化导体受拉伸后的参数变化n轴向线应变或纵向线应变n n面应变n n负号表示面应变与线应变成正比，但是变化方向相反。 ldll22rdAdrAr rdrldlrdr/n实验证明，体应变 n金属材料 n综合得0)21 ()21 ()21 (KcllRR)21 (/AdAldlVdV)21 ( cVdVcdn2.1.2 电阻应变片的结构、种类n1 电阻应变片的结构n电阻应变片的结构如图所示，

3、由敏感栅(金属丝或箔)、基底、覆盖层、粘合剂、引出线等组成。图图2-2 2-2 金属电阻应变片的结构金属电阻应变片的结构 n2 电阻应变片的种类n按敏感栅的结构形式，金属电阻应变片可分为丝式、箔式、薄膜式等。图图2-3 2-3 金属应变片的结构形式金属应变片的结构形式 金属丝式应变片的结金属丝式应变片的结构构箔式应变片的外形箔式应变片的外形n2.1.3 电阻应变片的主要特性n1 灵敏系数n灵敏系数为应变片的电阻相对变化与试件主应力方向的应变之比。n电阻应变片的灵敏系数与单纯的电阻丝的灵敏系数是不相同的,原因：(1) 试件的形变是通过剪力传到敏感栅上的。(2) 栅丝沿长度方向承受纵向应变时，应变

4、片弯角部分承受横向应变，其截面积变大，则应变片直线部分电阻增加时，弯角部分的电阻值减少，也使应变片的灵敏度下降。n2 横向效应n横向效应：沿应变片轴向的应变 必然引起应变片电阻的相对变化，而沿垂直于应变片轴向的横向应变 也会引起其电阻的相对变化。n3 机械滞后，零漂及蠕变n应变片安装在试件上以后，通过实验，在一定的温度下，在零到某一指定应变之间的应变范围内，作出应变片电阻相对变化与试件机械应变之间加载和卸载的特性曲线，二者并不重合，这种现象称为应变片的机械滞后。n产生机械滞后的原因，主要是金属丝、粘结剂和基底在承受机械应变后都留有残余变形。xyn零漂：已粘贴的应变片，在温度保持恒定、试件上没有

5、应变的情况下，应变片的指示应变会随时间的增长而逐渐变化，此变化就是应变片的零点漂移。n蠕变：已粘贴的应变片，在温度保持恒定时，承受某一恒定机械应变长时间的作用，应变片的指示应变会随时间而变化。n在应变片工作时，零漂和蠕变是同时存在的。在蠕变值中包含着同一时间内的零漂值，这两项指标都是用来衡量应变片特性对时间的稳定性，在长时间测量时其意义突出。n4 温度效应n环境温度变化时，会引起粘贴到试件上的电阻应变片阻值的变化。从电信号方面看，似乎发生了应变，即产生了虚假应变，这种现象称为温度效应。n温度改变引起电阻变化的主要因素有二：其一是应变片电阻丝的温度系数；其二是电阻丝材料与试件材料的线膨胀系数不同

6、。n5 应变极限n指当温度一定时，指示应变和真实应变的相对差值不超过一定数值时的最大真实应变数值。一般规定此差值为10，即指示应变数值为真实应变的90时的真实应变值称为应变片的极限。n6 电阻应变片的动态响应特性n动态应变是以应变波的形式在试件中传播的，它的传播速度V与声波相同。图图2-4 2-4 应变波应变波 n2.1.4 电阻应变片的粘贴技术n应变片的粘贴步骤如下：n(1) 应变片的检查与选择。n(2) 试件的表面处理。n(3) 底层处理。n(4) 贴片。n(5) 固化。n(6) 粘贴质量检查。n(7) 引线焊接与组桥连线。 应变片的粘贴：应变片的粘贴： 1. 去污：采用手持砂去污：采用手

7、持砂轮工具除去构件表面的轮工具除去构件表面的油污、漆、锈斑等，并油污、漆、锈斑等，并用细纱布交叉打磨出细用细纱布交叉打磨出细纹以增加粘贴力纹以增加粘贴力 ，用浸，用浸有酒精或丙酮的纱布片有酒精或丙酮的纱布片或脱脂棉球擦洗。或脱脂棉球擦洗。 2.2.贴片：在应贴片：在应变片的表面和处理变片的表面和处理过的粘贴表面上，过的粘贴表面上，各涂一层均匀的粘各涂一层均匀的粘贴胶贴胶 ，用镊子将应，用镊子将应变片放上去，并调变片放上去，并调好位置，然后盖上好位置，然后盖上塑料薄膜，用手指塑料薄膜，用手指揉和滚压，排出下揉和滚压，排出下面的气泡面的气泡 。 3.测量测量 ：从分开的端子从分开的端子处，预先用万

8、处，预先用万用表测量应变用表测量应变片的电阻，发片的电阻，发现端子折断和现端子折断和坏的应变片。坏的应变片。 4.焊接：焊接： 将引线和端子用将引线和端子用烙铁焊接起来，注意烙铁焊接起来，注意不要把端子扯断。不要把端子扯断。 5.固定：固定： 焊焊接后用胶布将引接后用胶布将引线和被测对象固线和被测对象固定在一起，防止定在一起，防止损坏引线和应变损坏引线和应变片。片。 n2.1.5 电阻应变片的典型应用举例n电阻应变片主要有以下两种应用方式：n1) 被测量为应变n2) 被测量为除应变外的其他非电量n力可以通过实心轴、空心轴、悬臂梁、双端固支梁等结构型式的敏感器转换为应变。n如图2-5所示为实心轴

9、，通过材料力学知识的推导，可得轴向应变和径向应变分别为 AEFlAEFr图图2-5 2-5 实心轴力敏感器实心轴力敏感器 图2-6所示为采用实心轴力敏感器的电阻应变式力传感器，是通过将应变片粘贴到受力的实心轴力敏感器上而构成的。 图图2-6 2-6 应变式力传感器示意图应变式力传感器示意图 【例2-1】 一个=2.1（应变灵敏度系数）的350应变片被粘贴到铝支柱（E=73GPa）上。支柱的外径为50mm，内径为47.5mm。试计算当支柱承受1000kg负荷时电阻的变化。 00/F ARRKRKE应变式力传感器应变式力传感器 S型力传感器型力传感器 FFFF各种悬臂梁各种悬臂梁 各种悬臂梁各种悬

10、臂梁 FF固定点固定点固定点固定点电缆应变片在悬臂梁上的粘贴及变形应变片在悬臂梁上的粘贴及变形 应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置FR1R2 R4应变式荷重传感器外形及受力位置（续）应变式荷重传感器外形及受力位置（续）FF应变式荷重传感器外形及受力位置（续）应变式荷重传感器外形及受力位置（续）FF荷重传感器原理演示荷重传感器原理演示 贴在荷贴在荷重传感器表重传感器表面的应变片面的应变片在向下力的在向下力的作用下产生作用下产生变形。变形。轴向轴向变短变短，径向径向变长变长。汽车衡汽车衡测量测量装货量装货量或或判断超载判断超载荷重传感器用于构件的称荷重

11、传感器用于构件的称重重 荷重传感器荷重传感器（共（共 3个，个，120度分布，以达度分布，以达到均衡目的，另两个未拍到均衡目的，另两个未拍出）出）底座底座垫块垫块电缆电缆电子秤电子秤 磅秤磅秤超市打印秤超市打印秤远距离远距离显示显示电子天平电子天平电子天平的精度电子天平的精度可达十万分之一可达十万分之一电子秤中的各类弹性元件电子秤中的各类弹性元件 应变式数显扭矩扳手应变式数显扭矩扳手 数显扳手可用于汽车、摩托车、飞机、内数显扳手可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺栓的装配扭矩。量程紧固螺栓的装配扭矩。量程2500Nm