5.2力的测量（课件）-《传感器检测技术》同步教学（电子工业版）

课题一 压力的测量 课题二 力的测量 课题三 称重传感器 课题四 压力变送器 2024/1/4 1 模块五 压力的测量 模块五 压力的测量 在检测系统中所说的压力是指物理学中的压强，即指垂直均匀地作用于单位面积上的力。一般情况下，力的测量包括压力的测量和力的测量。压力传感器主要用于测量气体、液体密封容器或管道里的压力；力传感器主要用于两个方面：测力和称重。压力和力是自动化生产过程中的重要工艺参数和自动化控制依据。 2024/1/4 2 课题二 力的测量 ◆ 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 [任务提出] 桥梁是投资巨大、使用期漫长的大型民用基础设施，因此其使用的安全性非常重要。在其服役过程中，由于荷载作用、疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素对设施的长期影响，桥梁结构将不可避免地产生自然老化、损伤积累，甚至导致突发事故。近年来，国内发生的几起桥梁倒塌和报废事故，使人们逐渐认识到桥梁监测的重要性和迫切性，对桥梁等大型民用基础设施的运行状况进行安全监测非常必要。由于桥梁尺寸大、约束点较多、结构变形复杂，因此，要对桥梁的健康状况进行全面评估，需要从不同的侧面（例如：应变、挠度、振动等方面）了解桥梁的状态。 图5-2-1测力传感器 图5-2-2 力传感器结构示意图 某公司技术员小王接到某桥梁应力监测任务，要在30天内监测该桥梁10个不同部位的金属支架应力，并记录下来便于分析，监控桥梁结构应力状况，经费有限。小王要做一个10路桥梁应力自动监测、记录系统方案，每一路采用力传感器进行应力测量，测量仪分时采集10路信号，记录数据，并存储数据 [任务分析] 桥梁应力自动监测、记录系统中关键是力传感器，10路信号采集系统可以使用通用模拟信号采集设备。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。可以选用应变式力传感器。小王首先联系厂家购买应变式力传感器，构建应力自动监测、记录系统。但面对众多力传感器，小王感觉无从下手。应该如何选择、安装力传感器？测力检测系统是怎样组成的？本课题的任务就是学习力传感器及力传感器的测量方法。 [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。本课题采用应变式力传感器。 电阻应变式力传感器的力敏感元件是电阻应变片，如图5-2-1所示。为了测量金属梁在工程中所承受的力，将电阻应变片贴在金属梁上。金属梁受到外力后，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，其工作过程，如图5-2-3所示。 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。 应变片结构简单，测量方便，根据不同测量环境，不同测量目的，不同测量对象，电阻应变片有多种形式，如图5-2-4所示。可依据具体使用情况选择不同类型的应变片。 图5-2-4各种类型的应变片 电阻应变式传感器主要以两种方式使用： （1）将应变片直接粘贴于被测构件上，用来测定构件的应变或应力。例如，为了测量或验证机械、桥梁、建筑等某些构件在工作状态下的应力、变形等情况，将形状不同的应变片粘贴在构件的预测部位，测得构件的拉、压应力、扭矩或弯矩等，为结构设计、应力校核或构件破坏的预测等提供可靠的实验数据。 （2）将应变片贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成应变式传感器敏感元件。这种传感器可以常用来测量力、位移、加速度等物理参数，在这种情况下，弹性元件将被测物理量转换为成正比变化的应变，再通过应变片转换为电阻变化输出。 二、电阻应变式传感器的测量电路 应变电阻变化是极其微弱的，电阻相对变化率仅为0.2