传感器-力和压力的检测

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1、项目三、力与压力的检测单元一电阻应变片测力任务一：认识电阻应变片及弹性敏感元件任务二：通过电子秤实验操作，了解应变片的应用知识巩固单元二压电传感器测力任务一：压电传感器测力应用训练知识巩固项目三、力与压力的检测[项目描述]力普遍存在于日常生活中。在科学研究和工农业生产中，力更是起着重要的作用。在生产过程中，压力检测与调节控制系统的应用非常广泛，例如锅炉蒸汽和水的压力监控；炼油厂减压蒸馏需要的低于大气的真空压力检测;在航空发动机试验研究中，为了研究发动机性能，必须测量过渡态的压力变化；电力系统中油路压力的测量和控制等。对压力监

2、控是保证工艺要求、生产设备和人身安全，实现经济运行所必须的。检测力的传感器主要有电阻应变式传感器、压电式传感器、电容式传感器、压阻式传感器、电感式传感器等，本项目主要介绍电阻应变式和压电式测力传感器。[技能要点]学会识别一般的电阻应变式传感器、压电式传感器，了解电阻应变式传感器和压电式传感器的基本结构和材料，通过实验掌握电阻应变式传感器的使用方法，掌握电阻应变式传感器测量电路的调试方法。[知识要点]了解电阻应变式传感器、压电式传感器的基本结构、材料，掌握直流电桥的平衡条件及电压灵敏度，熟悉电阻应变片的温度补偿方法。学习电阻应

3、变式、压电式传感器在相关领域的应用。单元一电阻应变片测力单元目标：通过本训练熟悉电阻应变片的结构和种类，掌握应变片测量力的工作原理，掌握直流电桥的工作原理和有关特性，熟悉电阻应变式传感器测量电路的工作调零和调节灵敏度的方法。任务一：认识应变片及弹性敏感元件电阻应变片（也称应变计或应变片）是电阻应变式传感器的核心元件，它是一种电阻传感器，主要由弹性敏感元件或试件、电阻应变片和测量转换电路组成。它是把应变转换为电阻变化，再用相应的测量电路将电阻转换成电压输出的传感器。利用电阻应变式传感器可以直接测量力，也可以间接测量位移、形变、

4、加速度等参数。常用的电阻应变片有电阻丝应变片和半导体应变片两种。一、应变效应电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械形变时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。由电工学可知，金属丝电阻R可用下式表示：式中ρ──电阻率，Ω·m；l──电阻丝长度，m；A──电阻丝截面积，m2。（3－1）当沿金属丝的长度方向施加均匀力时，上式中ρ、r、l都将发生变化，导致电阻值发生变化。即得到以下结论：金属丝受外力作用而伸长时，长度增加，而截面积减少，电阻值会增大；当金属丝受外力作用而压缩时，长度

5、减小，而截面增加，电阻值会减小。阻值变化通常较小。活动1:理解应变效应取一根细电阻丝，两端接上一台31/2位数字式欧姆表（分辨率为1/2000），记下其初始阻值（）。当我们用力将该电阻丝拉长时，会发现其阻值略有增加为（）。测量应力、应变、力的传感器就是利用类似的原理制作的。实验证明，电阻应变片的电阻应变εR=∆R/R与电阻应变片的纵向应变εx的关系在很大范围内是线性的，即（3－2）式中∆R/R──电阻应变片的电阻应变；K──电阻丝的灵敏度。式（3-2）中的εR代表了被测件在应变片的应变。严格来讲，由于试件与应变片之间存在

6、蠕变等影响，所以应变片与试件这两者的应变是有差异的，但差异并不很大，工程上允许忽略，但却存在一大弱点，就是灵敏度低,一般为2.0～3.6。图3-1电阻应变片的结构简图电阻应变片的典型结构如图3-1所示，由敏感栅、基底、覆盖层和引线等部分组成。二、电阻应变片的结构、材料电阻应变片的典型结构如图3-1所示，由敏感栅、基底、覆盖层和引线等部分组成。无论哪种形式的金属应变片，对敏感栅的金属材料都有以下基本要求：1.灵敏系数要大，且在所测应变范围内保持不变；2.ρ要大而稳定，以便于缩短敏感栅长度；3.抗氧化、耐腐蚀性好，具有良好的焊接

7、性能；4.电阻温度系数要小；5.机械强度高，具有优良的机械加工性能。三、电阻应变片的分类按电阻应变片敏感栅材料不同，可分为金属应变片和半导体应变片两大类。如图3-2为几种不同类型的电阻应变片。图3-2电阻丝应变片结构形式.（a)丝式应变片；(b)箔式应变片；(c)半导体应变片1—基底；2—应变丝或半导体；3—引出线；4—焊接电极；5—外引线四、电阻应变片的测量电路（一）直流电桥平衡条件当RL→∞时，电桥输出电压为（二）电压灵敏度R1为电阻应变片，R2、R3、R4为电桥固定电阻，这就构成了单臂电桥。(3-5)n=1时，为最大值

8、当电源电压E和电阻相对变化量一定时，电桥的输出电压也是定值，与各桥臂电阻阻值大小无关。(3-6)(3-7)（三）非线性误差及其补偿方法图3-4差动电桥(a)半桥;(b)全桥2、如图3-4(b)所示，全桥差动电路1、如图3－4（a)半桥电桥输出电压为(3-10)(3-9)（3-8）（四）电阻