傳感器及檢測技術(shù)實訓(xùn)教程項目一

1、項目一：電子稱的設(shè)計與制作項目一：電子稱的設(shè)計與制作技能訓(xùn)練目標要求技能訓(xùn)練目標要求: : 1. 1.了解傳感器的作用與工程應(yīng)用情況了解傳感器的作用與工程應(yīng)用情況 2. 2.了解傳感器的分類了解傳感器的分類 3.3.了解應(yīng)變片的原理與用途了解應(yīng)變片的原理與用途4. 4.學會應(yīng)變測量電路的設(shè)計與制作學會應(yīng)變測量電路的設(shè)計與制作5. 5.掌握電橋測量電路的制作要領(lǐng)掌握電橋測量電路的制作要領(lǐng)湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)1.1 1.1 傳感器基礎(chǔ)知識傳

2、感器基礎(chǔ)知識1.1.1 1.1.1 概述概述 1.定義定義 傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號的機械電子裝置。如下圖所示信息轉(zhuǎn)換成可用信號的機械電子裝置。如下圖所示:物理量物理量電量電量湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù) 2.傳感器的組成傳感器的組成 傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號進行轉(zhuǎn)換件的作用是感受被測物理量，并對信號進行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進輸出。輔助器件則是

3、對敏感器件輸出的電信號進行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。如下行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。如下圖的溫度電阻。圖的溫度電阻。 dV湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)3.3.傳感器的分類傳感器的分類1)1)按被測物理量分類按被測物理量分類常見的被測物理量常見的被測物理量機械量機械量: :長度長度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速度速度, ,加速度加速度, , 旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)角, ,轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)數(shù), ,質(zhì)量質(zhì)量, ,重量重量, ,力力, , 壓力壓力, ,真空度真空度, ,力矩力矩, ,風速風速, ,流速流速, , 流量流量; ;聲聲:

4、: 聲壓聲壓, ,噪聲噪聲. .磁磁: : 磁通磁通, ,磁場磁場. .溫度溫度: : 溫度溫度, ,熱量熱量, ,比熱比熱. .光：光： 亮度，色彩亮度，色彩湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)機械式機械式, ,電氣式電氣式, ,光學式，流體式等。光學式，流體式等。2)2)按工作原理分類按工作原理分類: :切削力測量應(yīng)變片切削力測量應(yīng)變片 動圈式磁電傳感器動圈式磁電傳感器 湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型. .3)3)按信號變換特征按信號

5、變換特征: :能量轉(zhuǎn)換型能量轉(zhuǎn)換型: :直接由被測對象輸入能量使其工作直接由被測對象輸入能量使其工作. . 例如例如: :熱電偶溫度計熱電偶溫度計, ,壓電式加速度計壓電式加速度計. .能量控制型能量控制型: :從外部供給能量并由被測量控制外部從外部供給能量并由被測量控制外部 供給能量的變化供給能量的變化. .例如例如: :電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片. .湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)4)4)按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系: :物性型：物性型：依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信依靠敏感元件材料本

6、身物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號變換。如號變換。如: :水銀溫度計。水銀溫度計。結(jié)構(gòu)型：結(jié)構(gòu)型：依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變。依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變。 湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)5.傳感器的命名傳感器的命名 由主題詞加四級修飾語構(gòu)成。由主題詞加四級修飾語構(gòu)成。 主題詞主題詞傳感器；傳感器；第一級修飾語第一級修飾語被測量，包括修飾被測量的定語；被測量，包括修飾被測量的定語；第二級修飾語第二級修飾語轉(zhuǎn)換原理，一般可后續(xù)以轉(zhuǎn)換原理，一般可后續(xù)以“式式”字；字；第三級修飾語第三級修飾語特征描述，指必須強調(diào)的傳感器結(jié)特征描述

7、，指必須強調(diào)的傳感器結(jié)構(gòu)、性能、材料特征、敏感元件及其它必要的性能特構(gòu)、性能、材料特征、敏感元件及其它必要的性能特征，一般可后續(xù)以征，一般可后續(xù)以“型型”字；字；第四級修飾語第四級修飾語主要技術(shù)指標（量程、精確度、靈主要技術(shù)指標（量程、精確度、靈敏度等）。敏度等）。 湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)1.1.2 傳感器的主要特性參數(shù)傳感器的主要特性參數(shù) 1.靈敏度靈敏度 靈敏度是指傳感器或檢測系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出量靈敏度是指傳感器或檢測系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化和引起此變化的輸入量變化的比值。它是輸變化和引起此變化的輸入量變化的比值。它是輸入與輸

8、出特性曲線的斜率，入與輸出特性曲線的斜率，如右圖所示，可表示為：如右圖所示，可表示為： dxdys x0ydydx湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù) 2. 分辨率分辨率 分辨率是指檢測儀表能夠精確檢測出被測量分辨率是指檢測儀表能夠精確檢測出被測量最小變化值的能力。輸入量從某個任意值緩慢增最小變化值的能力。輸入量從某個任意值緩慢增加，直到可以測量到輸出的變化為止，此時的輸加，直到可以測量到輸出的變化為止，此時的輸入量就是分辨率?？梢杂媒^對值，也可以用量程入量就是分辨率?？梢杂媒^對值，也可以用量程的百分數(shù)來表示。靈敏度愈高，分辨率愈好。的百分

9、數(shù)來表示。靈敏度愈高，分辨率愈好。湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù) 3. 線性度與非線性誤差線性度與非線性誤差 線性度是用實測的檢測系統(tǒng)輸入線性度是用實測的檢測系統(tǒng)輸入輸出特性曲輸出特性曲線與擬合直線之間最大偏差與滿量程輸出的百分比線與擬合直線之間最大偏差與滿量程輸出的百分比來表示的，如下圖所示。來表示的，如下圖所示。 線性度可用非線性線性度可用非線性誤差來表示，計算式為：誤差來表示，計算式為：%100FSmfYE湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù) 4. 遲滯遲滯 遲滯特性表明檢測

10、系統(tǒng)在正向和反向行程期間，遲滯特性表明檢測系統(tǒng)在正向和反向行程期間，輸入輸入輸出特性曲線不一致的程度。如右下圖所示。輸出特性曲線不一致的程度。如右下圖所示。通過實驗，找出輸出量的通過實驗，找出輸出量的這種最大差值，并以滿量程這種最大差值，并以滿量程輸出輸出YFS的百分數(shù)表示，的百分數(shù)表示，如下式：如下式： %100FSmtYE湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)1.2 檢測系統(tǒng)的基本組成檢測系統(tǒng)的基本組成 一個完整的檢測系統(tǒng)或檢測裝置通常是由傳感一個完整的檢測系統(tǒng)或檢測裝置通常是由傳感器、測量電路和顯示記錄裝置等幾部分組成。檢測器、測量電路

11、和顯示記錄裝置等幾部分組成。檢測系統(tǒng)的組成框圖如下系統(tǒng)的組成框圖如下 ：被測量傳感器測量電路電源指示儀記錄儀數(shù)據(jù)處理儀器湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)1.3 相對誤差相對誤差 相對誤差是儀表指示值的絕對誤差相對誤差是儀表指示值的絕對誤差與被測量真與被測量真值值x0的比值，常用百分數(shù)表示，即的比值，常用百分數(shù)表示，即 相對誤差比絕對誤差能更好地說明測量的精確程相對誤差比絕對誤差能更好地說明測量的精確程度。在上面的例子中度。在上面的例子中: %100%100000 xxxxr%01. 0%10010001. 01r%005. 0%1002

12、0001. 02r湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù) 引用誤差是絕對誤差與儀表量程上的比值，引用誤差是絕對誤差與儀表量程上的比值，通常以百分數(shù)表示。引用誤差通常以百分數(shù)表示。引用誤差 如果以測量儀表整個量程中，可能出現(xiàn)的絕如果以測量儀表整個量程中，可能出現(xiàn)的絕對誤差最大值對誤差最大值m代替代替，則可得到最大引用誤差，則可得到最大引用誤差r0m。 %1000Lr%1000Lrmm對一臺確定的儀表或一個檢測系統(tǒng)，最大引用對一臺確定的儀表或一個檢測系統(tǒng)，最大引用誤差就是一個定值。誤差就是一個定值。 湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機

13、電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)1.4 1.4 電阻應(yīng)變應(yīng)變片電阻應(yīng)變應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)電阻應(yīng)變片基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，即阻值隨機械變形的變化變效應(yīng)，即阻值隨機械變形的變化而發(fā)生變。而發(fā)生變。 湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)1) 1) 工作原理工作原理上述任何一個參數(shù)變換均會引起電阻變化上述任何一個參數(shù)變換均會引起電阻變化, ,求導(dǎo)數(shù)求導(dǎo)數(shù)金屬應(yīng)變片的電阻金屬應(yīng)變片的電阻R R為為AlR/dAldAAldlAdR2代入代入AlR/dRAdARldlRdR湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程

14、分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)dAdAldlRdR有：有：金屬絲：金屬絲：2rAdrdrldlRdR2金屬絲體積不變：金屬絲體積不變：ldlrdr湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)有：有：dRdR2對金屬材料，導(dǎo)電率不變：對金屬材料，導(dǎo)電率不變：)21(RdR金屬絲應(yīng)變片：金屬絲應(yīng)變片：湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)應(yīng)變計金屬應(yīng)變計金屬應(yīng)變計湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)半導(dǎo)體應(yīng)變計半導(dǎo)體應(yīng)變計drdrldlRd

15、R2簡化為：簡化為：dRdRE 優(yōu)點：靈敏度大優(yōu)點：靈敏度大; ;體積小體積小; ; 缺點：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。缺點：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)3) 3) 應(yīng)變片的主要參數(shù)應(yīng)變片的主要參數(shù) u其它表示應(yīng)變計性能的參數(shù)（工作溫度、其它表示應(yīng)變計性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏滯后、蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。度等）。 u幾何參數(shù)：表距幾何參數(shù)：表距L L和絲柵寬度和絲柵寬度b b，制造廠常用，制造廠常用 b bL L表示。表示。u電阻值：應(yīng)變

16、計的原始電阻值。電阻值：應(yīng)變計的原始電阻值。 u靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計變換性能的重要參數(shù)。靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計變換性能的重要參數(shù)。 湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)4) 4) 應(yīng)變片測量電路應(yīng)變片測量電路VER1R2R3R4ERRRRRRRRV)(32413142湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)5)5)應(yīng)用：測力應(yīng)用：測力湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)6)6)標準產(chǎn)品標準產(chǎn)品湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電

17、工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)7)7)案例：案例：橋梁固有頻率測量橋梁固有頻率測量湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)案例：案例：電子稱電子稱原理將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)1.5 電子稱的制作電子稱的制作 1、原理、原理 如圖所示，如圖所示，采用采用E350ZAA箔式應(yīng)變片，箔式應(yīng)變片，其常態(tài)阻值為其常態(tài)阻值為350。湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù)

18、2、元件選擇、元件選擇1）IC1選用選用ICL7126集成塊；集成塊；IC2、IC3選用高精選用高精度低溫標精密運放度低溫標精密運放OP07；IC4選用選用LM3851.2V。2）傳感器）傳感器RI選用選用E350ZAA箔式電阻應(yīng)變片，其箔式電阻應(yīng)變片，其常態(tài)阻值為常態(tài)阻值為350。3）各電阻元件宜選用精密金屬膜電阻。）各電阻元件宜選用精密金屬膜電阻。4）RPI選用精密多圈電位器，選用精密多圈電位器，RP2、RP3經(jīng)調(diào)試經(jīng)調(diào)試后可分別用精密金屬膜電阻代替。后可分別用精密金屬膜電阻代替。5）電容中）電容中C1選用云母電容或瓷介電容。選用云母電容或瓷介電容。湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)

19、學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù) 3、制作、制作 1）電子線路的制作）電子線路的制作元件布置：橫平豎直，間距適當；元件布置：橫平豎直，間距適當；錫焊：控制焊點大小，注意虛焊；錫焊：控制焊點大小，注意虛焊； 2）變形鋼件的制作）變形鋼件的制作 可用普通鋼鋸條制作，先將鋸齒磨平，再將鋸條加可用普通鋼鋸條制作，先將鋸齒磨平，再將鋸條加熱彎成熱彎成“U”形，并在對應(yīng)位置鉆孔，以裝顯示部件。形，并在對應(yīng)位置鉆孔，以裝顯示部件。然后再進行淬火和表面處理，秤鉤粘于鋼件底部。應(yīng)然后再進行淬火和表面處理，秤鉤粘于鋼件底部。應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘劑粘接于鋼件變形最大的部位。變片用應(yīng)變膠粘劑粘接于鋼件變形最大的部位。湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院湖州職業(yè)技術(shù)學院機電工程分院 傳感器與檢測技傳感器與檢測技術(shù)術(shù) 4、調(diào)試、