《机械工程测试技术》概述课件.ppt

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1、 机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用第三章、常用传感器与敏感元件第三章、常用传感器与敏感元件l本章学习要求：本章学习要求：1.1.了解传感器的分类了解传感器的分类 2.2.掌掌握握常常用用传传感感器器测测量量原原理理及应用及应用3.3.了解常用传感器测量电路了解常用传感器测量电路 机械工程测试技术机械工程测试

2、技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用3.1 3.1 概述概述1.1.传感器定义传感器定义工程测量中通常把直接作用于被测量，并能按工程测量中通常把直接作用于被测量，并能按一定方式将其转换成同种或别种量值输出的器一定方式将其转换成同种或别种量值输出的器件，称为传感器。件，称为传感器。狭义上讲，传感器是把外界输入的非电狭义上讲，传感器是把外界输

3、入的非电信号转换成电信号的装置。信号转换成电信号的装置。被测量被测量传感器传感器（器件、装置（器件、装置）输出量输出量易检测、处理易检测、处理多为电学量多为电学量非电量非电量 机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用被测非被测非电量电量电量电量传 感 器2.2.传感器的构成传感器的构成l敏感器件敏感器件的作用是感受

4、被测物理量，并对信号进行转换输出。的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。l传感元件：传感元件：感受敏感元件的输出，然后输出电学量感受敏感元件的输出，然后输出电学量另一种另一种非电量非电量敏感元件敏感元件传感元件传感元件辅助电源辅助电源R1R2R4R3EAB辅助器件辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。以便于后续仪表接入。机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器

5、 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用3.3.传感器的分类传感器的分类常见的被测物理量常见的被测物理量机械量机械量:长度长度,厚度厚度,位移位移,速度速度,加速度加速度,旋旋转角转角,转数转数,质量质量,重量重量,力力,压力压力,真空真空度度,力矩力矩,风速风速,流速流速,流量流量;声声:声压声压,噪声噪声.磁磁:磁通磁通,磁场磁场.温度温度:温度温度,热量热量,比热比热.光：光：亮度，色彩亮度，色彩1)按被测物理量分类按被测物理量分类 机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传

6、感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用2)2)按按传感器工作原理分类传感器工作原理分类:可分为电阻式、电容式、电感式、压电式、霍可分为电阻式、电容式、电感式、压电式、霍尔式、磁电式、光电式、热电偶等传感器。尔式、磁电式、光电式、热电偶等传感器。优点：显示传感器的本质，便于理解、了解优点：显示传感器的本质，便于理解、了解 机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感

7、器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用3 3）按传感器输出信号的性质分类：）按传感器输出信号的性质分类：开关型传感器：输出为开关量开关型传感器：输出为开关量模拟型传感器：输出模拟量模拟型传感器：输出模拟量数字型传感器：输出为脉冲或代码的数字型传感器：输出为脉冲或代码的。机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感

8、器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用4)4)按信号变换特征按信号变换特征:物性型和结构型物性型和结构型5)5)按敏感元件与被测对象之间的能量关系按敏感元件与被测对象之间的能量关系:能量转换型和能量控制型能量转换型和能量控制型第二节第二节 机械式传感器及仪器机械式传感器及仪器 机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常

9、用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用（一）电阻式传感器（一）电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器,按工作的原理可分为按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式变阻器式、电阻应变式.一、一、变阻器式传感器变阻器式传感器 机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻

10、式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用1 1、等效电路分析、等效电路分析:x xp p-变阻器总长变阻器总长;x x-电刷移动量电刷移动量.R-R-总电阻总电阻;R Rx x电刷电阻电刷电阻;xxp输入输出关系：输入输出关系：Rx=k*xxxp=RxRp=UoUeUo=(Ue/xp)*xUeUo分压电路（开路）分压电路（开路）机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电

11、阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用开路时，被测位移开路时，被测位移x与输出电压与输出电压Uo的关系：的关系：Uo=(Ue/xp)*x0 xpUeUox=S*x 机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥

12、应用应用负载效应负载效应UeUoIRLRxRp-Rx1UeUo=xxpRLRp+xpx()-当有负载接入时，由于前后装置之当有负载接入时，由于前后装置之间发生能量交换，使前置装置的输间发生能量交换，使前置装置的输出发生变化，出发生变化，实际使用实际使用 机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用实际输出电压实际输出电

13、压l当当Rp/RL0.1时，相对线性误差时，相对线性误差1.5%1UeUo=xxpRLRp+xpx()-0 xUo减小负载效应减小负载效应的措施，提高的措施，提高后置设备的输后置设备的输入阻抗入阻抗RL 机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用2 2、变阻器式传感器产品、变阻器式传感器产品 机械工程测试技术机械工程

14、测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用二、电阻应变式传感器二、电阻应变式传感器-应变片应变片l工作原理：工作原理：l基于金属导体的应变效应，基于金属导体的应变效应，应变应变电阻变化电阻变化 机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用

15、传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用1 1、工作原理工作原理l金属材料的电金属材料的电阻值：阻值：电阻的变化率：电阻的变化率：应变应变电阻变化电阻变化发生形变时发生形变时轴向和横向轴向和横向应变：应变：l金属材料的电金属材料的电阻值：阻值：机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效

16、电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用金属材料，忽略导电率变化金属材料，忽略导电率变化l金属应变片，灵敏度金属应变片，灵敏度Sg值多在值多在1.73.6之间，之间，见表见表32l对于半导体材料，形变引起的电导率变化大对于半导体材料，形变引起的电导率变化大半导体压阻材料的灵敏度比金属应变片大半导体压阻材料的灵敏度比金属应变片大5070倍，见表倍，见表33 机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电

17、阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用2、应变片的主要参数(1(1）几何参数：敏感栅尺寸、基底尺寸，）几何参数：敏感栅尺寸、基底尺寸，制。制。(2(2）电阻值：应变计的原始电阻值。）电阻值：应变计的原始电阻值。(3(3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。要参数。BE120-2FB型型，箔式电阻，酚醛基底箔式电阻，酚醛基底标称电阻：标称电阻：120欧欧敏感栅：敏感栅：2.0X2.0，基底：基底：5.2X5.6BE120-2AA型型，敏感栅：敏感栅：2

18、.0X1.7，基底：基底：5.4X3.2 机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用课堂练习课堂练习3-4 有一电阻应变片，其灵敏度有一电阻应变片，其灵敏度Sg=2，R=120，设工作时其应变为，设工作时其应变为1000(103*10-6)，问：问：R=?l设将此应变片接成图中所示的电路，设将此应变片接成图中所示的电

19、路，试求：试求：1）无应变时电流表示值）无应变时电流表示值 I2）有应变时电流表示值）有应变时电流表示值 I+I3）电流表示值相对变化量）电流表示值相对变化量 4）分析这个变量）分析这个变量 I能否从表中读出能否从表中读出？机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用l R/R=Sg*=0.002,l R=0.002*

20、120=0.24 ,lI=U/R=1.5/120=0.0125A =12.5mA,l I=-I*(R/R)=-12.5*0.002 =-0.025mA 机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用3 3、应变片测量电路、应变片测量电路电桥电桥VER3R2R4R1l由于电阻的变化率由于电阻的变化率 R/R非常小，非常小，

21、l需要电桥电路将这一变化输出。需要电桥电路将这一变化输出。机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用直流电桥的输出电压直流电桥的输出电压l电桥平衡条件：电桥平衡条件：R1R3=R2R4R1R2R4R3ueuoadRLbc 机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感

22、器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用对于单臂电桥,令：lR2=R，R3=R，R4=R，lR1=R+dRVUeR3R2R4R1 机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计

23、参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用金属丝应变片：金属丝应变片：lUoUo与应变成线形关系，可以用电桥输出电压与应变成线形关系，可以用电桥输出电压测量应变测量应变电阻应变片Sg电桥SuuoR/R应变片的灵敏度应变片的灵敏度Sg取决于材料取决于材料电桥的灵敏度电桥的灵敏度Su取决于电桥的接法取决于电桥的接法 机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数

24、应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用电桥的接法电桥的接法l半桥单臂半桥单臂l半桥双臂半桥双臂l全桥全桥R1单单臂臂 R1R2F半桥半桥R1R2FR3R4全桥全桥 机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用电桥的灵敏度n双臂电桥双臂电桥：n全桥全桥单臂电桥单臂电桥：机械工程测试技术机械工程测试技术第第3章章 常用传感

25、器常用传感器概述概述传感器定义传感器定义传感器的构成传感器的构成常用传感器分类常用传感器分类常用传感器常用传感器电阻式传感器电阻式传感器 变阻器式变阻器式 等效电路等效电路 应用应用 电阻应变式电阻应变式 工作原理工作原理 应变计参数应变计参数 测量电桥测量电桥 应用应用电阻应变片的选择、粘贴技术 2.2.用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一电桥中各应用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一电桥中各应变片之间阻值相差不得大于变片之间阻值相差不得大于0.50.5欧姆欧姆.3.3.试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用酒精棉试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉

26、球无黑迹为止。球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。4.4.应变片粘贴应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴在应变片基底上挤一小滴502502胶水，胶水，轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。5.5.焊线焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。6.6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应大于用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应大于500M500M欧。欧。7.7.应变片保护：用应变片保护：用704704硅橡胶覆于应变片上，防止受潮。硅橡胶覆于应变片上，防止受潮。1.1.目测电阻应变片有无折痕目测电阻应变片有无折痕.断断丝等缺陷，有缺陷的应变片不能丝等缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。粘贴。