力的測(cè)量課件

模塊三

力的測(cè)量

力的測(cè)量包括力的測(cè)量和壓力的測(cè)量。一般情況下，力傳感器主要用于兩個(gè)方面：測(cè)力和稱重。測(cè)量中所稱的壓力就是物理中的壓強(qiáng)，是指垂直均勻地作用于單位面積上的力。力和壓力是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中的重要工藝參數(shù)。電子秤、汽車衡、機(jī)床、橋梁監(jiān)測(cè)都需要力傳感器?；w廠、化肥廠、煉油廠的壓力儲(chǔ)罐壓力傳感器提供控制依據(jù)。2022/11/22模塊三力的測(cè)量力的測(cè)量包括力的測(cè)12022/11/22

模塊三力的測(cè)量課題一應(yīng)變式力傳感器課題二電子秤課題三應(yīng)變式壓力傳感器課題四壓阻式壓力傳感器課題五壓力變送器2022/11/21模塊三力的測(cè)量課題一應(yīng)變2[任務(wù)導(dǎo)入]

港口碼頭、造船廠、礦山及建筑安裝工地，廣泛使用著各種各樣的起重機(jī)械。固定式、可移動(dòng)旋轉(zhuǎn)起重機(jī)、橫臂起重機(jī)、汽車起重機(jī)等都是常見的起重設(shè)備。為了提高生產(chǎn)效率，需要充分發(fā)揮吊車的能力，最大限度地吊運(yùn)貨物，而又要防止萬一超載而產(chǎn)生的嚴(yán)重后果。通常采用什么方法測(cè)量、控制吊運(yùn)貨物的重量呢？

課題一應(yīng)變式力傳感器

2022/11/22[任務(wù)導(dǎo)入]港口碼頭、造船廠、礦山及建筑安32022/11/222022/11/214

吊車的載重量可以通過測(cè)量繩索的拉力來完成。在起重繩索上或吊鉤上安裝測(cè)力傳感器，可以間接檢測(cè)吊車起吊重量，力傳感器的輸出信號(hào)既可以用來顯示吊車載重量，又可以進(jìn)行超載報(bào)警，防止事故的發(fā)生。

力傳感器的結(jié)構(gòu)如何？測(cè)力方法是怎樣的？本課題的任務(wù)就是學(xué)習(xí)力傳感器及力傳感器的測(cè)量方法。2022/11/22吊車的載重量可以通過測(cè)量繩索的拉力來完成。在5◆知識(shí)點(diǎn)¤了解力傳感器的分類與基本結(jié)構(gòu)¤學(xué)習(xí)應(yīng)變式力傳感器的測(cè)量方法與適用范圍◆技能點(diǎn)¤掌握應(yīng)變片的貼片方法¤

掌握傳感器的使用方法2022/11/222022/11/216[相關(guān)知識(shí)]一、力傳感器

力傳感器根據(jù)制造原理不同可分為電阻應(yīng)變式、電容式、振弦式、壓電式等。在測(cè)量靜態(tài)力（力的大小與方向不隨時(shí)間變化而變化或隨時(shí)間緩慢變化，稱靜態(tài)力）時(shí)，最常用的是電阻應(yīng)變式力傳感器。本課題重點(diǎn)學(xué)習(xí)應(yīng)變式力傳感器。應(yīng)變式傳感器還可用于壓力、加速度等力學(xué)量的測(cè)量。應(yīng)變式傳感器廣泛應(yīng)用于化工、冶金、機(jī)械、交通及國(guó)防等許多部門。2022/11/22[相關(guān)知識(shí)]一、力傳感器力傳7力的測(cè)量課件8電阻應(yīng)變式力傳感器的核心是電阻應(yīng)變片。為了測(cè)量金屬棒在工作過程中所承受的力，將電阻應(yīng)變片貼在金屬棒上。金屬棒受到外力后，產(chǎn)生應(yīng)變，并傳遞給電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片敏感到應(yīng)變后產(chǎn)生電阻變化，經(jīng)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成與外力成正比的電信號(hào)。實(shí)現(xiàn)了力的檢測(cè)。電阻應(yīng)變式力傳感器的核心是電阻應(yīng)變片。為了測(cè)量金9測(cè)量完成后，不會(huì)對(duì)被測(cè)物體造成任何影響，拆除也非常的容易。這種方法在汽車、建筑、橋梁工程、航天等各種領(lǐng)域中都用的到。應(yīng)變式傳感器突出的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。與其它類型的力學(xué)傳感器相比，具有測(cè)試范圍寬、輸出線性好、性能穩(wěn)定、工作可靠并能在惡劣環(huán)境條件下工作的特點(diǎn)。2022/11/22測(cè)量完成后，不會(huì)對(duì)被測(cè)物體造成任何影響，拆除也非常10二、電阻應(yīng)變傳感器工作原理

導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下伸長(zhǎng)或縮短時(shí)，它的電阻值相應(yīng)地發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。將應(yīng)變片貼在被測(cè)物體上，使其隨著被測(cè)物的應(yīng)變一起伸縮，這樣應(yīng)變片里面的金屬材料就隨著外界的應(yīng)變伸長(zhǎng)或縮短，其阻值也相應(yīng)地變化。應(yīng)變片利用應(yīng)變效應(yīng)，通過測(cè)量電阻的變化而對(duì)應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量。

2022/11/22二、電阻應(yīng)變傳感器工作原理導(dǎo)體或半導(dǎo)體11電阻應(yīng)變片分為金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。在力傳感器中大多數(shù)使用的是金屬電阻應(yīng)變片。將電阻絲排成柵網(wǎng)狀，粘貼在厚度約為15-16μm的絕緣基片上，電阻絲兩端焊出引出線，最后用覆蓋層進(jìn)行保護(hù)，即成為應(yīng)變片。使用時(shí)只要將應(yīng)變片貼于被測(cè)物體上就可構(gòu)成應(yīng)變式傳感器。

2022/11/22電阻應(yīng)變片分為金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。12一般金屬應(yīng)變片的電阻變化率為常數(shù)，應(yīng)變片的阻值與應(yīng)變成正比例關(guān)系。即R—應(yīng)變片原電阻值，Ω；ΔR—伸長(zhǎng)或壓縮所引起的電阻變化值，Ω；

K—比例常數(shù)(應(yīng)變片常數(shù))ε—應(yīng)變（應(yīng)變分為拉伸和壓縮兩種，可用正負(fù)號(hào)加以區(qū)別：

拉伸→正（＋）；壓縮→負(fù)（―）2022/11/22一般金屬應(yīng)變片的電阻變化率為常數(shù)，應(yīng)變片的阻值與應(yīng)變13在測(cè)量時(shí)，將應(yīng)變片貼在不同的部位，它可以感受拉伸的力（拉力，正應(yīng)變），也可以感受壓縮的力（壓力，負(fù)應(yīng)變）。例如圓柱形拉力傳感器。R1、R2、R3、R4是四個(gè)完全相同的應(yīng)變片，R1、R4豎粘，為軸向貼片，感受拉伸，正應(yīng)變；R2、R3橫粘，為徑向貼片，感應(yīng)壓縮，負(fù)應(yīng)變。2022/11/22在測(cè)量時(shí)，將應(yīng)變片貼在不同的部位，它可以感受拉伸14金屬電阻應(yīng)變片按結(jié)構(gòu)形式可分為絲式、箔式和薄膜式三種。2022/11/22金屬電阻應(yīng)變片按結(jié)構(gòu)形式可分為絲式、箔式和薄15三、電阻應(yīng)變片式傳感器的使用方法根據(jù)測(cè)量環(huán)境、測(cè)量對(duì)象不同，電阻應(yīng)變片也有多種形式。2022/11/22三、電阻應(yīng)變片式傳感器的使用方法根據(jù)測(cè)16電阻應(yīng)變式傳感器的使用方法有以下二種：第一種是將應(yīng)變片直接粘貼于被測(cè)構(gòu)件上，用來測(cè)定構(gòu)件的應(yīng)變或應(yīng)力。第二種是將應(yīng)變片貼于彈性元件上，與彈性元件一起構(gòu)成應(yīng)變式傳感器敏感元件。這種傳感器可以測(cè)量力、位移、加速度等物理參數(shù)。2022/11/22電阻應(yīng)變式傳感器的使用方法有以下二種：17四、電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路

應(yīng)變電阻變化是極其微弱的，電阻相對(duì)變化率僅為0.2%左右。例如：應(yīng)變電阻為300Ω，電阻變化量為0.6Ω，要精確地測(cè)量這么微小的電阻變化是非常困難的。通常采用惠斯登電橋電路進(jìn)行測(cè)量，將電阻相對(duì)變化△R/R，轉(zhuǎn)換為電壓的變化，再用測(cè)量?jī)x表應(yīng)變式傳感器測(cè)量電路便可以簡(jiǎn)單方便地進(jìn)行測(cè)量。2022/11/22四、電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路應(yīng)變電阻18R1，R2，R3，R4為四個(gè)橋臂的電阻，電橋的供電電壓為U，電橋輸出電壓為Uo。在被測(cè)物體未施加作用力時(shí)，應(yīng)變?yōu)榱?，?yīng)變電阻沒有變化。2022/11/22R1，R2，R3，R4為四個(gè)橋臂的電阻，電橋19

當(dāng)四個(gè)橋臂的初始電阻滿足R1/R2=R3/R4時(shí)，橋路輸出電壓為Uo零，即橋路平衡。當(dāng)應(yīng)變電阻發(fā)生變化時(shí)，電橋的輸出電壓Uo可以用下式近似表示：如果四個(gè)橋臂的初始電位滿足R1＝R2=R3＝R4，上式為：2022/11/22當(dāng)四個(gè)橋臂的初始電阻滿足R1/R2=R3/20在測(cè)量電路中，應(yīng)變片應(yīng)該怎樣接入電橋更有利于信號(hào)測(cè)量呢？1．單臂半橋電橋電路R1為應(yīng)變片，其余各橋臂電阻為固定電阻，其輸出有：2022/11/22在測(cè)量電路中，應(yīng)變片應(yīng)該怎樣接入電橋更有利于21如果測(cè)出電橋的輸出電壓就可以計(jì)算出應(yīng)變的大小，進(jìn)而推算出力的大?。荷鲜街笑覟閼?yīng)力；E為彈性系數(shù)或楊氏模量，不同的材料有固定的楊氏模量。2022/11/22如果測(cè)出電橋的輸出電壓就可以計(jì)算出應(yīng)變的大小222．雙臂半橋電橋電路2022/11/22R1、R2為應(yīng)變片，其余各橋臂電阻為固定電阻，這種電路可以有兩種接入方法。2．雙臂半橋電橋電路2022/11/2123為便于測(cè)量，希望獲得較大靈敏度，使兩應(yīng)變片產(chǎn)生的應(yīng)變相加。以上二種連接方法都可以做到：在前圖中使R1為正應(yīng)變，R2為負(fù)應(yīng)變；在后圖中R1、R2同為正應(yīng)變或負(fù)應(yīng)變。

在實(shí)際工程中更多采用前者，R1、R2分別為正、負(fù)應(yīng)變，其輸出為相鄰兩橋臂應(yīng)變相減，在靈敏度提高的同時(shí)，可以將應(yīng)變片的溫度誤差和非線性誤差相互減去、抵消，提高測(cè)量精度。2022/11/22為便于測(cè)量，希望獲得較大靈敏度，使兩應(yīng)變片產(chǎn)生的243．全橋電橋電路2022/11/22電橋的四臂全部接入應(yīng)變片稱為全橋電橋電路。若四片應(yīng)變片完全相同，其中R1、R4感應(yīng)正應(yīng)變；R2、R3感應(yīng)負(fù)應(yīng)變。

將應(yīng)變片接成全橋電路時(shí)，要特別注意：相鄰橋臂的應(yīng)變片所感受的應(yīng)變必須相反，否則上式不成立。

3．全橋電橋電路2022/11/2125應(yīng)變式傳感器典型測(cè)量電路2022/11/22應(yīng)變式傳感器典型測(cè)量電路2022/11/2126在測(cè)量力時(shí)，可將應(yīng)變片直接粘貼在被測(cè)部位。應(yīng)變片的粘貼，是應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，將直接影響膠的粘接質(zhì)量及測(cè)量精度，如果貼片不嚴(yán)格，技術(shù)不熟練，即使選用最好的應(yīng)變片也無濟(jì)于事。五、應(yīng)變片的粘貼2022/11/22在測(cè)量力時(shí)，可將應(yīng)變片直接粘貼在被測(cè)部位。應(yīng)27應(yīng)變片的粘貼工藝步驟2022/11/22應(yīng)變片的粘貼工藝步驟2022/11/21282022/11/222022/11/2129檢查合格后，焊接引出導(dǎo)線。將引線加以固定、絕緣，防止應(yīng)變片線腳與被測(cè)工件接觸，短路。應(yīng)變片之間通過漆包線或其他軟線連接組成電橋。最后檢查焊接引線與組橋連線。這樣就完成了整個(gè)粘貼過程。電阻應(yīng)變片安裝必備工具及材料:用于應(yīng)變片粘貼表面處理的清潔劑，應(yīng)變片粘接劑（膠），保護(hù)應(yīng)變片的涂層材料（膠），電阻絲或應(yīng)變片引線，接線端子，電纜，焊錫和助焊劑等。2022/11/22檢查合格后，焊接引出導(dǎo)線。將引線加以固定、絕緣，防30[任務(wù)實(shí)施]方案一：測(cè)量、控制起重設(shè)備吊運(yùn)貨物的重量，可以采用在吊鉤的圓柱壁上粘貼應(yīng)變片的方法，檢測(cè)起吊重量。測(cè)量吊運(yùn)貨物的重量，量程較大，一般在吊鉤的圓柱壁上橫豎各粘貼一片應(yīng)變片，組成雙臂半橋電路。2022/11/22[任務(wù)實(shí)施]方案一：測(cè)量、控制起重設(shè)備吊運(yùn)貨物的重量，可以采31為應(yīng)變電橋提供±2V穩(wěn)壓電源，電橋輸出信號(hào)接入差動(dòng)直流放大電路，測(cè)量輸出電壓。根據(jù)輸出電壓值可以推算出應(yīng)力的大小，即重力。也可以使用應(yīng)變片專用測(cè)量?jī)x—電阻應(yīng)變儀進(jìn)行檢測(cè)。

這種測(cè)量方法簡(jiǎn)單、方便，成本低。但容易損壞，受環(huán)境影響大，使用壽命短。長(zhǎng)期使用時(shí)，零點(diǎn)漂移大，需要在使用前調(diào)節(jié)零點(diǎn)。2022/11/22為應(yīng)變電橋提供±2V穩(wěn)壓電源，電橋輸出信號(hào)接32

方案二：在本課題中也可以直接采用電子吊秤的方法（課題二介紹）。購(gòu)買電子吊秤接在起重設(shè)備下，可實(shí)現(xiàn)貨物在線裝卸測(cè)量、在線稱重，隨時(shí)改變稱量地點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)分次分批稱重，提高效率，但成本較高。2022/11/22方案二：在本課題中也可以直接采用電子吊秤的方法33課題二電子秤

[任務(wù)導(dǎo)入]某生產(chǎn)線上要安裝自動(dòng)稱重和裝料裝置。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的快速、準(zhǔn)確的稱量，提高工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化程度，通常采用電子秤進(jìn)行載荷測(cè)量，將輸出信號(hào)提供控制中心，再由微機(jī)控制各閥門工作。2022/11/22課題二電子秤[任務(wù)導(dǎo)入]某生產(chǎn)線上要342022/11/222022/11/2135電子秤的料箱先復(fù)位，電磁線圈1通電，漏斗給電子秤自動(dòng)加料，加到額定重量時(shí)，停止加料。與此同時(shí)，裝料的箱子或袋子沿傳送帶運(yùn)動(dòng)，傳送到裝有物料的電子秤正下方，停止運(yùn)動(dòng)，電磁線圈2通電，電子秤料斗翻轉(zhuǎn)，使料全部倒入箱子或袋子中，然后傳送帶馬達(dá)再次通電，將裝滿料的箱子或袋子移出，完成任務(wù)。2022/11/22電子秤的料箱先復(fù)位，電磁線圈1通電，漏斗給電36◆知識(shí)點(diǎn)¤了解電子秤的基本結(jié)構(gòu)¤學(xué)習(xí)電子秤的測(cè)量方法與適用范圍◆技能點(diǎn)¤掌握稱重傳感器的選用與使用了解2022/11/222022/11/2137[相關(guān)知識(shí)]用于測(cè)量物體重量（質(zhì)量）的電子裝置稱為電子秤。與機(jī)械秤相比，它不僅可以測(cè)量物體重量，還可以將采集的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理中心，作為在線測(cè)量或自動(dòng)控制的依據(jù)。2022/11/22[相關(guān)知識(shí)]用于測(cè)量物體重量（質(zhì)量）的電子裝382022/11/22一、電子秤結(jié)構(gòu)電子秤的種類很多，如家用的小量程電子秤、健康秤，適合便利店、超市、大賣場(chǎng)等場(chǎng)所使用條碼秤、計(jì)價(jià)秤、計(jì)重秤、收銀秤，

廣泛應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)、車間、貨場(chǎng)、集貿(mào)市場(chǎng)、工地等場(chǎng)所使用的電子平臺(tái)秤，適用于吊裝物料稱量的吊鉤秤，應(yīng)用于港口、倉(cāng)儲(chǔ)、工廠、貨場(chǎng)的電子汽車衡等。2022/11/222022/11/21一、電子秤結(jié)構(gòu)電子秤的種39電子秤的核心是稱重傳感器，主要由稱重傳感器、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示或控制電路組成。2022/11/22電子秤的核心是稱重傳感器，主要由稱重傳感器、40稱重傳感器感受被測(cè)物體的重量，輸出一個(gè)小信號(hào)，經(jīng)過放大電路，成為電信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，用于顯示或控制。有的電子秤還增加了智能控制、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)裙δ?。電子秤的承重結(jié)構(gòu)的種類很多，常見到有獨(dú)梁承重、四腳承重。2022/11/22稱重傳感器感受被測(cè)物體的重量，輸出一個(gè)小信號(hào)412022/11/222022/11/2142二、稱重傳感器稱重傳感器是工業(yè)測(cè)量中使用較多的一種傳感器，它是電子秤的敏感重力的敏感元件，幾乎運(yùn)用到了所有的稱重領(lǐng)域。稱重傳感器的量程從幾克到幾百噸。稱重傳感器根據(jù)制造原理不同可分為應(yīng)變式、感應(yīng)式、電容式、振弦式等，其中應(yīng)變式稱重傳感器在電子稱重系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛。2022/11/22二、稱重傳感器稱重傳感器是工業(yè)測(cè)量中使用較432022/11/222022/11/2144

電阻應(yīng)變式稱重傳感器由彈性元件、應(yīng)變片和外殼組成。彈性元件是稱重傳感器的基礎(chǔ)，被測(cè)物的重量作用在彈性元件上，使其在某一部位產(chǎn)生較大的應(yīng)變或位移；彈性元件上的應(yīng)變片作為傳感元件，將彈性元件敏感的應(yīng)變量或位移完全地同步地轉(zhuǎn)換為電阻值的變化量，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，完成了重力的測(cè)量。1．應(yīng)變式稱重傳感器的工作原理2022/11/22電阻應(yīng)變式稱重傳感器由彈性元件、應(yīng)變片和外殼組45傳感器彈性元件一般是由優(yōu)質(zhì)合金鋼材、有色金屬鋁、鈹青銅等材料加工成型，其外形結(jié)構(gòu)多種多樣。根據(jù)被測(cè)量的大小及受力方式不同，選擇不同結(jié)構(gòu)的彈性元件。常見的有柱式、懸臂梁式、環(huán)式、輪輻式等，2022/11/22傳感器彈性元件一般是由優(yōu)質(zhì)合金鋼材、有色金屬46根據(jù)傳感器彈性元件的結(jié)構(gòu)不同，稱重傳感器分為柱式、懸臂梁式、環(huán)式、輪輻式等。不同結(jié)構(gòu)的傳感器量程范圍、安裝形式、適用場(chǎng)所也不盡相同。應(yīng)變式稱重傳感器主要用于測(cè)量力、荷重和扭矩。2．應(yīng)變式稱重傳感器種類2022/11/22根據(jù)傳感器彈性元件的結(jié)構(gòu)不同，稱重傳感器47（1）柱式稱重傳感器

這種傳感器的特性是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易于加工，可設(shè)計(jì)成壓式或拉式的，或拉、壓兩用型，并可承受很大的載荷。其缺點(diǎn)是靈敏度低、精度低等。適用于大、中量程的傳感器（1t～500t）。

2022/11/22（1）柱式稱重傳感器這種傳感器的特性是48在圓棒中央打孔，在孔內(nèi)粘貼4個(gè)應(yīng)變片。當(dāng)其在集中載荷作用下，四個(gè)應(yīng)變片位置可獲得應(yīng)變相等而方向不同的應(yīng)變。這樣輸出靈敏度高、線性好；

受力狀態(tài)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工、可制成拉、壓兩用型。該種傳感器宜制作中、小量程（0.5t～50t）的稱重（測(cè)力）傳感器。（2）柱環(huán)式稱重力傳感器

2022/11/22在圓棒中央打孔，在孔內(nèi)粘貼4個(gè)應(yīng)變片。當(dāng)其在49傳感器的彈性元件為雙孔平行梁式彈性元件，應(yīng)變片貼在彈性元件的最薄處。由于彈性體成平行四邊形，其輸出不受力作用點(diǎn)位置變動(dòng)的影響。該結(jié)構(gòu)一般適用于小量程稱重傳感器（500g～500kg）。

（3）懸臂梁式稱重傳感器

2022/11/22傳感器的彈性元件為雙孔平行梁式彈性元件，應(yīng)變片貼在50

還有一種常用的稱重傳感器的彈性元件是雙梁式彈性元件。在上下梁的端部，加工成弧形截面，應(yīng)變片貼在應(yīng)變梁的最薄處，這樣可提傳感器的輸出靈敏度。該種結(jié)構(gòu)形式受力狀態(tài)穩(wěn)定，一般適用于數(shù)百克到100kg的稱重傳感器，精度可達(dá)0.01%。

2022/11/22還有一種常用的稱重傳感51環(huán)式稱重傳感器的載荷的作用點(diǎn)和支持點(diǎn)在同一軸線上，受力狀態(tài)穩(wěn)定。稱重時(shí)，利用其彎曲變形，產(chǎn)生信號(hào)。由于存在零彎矩區(qū)，力作用點(diǎn)變化對(duì)輸出的影響小。這種結(jié)構(gòu)形式一般適用5kg～5t的稱重傳感器，精度可達(dá)0.02%。（4）環(huán)式稱重傳感器

2022/11/22環(huán)式稱重傳感器的載荷的作用點(diǎn)和支持點(diǎn)在同一軸52輪輻式稱重傳感器主要由五個(gè)部分組成：輪轱、輪圈、輪輻條、受拉和受壓應(yīng)變片。輪轱由頂端的鋼球傳遞重力。當(dāng)外力F作用在輪轱上端和輪圈下面時(shí)，矩形輪輻條產(chǎn)生平行四邊形變形。這種結(jié)構(gòu)形式過載能力很強(qiáng)，線性測(cè)量范圍比較寬。一般適用5t～50t的稱重傳感器。

（5）輪輻式稱重傳感器

2022/11/22輪輻式稱重傳感器主要由五個(gè)部分組成：輪轱、輪53三、稱重傳感器選擇方法

1．環(huán)境因素（1）對(duì)于高溫環(huán)境下工作的傳感器除了可采用耐高溫傳感器，還必須加有隔熱、水冷或氣冷等冷卻裝置。（2）粉塵、潮濕對(duì)傳感器造成短路的影響。（3）腐蝕性較高的環(huán)境。（4）電磁場(chǎng)可干擾傳感器輸出信號(hào)。（5）易燃、易爆的環(huán)境。2022/11/22三、稱重傳感器選擇方法1．環(huán)境因素202254

2．傳感器數(shù)量和量程的選擇傳感器數(shù)量的選擇是根據(jù)電子秤的用途、秤體需要支撐的點(diǎn)數(shù)而定。

2022/11/222．傳感器數(shù)量和量程的選擇202255

傳感器量程的選擇可依據(jù)電子秤的最大量程、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重和可能產(chǎn)生的最大過載等因素來確定。一般應(yīng)使傳感器工作在量程的30%～70%范圍內(nèi)；對(duì)于一些在使用過程中存在較大沖擊力的秤，如動(dòng)態(tài)軌道衡、動(dòng)態(tài)汽車衡、鋼材秤等，在選用傳感器時(shí)，要擴(kuò)大其量程，以保證傳感器的使用安全和壽命。2022/11/22傳感器量程的選擇可依據(jù)電子秤的最大量程、選用傳感器的個(gè)數(shù)、56傳感器量程的計(jì)算公式是經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)而確定的，公式如下：C—單個(gè)傳感器的額定量程；W—秤體自重；Wmax—被稱物體凈重的最大值；N—秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量；K0—保險(xiǎn)系數(shù)，一般取值1.2～1.3之間；K1—沖擊系數(shù)；K2—秤體的重心偏移系數(shù)；K3—風(fēng)壓系數(shù)。2022/11/22傳感器量程的計(jì)算公式是經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)而確定的，573．傳感器的適用范圍根據(jù)受力情況、性能指標(biāo)、安裝形式來選擇稱重傳感器的種類。

柱環(huán)式稱重力傳感器適用于大、中量程

柱式傳感器適用于汽車衡、動(dòng)態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤

懸臂梁式稱重傳感器適用于小量程

鋁式懸臂梁傳感器適用于計(jì)價(jià)秤、平臺(tái)秤

鋼式懸臂梁傳感器適用于料斗秤、電子皮帶秤、分選秤；

鋼質(zhì)橋式傳感器適用于軌道衡、汽車衡、天車秤等。2022/11/223．傳感器的適用范圍2022/11/2158例如：一臺(tái)30t電子汽車衡，最大稱量是30t，秤體自重為1.9t，采用四只傳感器。根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況，選取保險(xiǎn)系數(shù)K0＝1.25，沖擊系數(shù)K1＝1.18，重心偏移系數(shù)K2＝1.03，風(fēng)壓系數(shù)K3＝1.02，試確定傳感器的噸位。

解：根據(jù)傳感器量程計(jì)算公式：可知：C＝1.25×1.18×1.03×1.02×（30＋1.9）／4

＝12.36t可選用量程為15t的稱重傳感器（傳感器的噸位一般只有10t、15t、20t、25t、30t、40t、50t等，除非特殊訂做）。2022/11/22例如：一臺(tái)30t電子汽車衡，最大稱量是30t，秤體自重為1.59

安裝時(shí)，如果使用單個(gè)秤重傳感器，物體受力方向或物體重心應(yīng)通過傳感器的中心線；如果使用多個(gè)秤重傳感器，傳感器承載點(diǎn)要求在同一水平面上，無偏載現(xiàn)象；如果傳感器為徑向承載型（如輪輻式、柱式）時(shí)，安裝后應(yīng)保證傳感器縱向軸心和水平秤面垂直；如果傳感器為剪切承載型（如懸臂梁式）時(shí)，安裝后應(yīng)保證傳感器承載面和水平面平行。

傳感器在安裝時(shí)應(yīng)采用高強(qiáng)螺栓，安裝牢固無蠕動(dòng)。四、稱重傳感器使用方法、注意事項(xiàng)2022/11/22安裝時(shí)，如果使用單個(gè)秤重傳感器，物體受力方向60測(cè)量時(shí)，將傳感器的輸出引線根據(jù)使用說明書與變換器相聯(lián)。通常變送器除了具有放大、阻抗匹配、線性補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償?shù)然竟δ?，還具有標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)外調(diào)零，外調(diào)增益功能，以適應(yīng)不同電橋、不同量程的傳感器。最終將力轉(zhuǎn)換成電流或電壓信號(hào)輸出，如4~20mA、0~10mA、0~5V、1~5V等，該信號(hào)可直接與自動(dòng)控制設(shè)備的接口或計(jì)算機(jī)相聯(lián)。2022/11/22測(cè)量時(shí)，將傳感器的輸出引線根據(jù)使用說明書與變換器61在使用力傳感器時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：1．傳感器、變送器應(yīng)定期進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定。2．傳感器載荷不應(yīng)超過滿量程的120%。3．傳感器避免與較高的非工作熱輻射接觸。4．安裝時(shí)，選擇與量程相應(yīng)強(qiáng)度的緊固螺釘。5．變送器增益調(diào)節(jié)有兩種:一種是放大倍數(shù)調(diào)節(jié)；一種是微調(diào)，用于靜態(tài)標(biāo)定時(shí)使用。2022/11/22在使用力傳感器時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：2022/11/21622022/11/22[任務(wù)導(dǎo)入]化工行業(yè)常用一種干燥、造粒裝置。通過壓力式霧化器給料液施加一定的壓力（2-4MPa），使料液霧化。料液霧化后表面積大大增加，在熱風(fēng)氣流中，瞬間就可蒸發(fā)95％—98％的水分，成為粒度均勻的球狀顆粒，制成微粒狀成品。完成干燥的時(shí)間僅需十幾秒到數(shù)十秒鐘。為保證干燥時(shí)間，干燥機(jī)的外形為高塔形。課題三應(yīng)變式壓力傳感器2022/11/222022/11/21[任務(wù)導(dǎo)入]化工行業(yè)常用632022/11/222022/11/2164在該工業(yè)生產(chǎn)過程中，壓力直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在該裝置中，霧化器壓力參數(shù)的控制是較為關(guān)鍵的工藝參數(shù)。

壓力是怎樣測(cè)量的？壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如何？本課題的目的就是學(xué)習(xí)壓力的測(cè)量方法，了解壓力傳感器的一般結(jié)構(gòu)？2022/11/22在該工業(yè)生產(chǎn)過程中，壓力直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效652022/11/22◆知識(shí)點(diǎn)¤了解應(yīng)變式壓力傳感器的分類與基本結(jié)構(gòu)¤學(xué)習(xí)應(yīng)變式壓力傳感器的測(cè)量方法與適用范圍◆技能點(diǎn)¤掌握應(yīng)變式壓力傳感器基本使用方法2022/11/222022/11/212022/11/2166

在檢測(cè)領(lǐng)域和工業(yè)中的“壓力”，就是物理學(xué)中的“壓強(qiáng)”，用P表示，它等于垂直作用在單位面積上的力。表達(dá)式為：P＝F/S壓力的國(guó)際單位為“帕斯卡”（Pa），它表示1（N/m2）。由于Pa太小，工程上常用其倍數(shù)單位MPa（兆帕）來表示:

1MPa=106Pa。一、壓力的基本概念及單位[相關(guān)知識(shí)]2022/11/22

在檢測(cè)領(lǐng)域和工業(yè)中的“壓力”，就是物理學(xué)中67壓力單位換算表2022/11/22壓力單位換算表2022/11/2168壓力表示法有兩種:絕對(duì)壓力以絕對(duì)真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力。相對(duì)壓力以當(dāng)?shù)丨h(huán)境的大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力，也稱表壓。相對(duì)壓力又可分為差壓和表壓。差壓是指兩個(gè)壓力的差。絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力的換算關(guān)系為：絕對(duì)壓力＝相對(duì)壓力＋大氣壓力。2022/11/22壓力表示法有兩種:2022/11/2169壓力傳感器是指將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置。壓力的傳感器分為三大類，即絕對(duì)壓力傳感器、相對(duì)壓力傳感器和差壓傳感器。二、壓力傳感器的種類2022/11/22壓力傳感器是指將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置。壓力70

1．絕對(duì)壓力傳感器絕對(duì)壓力傳感器所測(cè)得的壓力是以真空為起點(diǎn)的壓力。將P2密封為真空腔時(shí)，即為絕對(duì)壓力傳感器。環(huán)境大氣壓就是指絕對(duì)壓力。如果某一容器內(nèi)液體的絕對(duì)壓力小于外界環(huán)境大氣壓，可以認(rèn)為是“負(fù)壓”,所測(cè)得壓力相當(dāng)于真空度：真空度＝大氣壓－絕對(duì)壓力2022/11/221．絕對(duì)壓力傳感器2022/11/2171

2．相對(duì)壓力傳感器相對(duì)壓力傳感器也稱表壓傳感器。表壓傳感器所測(cè)得的壓力是以環(huán)境大氣壓為參考基準(zhǔn)的壓力。將P1端通向大氣，為環(huán)境大氣壓，P2接被測(cè)壓力。表壓傳感器的輸出為零時(shí)，所測(cè)介質(zhì)環(huán)境實(shí)際上存在一個(gè)與大氣壓力相等的絕對(duì)壓力。

一般普通壓力表的指示值都是相對(duì)壓力。在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中所提到的壓力絕大多數(shù)指的是表壓。2022/11/22

2．相對(duì)壓力傳感器2022/11/2172

3．差壓傳感器

差壓是指兩個(gè)壓力p1和p2之差，又稱為壓力差。感壓膜片的上下兩側(cè)分別接入兩個(gè)被測(cè)壓力，所測(cè)的壓力差ΔP＝P1－P2，當(dāng)P1>P2時(shí)，ΔP為正值。2022/11/22

3．差壓傳感器2022/11/2173

很多情況下，在壓差傳感器敏感元件的兩側(cè)均存在一個(gè)很大的壓力。例如：P1＝0.9MPa～1.1MPa,P2=0.9MPa～1.0MPa，壓力差為±0.1MPa，選擇測(cè)量范圍為-0.1MPa～+0.1MPa的差壓傳感器。

注意：差壓傳感器在使用時(shí)不允許在一側(cè)仍保持很高壓力的情況下，將另一側(cè)的壓力降低到零，這樣會(huì)使兩面的壓力差劇增，造成過載，使原來用于測(cè)量微小差壓的膜片塑性變形或破裂。2022/11/22

很多情況下，在壓差傳感器敏感元件的兩側(cè)均存74應(yīng)變式壓力傳感器因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜應(yīng)用非常廣泛。應(yīng)變片粘貼在測(cè)量壓力的彈性元件表面（即感壓膜片）。

三、應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器的彈性元件是一個(gè)圓形的金屬膜片，金屬元件的膜片周邊被固定，然后焊接在帶有壓力接嘴的基座上2022/11/22應(yīng)變式壓力傳感器因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜應(yīng)用非常廣泛75當(dāng)膜片一面受壓力P作用時(shí)，在膜片中心處，應(yīng)變達(dá)到正的最大值，在膜片邊緣處，徑向應(yīng)變達(dá)到負(fù)的最大值。R2、R3貼在正的最大區(qū)域，R1、R4貼在負(fù)的最大區(qū)域，四個(gè)應(yīng)變片組成全橋電路。這樣既可提高傳感器的靈敏度，又起到溫度補(bǔ)償作用。

2022/11/22當(dāng)膜片一面受壓力P作用時(shí)，在膜片中心處，應(yīng)變達(dá)到76應(yīng)變式壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜使用方便，在一些測(cè)量精度要求較低的場(chǎng)所應(yīng)用廣泛。常用于測(cè)量管道內(nèi)部壓力，內(nèi)燃機(jī)燃?xì)獾膲毫Α娚淞?，發(fā)動(dòng)機(jī)和導(dǎo)彈試驗(yàn)中脈動(dòng)壓力以及各種領(lǐng)域中的流體壓力。但是，由于貼片式應(yīng)變片的粘貼工藝，使應(yīng)變片與膜片之間的應(yīng)變需要應(yīng)變膠來傳遞，傳遞性能會(huì)因環(huán)境因素改變，如溫度，濕度，會(huì)存在蠕變、機(jī)械滯后、零點(diǎn)漂移等問題，測(cè)量精度不高。2022/11/22應(yīng)變式壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜使用方便，在一77

干燥、造粒裝置通過壓力式霧化器給料液施加一定的壓力，使其霧化，壓力控制在2-4MPa，要求的精度不是很高，在該裝置中的壓力傳感器體積也不受限制。

方案一：可以選擇應(yīng)變式壓力傳感器為測(cè)壓元件。，適于惡劣環(huán)境，短期測(cè)量精度較高，但穩(wěn)定性差，零點(diǎn)會(huì)漂移，產(chǎn)品價(jià)格較低。

方案二：可以選擇壓阻式壓力傳感器（下一課題詳細(xì)介紹）。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，測(cè)量精度較高，但受溫度影響較大。[任務(wù)實(shí)施]2022/11/22干燥、造粒裝置通過壓力式霧化器給料液施加一定的壓力78壓力傳感器安裝的有兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

一是壓力傳感器的引壓管與所測(cè)壓力管道或壓力容器的必須密封連接，不能因壓力傳感器的安裝而使壓力管道或壓力容器泄漏，影響被測(cè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

二是壓力取樣口位置的選擇。取壓口是從被測(cè)對(duì)象中取壓力信號(hào)的地方，其位置、大小及開口形狀直接影響壓力測(cè)量的準(zhǔn)確度。四、壓力傳感器的安裝2022/11/22壓力傳感器安裝的有兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：四、壓力傳感器的79

1．壓力傳感器的密封連接方法壓力傳感器密封連接方法很多。一般根據(jù)傳感器的量程、結(jié)構(gòu)、密封等要求不同，連接方法也不盡相同。

小壓力傳感器的壓力接嘴呈倒刺狀，可以用皮管直接相連；大壓力傳感器的壓力接嘴為平底螺紋狀，加密封墊或O型圈后用扳手緊固；大壓力傳感器的壓力接嘴也可以為球頭，要與相應(yīng)當(dāng)接頭連接。2022/11/221．壓力傳感器的密封連接方法2022/11802022/11/222022/11/2181

2022/11/222022/11/21822022/11/222022/11/21832．取壓口位置的選擇一般選擇原則是：（1）取壓口不得取在管道的彎曲、分叉及流速形成渦流動(dòng)地方；（2）當(dāng)管道內(nèi)有突出物體時(shí)，取壓口應(yīng)選在出物體的前面；（3）如果在閥門附近取時(shí)，距閥門的距離應(yīng)大于2D，（D為管道直徑），取壓口若在閥門后，與閥門的距離應(yīng)大于3D；（4）取壓口應(yīng)處于流速平穩(wěn)、無渦流動(dòng)區(qū)域。2022/11/222．取壓口位置的選擇2022/11/2184

安裝壓力傳感器時(shí)還應(yīng)考慮以下因素：1．安裝在能滿足儀表使用環(huán)境條件和易觀察易檢修的地方；2022/11/22安裝壓力傳感器時(shí)還應(yīng)考慮以下因素：2022/11852．安裝地點(diǎn)應(yīng)盡量避免振動(dòng)和高溫影響，對(duì)于蒸汽和其他可凝結(jié)的氣體以及當(dāng)介質(zhì)溫度超過60℃時(shí)，就需要選用帶冷凝管的壓力接嘴進(jìn)行安裝。2022/11/222．安裝地點(diǎn)應(yīng)盡量避免振動(dòng)和高溫影響，對(duì)于蒸汽和863．測(cè)量有腐蝕性、粘度較大、易結(jié)晶、有沉淀物的介質(zhì)時(shí)，應(yīng)選取帶隔離膜片的壓力傳感器。引壓管向下傾斜，防止沉淀物堵塞4．儀表必須垂直安裝。若裝在室外時(shí)，還應(yīng)加裝保護(hù)箱。5．當(dāng)測(cè)量小壓力信號(hào)時(shí)，壓力傳感器應(yīng)與取壓口在同一高度，否則需要進(jìn)行修正因高度差所引起的測(cè)量誤差?？傊诎惭b壓力傳感器時(shí)，要根據(jù)壓力的大小，被測(cè)介質(zhì)，被測(cè)環(huán)境合理選擇壓力密封形式，選取安裝位置。2022/11/223．測(cè)量有腐蝕性、粘度較大、易結(jié)晶、有沉淀物87五、壓力傳感器的校驗(yàn)壓力傳感器校驗(yàn)方法是：在常態(tài)工作條件下，將傳感器固定在試驗(yàn)夾具上，按下圖聯(lián)接電路和油路，壓力源精度要高于或等于0.15級(jí)，為壓力傳感器提供準(zhǔn)確壓力源，穩(wěn)壓電源為傳感器提供電源。

2022/11/22五、壓力傳感器的校驗(yàn)壓力傳感器校驗(yàn)方法是：88

滿量程60MPa滿量程6MPa2022/11/22滿量程60MPa滿量程6MPa2022/11/2189傳感器校準(zhǔn)點(diǎn)的壓力值可根據(jù)量程選擇包括零點(diǎn)和滿量程點(diǎn)在內(nèi)的六個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)。給傳感器加壓至各壓力校準(zhǔn)點(diǎn)，在各壓力點(diǎn)上判讀傳感器穩(wěn)定的輸出值為校準(zhǔn)值，試驗(yàn)次數(shù)為正反行程各二次，計(jì)算出壓力與輸出電壓的方程或曲線。

注意：校準(zhǔn)前，一定要先檢查加壓系統(tǒng)的氣密情況。2022/11/22傳感器校準(zhǔn)點(diǎn)的壓力值可根據(jù)量程選擇包括零點(diǎn)和902022/11/22[任務(wù)導(dǎo)入]

一般城市水管網(wǎng)的水壓只能保證6層以下居民的用水，為滿足高層住宅樓居民的生活供水，需要在小區(qū)內(nèi)設(shè)立恒壓供水系統(tǒng)。恒壓供水指的是主水管出口壓力恒定。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)檢測(cè)供水主管出口壓力，然后與設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)壓力調(diào)節(jié)器運(yùn)算處理后，在線自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，控制泵的轉(zhuǎn)速隨壓力變化而變化，最終達(dá)到主水管出口壓力穩(wěn)定在設(shè)定值上的目的。課題四壓阻式壓力傳感器2022/11/222022/11/21[任務(wù)導(dǎo)入]一般城市水管912022/11/222022/11/2192檢測(cè)出水壓力常采用壓阻式壓力傳感器，本課題的任務(wù)就是學(xué)習(xí)壓阻式壓力傳感器的測(cè)量方法，根據(jù)其特點(diǎn)能夠正確使用壓阻式壓力傳感器。2022/11/22檢測(cè)出水壓力常采用壓阻式壓力傳感器，本課題的932022/11/22◆知識(shí)點(diǎn)¤了解壓阻式壓力傳感器的分類與基本結(jié)構(gòu)¤學(xué)習(xí)壓阻式壓力傳感器的測(cè)量方法與適用范圍◆

技能點(diǎn)¤掌握壓阻式壓力傳感器的安裝和使用方法2022/11/222022/11/212022/11/2194一、壓阻式壓力敏感元件[相關(guān)知識(shí)]壓阻式壓力傳感器的敏感元件是壓阻元件，它主要由外殼、硅杯和引出線組成。其核心部分是一塊帶有應(yīng)變電阻的硅膜片（硅杯）。壓阻元件的膜片應(yīng)變電阻經(jīng)微細(xì)加工成一體結(jié)構(gòu)，沒有可動(dòng)部分，也稱為固態(tài)傳感器。

2022/11/22一、壓阻式壓力敏感元件[相關(guān)知識(shí)]壓阻式壓95

壓阻式壓力傳感器測(cè)量原理，與應(yīng)變式壓力傳感器相同，只是材料和工藝不同。壓力敏感元件的彈性元件是單晶硅膜片，是利用集成電路工藝，在一塊圓形的單晶硅膜片上，制成四個(gè)擴(kuò)散電阻，組成全橋測(cè)量電路2022/11/22壓阻式壓力傳感器測(cè)量原理，與應(yīng)96二、壓阻式壓力傳感器工作原理

對(duì)一塊半導(dǎo)體材料的某一軸向施加一定的載荷而產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)，該材料的電阻率會(huì)發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。

半導(dǎo)體的電阻大小取決于電子、空穴的遷移率。加在單晶材料某一軸向上的外應(yīng)力，使載流子遷移率發(fā)生較大變化，半導(dǎo)體材料的電阻率ρ產(chǎn)生較大變化，電阻值也相應(yīng)變化。半導(dǎo)體材料電阻變化率遠(yuǎn)大于金屬應(yīng)變片的電阻變化率，使其靈敏度較高。2022/11/22二、壓阻式壓力傳感器工作原理對(duì)一塊半導(dǎo)體材料97壓阻式應(yīng)變片又稱半導(dǎo)體應(yīng)變片，用于壓力的測(cè)量，即壓阻式壓力傳感器。其主要優(yōu)點(diǎn)是體積小，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)也好，靈敏度高，能測(cè)出十幾帕斯卡的微壓。將壓阻式壓力敏感元件緊密地安裝到帶壓力接嘴的殼體中，就構(gòu)成了壓力傳感器。根據(jù)壓力敏感元件的結(jié)構(gòu)不同，壓阻式壓力傳感器可以測(cè)量絕對(duì)壓力、表壓力及差壓。2022/11/22壓阻式應(yīng)變片又稱半導(dǎo)體應(yīng)變片，用于壓力的測(cè)量98

將壓阻式壓力敏感元件緊密地安裝到帶壓力接嘴的殼體中，就構(gòu)成了壓力傳感器。根據(jù)壓力敏感元件的結(jié)構(gòu)不同，壓阻式壓力傳感器可以測(cè)量絕對(duì)壓力、表壓力及差壓。2022/11/22將壓阻式壓力敏感元件緊密地安裝991．測(cè)量絕對(duì)壓絕壓壓力敏感元件在膜片的一側(cè)有一個(gè)密封的近似真空的參考?jí)毫η唬藭r(shí)測(cè)到的壓力P1即為絕對(duì)壓力。2．測(cè)量表壓力硅杯的一側(cè)與大氣相通，被測(cè)壓力P2穿過玻璃基座引入硅杯的另一側(cè)。若加的壓力P2大于大氣壓，可稱為正壓；若施加的壓力P2小于大氣壓，可稱為負(fù)壓。

2022/11/221．測(cè)量絕對(duì)壓2022/11/21004

．測(cè)量電路壓阻傳感器的測(cè)量電路是由恒流源、儀表放大器及調(diào)整電路組成。為提高壓阻傳感器的穩(wěn)定性，采用1~2mA的恒流源供電。當(dāng)恒流源為1.5mA時(shí)，壓阻敏感元件滿量程輸出為100mV左右，為1~5V的電壓信號(hào)。

3．測(cè)量差壓測(cè)量壓差時(shí)，在硅膜片的兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)進(jìn)壓口，此時(shí)作用在硅膜片上的壓力為二個(gè)壓力之差（差壓），即所測(cè)的壓力為ΔP=P1－P2。2022/11/224

．測(cè)量電路31012022/11/222022/11/21102壓阻式壓力傳感器的壓力彈性元件是單晶硅膜片，可將壓阻式傳感器、穩(wěn)壓電源或穩(wěn)流電源、補(bǔ)償電路及電阻、A／D或D／A電路做在一個(gè)芯片上，體積小，可以提高抗干擾能力。硅壓阻芯片－硅杯與玻璃封接采用的是在真空中靜電封接，特別適合做絕壓式壓力傳感器。硅壓阻式壓力傳感器的靈敏系數(shù)比金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)大50～100倍，適用于小壓力測(cè)量。三、壓阻式壓力傳感器的特點(diǎn)2022/11/22壓阻式壓力傳感器的壓力彈性元件是單晶硅膜片，103帶隔離膜片的敏感元件，硅杯密封于充滿硅油的腔體中。在此結(jié)構(gòu)中，由于硅敏感元件被保護(hù)在一個(gè)與外界環(huán)境隔離的小空間里，不受外界各種惡劣測(cè)量環(huán)境的影響，因此其長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，可靠性高，能適用于各種惡劣測(cè)量環(huán)境，如高濕、有腐蝕性介質(zhì)等環(huán)境。壓阻式傳感器有許多優(yōu)點(diǎn)，但壓阻式傳感器也有缺點(diǎn)：溫度特性差，需溫度補(bǔ)償，工藝復(fù)雜。2022/11/22帶隔離膜片的敏感元件，硅杯密封于充滿硅油的腔104小區(qū)內(nèi)設(shè)立恒壓供水系統(tǒng)，將自來水公司的水壓提升到一定的壓力，小區(qū)樓層越高，需要的壓力越大，壓力一般在0.8MPa左右。

方案一：根據(jù)量程及測(cè)量環(huán)境，可以選擇壓阻式壓力傳感器，輸出靈敏度高，穩(wěn)定性好，雖溫度特性差，但在使用環(huán)境溫度變化小，不會(huì)影響傳感器輸出特性。[任務(wù)實(shí)施]2022/11/22小區(qū)內(nèi)設(shè)立恒壓供水系統(tǒng)，將自來水公司的水壓提升到一105

方案二：因其使用空間不受限制，也可以選擇壓阻式壓力變送器。這種傳感器輸出信號(hào)可以遠(yuǎn)距離傳輸，測(cè)量精度較高，使用壽命長(zhǎng)，但體積大，價(jià)格較高（下一課題詳細(xì)介紹）。壓阻式壓力變送器壓阻式壓力傳感器2022/11/22方案二：因其使用空間不受限制，也可以選擇壓阻106壓阻式壓力傳感器的安裝與使用方法和應(yīng)變式壓力傳感器基本相同。壓阻式壓力傳感器常用于小壓力的測(cè)量，受外界應(yīng)力影響大，安裝連接時(shí)不能用力過度，應(yīng)小心謹(jǐn)慎。并避免測(cè)壓器件表面受損，影響產(chǎn)品性能。

壓阻式壓力傳感器的壓力的密封連接方法有多種方法：錐形管與橡皮管的連接；錐螺紋的連接；加密封墊圈的連接；喇叭口與球頭的連接等。四、壓阻式壓力傳感器使用與校驗(yàn)方法2022/11/22壓阻式壓力傳感器的安裝與使用方法和應(yīng)變式壓力傳感1072022/11/222022/11/21108壓阻式壓力傳感器常用于氣體壓力或絕對(duì)壓力的檢測(cè)。校驗(yàn)氣體壓力傳感器時(shí)，按下圖聯(lián)接電路和氣路，壓縮機(jī)為壓力傳感器提供壓力氣源，或由真空泵抽氣測(cè)絕壓、負(fù)壓，由數(shù)字壓力計(jì)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)、控制壓力校準(zhǔn)值，測(cè)量、計(jì)算傳感器輸出電壓與壓力的方程。2022/11/22壓阻式壓力傳感器常用于氣體壓力或絕對(duì)壓力的檢測(cè)。校驗(yàn)氣體壓力109數(shù)字壓力計(jì)分為絕壓壓力計(jì)和相對(duì)壓力壓力計(jì)，在使用時(shí)，不能混淆。

2022/11/22數(shù)字壓力計(jì)分為絕壓壓力計(jì)和相對(duì)壓力壓力計(jì)，1102022/11/22[任務(wù)導(dǎo)入]在油庫(kù)管理系統(tǒng)中，油量的計(jì)量是關(guān)鍵。只有能夠?qū)崟r(shí)采集和處理儲(chǔ)罐中所儲(chǔ)油品的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，保證油庫(kù)油量計(jì)量的準(zhǔn)確性，才能保證結(jié)算的準(zhǔn)確性，提高油庫(kù)管理水平和自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)能力。一般情況下，通過測(cè)量油罐的液位可以計(jì)算油量的實(shí)際數(shù)量（即噸數(shù)），同時(shí)還可以防止儲(chǔ)油罐溢滿，因此在油庫(kù)管理系統(tǒng)中，儲(chǔ)罐的液位測(cè)量十分重要。課題五壓力變送器2022/11/222022/11/21[任務(wù)導(dǎo)入]在油庫(kù)管理系1112022/11/222022/11/21112測(cè)量油罐的液位可以采用壓差變送器。壓差變送器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)如何？本課題的任務(wù)就是如何用壓差變送器測(cè)量液位；壓差變送器的工作原理以及是如何安裝、使用的。2022/11/22測(cè)量油罐的液位可以采用壓差變送器。壓差變送1132022/11/22◆知識(shí)點(diǎn)¤了解壓力變送器的基本結(jié)構(gòu)¤學(xué)習(xí)壓力變送器的適用范圍◆

技能點(diǎn)¤掌握壓力變送器的接線及使用方法2022/11/222022/11/212022/11/21114一、壓力變送器[相關(guān)知識(shí)]壓力變送器由壓力傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、殼體及過程連接件組成。壓力傳感器將來自現(xiàn)場(chǎng)的液體或氣體等介質(zhì)的壓力參數(shù)轉(zhuǎn)換成為微小的電流或電壓信號(hào)，通過標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成4～20ｍADC或1～5VDC工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送至顯示儀、記錄儀、計(jì)算機(jī)或控制器等儀表。在工業(yè)中，常稱為現(xiàn)場(chǎng)儀表或一次儀表。

2022/11/22一、壓力變送器[相關(guān)知識(shí)]壓力變送器由壓力傳1152022/11/222022/11/21116二、電容式壓力變送器工作原理壓力變送器按工作原理可分為壓阻式、應(yīng)變式和電容式。其中電容式壓力變送器因其穩(wěn)定性好，測(cè)量精度而應(yīng)用廣泛。

電容式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。2022/11/22二、電容式壓力變送器工作原理壓力變送器按工作117由上式可以看出，如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變，而使另外一個(gè)參數(shù)改變，則電容量就將發(fā)生變化。電容式傳感器可以分為三種類型：改變極板面積的變面積式；改變極板距離的變間隙式；改變介電常數(shù)的變介電常數(shù)式。2022/11/22由上式可以看出，如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變，118

1．變面積式電容傳感器

直線位移型電容式傳感器:當(dāng)動(dòng)極板移動(dòng)△x后，電容的有效面積變化，電容量也隨之改變；角位移型電容式傳感器：當(dāng)動(dòng)片有一角位移時(shí)，兩極板間有效面積變化，電容量隨之變化。還有鋸齒板型電容式傳感器、同心圓筒形變面積式電容傳感器。2022/11/221．變面積式電容傳感器2022/1192．變間隙式電容傳感器圖中1為固定極板，2為與被測(cè)對(duì)象相連的活動(dòng)極板。當(dāng)活動(dòng)極板因被測(cè)參數(shù)的改變而引起移動(dòng)時(shí)，兩極板間的距離d發(fā)生變化，從而改變了兩極板之間的電容量C。

當(dāng)活動(dòng)極板移動(dòng)x后，其電容量為電容量C與位移x不是線性關(guān)系，只有當(dāng)x＜＜d時(shí)，才可近似認(rèn)為是線形關(guān)系。2022/11/222．變間隙式電容傳感器當(dāng)活動(dòng)極板120

從公式還可以看出，要提高靈敏度，應(yīng)減小起始間隙d。但當(dāng)d過小時(shí)，又容易引起電容擊穿，對(duì)加工精度要求也提高了。在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高靈敏度，減小非線性，經(jīng)常采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)。當(dāng)之間極板上下移動(dòng)時(shí)，電容Ｃ１、Ｃ２同時(shí)發(fā)生變化。2022/11/22從公式還可以看出，要提高靈敏度，1213．變介電常數(shù)式電容傳感器當(dāng)電容式傳感器中的電介質(zhì)改變時(shí)，其介電常數(shù)變化，從而引起電容量發(fā)生變化。此類傳感器的結(jié)構(gòu)形式有很多種，圖為介質(zhì)面積變化的電容式傳感器。這種傳感器可用來測(cè)量物位或液位，也可測(cè)量位移。2022/11/223．變介電常數(shù)式電容傳感器2022/11/211224．電容式傳感器的常用測(cè)量電路用于電容式傳感器的測(cè)量電路很多。常見的電路有：普通交流電橋、變壓器電橋、運(yùn)算放大器測(cè)量電路、脈沖調(diào)制電路、調(diào)頻電路等

脈沖調(diào)制電路2022/11/224．電容式傳感器的常用測(cè)量電路脈沖調(diào)制電路20123運(yùn)算放大器測(cè)量電路變壓器電橋電路2022/11/22運(yùn)算放大器測(cè)量電路變壓器電橋電路2022/11/211241151系列電容式變送器是引進(jìn)美國(guó)羅斯蒙特公司技術(shù)制造的產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上享有很高的聲譽(yù)。它具有設(shè)計(jì)原理新穎、安裝使用簡(jiǎn)便、本質(zhì)安全防爆等特點(diǎn)。尤以精度高、堅(jiān)固耐振、調(diào)整方便、長(zhǎng)期穩(wěn)定性高、單向過載保護(hù)特性好而著稱。三、典型電容式壓力變送器結(jié)構(gòu)2022/11/221151系列電容式變送器是引進(jìn)美國(guó)羅斯蒙特公125中間的測(cè)量膜片與兩側(cè)絕緣體上的電極各組成一個(gè)電容，成為差動(dòng)結(jié)構(gòu)。在無壓力通入或兩側(cè)壓力均等時(shí)測(cè)量膜片處于中間位置，壓力敏感元件的兩電容量相等；當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時(shí)，致使測(cè)量膜片產(chǎn)生位移（該位移量和壓力差成正比），故兩側(cè)電容產(chǎn)生變化。通過檢測(cè)電容變化量，可以測(cè)量出作用在壓力敏感元件兩側(cè)的壓力差。壓力變送器的轉(zhuǎn)換電路將該信號(hào)放大轉(zhuǎn)換成4-20mA的二線制電流信號(hào)。2022/11/22中間的測(cè)量膜片與兩側(cè)絕緣體上的電極各組成一個(gè)126所謂二線制是指儀表與外界的連線只需二根導(dǎo)線。多數(shù)情況下，其中的一根線接為+24V電源線，另一根既作為電源負(fù)極引線，又作為信號(hào)傳輸線。在信號(hào)傳輸線的末端通過一只標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻（也稱取樣電阻）接地，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。由于電流信號(hào)不易受干擾，且便于遠(yuǎn)距離傳輸，在工業(yè)生產(chǎn)、控制中多采用電流輸出。2022/11/22所謂二線制是指儀表與外界的連線只需二根導(dǎo)線。1272022/11/222022/11/21128電容式壓力變送器兩個(gè)壓力接口，一端接在油罐底部，一端接在油罐頂部。△P=ρg△h。由于油罐一般是圓柱形，其截面圓的面積S是不變的，那么，重量G=△P·S=ρg△h·S，G與△P成正比關(guān)系。只要準(zhǔn)確地檢測(cè)出△P值，就可以得到實(shí)際油品的庫(kù)存量G。四、電容式壓力變送器測(cè)量液位原理2022/11/22電容式壓力變送器兩個(gè)壓力接口，一端接在油罐底部，129在油庫(kù)液位測(cè)量中，設(shè)計(jì)條件：

油罐約2000m3，直徑d=14.5m，高度h=14m。

方案一：選用1151法蘭式隔爆差壓變送器檢測(cè)油罐液位高度，變送器量程0～140kPa。選用法蘭式而不選用帶引壓管的壓力變送器，是防止罐底臟物沉淀而堵塞引壓管。在油罐頂部，設(shè)計(jì)一套液位報(bào)警裝置，防止油品滿溢，作為雙保險(xiǎn)。在應(yīng)用中由于測(cè)量值直接為噸數(shù)，故油罐不論貯存何種油品，二次表顯示的值是油罐內(nèi)油品的噸數(shù)。[任務(wù)實(shí)施]2022/11/22在油庫(kù)液位測(cè)量中，設(shè)計(jì)條件：

油罐約2000m3，直130

方案二：油品出入庫(kù)用泵輸送，也可以采橢圓齒輪流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。要計(jì)算出油量重量，還需測(cè)量密度，而且由于流量計(jì)的精度有限，最高也只有0.2級(jí)在本課題中，選擇方案一比較好。方案一測(cè)量結(jié)果是油罐油量的噸數(shù)，而且精度可達(dá)到0.2級(jí)甚至0.1級(jí)，與流量計(jì)相比，計(jì)量結(jié)果更準(zhǔn)確。在大數(shù)量的油品出入庫(kù)時(shí)，具有較高的精度和較小的相對(duì)誤差，其它計(jì)量手段所無法比擬，特別適合月度、季度、年度的盤存。2022/11/22方案二：油品出入庫(kù)用泵輸送，也可以采橢圓齒131變送器的安裝位置與被測(cè)介質(zhì)有關(guān)，為獲效得最佳的測(cè)量果，應(yīng)注意考慮下列情況：

1．防止變送器與腐蝕性或過熱介質(zhì)接觸

2．防止渣滓在引壓導(dǎo)管內(nèi)沉積；

3．測(cè)量液體壓力時(shí)，取壓口應(yīng)開在管道側(cè)面，以避免沉淀積渣。

4．測(cè)量氣體壓力時(shí)，取壓口應(yīng)開在管道頂端，防止積累的液體注入流程管道中。

5．引壓管應(yīng)安裝在溫度波動(dòng)小的地方；五、壓力變送器使用注意事項(xiàng)

2022/11/22變送器的安裝位置與被測(cè)介質(zhì)有關(guān)，為獲效得最佳的測(cè)量132

模塊三

力的測(cè)量

力的測(cè)量包括力的測(cè)量和壓力的測(cè)量。一般情況下，力傳感器主要用于兩個(gè)方面：測(cè)力和稱重。測(cè)量中所稱的壓力就是物理中的壓強(qiáng)，是指垂直均勻地作用于單位面積上的力。力和壓力是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中的重要工藝參數(shù)。電子秤、汽車衡、機(jī)床、橋梁監(jiān)測(cè)都需要力傳感器?；w廠、化肥廠、煉油廠的壓力儲(chǔ)罐壓力傳感器提供控制依據(jù)。2022/11/22模塊三力的測(cè)量力的測(cè)量包括力的測(cè)1332022/11/22

模塊三力的測(cè)量課題一應(yīng)變式力傳感器課題二電子秤課題三應(yīng)變式壓力傳感器課題四壓阻式壓力傳感器課題五壓力變送器2022/11/21模塊三力的測(cè)量課題一應(yīng)變134[任務(wù)導(dǎo)入]

港口碼頭、造船廠、礦山及建筑安裝工地，廣泛使用著各種各樣的起重機(jī)械。固定式、可移動(dòng)旋轉(zhuǎn)起重機(jī)、橫臂起重機(jī)、汽車起重機(jī)等都是常見的起重設(shè)備。為了提高生產(chǎn)效率，需要充分發(fā)揮吊車的能力，最大限度地吊運(yùn)貨物，而又要防止萬一超載而產(chǎn)生的嚴(yán)重后果。通常采用什么方法測(cè)量、控制吊運(yùn)貨物的重量呢？

課題一應(yīng)變式力傳感器

2022/11/22[任務(wù)導(dǎo)入]港口碼頭、造船廠、礦山及建筑安1352022/11/222022/11/21136

吊車的載重量可以通過測(cè)量繩索的拉力來完成。在起重繩索上或吊鉤上安裝測(cè)力傳感器，可以間接檢測(cè)吊車起吊重量，力傳感器的輸出信號(hào)既可以用來顯示吊車載重量，又可以進(jìn)行超載報(bào)警，防止事故的發(fā)生。

力傳感器的結(jié)構(gòu)如何？測(cè)力方法是怎樣的？本課題的任務(wù)就是學(xué)習(xí)力傳感器及力傳感器的測(cè)量方法。2022/11/22吊車的載重量可以通過測(cè)量繩索的拉力來完成。在137◆知識(shí)點(diǎn)¤了解力傳感器的分類與基本結(jié)構(gòu)¤學(xué)習(xí)應(yīng)變式力傳感器的測(cè)量方法與適用范圍◆技能點(diǎn)¤掌握應(yīng)變片的貼片方法¤

掌握傳感器的使用方法2022/11/222022/11/21138[相關(guān)知識(shí)]一、力傳感器

力傳感器根據(jù)制造原理不同可分為電阻應(yīng)變式、電容式、振弦式、壓電式等。在測(cè)量靜態(tài)力（力的大小與方向不隨時(shí)間變化而變化或隨時(shí)間緩慢變化，稱靜態(tài)力）時(shí)，最常用的是電阻應(yīng)變式力傳感器。本課題重點(diǎn)學(xué)習(xí)應(yīng)變式力傳感器。應(yīng)變式傳感器還可用于壓力、加速度等力學(xué)量的測(cè)量。應(yīng)變式傳感器廣泛應(yīng)用于化工、冶金、機(jī)械、交通及國(guó)防等許多部門。2022/11/22[相關(guān)知識(shí)]一、力傳感器力傳139力的測(cè)量課件140電阻應(yīng)變式力傳感器的核心是電阻應(yīng)變片。為了測(cè)量金屬棒在工作過程中所承受的力，將電阻應(yīng)變片貼在金屬棒上。金屬棒受到外力后，產(chǎn)生應(yīng)變，并傳遞給電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片敏感到應(yīng)變后產(chǎn)生電阻變化，經(jīng)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成與外力成正比的電信號(hào)。實(shí)現(xiàn)了力的檢測(cè)。電阻應(yīng)變式力傳感器的核心是電阻應(yīng)變片。為了測(cè)量金141測(cè)量完成后，不會(huì)對(duì)被測(cè)物體造成任何影響，拆除也非常的容易。這種方法在汽車、建筑、橋梁工程、航天等各種領(lǐng)域中都用的到。應(yīng)變式傳感器突出的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。與其它類型的力學(xué)傳感器相比，具有測(cè)試范圍寬、輸出線性好、性能穩(wěn)定、工作可靠并能在惡劣環(huán)境條件下工作的特點(diǎn)。2022/11/22測(cè)量完成后，不會(huì)對(duì)被測(cè)物體造成任何影響，拆除也非常142二、電阻應(yīng)變傳感器工作原理

導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下伸長(zhǎng)或縮短時(shí)，它的電阻值相應(yīng)地發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。將應(yīng)變片貼在被測(cè)物體上，使其隨著被測(cè)物的應(yīng)變一起伸縮，這樣應(yīng)變片里面的金屬材料就隨著外界的應(yīng)變伸長(zhǎng)或縮短，其阻值也相應(yīng)地變化。應(yīng)變片利用應(yīng)變效應(yīng)，通過測(cè)量電阻的變化而對(duì)應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量。

2022/11/22二、電阻應(yīng)變傳感器工作原理導(dǎo)體或半導(dǎo)體143電阻應(yīng)變片分為金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。在力傳感器中大多數(shù)使用的是金屬電阻應(yīng)變片。將電阻絲排成柵網(wǎng)狀，粘貼在厚度約為15-16μm的絕緣基片上，電阻絲兩端焊出引出線，最后用覆蓋層進(jìn)行保護(hù)，即成為應(yīng)變片。使用時(shí)只要將應(yīng)變片貼于被測(cè)物體上就可構(gòu)成應(yīng)變式傳感器。

2022/11/22電阻應(yīng)變片分為金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。144一般金屬應(yīng)變片的電阻變化率為常數(shù)，應(yīng)變片的阻值與應(yīng)變成正比例關(guān)系。即R—應(yīng)變片原電阻值，Ω；ΔR—伸長(zhǎng)或壓縮所引起的電阻變化值，Ω；

K—比例常數(shù)(應(yīng)變片常數(shù))ε—應(yīng)變（應(yīng)變分為拉伸和壓縮兩種，可用正負(fù)號(hào)加以區(qū)別：

拉伸→正（＋）；壓縮→負(fù)（―）2022/11/22一般金屬應(yīng)變片的電阻變化率為常數(shù)，應(yīng)變片的阻值與應(yīng)變145在測(cè)量時(shí)，將應(yīng)變片貼在不同的部位，它可以感受拉伸的力（拉力，正應(yīng)變），也可以感受壓縮的力（壓力，負(fù)應(yīng)變）。例如圓柱形拉力傳感器。R1、R2、R3、R4是四個(gè)完全相同的應(yīng)變片，R1、R4豎粘，為軸向貼片，感受拉伸，正應(yīng)變；R2、R3橫粘，為徑向貼片，感應(yīng)壓縮，負(fù)應(yīng)變。2022/11/22在測(cè)量時(shí)，將應(yīng)變片貼在不同的部位，它可以感受拉伸146金屬電阻應(yīng)變片按結(jié)構(gòu)形式可分為絲式、箔式和薄膜式三種。2022/11/22金屬電阻應(yīng)變片按結(jié)構(gòu)形式可分為絲式、箔式和薄147三、電阻應(yīng)變片式傳感器的使用方法根據(jù)測(cè)量環(huán)境、測(cè)量對(duì)象不同，電阻應(yīng)變片也有多種形式。2022/11/22三、電阻應(yīng)變片式傳感器的使用方法根據(jù)測(cè)148電阻應(yīng)變式傳感器的使用方法有以下二種：第一種是將應(yīng)變片直接粘貼于被測(cè)構(gòu)件上，用來測(cè)定構(gòu)件的應(yīng)變或應(yīng)力。第二種是將應(yīng)變片貼于彈性元件上，與彈性元件一起構(gòu)成應(yīng)變式傳感器敏感元件。這種傳感器可以測(cè)量力、位移、加速度等物理參數(shù)。2022/11/22電阻應(yīng)變式傳感器的使用方法有以下二種：149四、電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路

應(yīng)變電阻變化是極其微弱的，電阻相對(duì)變化率僅為0.2%左右。例如：應(yīng)變電阻為300Ω，電阻變化量為0.6Ω，要精確地測(cè)量這么微小的電阻變化是非常困難的。通常采用惠斯登電橋電路進(jìn)行測(cè)量，將電阻相對(duì)變化△R/R，轉(zhuǎn)換為電壓的變化，再用測(cè)量?jī)x表應(yīng)變式傳感器測(cè)量電路便可以簡(jiǎn)單方便地進(jìn)行測(cè)量。2022/11/22四、電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路應(yīng)變電阻150R1，R2，R3，R4為四個(gè)橋臂的電阻，電橋的供電電壓為U，電橋輸出電壓為Uo。在被測(cè)物體未施加作用力時(shí)，應(yīng)變?yōu)榱?，?yīng)變電阻沒有變化。2022/11/22R1，R2，R3，R4為四個(gè)橋臂的電阻，電橋151

當(dāng)四個(gè)橋臂的初始電阻滿足R1/R2=R3/R4時(shí)，橋路輸出電壓為Uo零，即橋路平衡。當(dāng)應(yīng)變電阻發(fā)生變化時(shí)，電橋的輸出電壓Uo可以用下式近似表示：如果四個(gè)橋臂的初始電位滿足R1＝R2=R3＝R4，上式為：2022/11/22當(dāng)四個(gè)橋臂的初始電阻滿足R1/R2=R3/152在測(cè)量電路中，應(yīng)變片應(yīng)該怎樣接入電橋更有利于信號(hào)測(cè)量呢？1．單臂半橋電橋電路R1為應(yīng)變片，其余各橋臂電阻為固定電阻，其輸出有：2022/11/22在測(cè)量電路中，應(yīng)變片應(yīng)該怎樣接入電橋更有利于153如果測(cè)出電橋的輸出電壓就可以計(jì)算出應(yīng)變的大小，進(jìn)而推算出力的大?。荷鲜街笑覟閼?yīng)力；E為彈性系數(shù)或楊氏模量，不同的材料有固定的楊氏模量。2022/11/22如果測(cè)出電橋的輸出電壓就可以計(jì)算出應(yīng)變的大小1542．雙臂半橋電橋電路2022/11/22R1、R2為應(yīng)變片，其余各橋臂電阻為固定電阻，這種電路可以有兩種接入方法。2．雙臂半橋電橋電路2022/11/21155為便于測(cè)量，希望獲得較大靈敏度，使兩應(yīng)變片產(chǎn)生的應(yīng)變相加。以上二種連接方法都可以做到：在前圖中使R1為正應(yīng)變，R2為負(fù)應(yīng)變；在后圖中R1、R2同為正應(yīng)變或負(fù)應(yīng)變。

在實(shí)際工程中更多采用前者，R1、R2分別為正、負(fù)應(yīng)變，其輸出為相鄰兩橋臂應(yīng)變相減，在靈敏度提高的同時(shí)，可以將應(yīng)變片的溫度誤差和非線性誤差相互減去、抵消，提高測(cè)量精度。2022/11/22為便于測(cè)量，希望獲得較大靈敏度，使兩應(yīng)變片產(chǎn)生的1563．全橋電橋電路2022/11/22電橋的四臂全部接入應(yīng)變片稱為全橋電橋電路。若四片應(yīng)變片完全相同，其中R1、R4感應(yīng)正應(yīng)變；R2、R3感應(yīng)負(fù)應(yīng)變。

將應(yīng)變片接成全橋電路時(shí)，要特別注意：相鄰橋臂的應(yīng)變片所感受的應(yīng)變必須相反，否則上式不成立。

3．全橋電橋電路2022/11/21157應(yīng)變式傳感器典型測(cè)量電路2022/11/22應(yīng)變式傳感器典型測(cè)量電路2022/11/21158在測(cè)量力時(shí)，可將應(yīng)變片直接粘貼在被測(cè)部位。應(yīng)變片的粘貼，是應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，將直接影響膠的粘接質(zhì)量及測(cè)量精度，如果貼片不嚴(yán)格，技術(shù)不熟練，即使選用最好的應(yīng)變片也無濟(jì)于事。五、應(yīng)變片的粘貼2022/11/22在測(cè)量力時(shí)，可將應(yīng)變片直接粘貼在被測(cè)部位。應(yīng)159應(yīng)變片的粘貼工藝步驟2022/11/22應(yīng)變片的粘貼工藝步驟2022/11/211602022/11/222022/11/21161檢查合格后，焊接引出導(dǎo)線。將引線加以固定、絕緣，防止應(yīng)變片線腳與被測(cè)工件接觸，短路。應(yīng)變片之間通過漆包線或其他軟線連接組成電橋。最后檢查焊接引線與組橋連線。這樣就完成了整個(gè)粘貼過程。電阻應(yīng)變片安裝必備工具及材料:用于應(yīng)變片粘貼表面處理的清潔劑，應(yīng)變片粘接劑（膠），保護(hù)應(yīng)變片的涂層材料（膠），電阻絲或應(yīng)變片引線，接線端子，電纜，焊錫和助焊劑等。2022/11/22檢查合格后，焊接引出導(dǎo)線。將引線加以固定、絕緣，防162[任務(wù)實(shí)施]方案一：測(cè)量、控制起重設(shè)備吊運(yùn)貨物的重量，可以采用在吊鉤的圓柱壁上粘貼應(yīng)變片的方法，檢測(cè)起吊重量。測(cè)量吊運(yùn)貨物的重量，量程較大，一般在吊鉤的圓柱壁上橫豎各粘貼一片應(yīng)變片，組成雙臂半橋電路。2022/11/22[任務(wù)實(shí)施]方案一：測(cè)量、控制起重設(shè)備吊運(yùn)貨物的重量，可以采163為應(yīng)變電橋提供±2V穩(wěn)壓電源，電橋輸出信號(hào)接入差動(dòng)直流放大電路，測(cè)量輸出電壓。根據(jù)輸出電壓值可以推算出應(yīng)力的大小，即重力。也可以使用應(yīng)變片專用測(cè)量?jī)x—電阻應(yīng)變儀進(jìn)行檢測(cè)。

這種測(cè)量方法簡(jiǎn)單、方便，成本低。但容易損壞，受環(huán)境影響大，使用壽命短。長(zhǎng)期使用時(shí)，零點(diǎn)漂移大，需要在使用前調(diào)節(jié)零點(diǎn)。2022/11/22為應(yīng)變電橋提供±2V穩(wěn)壓電源，電橋輸出信號(hào)接164

方案二：在本課題中也可以直接采用電子吊秤的方法（課題二介紹）。購(gòu)買電子吊秤接在起重設(shè)備下，可