第八章 力传感器(课件）-高二《传感器电路制作与调试项目教程》同步教学（电子工业版）

传感器电路制作与调试项目教程 第3版 第八章 力传感器 www.515ppt.com 1 什么是力传感器 www.515ppt.com 2 力传感器的用途极广，在工农业生产、矿业、医学、国防、航空、航天、交通运输等许多领域都得到了广泛的应用。力的测量需要通过力传感器间接完成。 一、测力的传感器 一、传感器的定义 应变片传感器 压电传感器 电感传感器 电容传感器 www.515ppt.com 4 应变片传感器 www.515ppt.com 5 超市称重 什么是应变片 www.515ppt.com 7 二、应变效应 电阻应变片传感器： 电阻应变片传感器是一种利用电阻应变效应将机械形变转换为电阻应变的传感器。导体或半导体材料在外力的作用下产生机械形变时，其电阻值亦将发生变化，这种现象称为电阻应变效应。 电阻应变片传感器： 导体或半导体材料在外力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随 着发生变化，这种现象称为应变效应。 电阻应变传感器主要由电阻应变片及测量转换电路等组成。 一、电阻应变片传感器 www.515ppt.com 9 二、应变片工作原理 设有一长度为、截面积为A、半径为r、电阻率为的金属单丝，它的电阻值R可表示为 当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）时，上式中、r、l都将发生变化，从而导致电阻值R发生变化。 当金属丝受拉时，l将变长、r变小，均导致R变大； 某些半导体受拉时，将变大，导致R变大。 电阻丝及应变片的电阻相对变化量R  R与材料力学中的轴向应变x的关系在很大范围内是线性的，即 K—电阻应变片的灵敏度 二、测量转换电路——不平衡电桥 不平衡电桥： 金属应变片的电阻变化范围很小，如果直接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难，且误差很大。为了更好的进行测量，必须使用不平衡电桥来解决这个问题。 不平衡电桥就是把对某物理量的电阻敏感材料加工成传感器，作为电桥中的某一臂电阻，或某几个臂电阻，通过电桥的失衡程度（桥路电流或电压）来判断该物理量的大小。 二、测量转换电路——不平衡电桥 不平衡电桥： 不平衡电桥由四个电阻R1、R2、R3、R4组成一个四边形的回路，每一边称作电桥的“桥臂”。有4个结点。在a、c结点之间接入电源Ui，而另一对结点(b、d)之间的电压差作为输出电压端Uo 。 b、d的对地电压相等时称作 “电桥平衡”；反之， 称作“电桥不平衡”。 电桥平衡的条件是： 上下桥臂的左右位置 电阻比例相等。 二、测量转换电路——不平衡电桥 电桥平衡的条件： R1/R2=R4/R3 二、测量转换电路——不平衡电桥 电桥的种类及特点： 灵敏度最低 输出电压Uo成倍地增大 灵敏度最高 应变片 三、应变片的粘贴 1.去污 打磨去污、去锈 酒精或丙酮擦拭 三、应变片的粘贴 2.贴片 三、应变片的粘贴 3.测量 三、应变片的粘贴 4.焊接 三、应变片的粘贴 5.固定 四、电阻应变片的应用 悬臂梁 四、电阻应变片的应用 四、电阻应变片的应用 汽车衡 感谢聆听 传感器与自动检测课程组 www.515ppt.com 23 压电传感器 www.515ppt.com 24 滑沙发出嗡嗡声 F 嗡嗡 F + + + + - - - - - - + + + 一、压电效应 二、压电元件 1、晶体 二、压电元件 2、压电陶瓷 二、压电元件 3、高分子压电材料 三、压电传感器基本应用电路 + + + + - - - - + - 1、压电传感器的等效电路 三、压电传感器基本应用电路 A 压电片的面积 h 压电片的厚度 相对介电常数 真空介电常数 压电元件的内部电容 三、压电传感器基本应用电路 Ca Ua= Q Ca 电压源 Ca Q 电荷源 1、压电传感器的等效电路 三、压电传感器基本应用电路 压电传感器 2、压电传感器的测量电路 输出电量小 测量电路 输入电阻大 减小测量误差 压电传感器输出端接入高输入阻抗前置放大器 前置放大器 压电传感器输出信号放大 高输出阻抗变为低输出阻抗 作用 形式 电压放大器 电荷放大器 三、压电传感器基本应用电路 2、压电传感器的测量电路 电压放大器 Ri Ci Cc Ra Ua Ca -A R=Ra//Ri C=CC+Ci -A R Ua Ca C 三、压电传感器基本应用电路 三、压电传感器基本应用电路 Q Ca 电荷放大器 Ra Cc Ci Ri Rf A Cf Uo R=Ra//Ri