第2章力传感器精选文档.ppt

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1、第2章力传感器本讲稿第一页，共三十七页2.2 2.2 电阻应变式力传感器电阻应变式力传感器 返 回金属的电阻应变效应金属的电阻应变效应 当金属丝在外力作用下发生机械变形时其电阻值将发生变化F l、A、R本讲稿第二页，共三十七页外力作用被测对象表面产生微小机械变形应变片敏感栅随同变形电阻值发生相应变化 应变片测量电路把阻值的变化转换成电压或电流的变化本讲稿第三页，共三十七页应变片的类型和材料应变片的类型和材料 l金属丝式金属丝式 l金属箔式金属箔式 l金属薄膜式金属薄膜式 回线式短接式 上一页返 回下一页本讲稿第四页，共三十七页金属丝式应变片金属丝式应变片上一页返 回下一页 金属电阻丝应变片的基

2、本结构 1-基片；2-电阻丝；3-覆盖层；4-引出线 本讲稿第五页，共三十七页金属箔式应变片 l在绝缘基底上，将厚度为在绝缘基底上，将厚度为0.0030.01mm电阻箔材，电阻箔材，利用照相制板或光刻腐蚀的方法，制成适用于各种利用照相制板或光刻腐蚀的方法，制成适用于各种需要的形状需要的形状 箔式应变片 上一页返 回下一页本讲稿第六页，共三十七页l采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上形采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上形成厚度在成厚度在0.1m以下的金属电阻材料薄膜敏感栅，以下的金属电阻材料薄膜敏感栅，再加上保护层，以实现工业化批量生产再加上保护层，以实现工业化批量生产 l优点

3、：应变灵敏系数大，允许电流密度大，优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范工作范围广，易实现工业化生产围广，易实现工业化生产l问题：难控制电阻与温度和时间的变化关系问题：难控制电阻与温度和时间的变化关系 金属薄膜应变片金属薄膜应变片 上一页返 回下一页本讲稿第七页，共三十七页2.3 半导体压阻传感器原理 l半导体的压阻效应u固体受到作用力后，电阻率就要发生变化，这种效应称为压阻效应 u半导体材料的压阻效应特别强。u压阻式传感器的灵敏系数大，分辨率高。频率响应高，体积小。它主要用于测量压力、加速度和载荷等参数。u因为半导体材料对温度很敏感，因此压阻式传感器的温度误差较大，必须要有温度补偿。本

4、讲稿第八页，共三十七页压阻效应压阻效应 金属材料 半导体材料 半导体电阻率 l为半导体材料的压阻系数，它与半导体材料种类及应力方向与晶轴方向之间的夹角有关；E为半导体材料的弹性模量，与晶向有关。本讲稿第九页，共三十七页对半导体材料而言，l E(1+2)，故(1+2)项可以忽略半导体材料的电阻值变化，主要是由电阻率变化引起的，而电阻率的变化是由应变引起的 半导体单晶的应变灵敏系数可表示 半导体的应变灵敏系数还与掺杂浓度有关，它随杂质的增加而减小本讲稿第十页，共三十七页体型半导体电阻应变片体型半导体电阻应变片体型半导体电阻应变片体型半导体电阻应变片结构型式及特点结构型式及特点结构型式及特点结构型式

5、及特点 主要优点是灵敏系数比金属电阻应变片的灵敏系数大数十倍 横向效应和机械滞后极小 温度稳定性和线性度比金属电阻应变片差得多 本讲稿第十一页，共三十七页2.4 电阻应变式电阻应变式力传感器应用力传感器应用 上一页返 回下一页重量或力检测重量或力检测扭矩检测扭矩检测压力检测压力检测加速度测量加速度测量本讲稿第十二页，共三十七页BK-2S称重称重传感器感器产品品详细介介绍采用国际流行的双梁式或剪切S梁结构，拉、压输出对称性好、测量精度高、结构紧凑，安装方便，广泛用于机电结合秤、料斗秤、包装秤等各种测力、称重系统中 供桥电压 12VDC 输入阻抗 38020 输出阻抗 35010 绝缘电阻 200

6、0M 工作温度-10+50 本讲稿第十三页，共三十七页BK4轮辐式式传感器系列感器系列 采用采用轮辐式式结构，高度低，抗偏构，高度低，抗偏抗抗侧能力能力强，测量精度高，性能量精度高，性能稳定定可靠，安装方便，是大、中量程精度可靠，安装方便，是大、中量程精度传感器中的最佳形式，广泛用于各种感器中的最佳形式，广泛用于各种电子衡器和各种力子衡器和各种力值测量，如汽量，如汽车衡、衡、轨道衡、吊勾秤、料斗秤道衡、吊勾秤、料斗秤技术参数 量程（t）1，2，5，10，20，30，50 供桥电压 12VDC 灵敏度 152mV/V 输入阻抗 73020 非线性（%FS）0.03,0.05,0.1 输出阻抗 7

7、0010 重复性（%FS）0.03,0.05,0.1 绝缘电阻 2000M 滞后（%FS）0.03,0.05,0.1 工作温度-10+50 允许过负荷 120%FS 热零点偏移（%FS/10）上一页返 回下一页本讲稿第十四页，共三十七页圆盘式称重传感器 铝合金材质。结构小巧低矮，小偏转，铝合金材质。结构小巧低矮，小偏转，整体紧凑的结构使之具有非凡的抗干扰整体紧凑的结构使之具有非凡的抗干扰力，适合冲击场合及动态称量，全焊封，力，适合冲击场合及动态称量，全焊封，适合于危险环境使用。适合于危险环境使用。本讲稿第十五页，共三十七页环型称重传感器环型称重传感器 l弹性体材料用合金钢。精度达弹性体材料用合

8、金钢。精度达0.02%FS。本讲稿第十六页，共三十七页波纹管式称重传感器波纹管式称重传感器 l波纹管单点式，合金钢，全焊接密封，波纹管单点式，合金钢，全焊接密封，适用于电子皮带秤，料斗秤等各类电子适用于电子皮带秤，料斗秤等各类电子称重设备。称重设备。本讲稿第十七页，共三十七页S型称重传感器型称重传感器 l不锈钢结构，拉压两用，通用性强。不锈钢结构，拉压两用，通用性强。本讲稿第十八页，共三十七页应变片悬臂梁称重传感器应变片悬臂梁称重传感器 l弹性体为铝合金，应用于电子天平、珠弹性体为铝合金，应用于电子天平、珠宝秤等。宝秤等。本讲稿第十九页，共三十七页铝合金悬臂梁称重传感器铝合金悬臂梁称重传感器

9、l铝合金材质，一般用于生产过程的称重铝合金材质，一般用于生产过程的称重用。用。本讲稿第二十页，共三十七页钢结构悬臂梁称重传感器钢结构悬臂梁称重传感器 l不锈钢焊封结构，精度高，适合在危险不锈钢焊封结构，精度高，适合在危险环境、恶劣工况或食品工业中使用。环境、恶劣工况或食品工业中使用。本讲稿第二十一页，共三十七页压式称重传感器压式称重传感器 l合金钢材料。精度达合金钢材料。精度达0.02%FS。本讲稿第二十二页，共三十七页拉式称重传感器拉式称重传感器 l合金钢材料。精度达合金钢材料。精度达0.02%FS。本讲稿第二十三页，共三十七页扭矩传感器扭矩传感器 l轮辐式扭矩传感器。基于应变式传感器的工作

10、原轮辐式扭矩传感器。基于应变式传感器的工作原理，将测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上理，将测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上并组成应变桥并组成应变桥,向应变桥提供电源即可测得该弹性轴向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。应用范围：检测各种机械加工中心，受扭的电信号。应用范围：检测各种机械加工中心，自动机床的工作过程中的扭矩和各种旋转动力设备系自动机床的工作过程中的扭矩和各种旋转动力设备系统所传递的扭矩及效率等。统所传递的扭矩及效率等。本讲稿第二十四页，共三十七页本讲稿第二十五页，共三十七页扭矩传感器扭矩传感器 本讲稿第二十六页，共三十七页呼吸波传感器呼吸波传感器 l该传感器使用方便

11、，稳定可靠，灵敏度高，频率响应好。该传感器使用方便，稳定可靠，灵敏度高，频率响应好。供无损伤检测人或动物的呼吸波形，使用时，只要将传感供无损伤检测人或动物的呼吸波形，使用时，只要将传感器用带子（一般选用无延伸性的棉质细带即可）系于被试器用带子（一般选用无延伸性的棉质细带即可）系于被试者的腹部或胸部，当呼吸所产生的腹部或胸部运动作用于者的腹部或胸部，当呼吸所产生的腹部或胸部运动作用于传感器的固定带时，传感器将呼吸的相对运动转换为电信传感器的固定带时，传感器将呼吸的相对运动转换为电信号，经放大器放大后即可记录。号，经放大器放大后即可记录。本讲稿第二十七页，共三十七页压力传感器l说明：说明：l这里的

12、压力实际上是压强；这里的压力实际上是压强；l沿用工程的习惯，仍称之为压力沿用工程的习惯，仍称之为压力本讲稿第二十八页，共三十七页脉搏传感器脉搏传感器 l为半导体压阻式传感器，具有灵敏度高，为半导体压阻式传感器，具有灵敏度高，频率响应好、线性度好、抗干扰能力强、频率响应好、线性度好、抗干扰能力强、体积小、重量轻、安全可靠等优点，可体积小、重量轻、安全可靠等优点，可用于临床或科研中测试脉搏波。用于临床或科研中测试脉搏波。本讲稿第二十九页，共三十七页生理压力传感器生理压力传感器 l为半导体压阻式传感器，具有灵敏度高、线性度为半导体压阻式传感器，具有灵敏度高、线性度好、结构坚固等优点，适用于测量血压和

13、其它生好、结构坚固等优点，适用于测量血压和其它生理压力，也适用于工业科研中气体、液体的压力理压力，也适用于工业科研中气体、液体的压力测量。测量。本讲稿第三十页，共三十七页肌张力传感器肌张力传感器 l是一种用途较广的微力测量传感器，它具有灵敏是一种用途较广的微力测量传感器，它具有灵敏度高、线性度好、使用方便、测量可靠等特点，度高、线性度好、使用方便、测量可靠等特点，可以用于肌肉张力、呼吸率、液滴计数等生理指可以用于肌肉张力、呼吸率、液滴计数等生理指标测量中，亦用于某些物理测量过程中。标测量中，亦用于某些物理测量过程中。本讲稿第三十一页，共三十七页AK-1型型应变式脉式脉动压力力传感器感器产品品特

14、点：采用外壳和膜片为一体的圆膜片结构 尺寸小，安装方便 频响高，精度高，性能稳定可靠 适用于各种动，静态、气、液体介质的压力测量上一页返 回下一页本讲稿第三十二页，共三十七页筒式压力传感器筒式压力传感器 这种压力传感器一般用于管道，枪（炮）受力测量。本讲稿第三十三页，共三十七页膜片式压力传感器膜片式压力传感器 膜片式压力传感器的应变片一般利用金膜片式压力传感器的应变片一般利用金属箔作成如下图所示应变花的形式。属箔作成如下图所示应变花的形式。本讲稿第三十四页，共三十七页组合式压力传感器组合式压力传感器 这种传感器通常用于测量小压力，其缺点是固有频率低，不适于这种传感器通常用于测量小压力，其缺点是固有频率低，不适于测量瞬态过程。测量瞬态过程。本讲稿第三十五页，共三十七页应变式容器内液体重量（或液位）传感器应变式容器内液体重量（或液位）传感器本讲稿第三十六页，共三十七页应变式加速度传感器应变式加速度传感器上一页返 回上一页返 回在低频（在低频（1060Hz）振动测量中得到广泛的应用）振动测量中得到广泛的应用,但不适用于频率较高的振动和冲击。但不适用于频率较高的振动和冲击。应变式加速度传感器结构示意图应变式加速度传感器结构示意图1等强度梁等强度梁 2质量块质量块 3壳体壳体 4电阻应变片电阻应变片本讲稿第三十七页，共三十七页