项目2 原始电子秤的安装、调试与标定（课件）-《传感器检测技术》同步教学（人民邮电版）

项目2 原始电子秤的安装、调试与标定 项目描述 本项目要求安装、调试与标定一台原始电子秤。 超市里面的电子秤是大家非常熟悉的称重设备，它不但体积小，而且功能强，给超市工作人员提供了很大的方便。本项目通过安装、调试与标定原始电子秤，重点学习电阻应变式传感器的结构组成、工作原理和应用，它不仅能够组成电子秤称重系统，还可以测量机械、仪器及工程结构等的应力、应变，与某种形式的弹性敏感元件相配合专门制成各种应变式传感器用来测量力、压力、扭矩、位移和加速度等物理量。 知识和能力目标； 能正确选择和使用荷重传感器。 掌握电阻应变片的粘贴工艺，能利用电阻应变片构成电桥电路。 掌握电桥的调试方法和步骤，能分析和处理信号电路的常见故障。 会使用电阻应变式传感器设计测量方案并实施测量过程。 一、 敏感元件 物体在外力作用下改变原来尺寸或形状的现象称为变形。若外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸或形状，这种变形称为弹性变形。具有弹性变形特性的物体称为弹性元件。 根据弹性元件在传感器中的作用，可以分为两种类型：弹性敏感元件和弹性支承。 （一） 弹性敏感材料的弹性特性 作用在弹性敏感元件上的外力与由该外力所引起的相应变形（应变、位移或转角）之间的关系称为弹性元件的弹性特性。主要特性如下： 1. 刚度 刚度是弹性敏感元件在外力作用下抵抗变形的能力。 图2-1弹性元件的刚度特性 2. 灵敏度 灵敏度就是弹性敏感元件在单位力作用下产生变形的 大小。它是刚度的倒数 3. 弹性滞后 实际的弹性元件在加、卸载的正、反行程中变形曲线是不重合的，这种现象称为弹性滞后现象 图2-2 弹性滞后现象 4. 弹性后效 弹性敏感元件所加载荷改变后，不是立即完成相应的变形，而是在一定时间间隔中逐渐完成变形的现象称为弹性后效现象 5．固有振动频率 弹性敏感元件的动态特性与它的固有振动频率fo有很大的关系，固有振动频率通常由实验测得。传感器的工作频率应避开弹性敏感元件的固有振动频率。 （二） 弹性敏感元件的材料及基本要求 对弹性敏感元件材料的基本要求有以下几项： （1）具有良好的机械特性（强度高、抗冲击、韧性好、疲劳强度高等）和良好的机械加工及热处理性能； （2）良好的弹性特性（弹性极限高、弹性滞后和弹性后效小等）； （3）弹性模量的温度系数小且稳定，材料的线膨胀系数小且稳定； （4）抗氧化性和抗腐蚀性等化学性能良好。 国外选用的弹性敏感元件材料种类繁多，一般使用合金结构，例如中碳铬镍钼钢、中碳铬锰硅钢、弹簧钢等。我国通常使用合金钢，有时也使用碳钢、铜合金和铌基合金。其中65Mn锰弹簧钢、35CRMnSiA合金结构钢，40CR铬钢都是常用材料，50CRMnA铬锰弹簧钢和50CRVA铬钒弹簧钢由于具有良好的力学性能，可用作制作承受交变载荷的弹性敏感元件材料。 （三） 变换力的弹性敏感元件 所谓变换力的弹性敏感元件是指输入量为力F，输出量为应变或位移的弹性敏感元件。常用的变换力的弹性敏感元件有实心轴、空心轴、等截面圆环、变截面圆环、悬臂梁、扭转轴等 1.等截面轴 实心等截面轴又称柱式弹性敏感元件， 等截面轴的特点是加工方便，加工精度高，但灵敏度小，适用于载荷较大的场合。 空心轴如图2-4（b）所示，它在同样的截面积下，轴的直径可加大，可提高轴的抗弯能力。 2.环状弹性元件 环状弹性元件多做成等截面圆环，如图2-4（c）、（d）所示。圆环受力后较易变形，因而它多用于测量较小的力。图2-4（e）是变形的圆环，与上述圆环不同之处是增加了中间过载保护缝隙。它的线性较好，加工方便，抗过载能力强。目前研制出许多变形的环状弹性元件，如图2-4（f）、（g）所示。它们的特点是加工方便、过载能力强、线性好等。其厚度决定灵敏度的大小。 (c) ) 等截面圆环 (d) 等截面圆环 (e) 变形圆环 (f) 变形圆环 (g) 变形圆环 3.悬臂梁 悬臂梁是一端固定、一端自由的弹性敏感元件。它的特点是灵敏度高。它的输出可以是应变，也可以是挠度(位移)根据它的截面形状，又可以分为等截面悬臂梁和等强度悬臂梁。 （1）等截面悬臂梁 设梁的截面厚度为δ，宽度为b，总长为L0，则在距离固定端L处沿长度方向的应变为 (2）等强度悬臂梁 ，如图2-4（i）所示。设梁的长度为l0，根部宽度为δ，则梁上任一点沿长度方向的应变为 (h) 等截面悬臂梁 (i) 等强度悬臂梁 (j) 变形的悬臂梁 4.扭转轴 扭转轴用于测量力矩和转矩，如图2-4（k）。 在扭矩T的作用下，扭转轴的表面将产生拉伸或压缩应变。在轴表面上与轴线成45°方向（如图2-4（k）的A1、B1方向）的应变为 （四）变换压力的弹性敏感元件 1.弹簧管 弹簧管又称波登管（法国人波登发明），它是弯成各种形状