NO5项目五力和压力检测系统《传感器与检测技术》教案

《NO5项目五力和压力检测系统《传感器与检测技术》教案》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、教学目标j知识目标：熟悉电阻应变片式传感器的使用，了解力检测的一般原理和使用条件，掌握力传感器的一般i分类、原理和使用方法，i能力目标：认识电阻应变片传感器及其检测适应性!素质目标：I教学重点压阻式传感器的检测原理和检测方法教学难点压阻式传感器的检测原理教学手段理实一体实物讲解小组讨论、协作教学学时7教学内容与教学过程设计•11注释项目五力和压力检测系统K理论学习》任务一认识力传感器一、电阻应变片式测力传感器讲解电阻应变片检测力原理。电阻应变片式测力传感器多应用于工程检测上，如水坝、桥梁、涵洞等结构件的应力监测，也应用于变形测试和振动检测等行业中，在称重检测中也得到了广泛的应用。常见的电阻应

2、变片检测力原理如图5-1所示。在一个圆柱形弹性体的圆柱面上按照径向和轴向表面的对称位置上粘贴电阻应变片，根据弹性力学和材料力学的知识可以推断由于弹性体受力变形,在径向和轴向会产生相应的应变，使得两个方向上产生伸长和缩短的效应，这时电阻应变片也和弹性体表面一起产生相应的变形，从而使得电阻发生变化。图5-1电阻应变式测力传感器电阻丝应变片结构如图5-3所示，将直径为0.OrO.05mm的高电阻系数的金属丝弯曲成栅形，用粘结剂粘贴在绝缘基体上，金属丝的两端焊接有引线，表面粘接绝缘保护片。金属丝的作用是感受试样表面的应变变化，被称为敏感栅。保护片图5-3电阻丝应变片结构敏感栅应具有以下几个特点。(1

3、)较高的电阻系数，即单位长度的电阻较大。熟悉敏感栅具备的几个特点。(2)较大的应变灵敏度系数，且电阻应变灵敏度系数在尽可能大的应变范围内保持常数,即线性度较好。(3)较小的温度系数。(4)较高的弹性极限，有较宽的应变检测范围。(5)良好的加工性能和焊接性。一般在200°C~300°C以下工作时可选用康铜丝应变片,在300°C以上工作时可选用镰铅合金应变片、钳铁合金应变片等。有金属丝应变片、箔式应变片和半导体应变片，如图5-4所示。半导体应变片图5-4应变片形式学生分组讨论影响应变式传感器精度的主要因素，教师总结。影响应变式传感器精度的主要因素有理论设计误差，如传感器电路、弹性元件、应变片、壳

4、体、保护层等因素的影响；工艺制造和使用误差，如应变片制造误差、补偿回路(包括蠕变补偿)、弹性体材料热处理、机械加工、残余应力与应变的影响等。这些因素制约高精度长寿命应变传感器的质量和应用，国内生产的应变片在精度与寿命上与先进国家相比仍有差距。二、压磁式力传感器某些铁磁材料(磁致伸缩材料)受到压缩时，导磁率沿应力方向下降，而沿与应力垂直方向增加，称为压磁效应。材料受拉时，导磁率变化则相反。无外力作用下，载流导线通过这种材料中的孔，材料中的磁力线呈以导线为中心的同心圆分布。在外力作用下，磁力线呈椭圆分布，椭圆长轴与外力方向一致(拉力)。若该铁磁材料开有四个对称的通孔，如图5-6所示，交叉绕两组相

5、互垂直的线圈，激励线圈所产生的磁力线在绕组两侧对称布置，合成磁场强度与检测绕组平面平行，磁力线不和检测绕组交联，从而使得后者不产生感应电动势。一旦受到外力作用，磁力线发生变化，部分磁力线和检测绕组交联，在该绕组中产生感应电动势。作用力越大，感应电动势越大。这类力传感器的输出电动势较大，一般不需经过放大,但需要经过滤波和整流处理。⑻力传感器示意(b)没有力作用磁场图5-6压磁效应(c)力作用磁场传感器在使用上需要考虑受力点的位置，压磁式传感器如果受力点不同，即使受力值相同，检测结果也有可能不同。所以，一般传感器敏感元件作为核心部件，周围布置有弹性框架传递力引起的变形，避免检测中的不确定性。压磁

6、式传感器的典型结构形式如图5-7所示。其中主要的区别是压磁元件的结构形式。（a）（b）（c）图5-7压磁式传感器结构形式三、振弦式力传感器利用不同的受力机构可做成检测力、扭矩或加速度等的各种振弦式传感器，检测原理如图5-8所示。图5-8振弦传感器检测原理教师讲解振弦传感器检测原理，与电传感器或者变压器式传感器作比较。四、检测电桥1.按功能分类1）平衡电桥平衡电桥主要应用于静态检测或在反馈系统中起到比较器的作用。由被测量变化引起作为桥臂的传感器阻抗变化。桥路失去平衡，产生输出，以此输出作为反馈，使桥路中作为恢复平衡用的桥臂阻抗随之调整，在桥路恢复平衡时，此调整的桥臂阻抗可反映被测量。2）不平衡

7、电桥掌握检测电桥的分类。不平衡电桥是直接利用电桥平衡被破坏后产生的输出（电压或者电流）反映被测量。桥路失去平衡是由于作为桥臂的传感器阻抗随其输入（被测非电量）变化而变化所致，由于不平衡电桥无反馈和恢复平衡的过程，因此对被测呈的变化反应快、结构简单，但准确度不如平衡电桥。2.按电桥电源分类1）直流电桥从电桥输出的线性度以及电桥臂阻抗受温度等干扰而变化时造成对桥输出的影响看，恒流源电桥明显优于恒压源电桥，因此适用