模块三 力和压力检测（课件）-《传感器检测技术》同步教学（人民邮电版）

模块三 力和压力检测 2 学习目标 了解力的概念和力的测量原理 掌握常用的力和压力检测方法 熟悉常用力和压力测量元件的外形及基本工作原理 掌握应变式、压电式、电感式等传感器的应用 课题一 电阻应变片测力 4 一、基础知识 1、电阻应变片的测力原理 电阻应变片式传感器是利用金属和半导体材料的“应变效应”进行工作的。金属和半导体材料的电阻值随着它承受的机械变形大小而发生变化的现象就称为“应变效应”。 5 2、电阻应变片的结构 电阻应变片的结构 由敏感栅、基底、覆盖层和引线等部分组成。 6 电阻应变片的类型 7 3、电阻应变片的测量电路 （1）恒压源供电的直流电桥的工作原理 8 （2）恒流源供电的直流电桥的工作原理 9 （3）电桥的类型 单臂电桥： 双臂电桥（或半桥）： 全桥 ： 输出电压为 10 4、应变片的温度补偿 （1）桥路补偿法 因温度变化而引起的电阻变化 和的作用可相互抵消，从而起 到温度补偿的作用。 （2）自补偿法 桥路补偿法 11 二、课题实施—金属箔丝电阻应变片 1、训练目的 （1）了解电阻应变片传感器的基本结构、特性及工作原理； （2）熟悉应变片单臂电桥、半桥、全桥的输出特性及相互之间的关系 ； （3）了解电桥的补偿作用 。 12 2、仪器设备及器材 直流稳压电源、差动放大器、电桥、测微头、应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数字显示表、万用表。 13 3、训练步骤 （1）了解实验仪器上各元件的位置。 （2）调试电路。 （3）测量并记录。 应变片特性测试图 14 三、课题小结 （1）电阻应变片的测力原理、结构 ； （2）单臂电桥、半桥、全桥三种测量电路的特点 ； （3）应变片的补偿方法 。 课题二 压电式传感器测力 16 一、基础知识 1、压电效应 某些物质(物体)，如石英、铁酸钡等，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部也会被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。相反，如果将这些物质 (物体)置于电场中，其几何尺寸也会发生变化，这种由外电场作用导致物质 (物体）产生机械变形的现象，称为逆压电效应。 （1）石英晶体的压电效应 （2）压电陶瓷的压电效应 17 2、压电材料 （1）石英晶体 （2）压电陶瓷 （3）高分子压电材料 18 3、测量转换电路 （1）压电元件的等效电路 压电元件在承受沿敏感轴方向的外力作用时，就产生电荷，因此相当于一个电荷发生器 。 压电元件的等效电路 19 （2）压电式传感器的测量电路 压电式传感器要求负载电阻RL必须有很大的数值，才能使测量误差小到一定数值以内。因此常先接入一个高输入阻抗的前置放大器，然后再接一般的放大电路及其它电路。测量电路关键在高阻抗的前置放大器。前置放大器两个作用：一是把压电式传感器的微弱信号放大；二是把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出。根据压电式传感器的工作原理和等效电路，压电式传感器的输出可以是电压信号，也可以是电荷信号。 20 因此前置放大器也有两种形式： 电压放大器 将电压放大。 电荷放大器 电荷放大器是一种输出电压与输入电荷量成正比的前置放大器。 21 4、分析压电传感器的应用 （1）玻璃打碎报警装置 高分子压电薄膜振动感应片 22 2）压电式周界报警系统 高分子压电电缆周界报警系统 23 （3）压电陶瓷用于动态力的检测 压电式单向动态力传感器 刀具切削力测量示意图 24 二、课题实施—压电式传感器测力 1、训练目的 （1）了解压电式传感器的基本原理、结构及性能特点 ； （2）掌握压电式传感器的测量转换电路 ； （3）了解压电式传感器的测量振动的原理和方法 。 2、训练设备 CSY实验台、振动台、压电式传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实训模板、双踪示波器 25 3、训练步骤 （1）观察压电式传感器的结构外形 （2）线路安装 （3）测量并记录 26 三、课题小结 （1）理解和掌握压电式传感器的工作原理 ； （2）熟悉压电效应、压电式传感器的类型、结构和压电材料 ； （3）了解压电式传感器的测量转换电路 ； （4）熟悉压电式传感器的应用 。 课题三 电感式传感器测压力 28 一、基础知识 1、工作原理分析 电感式传感器根据信号的转换原理，可以分为自感式（包括可变磁阻式和电涡流式）和互感式（差动变压器式）两大类。 （1）可变磁阻式电感传感器 29 可以看出改变N、A0、 可以改变自感量L的值。可变磁阻式传感器的典型结构有可变导磁面积型、变间隙型、螺线管型。 可变磁阻式电感传感器典型结构 a）可变