传感器与检测技术的关键应用

1、第三章 力、扭矩和压力传感器 第一节 测力传感器 第二节 扭矩力传感器 第三节 压力传感器 传感器与检测技术的关键应用 第三章 力、扭矩和压力传感器 第一节 测力传感器 用于测量力的传感器多为电气式。电气式 测力传感器，根据转换方式不同又分为参 量型和发电型两种。 参量型测力传感器有电阻应变式、电容式、 电感式等。 发电型测力传感器有压电式、压磁式等。 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 1.电阻应变式测力传感器工作原理 v电阻应变式测力传感器是将力作用在弹性元电阻应变式测力传感器是将力作用在弹性元 件上，弹性元件在力作用下产生应变。件上，弹性元件在力作用

2、下产生应变。 v利用贴在弹性元件上的应变片将应变转换成利用贴在弹性元件上的应变片将应变转换成 电阻的变化。电阻的变化。 v利用电桥将电阻变化转换成电压利用电桥将电阻变化转换成电压(或电流或电流)的的 变化，再送人测量放大电路测量。变化，再送人测量放大电路测量。 v利用标定的电压利用标定的电压(或电流或电流)和力之间的对应关和力之间的对应关 系，可测出力的大小或经换算得到被测力。系，可测出力的大小或经换算得到被测力。 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 1.电阻应变式测力传感器工作原理 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器

3、 2. 弹性元件及计算公式 测力传感器的结构虽各式各样，但其弹性 元件的形式只有柱型、薄壁环型和梁型三 种。 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 2. 弹性元件及计算公式 柱型弹性元件 柱型弹性元件有圆柱形、圆筒形和方柱形 等几种。 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 2. 弹性元件及计算公式 柱型弹性元件 柱型弹性元件有圆柱形、圆筒形和方柱形 等几种。 v当力或荷重沿中心线对其作用时，受力后的当力或荷重沿中心线对其作用时，受力后的 应变值为应变值为 F SE 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应

4、变式测力传感器 2. 弹性元件及计算公式 薄壁环型弹性元件 传感器与检测技术的关键应用 第三章 力、扭矩和压力传感器 一、电阻应变式测力传感器 2. 弹性元件及计算公式 薄壁环型弹性元件 v圆环在拉力作用下，各断面所承受的弯矩为圆环在拉力作用下，各断面所承受的弯矩为 0 (0.3180.5cos )MFR 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 2. 弹性元件及计算公式 薄壁环型弹性元件 v最大弯矩在圆环最大弯矩在圆环A断面和断面和B断面处，其值为断面处，其值为 v两处的应变值分别为两处的应变值分别为 0 0.318 A MFR 0 0.182 B MFR 0

5、 2 1.908 A FR bh E 0 2 1.092 B FR bh E 0 2 1.908 A FR bh E 0 2 1.092 B FR bh E 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 2. 弹性元件及计算公式 梁型弹性元件 根据其支承情况，常用的有悬臂梁式和两 端固定梁式两种 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 2. 弹性元件及计算公式 梁型弹性元件 悬臂梁式，上下表悬臂梁式，上下表 面的应变值为面的应变值为 2 6Fl bh E 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 2.

6、 弹性元件及计算公式 梁型弹性元件 两端固定梁式，上下两端固定梁式，上下 表面的应变值为表面的应变值为 2 3 4 Fl bh E 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 2. 弹性元件及计算公式 柱型 薄壁环型 悬臂梁 两端固定梁式 F SE 0 2 1.908 A FR bh E 0 2 1.092 B FR bh E 2 6Fl bh E 2 3 4 Fl bh E 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 2. 弹性元件及计算公式 弹性元件的尺寸和材料确定后，弹性元件 在外力作用下所产生的应变与外力成正比 传感器与检测技

7、术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 3. 应变片 应变片是非电量电测中一种常见的转换元 件。由于应变片使用简便，测量精度高， 体积小，动态响应好，因而得到广泛应用。 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 3. 应变片 (1)工作原理 应变效应 当金属丝在外力作用下发生机械变形时， 其电阻值将发生变化，这种现象称为金属 的电阻应变效应。 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 3. 应变片 (1)工作原理 设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为的 金属丝，其电阻R为 S l R 传感器与检测技术的关键应

8、用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 3. 应变片 (1)工作原理 设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为的 金属丝，其电阻R为 S l R v两边取对数，得两边取对数，得lnlnlnlnRlS v等式两边取微分，得等式两边取微分，得 dRddldS RlS 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 3. 应变片 (1)工作原理 2 2 2 dSrdrdr Srr dRddldS RlS x y dl l dr r 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 3. 应变片 (1)工作原理 传感器与检测技术的关键应用 第一

9、节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 3. 应变片 (1)工作原理 dRddldS RlS dl l 2=-2 dSdr Sr 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 3. 应变片 (1)工作原理 为电阻丝电阻率的相对变化，根据压阻 效应可得 dRddldS RlS LL d E /d 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 3. 应变片 (1)工作原理 dRddldS RlS /(12 ) L dR RE 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 3. 应变片 传感器与检测技术的关键应用

10、第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 3. 应变片 基片基片 覆盖层覆盖层 金属丝金属丝 引线引线 (12 ) LE /(12 )dR RK 12K 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 3. 应变片 基片基片 覆盖层覆盖层 金属丝金属丝 引线引线 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 3. 应变片 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 3. 应变片 箔式应变片箔式应变片 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 3. 应变片 /(12 ) L d

11、R RE 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 3. 应变片 /(12 ) L dR RE /(12 )d / L dR RdE K L KE K半导体应变片的应变灵敏系数半导体应变片的应变灵敏系数 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 3. 应变片 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 3. 应变片 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 4.应变片的布置和接桥方式 31 0 1234 i RR UU RRRR 1423 1234 ()() i R R

12、R R U RRRR 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 4.应变片的布置和接桥方式 1423 0 1234 ()() i R RR R UU RRRR 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 4.应变片的布置和接桥方式 314231411 0 1123411234 14 1314 124 11234 113 () ()() ()() (1)(1) ii ii RR RR RR RRR UUU RRRRRRRRRR RR RRR R UU RRR RRRRR RRR 传感器与检测技术的关键应用 1 002 1 U 1 i

13、Rn UU R n 0 2 1 1 1 Vi Un SU R n R 第一节第一节 测力传感器测力传感器 传感器与检测技术的关键应用 0 )1( 1 0 4 2 n n n SV 第一节第一节 测力传感器测力传感器 传感器与检测技术的关键应用 1 0 1 1 1 11 1 4 1 2 i R UU R R R 第一节 测力传感器 1 0 1 1 4 i R UU R 1 4 Vi SU 14 13 0 124 113 (1)(1) i RR RR UU RRR RRR 1 02 1 U 1 i Rn U R n 2 1 Vi n SU n 传感器与检测技术的关键应用 非线性误差非线性误差 实际

14、的非线性特性曲线与理想的线性特性实际的非线性特性曲线与理想的线性特性 曲线的偏差称为曲线的偏差称为； 绝对非线性误差与理想的线性特性曲线绝对非线性误差与理想的线性特性曲线 的比称为的比称为，用，用r 表示。表示。 第一节 测力传感器 传感器与检测技术的关键应用 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 1 2 1 2 1 1 3 4 1 2 1 1 3 4 3 4 1 2 1 1 1 1 3 4 0 0 0 00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 )1)(1 ( )( )1 ()()(1 )( 1 R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R

15、R E R R R R R R R R R R E R R R R U U U UU r 传感器与检测技术的关键应用 1 1 12 11 1 R R r RR RR 第一节 测力传感器 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 传感器与检测技术的关键应用 311 0 112234 i RRR UU RRRRRR 1 0 1 1 2 i R UU R 432121 RRRRRR， 第一节第一节 测力传感器测力传感器 传感器与检测技术的关键应用 1 0 1 i R UU R 第一节 测力传感器 传感器与检测技术的关键应用 31 1234 1423 1234 SCSR ZZ UU ZZZZ Z

16、 ZZ Z ZZZZ 31 1423 24 Z Z Z Z ZZ Z Z ，或 第一节第一节 测力传感器测力传感器 传感器与检测技术的关键应用 1 1 1 4 SCSR Z UU Z 1 1 1 2 SCSR Z UU Z 1 1 SCSR Z UU Z 第一节 测力传感器 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 4.应变片的布置和接桥方式 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 4.应变片的布置和接桥方式 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 5.应变式测力传感器举例 传感器与检测技术的关

17、键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 5.应变式测力传感器举例 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 5.应变式测力传感器举例 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 一、电阻应变式测力传感器 5.应变式测力传感器举例 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 采用阻值R =120、灵敏度系数K =2.0的金属电阻 应变片与阻值R=120的固定电阻组成电桥，供桥 电压为10V。当应变片应变为1000时，若要使输 出电压大于10mV，则可采用何种工作方式（设输 出阻抗为无穷大）？ 传感器与检测技术的关键应用 第一节 测力传感器 采用阻值R =120、灵敏度系数K =2.0的金属电阻 应变片与阻值R=120的固定电阻组成电桥，供桥 电压为10V。当应变片应变为1000时，若要使输 出电压大于10mV，则可采用何种工作方式（设输 出阻抗为无穷大）？ 传感器与检测技术的关键应用 第