《传感器技术及应用》 项目三 力和压力的测量要点.ppt

任务二 使用压电式传感器测量压力 四、压电式传感器的应用 1. 压电式测力传感器 压电式测力传感器是以压电元件为转换元件，输出电荷与作用力成正比的力－电转换装置。常用的形式为荷重垫圈式，它由基座、盖板、石英晶片、电极以及引出插座等组成。如图所示的是一种压电式单向力传感器的结构，它主要用于频率变化不太高的动态力的测量。 任务二 使用压电式传感器测量压力 四、压电式传感器的应用 2. 压电式加速度传感器 当加速度传感器和被测物一起受到冲击振动时，压电元件受质量块惯性力的作用，根据牛顿第二定律，此惯性力是加速度的函数，即F=ma，此惯性力F作用于压电元件上，因而产生电荷q，当传感器选定后，m为常数，则传感器输出电荷为q=ΔF=Δma，电荷q与加速度a成正比。因此，测得加速度传感器输出的电荷便可知加速度的大小。 任务二 使用压电式传感器测量压力 四、压电式传感器的应用 3. 压电式金属加工切削力的测量 右图所示是利用压电陶瓷传感器测量刀具切削力的示意图。由于压电陶瓷元件的自振动频率高，特别适合测量变化剧烈的载荷。图中压电传感器位于车刀前部的下方，当进行切削加工时，切削力通过刀具传给压电传感器，压电传感器将切削力转换为电信号输出，记录下电信号的变化可测得切削力的变化。 项目三 力和压力的测量 任务一 使用电阻应变式传感器测量力 任务导入 取一段细电阻丝，两端接上一台三位半数字欧姆表（分辨率为1/2000以上），测量其初始值并记录下来，然后将电阻丝均匀拉长，再测量其阻值，会发现其阻值略有增加。 验证应变效应 任务一 使用电阻应变式传感器测量力 一、电阻应变片的分类与结构 1. 电阻应变片的分类 按电阻应变片敏感栅材料的不同，可分为金属应变片和半导体应变片两大类。 电阻丝应变片结构形式 任务一 使用电阻应变式传感器测量力 一、电阻应变片的分类与结构 2. 电阻应变片的结构 电阻应变片的结构简图 任务一 使用电阻应变式传感器测量力 一、电阻应变片的分类与结构 3. 电阻应变片的测量电路 按照电路的电源性质不同，桥式电路可分为直流电桥和交流电桥，一般多采用直流电桥。直流电桥及其三种工作电路如图所示。 直流电桥及其三种工作电路 任务一 使用电阻应变式传感器测量力 一、电阻应变片的分类与结构 （1）单臂半桥电路 当电桥平衡时，U0=0，则有 任务一 使用电阻应变式传感器测量力 一、电阻应变片的分类与结构 （2）双臂半桥电路 初始时 ，则输出电压为U0 任务一 使用电阻应变式传感器测量力 一、电阻应变片的分类与结构 （3）四臂全桥电路 任务一 使用电阻应变式传感器测量力 二、电阻应变式传感器组件 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，常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式扭矩传感器、应变式位移传感器、应变式加速度传感器和测温应变计等 任务一 使用电阻应变式传感器测量力 二、电阻应变式传感器组件 1. 筒式压力传感器 没有压力作用时，这四片应变片构成的全桥处于平衡；当外部压力作用于应变管内腔时，圆管发生形变，使全桥失去平衡。这种压力传感器测量范围在106Pa～107Pa或更高的范围。其结构简单，制作方便，使用面宽，在测量火炮、炮弹、火箭的动态压力方面得到了广泛应用。 任务一 使用电阻应变式传感器测量力 二、电阻应变式传感器组件 2. 膜片压力式传感器 当气体或液体压力作用在弹性元件膜片的承压面上时，膜片变形，使粘贴在膜片另一面的电阻应变片随之形变，并改变阻值。这时测量电路中的电桥失去平衡，产生输出电压。 任务一 使用电阻应变式传感器测量力 二、电阻应变式传感器组件 3. 组合式压力传感器 当元件感受压力后，推动推杆使梁变形，从而使电阻应变片随之变形，并改变阻值。悬臂梁的刚性较大，用于组合式压力传感器，可以提高测量的稳定性，减小机械滞后。 任务一 使用电阻应变式传感器测量力 二、电阻应变式传感器组件 4. 力和转矩传感器 拉伸应力作用下的细长杆和压缩应力作用下的短粗圆柱体如图（a）、（b）所示。测量时都可以在轴向布置一个或几个应变片，在圆周方向上布置同样数目的应变片。后者测量符号相反的横向应变，从而构成差动式。另一种弯曲梁和扭转轴上的应变片也均可构成差动式，如图（c）、（d）所示。此外，用环状弹性敏感元件测拉（压）力也是较普遍的，如图（e）所示。 任务一 使用电阻应变式传感器测量力 二、电阻应变式传感器组件 5. 应变式加速度传感器 应变式加速度传感器是一种惯性式传感器。测量时，根据所测振动体的方向，将传感器粘贴在被测部位。当被测点的加速度沿图中所示箭头方向时，