广东2022中职 《传感器及应用（电类）》 模块三 力的测量 课件

2023/1/24 模块三 力的测量 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。 2023/1/24 模块三 力的测量 课题一 应变式力传感器 课题二 电子秤 课题三 应变式压力传感器 课题四 压阻式压力传感器 课题五 压力变送器 2023/1/24 [任务导入] 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。固定式、可移动旋转起重机、横臂起重机、汽车起重机等都是常见的起重设备。为了提高生产效率，需要充分发挥吊车的能力，最大限度地吊运货物，而又要防止万一超载而产生的严重后果。通常采用什么方法测量、控制吊运货物的重量呢？ 课题一 应变式力传感器 2023/1/24 2023/1/24 吊车的载重量可以通过测量绳索的拉力来完成。在起重绳索上或吊钩上安装测力传感器，可以间接检测吊车起吊重量，力传感器的输出信号既可以用来显示吊车载重量，又可以进行超载报警，防止事故的发生。 力传感器的结构如何？测力方法是怎样的？本课题的任务就是学习力传感器及力传感器的测量方法。 2023/1/24 ◆ 知识点 ¤　了解力传感器的分类与基本结构 ¤　学习应变式力传感器的测量方法与适用范围 ◆ 技能点 ¤　掌握应变片的贴片方法 ¤ 掌握传感器的使用方法 2023/1/24 [相关知识] 一、力传感器 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。 2023/1/24 2023/1/24 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。 2023/1/24 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15-16μm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。 2023/1/24 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，Ω； ΔR—伸长或压缩所引起的电阻变化值，Ω； K—比例常数(应变片常数) ε—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（―） 2023/1/24 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。 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。