传感器及应用-模块三(一)力的测量

1、模块三（一） 力的测量课题力传感器的基本知识班级17春机电应到/实到人数/授课日期2018-9-25节次2/3/4节实操地点实304使用设备典型传感器特性综合实验仪实操目标1、了解力传感器的分类和特点。2、了解电阻应变式力传感器的工作原理。注意事项1、注意电阻应变式力的传感器不能测量动态力2、注意电阻应变式力的传感器灵敏度较低教学效果、学生成绩评价办法教学效果评价：学生对力传感器基本知识的掌握情况学生成绩评价：作业完成情况作业1、简述电阻应变式力传感器的工作原理？总结在工业自动化测量中，力的测量包括力和压力。这里力是指物体所受的拉力、推力、重力等。测量中所称的压力就是物理中的压强，是指垂直均匀

2、地作用于单位面积上的力。力和压力是自动化生产过程中的重要工艺参数。系主任签字教务处签字实操过程【课程导入】在港口码头、造船厂、矿山及建筑安装工地，广泛使用着各种各样的起重机械，如固定式起重机、可移动旋转起重机、悬臂梁式起重机、汽车起重机等都是常见的起重设备。为了提高生产效率，需要充分发挥起重设备的能力，最大限度地吊运货物，同时又要防止超载，因此需要严格监控吊运货物的质量。今天我们就一起来学习力的测量。【讲授新课】力的测量包括力的测量和压力的测量。一般情况下，力传感器主要用于两个方面：测力和称重。测量中所称的压力就是物理中的压强，是指垂直均匀地作用于单位面积上的力。 力和压力是自动化生产过程中的

3、重要工艺参数。电子秤、汽车衡、机床、桥梁监测都需要力传感器。化纤厂、化肥厂、炼油厂的压力储罐压力传感器提供控制依据。一、力传感器的基本知识力传感器根据制造原理不同可分为电阻应变式、电容式、振弦式、压电式等。在测量静态力（力的大小与方向不随时间变化而变化或随时间缓慢变化，称静态力）时，最常用的是电阻应变式力传感器。本课题重点学习应变式力传感器。应变式传感器还可用于压力、加速度等力学量的测量。应变式传感器广泛应用于化工、冶金、机械、交通及国防等许多部门。电阻应变式力传感器的核心是电阻应变片。为了测量金属棒在工作过程中所承受的力，将电阻应变片贴在金属棒上。金属棒受到外力后，产生应变，并传递给电阻应变

4、片，应变片敏感到应变后产生电阻变化，经测量电路转换成与外力成正比的电信号。实现了力的检测。 测量完成后，不会对被测物体造成任何影响，拆除也非常的容易。这种方法在汽车、建筑、桥梁工程、航天等各种领域中都用的到。 应变式传感器突出的优点是结构简单，价格便宜。与其它类型的力学传感器相比，具有测试范围宽、输出线性好、性能稳定、工作可靠并能在恶劣环境条件下工作的特点。二、电阻应变传感器工作原理导体或半导体材料在外力作用下伸长或缩短时，它的电阻值相应地发生变化，这一物理现象称为电阻应变效应。 将应变片贴在被测物体上，使其随着被测物的应变一起伸缩，这样应变片里面的金属材料就随着外界的应变伸长或缩短，其阻值也

5、相应地变化。应变片利用应变效应，通过测量电阻的变化而对应变进行测量。电阻应变片分为金属电阻应变片和半导体应变片两大类。在力传感器中大多数使用的是金属电阻应变片。将电阻丝排成栅网状，粘贴在厚度约为15-16m的绝缘基片上，电阻丝两端焊出引出线，最后用覆盖层进行保护，即成为应变片。使用时只要将应变片贴于被测物体上就可构成应变式传感器。一般金属应变片的电阻变化率为常数，应变片的阻值与应变成正比例关系。即 R应变片原电阻值，； R伸长或压缩所引起的电阻变化值，； K比例常数(应变片常数) 应变（应变分为拉伸和压缩两种，可用正负号加以区别：拉伸 正（）；压缩 负（）第 7 周 第 2 次 第 45课时模

6、块三（一） 力的测量课题电阻应变式力传感器的分类和贴取方向班级17春机电应到/实到人数/授课日期2018-9-25节次5/6节实操地点实304使用设备典型传感器特性综合实验仪实操目标1、了解电阻应变式力传感器的分类。2、掌握电阻应变式力传感器的贴取方向。注意事项1、注意电阻应变片的贴取方向2、注意电阻应变片按制作工艺不同的分类教学效果、学生成绩评价办法教学效果评价：学生对电阻应变片分类的掌握情况学生成绩评价：作业完成情况作业1、电阻应变片按制作工艺不同有哪几种分类？总结金属电阻应变片按结构形式可分为丝式、箔式和薄膜式三种。他们各有自己的特点，分别应用在不同的场合。系主任签字教务处签字实操过程【

7、课程导入】上一节课我们讲了电阻应变片的输入输出特性，本节课我们继续学些电阻应变片的分类和拉压特性。【讲授新课】一、电阻应变片的贴取方向在测量时，将应变片贴在不同的部位，它可以感受拉伸的力（拉力，正应变），也可以感受压缩的力（压力，负应变）。 例如圆柱形拉力传感器。R1、R2、R3、R4是四个完全相同的应变片，R1、R4竖粘，为轴向贴片，感受拉伸，正应变； R2、R3横粘，为径向贴片，感应压缩，负应变。二、电阻应变片的分类金属电阻应变片按结构形式可分为丝式、箔式和薄膜式三种。丝式：适用于测量要求不高的场合。箔式：箔式应变片可以根据需要制成任意形状，适合批量生产。薄膜式：薄膜式应变片的电阻丝长度可

8、以较长，应变电阻较大，适合批量生产。第 7 周 第 3 次 第 68课时模块三（一） 力的测量课题单臂电桥性能实验（1）班级17春机电应到/实到人数/授课日期2018-9-28节次2/3/4节实操地点实304使用设备典型传感器特性综合实验仪实操目标1、了解单臂电桥性能实验的原理。2、能正确理解单臂电桥的灵敏度特性。注意事项1、注意电桥四个电阻的平衡2、注意输出电压的特点教学效果、学生成绩评价办法教学效果评价：学生对单臂电桥性能实验原理掌握情况学生成绩评价：作业完成情况作业1、请画出单臂电桥的工作原理图？总结单臂电桥是在桥式电路中，更换一个桥臂的电阻为电阻应变片，通过阻值的改变影响电路电压的输出

9、，最终反应出力的大小。系主任签字教务处签字实操过程【课程导入】今天我们来共同学习单臂电桥的性能和工作原理，它是我们电路中最基本的测量方式。【讲授新课】一、单臂电桥的工作原理电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系为式中R/R为电阻丝电阻相对变化；k为应变系数；=l/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件。将四个金属应变片（R1、R2、R3、R4）分别贴在双杆式悬臂梁弹性体额上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随悬臂梁形变被拉伸或被压缩。通过这些应变片转换悬臂梁被测部位受力状态变化，可将应变片串联

10、或并联组成电桥。R5、R6、R7三个电阻相等，都等于固定阻值R，与应变片一起构成一个单臂电桥，输出电压为E为电桥电源电压；公式表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为第7周第4次第910课时模块三（一） 力的测量课题单臂电桥性能实验（2）班级17春机电应到/实到人数/授课日期2018-9-28节次5/6节实操地点实304使用设备典型传感器特性综合实验仪实操目标1、能正确连接单臂电桥性能实验图。2、能正确区分应变桥臂和固定桥臂。注意事项1、注意连接时电路+4/-4V的正负极性2、注意实验前要进行增益调节教学效果、学生成绩评价办法教学效果评价：学生单臂电桥实验过程的掌握情况学生成绩评价：实操完成情况

11、作业1、增益调节时需要注意哪些问题？总结通过单臂电桥的实际操作，熟悉单臂电桥实验的输入输出特性，对桥式电路测量微小电阻的变化有更深入了解。系主任签字教务处签字实操过程【课程导入】今天我们正式进入桥式电路的实验环节，本实验最重要的是增益的调节和线路的连接。【讲授新课】一、实验仪器双杆式悬臂梁应变传感器、V/F表、直流稳压电源（4V）、差动放大器、电压放大器、万用表（自备）二、实操内容与步骤1悬臂梁上的各个应变片已经分别接到面板左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350欧姆。2按图接好“差动放大器”和“电压放大器”部分，将差动放大器的输入端短接并与大地相连，电压放大器输出端接V/F表（选择V，200mV档），在、开启直流电源开关。将差动放大器的增益调节电位器与电压放大器的增益调节调至中间位置，调节调零电位器是V/F表显示为零。关闭直流电源开关。3.按图接好所有连线，将应变式传感器R1接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂电