项目二任务1 电子称的设计与制作（课件）- 《传感器与检测技术（第2版）》同步教学（北京理工版）

CONTENTS 项目二 力和压力的检测 任务1 电子称的设计与制作 1 CONTENTS 1.了解常见的弹性敏感元件 2.掌握电阻应变式传感器测量原理 3.掌握电阻应变式传感器测量电路 4.掌握电阻应变式传感器的应用 目标要求 2 思考： 如何设计一个电子称？ 物理重量 指示表数值 3 项目一 力和压力的检测 了解称重传感器的工作原理及其在电子秤中的应用，设计并制作一个电子秤。量程为0—1.999kg。 任务一 电子称的设计与制作 4 原理说明 电阻应变式传感器输出信号 差动放大电路放大信号 显示电路 （LED） A/D转换电路 重量 电阻传感器 5 电阻式传感器就是利用一定的方式将被测量（g）的变化转化为敏感元件电阻值的变化，进而通过电路变成电压或电流信号输出的一类传感器。 常见的电阻式传感器主要有电阻应变式传感器、压阻式传感器和电位器式传感器等。 6 弹性元件作用：把力或压力转换成应变或位移, 然后再由传感器将应变或位移转换成电信号。 应变： 物体在外部压力或拉力的作用下发生形变的现象。 弹性应变： 当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变 弹性元件： 具有弹性应变特性的物体。 7 常用应变式传感器 (一) 柱式力传感器 8 (二) 梁式力传感器 常用应变式传感器 9 10 应变式传感器日常常见应用 11 应变式传感器 应变式传感器作为测力的主要传感器，测力范围小到肌肉纤维，大到登月火箭，精确度可到 0.01—0.1%。 特点: 结构简单、精度高、测量范围广、体积小、特性好。 是目前测量力、力矩、压力、加速度等物理量应用最广泛的传感器之一。 12 一、电阻应变效应 电阻应变式传感器工作原理：是基于金属导体的电阻-应变效应。 电阻-应变效应：金属丝的电阻值随着它所受的机械形变的大小而发生相应的变化。 13 一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为： 式中: ρ——电阻丝的电阻率; L——电阻丝的长度; A——电阻丝的截面积; 14 当电阻丝受到拉力F作用时， 将伸长Δl，横截面积相应减小ΔS，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了Δρ 式中dL/L是长度相对变化量, 用应变 表示 引起电阻的相对变化量为： 全式微分，电阻值相对变化为 15 dS/S——圆形电阻丝的截面积相对变化量，则： 材料力学：在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长， 沿径向缩短， 轴向应变和径向应变的关系可表示为 ： μ为电阻丝材料的泊松比， 负号表示应变方向相反。 16 通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏度系数。其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量。 即： 17 大量实验证明, 在电阻丝拉伸极限内, 电阻的相对变化与应变成正比, 即K为常数。 通过弹性元件可将位移、压力、振动等物理量将应力转换为应变进行测量，这是应变式传感器测量应变的基本原理。 18 基本原理 电阻丝受力引起电阻变化与应变成正比。 19 二、电阻应变片 电阻应变片是一种能将被测试件上的应变变化转换成电阻变化的敏感元件。 分类：金属电阻应变片和半导体应变片 结构： 电阻丝式应变片结构 20 金属丝式 2 3 4 1 1-敏感栅 2-基底 3-覆盖层 4-引线 由金属细丝绕成栅形。电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、200Ω等多种规格，以120Ω最为常用。 应变片栅长大小关系到所测应变的准确度，应变片测得的应变大小是应变片栅长和栅宽所在面积内的平均轴向应变量。 21 2 3 4 1 1-敏感栅 对敏感栅的材料的要求： ①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数； ②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片； ③电阻温度系数要小； ④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强； ⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度； ⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材； ⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。 对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。 金属丝式 22 2 3 4 1 b l 栅长 栅宽 引线4 是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。 对引线材料的性能要求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊接。 大多数敏感栅材料都可制作引线。 金属丝式 23 2 3 4 1 粘结剂 1. 用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。 2. 使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构件表面某个方向和位置上。 常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低温、常温和中温。常用的有聚丙烯