柱式传感器
应变式测力传感器设计
1前言 1.1研究课题背景及意义 应变式测力传感器早已在众多测控领域中得到了广泛的应用，尤其在测量重量方面，其技术已非常成熟。所以，国内外众多科技人员努力争取更大的突破。得到更优良的弹性体结构，非常合适的弹性体材料，合乎测量要求的应变片，完善的测量电路及补偿电路是需要努力的。当然，非常好的外观质量也是一大竞争力。现已有的应变式测力传感器大致有这么几种：桥式、剪切梁式、单点式、柱式、轮辐式、板式、平行梁式、S型。它们主要用于称重领域。国外企业在以下几个方面进行了许多研究和实验工作，如结构设计、制造工艺、电路补偿及调整、稳定性方面。并取得了一定的进展。这些进展主要包括在设计和计算过程中引入了先进的分析方法，如用计算机拟实技术进行动态仿真和动力学分析及工艺设计过程里运用虚拟技术，对生产工艺进行仿真检验。在弹性体加工方面，使用先进制造技术，将刚性制造转为柔性制造，加工中心、柔性制造系统和柔性制造单元得到普遍采用。在生产过程中尽量采用半自动和自动控制、自动检验程序和计算机网络技术。改进了工艺装备也是主要成就之一。最终提高了应变式测力传感器的稳定性和可靠性。 转子在高速运转过程中，由于种种原因，诸如转子的偏心问题，会产生不容忽视的径向力，使转轴的径向误差加大。在自动控制系统中，便需要得到径向力这个信号，然后对执行机构才能进行控制。要得到理想的控制刚度，不仅需要控制系统的稳定可行，测试系统的重要性同样不可忽视。所以，传感器性能的好坏和选取的是否恰当是个非常关键的问题。在现有的径向力测量中，人们并不是直接去测径向力的值，而是将其转化为其它量，比如位移量。然后使用位移传感器进行测量，控制径向位移量便使得径向力引起的问题得到解决。在高速运转的系统中，如磁悬浮系统，人们便广泛采用这样一些位移传感器：电容式传感器、电涡流式传感器、电感式传感器。并都取得了不错的测量控制效果。但是，还不能忽视他们的缺点。电容式传感器，其电容小，容易受到外界诸多因素的影响，在高速旋转的转子系统中其可靠性大大降低。电涡流式传感器相对来讲比较合适，但是当附近存在高频磁场和工作的高频开关器件，它的可靠性也将变得不理想。电感式传感器由于自身的频率响应特性不适合于快速动态测量。 其实在转子系统中，转子肯定要有轴承支承。前面所讲都是将传感器作为一个附属测量器件，纯粹起测量作用。考虑轴承的刚度问题和受力问题，一个新的测量方向便产生了，何不设计一个既能其支撑作用，就像轴承一样，又起测量作用个，就像传感器一样。如果要同时具有这两种作用，那么前面所说的电容式传感器、电涡流式传
压力传感器的基本特性测量及电子秤的设计
压力传感器的基本特性测量及电子秤的设计 一、实验目的 1．了解金属箔式应变片的应变效应和性能，单臂单桥的工作原理和工作情况。 2．测量应变式传感器的压力特性，计算其灵敏度。 3．测量应变式传感器的电压特性，作出输出电压与工作电压的关系特性图。 4．根据应变式传感器的压力特性设计一个电子秤。 三、实验仪器 YJ-WLT-I物理综合实验平台、压力传感器实验装置、电桥模块与差动放大器（含调零模块）一起提供线路板、万用表、标准砝码等。 四、实验原理 金属导体的电阻随其所受机械形变（伸长或缩短）的大小而发生变化，其原因是导体的电阻与材料的电阻率以及它的几何尺寸（长度和截面）有关。由于导体在承受机械形变过程中，其电阻率、长度和截面积都要发生变化，从而导致其电阻发生变化，因此电阻应变片能将机械构件上应力的变化转换为电阻的变化。电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为： △R／R=Kε（1） 式中△R／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=△ L／L为电阻丝长度相 对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转 换被测部位受力状态变化，电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压 反映了相应的受力状态。 要由双孔平衡梁和粘贴在梁上的电阻应变片 R1—R4组成，电阻应变片一般由敏感栅、基底、 粘合剂、引线、盖片等组成。应变片的规格一 般以使用面积和电阻值来表示，如 “3×10mm2，350Ω”。 敏感栅由直径约0.01mm--0.05mm高电阻 系数的细丝弯曲成栅状，它实际上是一个电阻 元件，是电阻应变片感受构件应变的敏感部分。 敏感栅用粘合剂将其固定在基片上.基底应保证将构件上的应变准确地传送到敏感栅 上去，故基底必须做得很薄（一般为0.03mm--0.06mm），使它能与试件及敏感栅牢固 地粘结在一起；另外，它还应有良好的绝缘性、抗潮性和耐热性.基底材料有纸、胶膜
磁通量传感器索力监测系统设计指南.
磁通量传感器索力监测系统 设计使用指南 柳州欧维姆结构检测技术有限公司 目录 前言 (3 1. 磁通量传感器原理 (4 2. 磁量传感器的技术特点 (4 3. 主要技术指标 (5 4. 磁通量传感器的应用 (5 5、磁通量传感器索力监测系统 (8 6. 索力监测系统的配置 (10 7. 传感器选型与安装 (12 8. 磁通量传感器监测系统建立过程及注意事项 (14 9. 主要工程业绩 (15 前言
拉索是缆索支承型桥梁的核心构件之一,素有“生命线”之称,其服役状况直接关系到桥梁的安全运营与使用寿命。因此,对桥梁拉索进行安全监测,及时了解拉索和桥梁的服役状态是十分必要的。拉索的安全监测,主要是通过监测拉索的索力,来判断其使用状况,评定其安全性。一方面,一根拉索的损伤变化会在其本身的索力变化和相邻索力的变化上表现出来,在外部则表现为主梁挠度发生变化;另一方面,主梁或塔的损伤变化也会引起索力的变化。通过对索力的监测,不仅能为总体评价其技术状况提供依据,同时也可以在一定程度上发现拉索锚固系统、防护系统是否完好,也可以更好地理解桥梁结构机理,验证设计理论从而指导设计。 索力监测所应用的传感器技术主要有:振动频率法、压力传感器(振弦式、应变片、液压式、光纤光栅、磁通量传感器(EM sensor等。各种索力测量方法,各有其特点,振动频率法是通过建立拉索的简化模型,实测拉索的振动频率,经过计算间接得出索力,因为受减震器、拉索实际长度、外护套等影响,其测量精度比较差。压力型传感器是比较传统的传感器技术,需要串接在受力结构中,将传递到传感器上面的力直接测量出来,短期精度高、动态性好,但由于受荷载长期作用、材料徐变、形变传递失真等方面的影响,耐久性和长期精度很难保证,在受力状态下无法重新校准,无法更换,因此压力型的传感器用于长期监测有一定的局限性,只能在桥梁建设或换索时预装。 针对传统的传感器技术的局限,磁通量传感器(EM Sensor较好地解决了这些问题: 1、通过非接触式测量解决传感器受力疲劳影响寿命问题; 2、用模拟标定来实现运营状态的数据校准; 3、可以设计成哈弗式传感器,直接在已受力的拉索上制作及安装,实现运 营中桥梁拉索的索力监测。 4、可以实现体内预应力(有粘结多截面应力监测。
压电式力传感器的设计
机械工程测试课程设计 学院：xxxxxx 专业班级：xxxxxx 学号：xxxxxx 姓名：xxx
《力的测量课程设计》 目录 设计摘要 (1) 引言 (1) 第一章传感器的结构设计 (2) 第二章传感器的参数计算 (3) 第三章测量电路 (5) 总结 (6) 参考文献 (6)
设计摘要 设计过程主要包括设计格式、设计要求及设计过程中有关压电式力传感器的设计，还有在整个设计过程中的有关计算、与传感器相连的测试电路。 本压电式传感器采用压缩型单项里传感器结构，利用纵向压电效应进行工作，在设计中压电材料采用石英晶体。由于安装中需施加预紧力，以保证该传感器的线性度良好，故留出一定的过载量，本设计中重点考虑了各部分的面积、刚度等参数，未讨论预紧力的选用范围，可能还存在一些其他因素，如安装误差等可以影响设计传感器的性能，属于正常范围内，使用中可忽略。 引言 压电式力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，在工业中有着不可少的作用。压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。 传感器原理与应用作为一门课程，我们在认真学好理论课程的同时，还要与实际结合起来，只有这样才能对压电式传感器的使用有更好的理解。 通过对传感器的设计来加深对理论课程的理解，这是王伟老师要求我们进行课程设计的目的。做到理论联系实际，从而学会正确分析传感器使用过程中出现的问题，不断总结经验，进而用来来指导实践，这样我们才能将学好的知识得到很好的应用。也为我们日后再该领域的进一步研究打下坚实的基础。
传感器技术课程设计(应变式测力仪)
成绩评定： 传感器技术 课程设计 题目应变式测力仪 院系电子工程学院 专业 姓名 年级电 指导教师蔡苗苗 2014年 11 月
摘要 电阻应变式传感器具有灵敏度和精度高，性能稳定、可靠、尺寸小，重量轻、结构简单、使用方便、测量速度快等优点，且能在恶劣的环境下工作，在力、压力和重力要测试中有非常广泛的应用。所以电阻应变式力传感器制作的电子称具有准确度高，易于制作，简单实用、成本低廉、体积小巧、携带方便等特点。 对于电阻应变片式测力传感器（以下简称“测力传感器”）来说，弹性体的结构外形与相关尺寸对测力传感器性能的影响极大。可以说，测力传感器的性能主要取决于其弹性体的外形及相关尺寸。假如测力传感器的弹性体设计不公道，无论弹性体的加工精度多高、粘贴的电阻应变片的品质多好，测力传感器都难以达到较高的测力性能。因此，在测力传感器的设计过程中，对弹性体进行公道的设计至关重要。 关键词：电阻应变片测力传感器精度灵敏度
目录 一、设计目的------------------------- 4 二、设计任务与要求--------------------- 4 2.1设计任务------------------------- 4 2.2设计要求------------------------- 4 三、设计步骤及原理分析 ----------------- 5 3.1设计方法------------------------- 5 3.2设计步骤------------------------- 6 3.3设计原理分析---------------------- 7 四、课程设计小结与体会 ----------------- 9 五、参考文献-------------------------- 9
传感器技术课程设计(应变式测力仪)
WOIRD格式 成绩评定： 传感器技术 课程设计 题目应变式测力仪 院系电子工程学院 专业 姓名 年级电 指导教师蔡苗苗 2014年11月
摘要 电阻应变式传感器具有灵敏度和精度高，性能稳定、可靠、尺寸小，重量轻、结构简单、使用方便、测量速度快等优点，且 能在恶劣的环境下工作，在力、压力和重力要测试中有非常广泛 的应用。所以电阻应变式力传感器制作的电子称具有准确度高， 易于制作，简单实用、成本低廉、体积小巧、携带方便等特点。 对于电阻应变片式测力传感器（以下简称“测力传感器”）来说，弹性体的结构外形与相关尺寸对测力传感器性能的影响极 大。可以说，测力传感器的性能主要取决于其弹性体的外形及相 关尺寸。假如测力传感器的弹性体设计不公道，无论弹性体的加 工精度多高、粘贴的电阻应变片的品质多好，测力传感器都难以 达到较高的测力性能。因此，在测力传感器的设计过程中，对弹 性体进行公道的设计至关重要。 关键词：电阻应变片测力传感器精度灵敏度
目录 一、设计目的-------------------------4 二、设计任务与要求---------------------4 2.1设计任务-------------------------4 2.2设计要求-------------------------4 三、设计步骤及原理分析-----------------5 3.1设计方法-------------------------5 3.2设计步骤-------------------------6 3.3设计原理分析----------------------7 四、课程设计小结与体会-----------------9 五、参考文献--------------------------9
浅谈测力传感器设计的应力集中原则
浅谈测力传感器设计的应力集中原则 【摘要】文中介绍了在测力传感器的设计过程中经常运用的两种应力集中的设计原则。按照这两种应力集中的原则，对弹性体进行结构设计，能够收到提高测力传感器的测力精度和测力灵敏度的良好效果。 【关键词】测力传感器；应力集中；精度；灵敏度 一、概述 对于电阻应变片式测力传感器（以下简称“测力传感器”）来说，弹性体的结构形状与相关尺寸对测力传感器性能的影响极大。可以说，测力传感器的性能主要取决于其弹性体的形状及相关尺寸。如果测力传感器的弹性体设计不合理，无论弹性体的加工精度多高、粘贴的电阻应变片的品质多好，测力传感器都难以达到较高的测力性能。因此，在测力传感器的设计过程中，对弹性体进行合理的设计至关重要。 弹性体的设计基本属于机械结构设计的范围，但因测力性能的需要，其结构上与普通的机械零件和构件有所不同。一般说来，普通的机械零件和构件只须满足在足够大的安全系数下的强度和刚度即可，对在受力条件下零件或构件上的应力分布情况不必严格要求。然而，对于弹性体来说，除了需要满足机械强度和刚度要求以外，必须保证弹性体上粘贴电阻应变片部位（以下简称“贴片部位”）的应力（应变）与弹性体承受的载荷（被测力）保持严格的对应关系；同时，为了提高测力传感器测力的灵敏度，还应使贴片部位达到较高的应力（应变）水平。 由此可见，在弹性体的设计过程中必须满足以下两项要求： （1）贴片部位的应力（应变）应与被测力保持严格的对应关系； （2）贴片部位应具有较高的应力（应变）水平。 为了满足上述两项要求，在测力传感器的弹性体设计方面，经常应用“应力集中”的设计原则，确保贴片部位的应力（应变）水平较高，并与被测力保持严格的对应关系，以提高所设计测力传感器的测力灵敏度和测力精度。 二、改善应力（应变）不规则分布的“应力集中”原则 在机械零件或构件的设计过程中，通常认为应力（应变）在零件或构件上是规则分布的，如果零件或构件的截面形状不发生变化，不必考虑应力（应变）分布不规则的问题。其实，在机械零件或构件的设计中，对于应力（应变）不规则分布的问题并非不予考虑，而是通过强度计算中的安全系数将其包容在内了。 对于测力传感器来说，它是通过电阻应变片测量弹性体上贴片部位的应变来测量被测力的大小。若要保证贴片部位的应力（应变）与被测力保持严格的对应关系，实际上就是保证在测力传感器受力时，弹性体上贴片部位的应力（应变）要按照某一规律分布。在实际应用中，对于弹性体贴片部位应力（应变）分布影响较大的因素主要是弹性体受力条件的变化。弹性体受力条件的变化是指当弹性体受力的大小不变时，力的作用点发生变化或弹性体与其相邻的加载构件和承载构件的接触条件发生变化。如果在弹性体结构设计时，未能考虑这一情况，就可能造成弹性体上应力（应变）分布的不规则变化当筒式测力传感器上、下端面均匀受力时，在弹性体贴片部位的整个圆周上应力（应变）的分布是均匀的。当上、下两个端面上受力情况发生变化后，力在两个端面的作用情况不再是均匀分布的，这时弹性体贴片部位圆周上应力（应变）的分布情况就难以预料了。如果筒式测力传感器弹性体的高度与直径之比足够大，弹性体贴片部位圆周上的应力
压电式测力传感器
压电式测力传感器的原理及应用 摘要：伴随着电子工程、机械工程、物理学及生物学的发展和需求，传感器微电子技术也逐步的成熟起来，成为一个独立的，设计生物、物理、化学、材料、工程学等领域的新学科。它也将延伸到我们生活的各行各业、方方面面。由于传感器技术的空前发展，其应用领域也不断深入，人们对这方面知识的需求愈显迫切，各种特性，功能各异的传感器也应运而生，例如生物传感器，红外传感器，压电式传感器……，对于这形色功能各异的传感器我们怎样去认识、熟悉它也是一个需要解决的难题，本文将带领我们进入这个新奇的世界，…… 关键词：微电子技术，传感器，压电式测力传感器 1引言：生活中的声控开关、商场中的智能大门、时下正热的红外遥感技术，对这一切就 时时刻刻发生我们身边和应用到我们生活中的随口拖出的“神秘”东西，对于这些智能的生活用具到底怎样工作的呢？在这之中我们不得不提到一个重要的幕后操纵者——传感器，什么是传感器，传感器的工作原理及其性能是什么，……，本文将通过介绍传感器中的一种压电式传感器带领我们进入这个神秘的世界，并通过实例的解析去认识它 2 传感器的综述 2.1 传感器的专业术语及系统介绍 传感器：（广义）凡能外界信息并按一定规律转换成便于测量和控制的信息的装置；（狭义）只有将外界信息按一定规律转换成电量的装置。 传感器的总特性：主要指传感器以及被测对象和后接仪器组成的测量系统的输入和输出的匹配、传感器的机械特性以及其工作特性。 静态特性：表示传感器在被测量各值处于稳定状态时的输入-输出的关系，其指标是灵敏度、线性度、稳定度迟滞等。 动态特性：指输入随时间变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。它取决于传感器本身，另外与被测量的形式有关。 传感器的组成：通常，传感器由敏感元件，传感元件和其他辅助件组成，又是也将信号调节与转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。如下图： 敏感元件：直接感受被测量（一般为非电量），并输出与被测量成确定关系的其他量（一般为电量）的元件。如应变式压力传感器的弹性膜片、热电偶等都为敏感元件。 传感元件：又称变换器，它一般情况下不直接感受被测量，而是将敏感元件的输出量转换为电量输出的元件。如应变式传感器中的应变片等。 信号调节与辅助电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有
柱式拉压力传感器
拉压力传感器 用途与特点 可用于拉、压力值的测量，输出对称性好，抗偏载能力强。 适用于各种配料秤、吊钩秤及各类专用秤等。 可选择内置式变送器，标准信号0～10mA、4～20mA或0～5V输出。 量程、规格、外形及安装尺寸 额定载荷100kg～20t 综合精度0.05（线性+滞后+重复性） 灵敏度 2.0mV/V 蠕变±0.05％F·S/30min 零点输出±1％F·S 零点温度影响±0.05％F·S/10℃ 输出温度影响±0.05％F·S/10℃工作温度-20℃～+65℃ 输入阻抗710±15Ω 输出阻抗650±5Ω 绝缘电阻〉5000MΩ 安全过载150％F·S 供桥电压建议10VDC 材质合金钢或不锈钢 传感器接线方式电源（+）红线电源（-）黑线输出（+）绿线输出（-）白线 放大器接线DC24V(+)红线DC24V(-)绿线或者黑线4~20mA(+) 黄线（如图）
尺寸/mm HφM A 量程/t 6T1387630×3.594 KQ-FDN多路精密放大器 信号放大器 功能与特点： 传感器信号放大器将传感器输出信号进行精密放大，线路内部进行稳压，恒流供桥、电压电流转换，阻抗适配，线性补偿，温度补偿等，将力学量转换成标准电流、电压信号输出:4～20mA、0～10mA、0～5V、0～10Ｖ后，直接与自动控制设备接口或与计算机联网。外置变送器具备标准信号外调零、外调增益功能。 技术指标： 技术参数技术指标单位 输入0-20 mV 输出0-5/0-10 V 4-20 mA 精度≤±0.1%F.S 供电电压12VDC、24VDC、AC220V 工作温度-20~85 ℃ 防护等级IP65 尺寸大小158×100×65(mm)
测力传感器设计实验报告
测力传感器设计实验 一．实验目的 1. 利用已有材料和实验器材，设计一个测力传感器； 2. 使用所设计传感器测试未知力。 二．实验仪器和设备 1． 拉压试验台 2． YJ-4501A 静态数字电阻应变仪 3． 圆环式弹性元件 4． 应变片及应变片贴片所需器材（详见应变片粘贴实验） 三．实验原理设计方案及原理 由材料力学可知，圆环弹性元件弯矩图如图1所示，截面A,B 的弯矩值分别为 0.318A P M F R = 0.182B P M F R =- 式中R 为圆环的平均半径。 图1 弹性元件弯矩图 图2 应变片粘贴位置 图3 全桥接线图 按照图2粘贴应变片，1R ,4R 感受到的弯曲应变为M ε;2R ,3R 感受到的弯曲应变为M ε-，按照图3接成全桥线路，可以得到读数应变为 1234d εεεεε=--+ 若忽略圆环曲率的影响，贴片处的弯曲应变为 2 1.09P M F R M E EW Ebh σ ε= = = 式中b 为圆环截面厚度；h 为圆环截面宽度，由此得到P F 与读数应变之间的关系为 2 4.36P d Ebh F R ε= 四．实验步骤 1. 按图2方式在圆环式弹性元件上粘贴应变片，焊接到西安，用万用表检测应变片是否正 常工作；
2. 将应变片按全桥接入电阻应变仪，打开应变仪，工作方式设定为全桥； 3. 测量测力元件尺寸； 4. 将圆环元件安装在拉压实验装置上，下端用螺丝固定，上端加载接头先不接触元件，应 变仪清零； 5. 通过拉压实验装置对元件施加压力，从电阻应变仪读出读数应编制，从数字测力仪读出 力的大小作为比对值； 6. 重复以上步骤，将数据记入下表。 五 实验结果及处理 测力元件为铝材料制成，弹性模量 70a E GP =，尺寸 4.625R c m =, 1.4b cm =,0.85h cm =。
《传感器与检测技术》课程设计
课程设计任务书及指导书 一.设计题目 《压力测量仪的设计》 二.设计目的 （1）使同学们掌握金属箔应变片组成的称重传感器的正确使用方法；了解压力测量仪的工作原理及其在电子天平中的应用。 （2）通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。 三.设计任务 （1）学生根据设计要求完成设计与测试。 （2）在完成设计后书写课程设计报告。 四.时间安排2005年12月5日至2005年12月30日 五.设计内容 压力测量仪由以下五个部分组成：传感器、传感器专用电源、信号放大系统、模数转换系统及 显示器等组成。其原理框图如图1所示： 图1 压力测量仪组成框图 (1) 传感器测量电路 称重传感器的测量电路通常使用电桥测量电路，它将应变电阻值的变化转换为电压的变化，这就是可用的输出信号。 电桥电路由四个电阻组成，如图2所示：桥臂电阻R1，R2，R3和R4，其中两对角点AC接电源电压U SL=E（+10V），另两个对角点BD为桥路的输出U SC，桥臂电阻为应变电阻。 R1R4=R2R3时，电桥平衡，则测量对角线上的输出U SC为零。当传感器受到外界物体重量影响时，电桥的桥臂阻值发生变化，电桥失去平衡，则测量对角线上有输出，U SC≠0。
图2 传感器电桥测量电路 (2) 放大系统 压力测量仪的放大系统是把传感器输出的微弱信号进行放大，放大的信号应能满足模数转换的要求。该系统使用的模数转换是3位半A/D转换，所以放大器的输出应为0V ～ 1.999V。 为了准确测量，放大系统设计时应保证输入级是高阻，输出级是低阻，系统应具有很高的抑制共模干扰的能力。 (3) 模数转换及显示系统 传感器的输出信号放大后，通过模数转换器把模拟量转换成数字量，该数字量由显示器显示。显示器可以选用数码管或液晶显示器 (4) 传感器供电电源 有恒压源与恒流源 对于恒压源供电：参考图2，设四个桥臂的初始电阻相等且均为R，当有重力作用时，两个桥臂电阻增加△R，而另外两个桥臂的电阻减少，减小量也为△R。由于温度变化影响使每个桥臂电阻均变化△R T。这里假设△R远小于R，并且电桥负载电阻为无穷大，则电桥的输出为：U SC= E*( R+△R+△R T)/( R-△R+△R T +R+△R+△R T)- E*( R-△R+△R T)/( R+△R+△R T +R-△R+△R T)= E*△R/（R+△R T） 即 U SC= E*△R/（R+△R T）式(1) 说明电桥的输出与电桥的电源电压E的大小和精度有关，还与温度有关。 如果△R T=0，则电桥的电源电压E恒定时，电桥的输出与△R/R成正比。 当△R T≠0时，即使电桥的电源电压E恒定，电桥的输出与△R/R也不成正比。这说明 恒压源供电不能消除温度影响。 对于恒流源供电：供电电流为I，设四个桥臂的电阻相等，则 I ABC=I ADC=0.5I 有重力作用时，仍有 I ABC=I ADC = 0.5I 则电桥的输出为： U SC= 0.5I*(R+△R+△R T)- 0.5I*(R-△R+△R T)=I*△R 即U SC= I*△R 式(2) 因此，采用恒流源供电，电桥的输出与温度无关。因此，一般采用恒流源供电为好。 由于工艺过程不能使每个桥臂电阻完全相等，因此，在零压力时，仍有电压输出，用恒流源供电仍有一定的温度误差。 四、设计提示 (1) 放大电路设计 首先，由于传感器测量范围是0 ～ 2Kg，灵敏度为1mV/V，其输出信号只有0 ～10mV左右；而A/D转换的输入应为0V ～ 1.999V，对应显示0 ～ 1.999Kg，当量为1mV/g，因此要求放大器的放大倍数约为200倍，一般采用二级放大器组成。 其次，在电路设计过程中应考虑电路抗干扰环节、稳定性。选择低失调电压，低漂移，高稳定
力传感器分类及如何选型
力传感器分类及如何选型 一、力传感器分类 传感器主要有二大分类：应变式力传感器和压电式力传感器。 应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器。电阻应变片则是最长用的传感元件，主要受温度干扰较大。 应变式传感器优点：精度高、线性好、稳定性高、测量范围大、数据便于记录、处理和远距离传输等优点。广泛用于工程测量和科学实验中。 压电式传感器是将被测物理量变化转换成由于材料受机械力产生的静电电荷或电压变化的传感器，主要受电场干扰。它的敏感元件由压电材料制成，主要有压电晶体、压电陶瓷和高分子压电材料。 压电式传感器具有频带宽、灵敏度高、信噪比高、重量轻、体积小、结构简单、工作可靠等优点。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。压电式压力传感器不能用作静态测量，一般用于测量脉动压力，不能测量静压力； 二、力传感器选型 1、量程 传感器测量范围上限与下限之差。若测量下限为零，则传感器所测量的最大物理量等于其量程。超过量程范围时往往会造成传感器输出信号饱和，甚至导致传感器损坏。 2、精度 传感器精度主要从下列参数反应：线性度、分辨力、迟滞性、重复性。 一般传感器技术参数会给出一个综合精度，如果没有这项指标，那么传感器的精度就以线性度为准（有的也称为非线性）。 线性度：传感器的实际静态曲线与拟合曲线的最大偏差与传感器满量程输出的百分比。 分辨力：传感器分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。该参数与传感器灵敏度是由区别的。 传感器灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y 对输入量变化△x 的比值。它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S 是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某位移传感器，在位移变化1mm 时，输出电压变化为200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。 迟滞性：指传感器正向行程（输入量增大）和反向行程（输入量减小）期间，输出特性曲线的不一致程度。 3、尺寸 力传感器根据量程和应用场合有不同的尺寸，主要包括：轮辐式、S 型、柱式、垫片/垫圈式。 4、适用环境 根据传感器的使用场合，有不同的环境等级（IPXX），工作温度和动静态测量等。若工作环境比较恶劣，温差较大。就要选择IP 等级高，温漂小的传感器。 5、输出信号 应变式传感器输出信号为mv/v,如果传感器内置了先好调理电路（如放大器等），也可以输出0—5V，0-10V，±5V，±10V,4mA-20mA。 6、放大器
测力传感器研究发展综述_杨兆建
第1期(总第118期) 2003年3月山 西 机 械 SHA NX I M A CHIN ERY N o.1M ar. 文章编号:1008-8342(2003)01-0001-03 测力传感器研究发展综述 杨兆建,王勤贤 (太原理工大学,山西 太原 030024) 摘要:简述了传感器的发展简况,比较了力传感器基本类型及其优缺点,对电阻应变式测力(称重)传感器发展进行了评述,讨论了若干关键技术及研究热点。关键词:传感器;发展;综述;研究中图分类号:P 212 文献标识码:A 基金项目:山西省自然科学基金资助项目(20001040)收稿日期:2002-10-10 作者简介:杨兆建(1955-),男,河北省人,工学博士,教授,博士生导师;王勤贤(1958-),女,山东省人,副教授。 1 传感器发展简况 传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。随着科学技术的发展,传感器技术在自动控制、机器人、机械设备工况监测与故障诊断等众多领域中发挥着越来越重要的作用,有人将传感器比作人的五官与皮肤是很恰当的。传感器技术的发展建立在敏感机理、功能材料、制造工艺和计测技术四块基石之上,因而造成了传感器种类极其繁多。按传感器的使用对象可分为长度、力学、湿度、频率、电量、磁性、光学、声学、射线、化学和生理量传感器,按传感器的工作原理又可分为结构型和物性型传感器。 结构型传感器的基本工作原理是基于构件的机械位移。其主要大类有:电阻应变式、电位器式、电容式、电感式、变压器式、电涡流式、电动式、谐振式等传感器。结构型传感器是早期工业用传感器,虽有体积大、耗材多、速度慢等缺点,但由于工艺成熟、牢固可靠、价格低廉,仍然有广阔的应用前景。目前总的发展趋势是以微电子技术和计算机技术改造传统的结构型传感器,使之成为新兴的复合型传感器。如电阻应变式传感器采用弹性元件和应变计一体化的合金膜压力传感器。利用微电子技术将电容式传感器的极距减小到几个L m ,从而提高传感器的性能,利用大规模集成电路将测量线路封装在传感器壳体内,可消除电缆电容的影响。以石英晶体为弹性体的谐振式传感器也是以微电子技术改造的一个例子。 物性型传感器的工作原理是基于构成传感器的功能材料在外界物理量、化学量、生物量的作用下性质发 生的变化。物性型传感器的发展方向概括地说是微结构化、薄膜化、集成化、智能化,以陶瓷为功能材料的传 感器,传感器的微粉工程和微观结构工程等。 从现代科学发展的观点来看,所谓结构型传感器和物性型传感器的界面将会十分模糊,两类传感器各有优缺点,两者有机地结合应是传感器重要发展方向之一。 2 力传感器基本类型及其优缺点比较 力学量传感器包括力、力矩、振动、转速、加速度、质量、流量、硬度和真空度等传感器。按照用途力传感器又可分为力、称重(衡器)和压力传感器。按照工作原理力传感器又可分为电阻式(应变式、压阻式和电位器式)、电感式(压磁式)、电容式、磁电式(霍尔式)、压电式、表面声波(Sur face Aco ustic Wave 简写为SAW )、光纤、薄膜(连续膜)力传感器等。电阻应变式传感器是利用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这一金属的电阻应变效应,将被测量转换为电量输出的一种传感器。压阻式传感器是利用半导体材料在应力作用时,其电阻率会发生明显变化的压阻效应,将被测量转换为电量输出的一种传感器。电位器式传感器的基本工作原理是将电刷相对于电阻元件的运动转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。电阻式传感器结构简单、性能稳定、灵敏度较高、性能价格比好、抗干扰能力强,在机械量和几何量测量领域中应用十分广泛。 压磁式传感器是利用铁磁材料在外力作用下其内部产生的应力使铁磁材料的导磁率发生变化的压磁效应,把作用力变换成电量输出。压磁式传感器具有输出
大吨位柱式拉力传感器M10G
大吨位柱式拉压力传感器M10G 量程：0~10t~20t~30t~50t~70t~100t~150t~200t 特点：M10G型传感器采用合金钢材质，圆柱式结构设计，两头外螺纹结构，一头外螺纹用于固定传感器，另一头外螺纹螺纹可拧压头作压缩测力用，也可以连接外螺杆作拉伸测试用，适用于拉压力试验机，油压机，大量程料斗秤，反应釜等拉压力称重计量设备。 受力应用图：
外形尺寸： 技术参数：
规格参数 额定量程(R.C.) 10t,20t,30t,50t,70t,100t,150t,200t 满程输出(R.O.) 1.0~1.5mV/V 推荐激励电压5-10V 最大激励电压15V 非线性±0.05~0.1% R.O. 滞后±0.05~0.1% R.O. 重复性±0.05~0.1% R.O. 蠕变(30分钟）±0.1%R.O. 零点输出±2% of R.O. 温度补偿范围0℃~40℃ 工作温度范围-20℃~60℃ 零点温度漂移±0.1%R.O / 10℃ 满程温度漂移±0.1%LOAD / 10℃ 绝缘电阻5000? 输入阻抗350±10Ω 输出阻抗350±5Ω 引线电缆尺寸Φ6 X 4Core x 5m 安全过载120% R.C. 材料合金钢 选型表：
型号量程 M10G-10t {0-10 tf} M10G-20t {0-20 tf} M10G-30t {0-30 tf} M10G-50t {0-50 tf} M10G-70t {0-70 tf} M10G-100t {0-100 tf} M10G-150t {0-150 tf} M10G-200t {0-200 tf}
压电式传感器原理与测力应用
压电 压电式传感器的工作原理以晶体的压电效应为理论依据。压电效应分正、逆压电效应，利用正压电效应制作成了电势型传感器。压电式传感器具有体积小、重量轻、结构简单、工作可靠、动态特性好、静态特性差的特点。该传感器多用于加速度和动态力或压力的测量。某些物质在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生改变时，其表面上会产生电荷，若将外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态，这种现象就称为正压电效应。在压电材料的两个电极面上，如果加以交流电压，那么压电片能产生机械振动，即压电片在电极方向上有伸缩的现象，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也叫做逆压电效应。而具有压电效应的物体称为压电材料。常见的压电材料有石英、钛酸钡、锆钛酸铅等。 1.石英晶体的压电效应 图中所示为天然结构的石英晶体，它是个六角形晶柱。在直角坐标系中，x 轴平行于正六面体的棱线，称为电轴或1轴；y 轴垂直于六面体棱面，称为机械轴或2轴；z 轴表示其纵向轴，称为光轴或3轴。通常把沿电轴方向的力作用下产生电荷的压电效应称为纵向压电效应；而把沿机械轴方向的力作用下产生电荷的压电效应称为横向压电效应，在光轴方向时则不产生压电效应。 从晶体上沿轴线切下的薄片称为晶体切片，在每一切片中，当沿电轴方向加作用力x F 时，则在与电轴垂直的平面上产生电荷x Q ，它的大小为x Q =11d x F 式中，11d 为压电系数（C/N ）。 电荷x Q 的符号由x F 是受压还是受拉而决定。 石英晶体 石英晶体切片 石英晶体是一种天然晶体，它的压电系数为11d =2.31×1210 C/N 。石英晶体的莫氏硬度为7，熔点为1750摄氏度，膨胀系数仅为钢的1/30。作为常用的压电传感器，具有转换效率和转换精度高、线性范围宽、重复性好、固有频率高、动态特性好、工作温度高达500摄氏度、工作湿度高达100%等优点，它的稳定性是其他压电材料所无法比拟的。 2.压电陶瓷的压电效应
柱式拉力测量传感器
Capacity / 10203050100kg / / / /Rated Output 0.8~1.2mV/V Compensated Temp. -10...+40°C Excitation 5~12V Operating Temp. -20...+60°C Zero Balance ±5% of R.O.Temp. Shift Zero ±0.01% of R.O./°C Nonlinearity ±1% of R.O .Temp. Shift Span ±0.01% of R.O./°C Hysteresis ±1% of R.O.Input Resistance 350±50ΩNonrepeatability ±0.3% of R.O.Output Resistance 350±5ΩCreep(30min) ±0.1% of R.O.Insulation Resistance >5000MΩ(50V) Safe Overload 120% of F.S.Ingress Protection IP66Ultimate Overload 200% of F.S. Material of Element Stainless steel Cable ?21000mm 4-core shielded cable *?2*1000mm 4 R.O.=Rated Output F.S.=Full Scale / / ------Speci?cations / Wiring Diagram / Input(+):Red Output(-):White Input(-):Black Output(+):Green Shield (+): (-): (-): (+): Load direction
毕业设计_传感器 压力传感器
摘要 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。 压力传感器的原理是将压力信号转变为某种电信号，如应变式，通过弹性元件变形而导致电阻变化；压电式，利用压电效应等。工业生产控制过程中，压力是一个很重要的参数。例如，利用测量大气压力来间接测量海拔高度；在工业生产中通过压力参数来判断反应的过程；在气象预测中，测量压力来判断阴雨天气。因此，压力计的设计拥有广阔的市场前景。这种压力传感器能比较精确和快速测量，尤能测量动态压力，实现多点巡回检测、信号转换、远距离传输、与计算机相连接、适时处理等，因而得到迅速发展和广泛应用。本课题就是在这样的背景下设计一个简单的数字压力计，使得测量得到的压力能够数码管显示。 关键字：压力、电信号
目录 一、设计目的------------------------- 1 二、设计任务与要求--------------------- 1 2.1设计任务------------------------- 1 2.2设计要求------------------------- 1 三、设计步骤及原理分析 ----------------- 1 3.1设计方法------------------------- 1 3.2设计步骤------------------------- 2 3.3设计原理分析--------------------- 10 四、课程设计小结与体会 ---------------- 11 五、参考文献------------------------- 12
PLC连接称重测力传感器的几种方法
PLC连接称重测力传感器的几种方法 上海天贺自动化仪表有限公司李树伟 在用PLC组成称重及配料控制系统时，与称重传感器的连接一般有以下几种方式： 1.称重传感器（称重模组）+接线盒+模拟称重放大器+PLC模拟量输入模块 一般称重传感器的信号输出都是与重量载荷成正比的毫伏级电压信号，普通PLC的模拟量输入模块无法直接处理，故需附加称重放大器将微弱的传感器信号调理放大到0~10V或者4~20mA的所谓标准工业过程信号，以供PLC的模拟量模块进行处理。典型产品有我公司生产的经济型放大器RW-ST01，工业级精密型放大器RW-PT01及内置接线盒的四路求和放大器RW-JT4。这种方式的好处是系统灵活，编程方便直接，系统反应速度快。缺点是模拟量信号在传输的过程中容易受到干扰。并且普通的PLC模拟量输入模块的分辨率都有限，一般不超过4000个分度，很难做到高精度称重。 2.称重传感器（称重模组）+接线盒+数字称重变送器(RS232或RS485输出)接PLC标准 串行通讯口 这种方式的好处是省去了PLC的模拟量输入模块，利用标准的MODBUS协议即可完成称重信号的采集，并且可以同时并接多路称重传感器。缺点是占用了PLC的通讯口，并且由于串行通信速率的限制，整个系统的响应时间较长。一般都在几十毫秒的数量级。这种连接方式的典型产品有我公司生产的RW-PT01D型数字称重测力变送器。 3.称重传感器（称重模组）+接线盒+频率输出型称重变送器，接PLC的高速脉冲捕捉端 口 这种连接方式的好处是省去了模拟量输入模块，可以长距离传输，抗干扰能力强，容易隔离，响应速度较快。对应我公司的产品是RW-PT01F 方案1： 1）可以使用西门S7-200 CPU+称重模块 方案2： 1）使用模拟量输出的称重传感器 称重传感器+变送器－－>输出4－20mA 的模拟量信号 2）PLC CPU+模拟量输入模块 3）称重传感器的4-20mA 信号通过模拟量输入模块送入PLC 的CPU 单元 方案3： 使用带有通讯口功能的称重传感器 PLC 通过通讯方式读取重量信号
基于电阻应变片的压力传感器设计
基于电阻应变片的压力传感器设计 一、设计初衷：随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。 本设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。 传感器的设计主要包括弹性元件的设计和处理电路的设计。由于传感器输出的信号是微弱信号，故需要对其进行放大处理；由于传感器输出的信号里混有干扰信号，故需要对其进行检波滤波；由于传感器输出的信号通常都伴随着很大的共模电压（包括干扰电压），故需要设计共模抑制电路。除此之外，还要设计调零电路。 二、初始条件：采用电阻应变片设计测量力、压力、加速度、位移等物理量的传感器，设计时自行确定被测变量及测试范围，并根据测量的需要选择应变片的型号、数量、粘贴方式以及弹性元件的结构形式、相关测试电路等。 三、方案的选择 此次传感器课程设计选用应变式拉压传感器。设计中只要把应半片贴在承受负载的弹性元件上，通过测量弹性元件的应变大小即可求出对应的负载大小，而弹性元件的应变大小可以通过应变片电阻大小的变化量来求得。故可以通过选择不同的弹性元件和测量电路来提出不同的方案。 四、方案的制定 1、根据弹性体的结构形式的不同可分为： 轮辐式，梁式，环式，柱式等。在测量拉/压 力上主要用到的是柱式传感器。柱式传感器