传感器技术应用与技能训练 教学配套课件 刘伦富 模块五 力和压力的检测.pdfVIP

模块五 力和压力的检测 主编 力和压力的检测、调节与控制在生产生活中的应用非常广泛。例 如，家用高压锅、液化汽罐体上的减压阀等都是大家熟悉的压力调节 装置。火力发电厂锅炉蒸汽压力的监测与控制是保证发电设备安全、 经济运行的重要措施。在生产、科研和日常生活中对进行压力监测与 控制是保证生产工艺要求、设备和人身安全所必须的，也是提高产品 质量和生产效率的重要手段。检测力的传感器主要有电阻应变式传感 器、压电式传感器、压阻式传感器和电容式传感器等。图5-1所示是利 用高精度压力传感器构成的整车称重系统，当车辆进入称重系统，称 重管理部可通过系统监测称重与结算，驾驶员可通过大显示屏看到称 重量，这样极大地提高了称重与结算效率。 图5-1 整车称重系统 1.掌握电阻应变式传感器与弹性敏感元件的特性。 2.能根据生产现场实际情况选择合适的测力传感器。 3.能对应用于工业生产中的测力传感器进行安装接线。 任务一 认识电阻应变片 1.电阻应变片及其用途 电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转化为电阻变化，并 通过测量电路转化为电信号输出的敏感器件。电阻应变片是压阻式 应变传感器的主要组成部分，金属电阻应变片的工作原理是吸附在 基体材料上的应变电阻随机械形变会产生阻值变化，这种现象俗称 为电阻应变效应。 图5-2 金属箔状应变片结构1—基体 2—敏感栅(箔片) 3—保护层(覆盖层) 4— 引线 2. 电阻应变片的结构 (1)金属电阻应变片的结构。 敏感栅有两种制作方式:一种是由直径为0．02 ～0．05mm的康 铜或镍铬等金属丝绕成栅状，其电阻片被称为丝状应变片；一种是 如图5⁃2所示的用0．003 ～0．01mm厚的康铜或镍铬箔片利用光刻 技术腐蚀成栅状，其电阻片被称为箔状( 箔式)应变片。丝状应变片 多采用纸基体和纸覆盖层，且这种敏感栅不易制成小尺寸栅长，所 以这种应变片标距较大，适用范围不宽，价格较低。而箔状应变片 的栅箔薄而宽，因而粘贴牢固、散热性好，能较好地反映构件表面 的变形，测量精度高，同时易于制成栅长很小或各种形状的应变 片，所以在各个测量领域得到广泛的应用。金属箔状应变片的构造 如图5⁃3所示 图5-3 金属箔状应变片的构造 (2)半导体应变片。 (3)应变片的主要参数 1)几何参数(敏感栅尺寸)：指应变片敏感栅的标距长度(栅长)和宽度 (栅宽) 。 2)标称电阻(初始电阻)R ：也称应变片的原始电阻值，是指应变片未 粘贴前在室温下测得的静态电阻值，常见的有60 Ω、120Ω、200 Ω、250 Ω、600 Ω和1000Ω等类型。 3)允许工作电流I ：应变片的允许工作电流又称为最大工作电流，是 指允许通过应变片而不影响其工作特性的最大电流值。 4)绝缘电阻:指电阻应变片(计) 引出线与构件之间的电阻值。 5)灵敏系数K :表示应变计变换性能的重要参数。 表示应变计性能的参数还有工作温度、滞后、蠕变、零漂以及 疲劳寿命、横向灵敏度等。 任务二 认识弹性敏感元件 1.弹性敏感元件及其用途 1)作为弹性敏感元件,其作用是将被测参量力、压力、力矩转换成应 变量或位移量( 由弹性敏感元件) ，然后再转换成电量( 电压、电流或 电阻) 。 2)作为弹性支承，其作用是支承传感器中活动部分(形变、位移不是 测量量) 。 2.弹性敏感元件的结构 常用弹性敏感元件的结构如图5⁃4所示。 图5-4 常用弹性敏感元件的结构 3.弹性敏感元件的基本特性 变形（形变）：有外力作用时，物体改变尺寸或形状。 1.电阻应变式传感器及其用途 电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变片（计）、补偿 电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性 敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变片 一起变形，电阻应变片再将变形转换为电阻值的变化，通过测量仪 器，将此变化转变成和被测物理量成比例的电信号输出，从而可以 测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。常用的 电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传