第二章,第1、2、3节,133页,9M,传感器与检测技术课程课件

通过网页 搜索得到 的某公司 “称重传 感器”的 界面
应变式数显扭矩扳手
数显扳手可用于汽车、摩托车、飞机、内 燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制 紧固螺栓的装配扭矩。量程2~500N·m，耗电 量≤10mA，有公制/英制单位转换、峰值保持、 自动断电等功能。
应变式数显扭 矩扳手（续）
压阻式固态压力传感器
R R
Kx
2-1
K—电阻应变片的灵敏度
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
微应变(με)
对于不同的金属材料，K 略微不同，一般为2左
右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，
电阻率 会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料
大几十倍。
在材料力学中，x =l/l称为电阻丝的轴向应变， 也称纵向应变。 x通常很小。例如，当 x为0.000001
金属丝式应变片蠕变较大，金属丝易脱 胶，逐渐被箔式所取代。但金属丝式应变片价 格便宜，多用于大批量、一次性试验。
箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻 、腐蚀等工艺制成的。箔式应变片与片基的接 触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量 时的蠕变较小，一致性较好，目前广泛用于各 种应变式传感器中。
金属丝式应变片的 结构
半导体应变片
半导体应变片的主要优点是灵敏度高； 缺点是：灵敏度的一致性差、温漂大、电阻 与应变间非线性严重。
在使用时，需采用半桥、全桥温度补偿 及非线性补偿措施。
箔式应变片的外形
应变片主要性能指标举例
上表中，哪几个型号是半导体应变片？ 依据是什么？
应变片的粘贴示意：
1. 检查通断
2 .在选定贴应变片的位置划出十字线
3.测量 ：从 分开的端子处， 预先用万用表测 量应变片的电阻， 发现端子折断和 坏的应变片。
4.焊接： 将引线和端 子用烙铁焊接起 来，注意不要把 端子扯断。
5.固定： 焊接后用胶 布将引线和 被测对象固 定在一起， 防止损坏引 线和应变片。
三、测量转换电路——不平衡电桥
金属应变片的电阻变化范围很小，如果直 接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难， 且误差很大。
11.在应变片周围涂上硅胶（防潮需要）
12.硅胶固化后应变片粘贴工作完毕,在连 接应变仪前再次检查应变片的阻值和绝缘情 况
应变片在测量现 场的粘贴：
1. 去污：采用 手持砂轮工具除去 构件表面的油污、 漆、锈斑等，并用 细纱布交叉打磨出 细纹以增加粘贴 力 ，用浸有酒精 或丙酮的纱布片或 脱脂棉球擦洗。
应变式力传感器
F
F
F
F
S型力传感器
各种悬臂梁
各种悬臂梁
F
F
固定点
固定点
电缆
应变片在悬臂梁上的粘贴及受力变形
应变式荷重传感器的外形及
应变片的粘贴位置
F
R4
R
R1
2
应变式荷重传感器外形及受力位置（续）
FF
应变式荷重传感器外形及受力位置（续）
F
F
荷重传感器原理演示
贴在荷 重传感器表 面的应变片 在向下力的 作用下产生 变形。轴向 变短，径向 变长。
利用扩散工艺制作的 四个半导体应变电阻处于 同一硅片上，工艺一致性 好，灵敏度相等，漂移抵 消，迟滞、蠕变非常小， 动态响应快。
压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜片
Uo Ui
100103 8103 2103 6
66.67103
N
6.8 t
荷重传感器用于构件 的称重
荷重传感器
（共 3个，120度分布，以达到 均衡目的，另两个未拍出）
垫块
底座
电缆
电子秤
远距离 显示
磅秤
超市打印秤
电子天平
电子天平的精度 可达十万分之一
人体秤
怎样改造，才能适合 盲人使用？
吊钩秤
如何将信号传 送到计算机中？
便携式
电子秤中的各类弹性元件
材料应变的测量
斜拉桥上的斜拉绳 应变测试
材料应变的测量（续）
预应力管桩的质量检验： 工作人员正在贴应变片 应变片粘贴在管桩上， 引出线应良好固定
通过网页 搜索得到 的某公司 “称重传 感器”的 界面
通过网页 搜索得到 的某公司 “称重传 感器”的 界面
第一节 电阻应变传感器
导体或半导体材料在外界力的作用 下，会产生机械变形，其电阻值也将随 着发生变化，这种现象称为应变效应。
电阻应变传感器主要由电阻应变片 及测量转换电路等组成。
一、应变原理演示
金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大 。
R
l A
l
r2
二、应变片的工作原理
设有一长度为、截面积为A、半径为r、电阻率为
应变片的粘贴：
1. 去污：采用 手持砂轮工具除去 构件表面的油污、 漆、锈斑等，并用 细纱布交叉打磨出 细纹以增加粘贴 力 ，用浸有酒精 或丙酮的纱布片或 脱脂棉球擦洗。
2.贴片：在应变 片的表面和处理过的 粘贴表面上，各涂一 层均匀的粘贴胶 ， 用镊子将应变片放上 去，并调好位置，然 后盖上塑料薄膜，用 手指揉和滚压，排出 下面的气泡 。
荷重传感器应用估算
Uo
F Fm
U om
KFUi Fm
F
例 现用某荷重传感器称重。当桥路电压Ui为6V时，
测得桥路的输出电压Uo为8mV，求被测荷重为多少吨。
解 从该荷重传感器铭牌上得到F m=100103N， KF= 2mV/V， 可计算得到Uom=12mV。根据上述公式 计算得被测荷重：
F
Fm KF
R2 感受到的应变1、 2以及产生的电阻增
量正负号相间，可以
使输出电压Uo成倍 地增大。
计算公式
Uo
Ui 4
( R1 R1
R2 R2
)
Ui 4
K (1
2)
四臂全桥
全桥的四个桥臂都为
应变片，如果设法使试件
受力后，应变片R1 ~ R4产 生的电阻增量（或感受到
的应变1~4）正负号相间，
就可以使输出电压Uo成倍 地增大。
把对某物理量的电阻敏感材料加工成传感器， 作为电桥中的某一臂电阻，或某几个臂电阻， 通过电桥的失衡程度（桥路电流或电压）来判 断该物理量的大小。
如果直接测应变片电阻的改变，可能很困难。 因为测量一个在很大的基值上附加的一个很小 的信号是很困难的。利用电桥可以把这个信号 的基值去掉，变成了一个在零值附近的信号， 并且可以通放大电路来增大灵敏度。
的金属单丝，它的电阻值R可表示为
R
l A
l
r2
当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）时
，上式中、r、l都将发生变化，从而导致电阻值R发生
变化。
当金属丝受拉时，l将变长、r变小，均导致R变大；
某些半导体受拉时，将变大，导致R变大。
电阻丝及应变片的电阻相对变化量R R与材料力学
中的轴向应变x的关系在很大范围内是线性的，即
3 .再用细砂纸精磨(45度交叉纹)
4.用棉纱或脱脂棉花沾丙酮清洁结构表面,擦洗 2~3遍后，表面不可再用手接触
5.用透明胶带将应变片与构件临时固定,移动胶 带位置使应变片达到正确定位
6. 在应变片的反面涂上一滴胶水，多少视应变 片面积而定 ，胶水量不宜过多
7.将塑料薄膜盖在应变片上，用母指按压挤出 多余胶水,按压时间一般1分钟，室温低时适当延 长
什么是电桥
不平衡电桥由四个电阻R1、R2、R3、R4组成 一个四边形的回路，每一边称作电桥的“桥臂”。 有4个结点。在a、c结点之间接入电源Ui，而另一 对结点(b、d)之间的电压差作为输出电压端Uo 。 b、d的对地电压相等时称作 “电桥平衡”；反之， 称作“电桥不平衡”。 电桥平衡的条件是： 上下桥臂的左右位置 电阻比例相等。
《自动检测技术及应用》
第二章 电阻传感器
第一节 电阻应变传感器 第二节 测温热电阻传感器
第三节 气敏电阻传感器 统一书号：ISBN 978-7-111-19926-X
作者：梁森，欧阳三泰，王侃夫 附带光盘
第二章 电阻传感器
本章学习电阻式传感器的原理 及应用，包括：电阻应变片、测温 热电阻、气敏电阻等。
2-2
R AE
如果应变片的灵敏度K 和试件的横截面
积A以及弹性模量Ｅ均为已知，则只要设法 测出R /R的数值，即可获知试件受力Ｆ的
大小，可用于电子秤的称重和测量拉力等。
应变片的应用
将应变片粘贴在斜拉绳表面 ，可测量斜拉绳所受的拉力
应变片可用于 电子秤
二、应变片的种类与结构
应变片可分为金属应变片及半导体应变 片两大类。
到零位，这一过程称为
调零。
图中的R5的作用是什
么？又称为 电阻？
单臂电桥
单臂半桥的 灵敏度最低。
计算公式
Uo
Ui 4
R1 R1
Ui 4
K1
电桥的放大电路
Uo
Ui 4
R1 R1
Ui 4
K1
123
例1： R1=120Ω，ΔR=0.1Ω,桥路激励电压等于 12V，希望放大器的输出电压为10mV，求电桥的
8.为了使胶水快速固化，可用电吹风加热处理 （注意距离）,用万用表测量应变片绝缘电阻值， 应大于20MΩ
9.将应变片引线焊接在接线片上，焊点要光滑 牢固。引线不能绷紧，需形成弧线与接线片相连
10.将连接应变仪的导线焊接在接线片上（注意 焊接质量）,把导线用绝缘胶带固定在构件上，再 一次检查应变片质量
输出电压，以及放大倍数A。
解：桥路输出电压Uo为：
Uo
Ui 4
R1 R1
12 4
0.1 120
0.0025
2.5 mV
A=Uo2 /Uo1
=10/2.5=4倍
例2： 放大器电路如下图，设R11=10kΩ，A=4倍,