《傳感器檢測與應(yīng)用》全冊配套完整教學課件

1、傳感器檢測與應(yīng)用傳感器檢測與應(yīng)用全冊配套完整教學課件全冊配套完整教學課件傳感器檢測與應(yīng)用傳感器檢測與應(yīng)用學習情境一：認識傳感器學習情境一：認識傳感器情境介紹：情境介紹： 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，為了監(jiān)督、控制整個生產(chǎn)過程和對象，需要在檢測各種參數(shù)和物理量。所謂檢測就是人們借助于儀器、設(shè)備，利用各種物理效應(yīng)，采用一定的方法，將客觀世界的有關(guān)信息通過檢查與測量獲取定性或定量信息的認識過程。這些儀器和設(shè)備的核心部件就是傳感器，傳感器是感知被測量（多為非電量），并把它轉(zhuǎn)化為電量的一種器件或裝置。 在具體學習傳感器及其應(yīng)用之前，通過本學習情境首先了解什么檢測技術(shù)，什么是傳感器以及它們的廣泛用途，同時了解測量的基

2、礎(chǔ)知識，使得整個課程學習先有一個感性認知。學習情境一：認識傳感器學習情境一：認識傳感器學習要點：學習要點： l檢測及傳感器的含義及工業(yè)檢測涉及的內(nèi)容；l自動檢測系統(tǒng)的組成;l幾種測量方法的分類；l絕對誤差、相對誤差及精度的計算； l隨機誤差的概念及處理方法；l傳感器的分類、組成及特性。l自動檢測技術(shù)自動檢測技術(shù)l傳感器及其特性傳感器及其特性l測量及測量誤差測量及測量誤差學習情境一：認識傳感器學習情境一：認識傳感器 檢測檢測: :利用各種物理、化學效應(yīng)，選擇合適的方法與裝置，將生產(chǎn)、科研、生活等各方面的有關(guān)信息通過檢查與測量的方法，賦予定性或定量結(jié)果的過程。一、檢測與自動檢測技術(shù)一、檢測與自動檢

3、測技術(shù)方法：比較法方法：比較法裝置：船、石頭、小秤裝置：船、石頭、小秤 結(jié)果：定量結(jié)果：定量 自動檢測技術(shù)：自動檢測技術(shù)：以信息的獲取、轉(zhuǎn)換、顯示和處理為主要內(nèi)容，自動完成整個檢測過程的技術(shù)。 二、自動檢測技術(shù)在國民經(jīng)濟中的地位二、自動檢測技術(shù)在國民經(jīng)濟中的地位 用這句話來說明自動檢測技術(shù)在現(xiàn)代科學技術(shù)中的重要性是很恰當?shù)模^“事”，就是指發(fā)展現(xiàn)代科學技術(shù)的偉大事業(yè)，而“器”則是指利用自動檢測技術(shù)而制造的儀器、儀表、工具等。所以說自動檢測技術(shù)是科學實踐和生產(chǎn)實踐的必要手段，它的水平高低也是科學技術(shù)現(xiàn)代化的重要標志。 古語有：“工欲善其事，必先利其器。”檢測技術(shù)在衛(wèi)星中的應(yīng)用檢測技術(shù)在衛(wèi)星中的

4、應(yīng)用人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星檢測技術(shù)在海嘯預(yù)報中的應(yīng)用檢測技術(shù)在海嘯預(yù)報中的應(yīng)用海浪振動檢測海浪振動檢測系統(tǒng)系統(tǒng)浮標浮標深海地溝深海地溝檢測技術(shù)在飛行器中的應(yīng)用檢測技術(shù)在飛行器中的應(yīng)用檢測技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用檢測技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用超聲波檢測檢測技術(shù)在汽車中的應(yīng)用檢測技術(shù)在汽車中的應(yīng)用檢測技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用檢測技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用溫濕度傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器溫度傳感器透光率傳感器透光率傳感器指紋傳感器指紋傳感器檢測技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用檢測技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用檢測技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用檢測技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用檢測技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用檢測技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用GPS定位導(dǎo)航檢測

5、技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用檢測技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用檢測技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用檢測技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用光幕自動收費檢測技術(shù)在軍事上的應(yīng)用檢測技術(shù)在軍事上的應(yīng)用檢測技術(shù)在軍事上的應(yīng)用檢測技術(shù)在軍事上的應(yīng)用檢測技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用檢測技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用火箭測控 - 檢測火箭狀況、姿態(tài)、軌跡 飛行器測控 - 檢測飛行器姿態(tài)、發(fā)電機工況，控制與操縱 檢測技術(shù)在機械加工中的作用檢測技術(shù)在機械加工中的作用 機床導(dǎo)軌位置檢測三、工業(yè)檢測技術(shù)涉及的內(nèi)容三、工業(yè)檢測技術(shù)涉及的內(nèi)容熱工量：熱工量：溫度、壓力（壓強）、流量、流速、液位機械量：機械量：直線位移、角位移、速度、加速度、轉(zhuǎn)速、振動幾何量：幾何量：長度、厚

6、度、角度、直徑、間距、形狀、粗糙度物體的性質(zhì)和成分量：物體的性質(zhì)和成分量：空氣的濕度、氣體的化學成分、濃度、液體的粘度、透明度、物體的顏色狀態(tài)量：狀態(tài)量：工作機械的運動狀態(tài)、生產(chǎn)設(shè)備的異常狀態(tài)（超溫、過載、磨損、堵塞、斷裂等） 四、自動檢測系統(tǒng)的組成四、自動檢測系統(tǒng)的組成自動檢測技術(shù)系統(tǒng)原理框圖自動檢測技術(shù)系統(tǒng)原理框圖 不帶微處理器時不帶微處理器時 1 1、傳感器：、傳感器：指一個能將被測的非電量變換成電量的器件。2 2、信號處理裝置：、信號處理裝置：把傳感器輸出的電量變成具有一定驅(qū)動和傳輸能力的電壓、電流或頻率信號等，以推動后級的顯示器、數(shù)據(jù)處理裝置及執(zhí)行機構(gòu)。 ？是否是否傳感器傳感器 能將

7、溫度轉(zhuǎn)換為電壓的傳感器能將溫度轉(zhuǎn)換為電壓的傳感器熱電偶熱電偶3 3、顯示記錄裝置：、顯示記錄裝置：對被測信號進行顯示與記錄。 包括模擬顯示、數(shù)字顯示、圖形顯示儀表及有紙、無紙記錄儀。特點特點：直觀直觀（1）模擬顯示）模擬顯示光柱模擬顯示光柱模擬顯示特點：一目了然特點：一目了然（2 2）數(shù)字顯示）數(shù)字顯示 L LED（發(fā)光二極管）、LCD（液晶屏）數(shù)字式儀表特點：準確，但數(shù)字式儀表特點：準確，但最后一位經(jīng)常跳動不止。最后一位經(jīng)常跳動不止。熱敏電阻熱敏電阻 LEDLED亮度高、耐振動亮度高、耐振動LED、LCD的特點：LCLCD D耗電省、集成度高，但不利于夜間觀察耗電省、集成度高，但不利于夜間觀

8、察帶背光板的LCD可以在夜間觀看 (3)(3)圖像顯示：圖像顯示：用用CRTCRT或點陣或點陣LCDLCD來顯示讀數(shù)或被測參來顯示讀數(shù)或被測參數(shù)變化曲線、圖表或彩色圖等形式來反映整個生產(chǎn)線上數(shù)變化曲線、圖表或彩色圖等形式來反映整個生產(chǎn)線上的多組數(shù)據(jù)。的多組數(shù)據(jù)。 特點特點: :能顯示復(fù)雜的圖能顯示復(fù)雜的圖形和曲線，但價格昂貴。形和曲線，但價格昂貴。 圖像顯示圖像顯示(4)(4)記錄儀：記錄儀：主要用來記錄被檢測對象的動主要用來記錄被檢測對象的動態(tài)變化過程態(tài)變化過程有紙記錄儀無紙記錄儀 主要用來記錄和存儲被檢測對象的動態(tài)變化過程。4 4、數(shù)據(jù)處理裝置：、數(shù)據(jù)處理裝置：對測試所得的實驗數(shù)據(jù)進行處理

9、、運算、邏輯判斷、線性變換，對動態(tài)測試結(jié)果作頻譜分析（幅值譜分析、功率譜分析）等，完成這些工作必須采用計算機技術(shù)。 5 5、執(zhí)行機構(gòu)：、執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)：通常是指各種繼電器、電磁鐵、電磁閥門、電磁調(diào)節(jié)閥、伺服電動機等，它們在電路中是起通斷、控制、調(diào)節(jié)、保護等作用的電器設(shè)備。 繼電器插座繼電器插座繼電器繼電器各種繼電器各種繼電器 電磁鐵電磁鐵能產(chǎn)生機械力能產(chǎn)生機械力 電磁調(diào)節(jié)閥電磁調(diào)節(jié)閥 用于控制流量的大小用于控制流量的大小 加上控制加上控制信號，電磁調(diào)信號，電磁調(diào)節(jié)閥在電動機節(jié)閥在電動機的控制下，可的控制下，可以逐漸開合以逐漸開合伺服電動機伺服電動機 可以正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、可以正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、快轉(zhuǎn)、慢

10、轉(zhuǎn)快轉(zhuǎn)、慢轉(zhuǎn)伺服型雷達天線報警器報警器報警燈及喇叭報警燈及喇叭 舉例舉例 工件磨削測控過程工件磨削測控過程 傳感器傳感器快速檢測工件的直徑參快速檢測工件的直徑參數(shù)數(shù)D D。計算機計算機快速地對直徑參快速地對直徑參數(shù)作運算、比較、判斷等一系數(shù)作運算、比較、判斷等一系列工作，然后將有關(guān)參數(shù)送到列工作，然后將有關(guān)參數(shù)送到顯示器顯示器顯示出來，另一方面，顯示出來，另一方面，對研磨盤驅(qū)動對研磨盤驅(qū)動伺服電動機伺服電動機發(fā)出發(fā)出控制信號，控制研磨盤的水平控制信號，控制研磨盤的水平徑向位移徑向位移x x，直到工件被磨削，直到工件被磨削到規(guī)定的直徑為止。到規(guī)定的直徑為止。 工件磨削測控過程演示工件磨削測控過程

11、演示 數(shù)字電壓、歐姆表數(shù)字電壓、歐姆表五、檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢五、檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢 1 1、不斷提高檢測系統(tǒng)的測量精度、量程范圍、延、不斷提高檢測系統(tǒng)的測量精度、量程范圍、延長使用壽命、提高可靠性長使用壽命、提高可靠性將量程切換到將量程切換到2V2V時，時，最小顯示值為最小顯示值為1V1V提高測量精度提高測量精度提高可靠性提高可靠性承受劇烈振動承受劇烈振動2 2、應(yīng)用新技術(shù)和新的物理效應(yīng)，擴大檢測領(lǐng)、應(yīng)用新技術(shù)和新的物理效應(yīng)，擴大檢測領(lǐng)域域月球車月球車火星車火星車2 2、應(yīng)用新技術(shù)和新的物理效應(yīng)，擴大檢測領(lǐng)域、應(yīng)用新技術(shù)和新的物理效應(yīng)，擴大檢測領(lǐng)域（續(xù)）（續(xù)） 安全檢查安全檢查 3 3、發(fā)展集

12、成化、功能化的傳感器、發(fā)展集成化、功能化的傳感器 可拍照的手機可拍照的手機4.4.采用計算機技術(shù)，使檢測技術(shù)智能化采用計算機技術(shù)，使檢測技術(shù)智能化 面部識別技術(shù)面部識別技術(shù)4.4.采用計算機技術(shù)，使檢測技術(shù)智能化采用計算機技術(shù)，使檢測技術(shù)智能化( (續(xù)續(xù)) )動作捕捉動作捕捉4.4.采用計算機技術(shù)，使檢測技術(shù)智能化（續(xù)）采用計算機技術(shù)，使檢測技術(shù)智能化（續(xù)） 單片機芯片單片機芯片 5 5、發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化傳感器及檢測系統(tǒng)、發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化傳感器及檢測系統(tǒng)一、傳感器一、傳感器的的概念和作用概念和作用 1 1概念：概念： 傳感器是一種能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。常用傳感

13、器的輸出信號多為易處理的電量，如電壓、電流、頻率等。 2 2作用：作用： 可準確、及時地獲取并發(fā)送信息；與通信、計算機構(gòu)成信息技術(shù)的三大支柱。 二、傳感器二、傳感器的的組成組成 1 1、敏感元件：、敏感元件：直接感受被測物理量，并轉(zhuǎn)換成與之直接感受被測物理量，并轉(zhuǎn)換成與之成一定關(guān)系的、更易轉(zhuǎn)換的非電量輸出。成一定關(guān)系的、更易轉(zhuǎn)換的非電量輸出。2 2、傳感元件：、傳感元件：將敏感元件輸出的信號轉(zhuǎn)換成電信號將敏感元件輸出的信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出。輸出。3 3、轉(zhuǎn)換電路：、轉(zhuǎn)換電路：將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成便于將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成便于顯示、記錄和處理的電壓、電流或頻率量。顯示、記錄和處理的

14、電壓、電流或頻率量。有些傳感器的敏感元件與傳感元件兩者合為一體。有些傳感器的敏感元件與傳感元件兩者合為一體。 舉例：測量壓力的電位器式壓力傳感器舉例：測量壓力的電位器式壓力傳感器 1-1-彈簧管彈簧管 2-2-電位器電位器 3-3-電刷電刷 4-4-傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)彈性彈性敏感元件（彈簧管）敏感元件（彈簧管） 敏感元件敏感元件在傳感器中直接感受被測量，并轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。彈性彈性敏感元件（彈簧管）敏感元件（彈簧管） 在下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角位移彈簧管實物放大圖彈簧管實物放大圖 當被測壓力p增大時，彈簧管撐直，通過齒條帶動齒輪轉(zhuǎn)動，從而帶動電位器的電刷產(chǎn)生角位移

15、。 其他各種彈性敏感元件其他各種彈性敏感元件 在上圖中的各種彈性元件也能將壓力轉(zhuǎn)換為角位移或直線位移。壓力傳感器的壓力傳感器的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 被測量通過敏感元件轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)被測量通過敏感元件轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)傳感元件傳感元件轉(zhuǎn)換成電參量。轉(zhuǎn)換成電參量。 在左圖中，在左圖中， 電位器為傳感元電位器為傳感元件，它將角位移件，它將角位移轉(zhuǎn)換為電參量轉(zhuǎn)換為電參量-電阻的變化電阻的變化（R R） 360 360度圓盤形電位器度圓盤形電位器 左圖所示的左圖所示的360360度圓盤形電度圓盤形電位器的中間焊片位器的中間焊片為滑動片，右邊為滑動片，右邊焊片接地，左邊焊片接地，左邊焊片接電源焊片接電源。

16、 接地接地 測量轉(zhuǎn)換電路測量轉(zhuǎn)換電路的作用是將傳感元件輸出的電的作用是將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成易于處理的電壓、電流或頻率量。參量轉(zhuǎn)換成易于處理的電壓、電流或頻率量。 在左圖中，當電在左圖中，當電位器的兩端加上電源位器的兩端加上電源后，電位器就組成分后，電位器就組成分壓比電路，它的輸出壓比電路，它的輸出量是與壓力成一定關(guān)量是與壓力成一定關(guān)系的電壓系的電壓U Uo o 。 分壓比電路的計算公式如下：分壓比電路的計算公式如下： 直滑電位器式傳感器的輸出電壓直滑電位器式傳感器的輸出電壓U Uo o與滑動觸點與滑動觸點C C的位移量的位移量x x成正比成正比： 對圓盤式電位器來說，對圓盤式電位器來說

17、，U Uo o與滑動與滑動臂的旋轉(zhuǎn)角度成正比：臂的旋轉(zhuǎn)角度成正比： 三、傳感器分類三、傳感器分類 傳感器的種類名目繁多，分類不盡相同。常用的分傳感器的種類名目繁多，分類不盡相同。常用的分類方法有：類方法有： 1 1、按被測量分類：、按被測量分類： 分為位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動、加速度、溫分為位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。度、壓力、流量、流速等傳感器。 2 2、按測量原理分類：、按測量原理分類： 分為電阻、電容、電感、光柵、熱電耦、超聲波、分為電阻、電容、電感、光柵、熱電耦、超聲波、激光、紅外、光導(dǎo)纖維等傳感器。激光、紅外、光導(dǎo)纖維等傳感器。 四、傳感器基

18、本特性四、傳感器基本特性 傳感器的特性一般指輸入、輸出特性，且有靜態(tài)、傳感器的特性一般指輸入、輸出特性，且有靜態(tài)、動態(tài)之分。動態(tài)之分。 靜態(tài)特性靜態(tài)特性包括：靈敏度、分辨力、線性度、穩(wěn)定包括：靈敏度、分辨力、線性度、穩(wěn)定度、電磁兼容性、可靠性等。度、電磁兼容性、可靠性等。 1 1、靈敏度、靈敏度 ： 靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化值與輸靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化值與輸入變化值之比，用入變化值之比，用K K 來表示：來表示： （16）作圖法求靈敏度過程作圖法求靈敏度過程xyx1xy0切點切點傳感器特性曲線xmax2 2、分辨力、分辨力： 指感器能檢出被測信號的指感器能檢出被測信號的最小變

19、化最小變化量量。當被測量的變化小于分辨力時，傳。當被測量的變化小于分辨力時，傳感器對輸入量的變化無任何反應(yīng)。對數(shù)感器對輸入量的變化無任何反應(yīng)。對數(shù)字儀表而言，如果沒有其他附加說明，字儀表而言，如果沒有其他附加說明，可以認為該表的最后一位所表示的數(shù)值可以認為該表的最后一位所表示的數(shù)值就是它的分辨力。就是它的分辨力。一般地說，分辨力的一般地說，分辨力的數(shù)值小于儀表的最大絕對誤差數(shù)值小于儀表的最大絕對誤差。 將分率力除以儀表的滿度量程就是將分率力除以儀表的滿度量程就是儀表的儀表的分辨率分辨率。分辨率常以百分比或幾。分辨率常以百分比或幾分之一表示，無量綱。分之一表示，無量綱。 3 3、線性度：、線性度

20、： 線性度又稱非線性誤差，是指線性度又稱非線性誤差，是指傳感器實際特傳感器實際特性曲線與擬合直線（有時也稱理論直線）之間的最性曲線與擬合直線（有時也稱理論直線）之間的最大偏差與傳感器量程范圍內(nèi)的輸出之百分比大偏差與傳感器量程范圍內(nèi)的輸出之百分比。 將傳感器輸出起始點與滿量程點連接起來的將傳感器輸出起始點與滿量程點連接起來的直線作為擬合直線，這條直線稱為直線作為擬合直線，這條直線稱為端基理論直線端基理論直線，按上述方法得出的線性度稱為端基線性度，非線性按上述方法得出的線性度稱為端基線性度，非線性誤差越小越好誤差越小越好 。線性度的計算公式如下：。線性度的計算公式如下：（17）作圖法求線性度演示作

21、圖法求線性度演示 （ 1 1擬合曲線擬合曲線 2 2實際特性曲線實際特性曲線 ）4 4、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性： 包含穩(wěn)定度和環(huán)境影響量兩個方面。包含穩(wěn)定度和環(huán)境影響量兩個方面。 穩(wěn)定度穩(wěn)定度是指傳感器使用條件不變時，在一定時間內(nèi)保是指傳感器使用條件不變時，在一定時間內(nèi)保持示值不變的能力。穩(wěn)定度一般以儀表的示值變化量和時持示值不變的能力。穩(wěn)定度一般以儀表的示值變化量和時間的長短之比來表示。間的長短之比來表示。 例：某儀表輸出電壓值在例：某儀表輸出電壓值在8h8h內(nèi)的最大變化量為內(nèi)的最大變化量為1.2mV1.2mV，則表示為則表示為1.2mV/(8h)1.2mV/(8h)。 實際應(yīng)用時穩(wěn)定度調(diào)整方法：在

22、測量前，將輸入端短實際應(yīng)用時穩(wěn)定度調(diào)整方法：在測量前，將輸入端短路通過重新調(diào)零來克服。路通過重新調(diào)零來克服。 環(huán)境變化量環(huán)境變化量僅指由外界環(huán)境變化引起的示值變化量。僅指由外界環(huán)境變化引起的示值變化量。5 5、電磁兼容性（、電磁兼容性（EMCEMC）：）： 指電子設(shè)備在規(guī)定的電磁干擾環(huán)境中能按照原指電子設(shè)備在規(guī)定的電磁干擾環(huán)境中能按照原設(shè)計要求正常工作的能力，且不向處于同一環(huán)境中設(shè)計要求正常工作的能力，且不向處于同一環(huán)境中的其他設(shè)備釋放超過允許范圍的電磁干擾。的其他設(shè)備釋放超過允許范圍的電磁干擾。 6 6、可靠性、可靠性 ： 可靠性是反映檢測系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，在規(guī)可靠性是反映檢測系統(tǒng)在規(guī)定的

23、條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)是否耐用的一種綜合性的質(zhì)量指標。定的時間內(nèi)是否耐用的一種綜合性的質(zhì)量指標。 浴盆曲線浴盆曲線 “ “老化老化”試驗：試驗： 在檢測設(shè)備通電的情況下，將之放置于高溫在檢測設(shè)備通電的情況下，將之放置于高溫環(huán)境環(huán)境 低溫環(huán)境低溫環(huán)境 高溫環(huán)境高溫環(huán)境反復(fù)循環(huán)。老化反復(fù)循環(huán)。老化之后的系統(tǒng)在現(xiàn)場使用時，故障率大為降低之后的系統(tǒng)在現(xiàn)場使用時，故障率大為降低 。老化試驗臺老化試驗臺一、測量的概念一、測量的概念 測量是借助專門的技術(shù)和儀表設(shè)備，采用一定的方法取得某一客觀事物定量數(shù)據(jù)資料的認識過程。二、測量的分類二、測量的分類1靜態(tài)測量和動態(tài)測量靜態(tài)測量和動態(tài)測量根據(jù)被測量是否隨時間變化

24、分2直接測量和間接測量直接測量和間接測量根據(jù)測量手段的不同來分3模擬式測量和數(shù)字式測量模擬式測量和數(shù)字式測量按測量結(jié)果的顯示方式來分，要求精密測量時，大多采用數(shù)字式測量。4接觸式測量和非接觸式測量接觸式測量和非接觸式測量根據(jù)是否與被測對象相接觸來分5在線測量和離線測量在線測量和離線測量根據(jù)被測參數(shù)是否在生產(chǎn)過程中測量來分 靜態(tài)測量靜態(tài)測量 對緩慢變化的對象進行測量亦屬于靜態(tài)測量靜態(tài)測量。 最高最高最低最低溫度計溫度計 動態(tài)測量動態(tài)測量 地震測量振動波形地震測量振動波形便攜式儀表便攜式儀表 可以顯示波形的便攜可以顯示波形的便攜式儀表式儀表直接測量直接測量 電子卡尺電子卡尺間接測量間接測量 對多個

25、被測量進行測量，經(jīng)過計算求得被測量（阿基對多個被測量進行測量，經(jīng)過計算求得被測量（阿基米德測量皇冠的比重）。米德測量皇冠的比重）。 接觸式測量接觸式測量 非接觸式測量非接觸式測量車載電子警察車載電子警察離線測量離線測量 產(chǎn)品質(zhì)量檢驗產(chǎn)品質(zhì)量檢驗在線測量在線測量 在流水線上，邊加工，邊檢驗，可提高產(chǎn)品在流水線上，邊加工，邊檢驗，可提高產(chǎn)品的一致性和加工精度。的一致性和加工精度。三、測量誤差三、測量誤差l測量誤差：測量誤差：測量值與被測參數(shù)真實值之間的差距測量值與被測參數(shù)真實值之間的差距。l誤差的分類誤差的分類 按按表示方法表示方法劃分劃分 絕對誤差絕對誤差 相對誤差相對誤差 標稱相對誤差標稱相對

26、誤差 滿度相對誤差滿度相對誤差 按按誤差出現(xiàn)的規(guī)律誤差出現(xiàn)的規(guī)律劃分劃分 系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差 隨機誤差隨機誤差 粗大誤差粗大誤差 按按被測量隨時間變化被測量隨時間變化的速度的速度劃分劃分 靜態(tài)誤差靜態(tài)誤差 動態(tài)誤差動態(tài)誤差 （一）測量誤差的表示方法（一）測量誤差的表示方法 （1 1）絕對誤差）絕對誤差： =Ax=AxA A0 0 某采購員分別在三家商店購買某采購員分別在三家商店購買100kg100kg大米、大米、10kg10kg香香蕉、蕉、1kg1kg牛肉干，發(fā)現(xiàn)均缺少約牛肉干，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg0.5kg，該采購員對哪個商，該采購員對哪個商店意見最大，是何原因？店意見最大，是何原因？ 舉例

27、舉例結(jié)結(jié)論論 絕對誤差的大小有時不足以反映測量值所偏離約絕對誤差的大小有時不足以反映測量值所偏離約定真值大小程度。定真值大小程度。 （2 2）相對誤差）相對誤差 標稱相對誤差標稱相對誤差 滿度（或引用）相對誤差滿度（或引用）相對誤差 精度等級精度等級S S 儀表的準確度等級和基本誤差儀表的準確度等級和基本誤差 例：某指針式電壓表的精度為例：某指針式電壓表的精度為2.52.5級，用它來測量級，用它來測量電壓時可能產(chǎn)生的滿度相對誤差為電壓時可能產(chǎn)生的滿度相對誤差為2.5% 2.5% 。 * * 模擬儀表采用引用誤差的形式表示其精度等級。模擬儀表采用引用誤差的形式表示其精度等級。將引用誤差的將引用誤

28、差的“”和和% %去掉后的數(shù)值與國標規(guī)定去掉后的數(shù)值與國標規(guī)定的精度等級相靠攏。的精度等級相靠攏。 【例】某壓力表精度為【例】某壓力表精度為2.52.5級，量程為級，量程為0-1.5MPa0-1.5MPa，測量，測量結(jié)果顯示為結(jié)果顯示為0.70MPa0.70MPa，試求：，試求：1 1）可能出現(xiàn)的最大滿度相）可能出現(xiàn)的最大滿度相對誤差對誤差 ；2 2）可能出現(xiàn)的最大絕對誤差）可能出現(xiàn)的最大絕對誤差 ？3 3）可能）可能出現(xiàn)的最大示值相對誤差出現(xiàn)的最大示值相對誤差 ？%5 . 2mkPaMPaAmmm5 .375 . 1%5 . 2解：解：1 1）最大滿度相對誤差可從精度得到最大滿度相對誤差可從

29、精度得到 mmxmmmA2 2）因為）因為3 3）%36. 5%1007 . 00375. 0%100 xmxA【例】今有【例】今有0.50.5級的級的00300 300 和和1.01.0級的級的0 0 100 100 兩個溫度計，要測兩個溫度計，要測80 80 的溫度，試問采用哪一個溫度計的溫度，試問采用哪一個溫度計好？好？%875. 1%10080%5 . 0300%10011xmxA%25. 1%10080%0 . 1100%10022xmxA12xx解：用解：用0.50.5級儀表測量時，最大標稱相對誤差為：級儀表測量時，最大標稱相對誤差為： 用用1.01.0級儀表測量時，最大標稱相對誤

30、差為：級儀表測量時，最大標稱相對誤差為： 顯然本例中用顯然本例中用1.01.0級儀表比用級儀表比用0.50.5級儀表更合適級儀表更合適。 用指針式萬用用指針式萬用表的表的10V10V量程測量程測量一只量一只1.5V1.5V干電干電池的電壓，示值池的電壓，示值如圖所示，問：如圖所示，問：選擇該量程合理選擇該量程合理嗎？嗎？ 用用2.5V2.5V量程測量程測量同一只量同一只1.5V1.5V干干電池的電壓，與電池的電壓，與上圖比較，問示上圖比較，問示值相對誤差哪一值相對誤差哪一個大個大？（1 1）粗大誤差）粗大誤差 明顯偏離真值的誤差稱為粗大誤差，也叫明顯偏離真值的誤差稱為粗大誤差，也叫過失誤過失誤

31、差差。粗大誤差主要是由于測量人員的粗心大意及電。粗大誤差主要是由于測量人員的粗心大意及電子測量儀器受到突然而強大的干擾所引起的。如測子測量儀器受到突然而強大的干擾所引起的。如測錯、讀錯、記錯、外界過電壓尖峰干擾等造成的誤錯、讀錯、記錯、外界過電壓尖峰干擾等造成的誤差。就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過正常條件差。就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過正常條件下的誤差。當發(fā)現(xiàn)粗大誤差時，下的誤差。當發(fā)現(xiàn)粗大誤差時，應(yīng)予以剔除應(yīng)予以剔除。 （二）測量誤差產(chǎn)生的因素（二）測量誤差產(chǎn)生的因素產(chǎn)生粗大誤差的一個例子產(chǎn)生粗大誤差的一個例子 （2 2）系統(tǒng)誤差：）系統(tǒng)誤差：夏天擺鐘變慢的原夏天擺鐘變慢的原因是什么？

32、因是什么？ 系統(tǒng)誤差也稱系統(tǒng)誤差也稱裝置誤差裝置誤差，它反映了測量，它反映了測量值偏離真值的程度。凡誤差的數(shù)值固定或按值偏離真值的程度。凡誤差的數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化者，均屬于系統(tǒng)誤差。一定規(guī)律變化者，均屬于系統(tǒng)誤差。 系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的，因此可以系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的，因此可以通過通過實驗的方法或引入修正值的方法計算修正實驗的方法或引入修正值的方法計算修正，也可以重新調(diào)整測量儀表的有關(guān)部件予以消也可以重新調(diào)整測量儀表的有關(guān)部件予以消除。除。 （3 3）隨機誤差）隨機誤差 在同一條件下，多次測量同一被測量，有時會發(fā)現(xiàn)測在同一條件下，多次測量同一被測量，有時會發(fā)現(xiàn)測量值時大時小，誤差的絕對值及

33、正、負以不可預(yù)見的方式量值時大時小，誤差的絕對值及正、負以不可預(yù)見的方式變化，該誤差稱為隨機誤差，也稱變化，該誤差稱為隨機誤差，也稱偶然誤差偶然誤差，它反映了測，它反映了測量值離散性的大小。隨機誤差是測量過程中許多獨立的、量值離散性的大小。隨機誤差是測量過程中許多獨立的、微小的、偶然的因素引起的綜合結(jié)果。微小的、偶然的因素引起的綜合結(jié)果。 存在隨機誤差的測量結(jié)果中，雖然單個測量值誤差的存在隨機誤差的測量結(jié)果中，雖然單個測量值誤差的出現(xiàn)是隨機的，既不能用實驗的方法消除，也不能修正，出現(xiàn)是隨機的，既不能用實驗的方法消除，也不能修正，但是就誤差的整體而言，但是就誤差的整體而言，多數(shù)隨機誤差都服從正態(tài)

34、分布規(guī)多數(shù)隨機誤差都服從正態(tài)分布規(guī)律律。 隨機誤差的正態(tài)分布規(guī)律隨機誤差的正態(tài)分布規(guī)律長度相對測量值長度相對測量值次次數(shù)數(shù)統(tǒng)統(tǒng)計計（1 1）靜態(tài)誤差）靜態(tài)誤差 當被測量不隨時間變化時所產(chǎn)生的誤差，稱為靜態(tài)當被測量不隨時間變化時所產(chǎn)生的誤差，稱為靜態(tài)誤差。大多數(shù)誤差屬于靜態(tài)誤差。誤差。大多數(shù)誤差屬于靜態(tài)誤差。 如買糖果時，稱重是產(chǎn)生的誤差；測量身高產(chǎn)生的如買糖果時，稱重是產(chǎn)生的誤差；測量身高產(chǎn)生的誤差。誤差。 （2 2）動態(tài)誤差）動態(tài)誤差 當被測量隨時間迅速變化時，系統(tǒng)的輸出量在時間當被測量隨時間迅速變化時，系統(tǒng)的輸出量在時間上不能與被測量的變化精確吻合，這種誤差稱為動態(tài)上不能與被測量的變化精確

35、吻合，這種誤差稱為動態(tài)誤差。誤差。（三）靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差（三）靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差 動態(tài)誤差動態(tài)誤差 由心電圖儀放大器帶寬不夠引由心電圖儀放大器帶寬不夠引起的動態(tài)誤差起的動態(tài)誤差 l是否理解自動檢測的組成和主要用途；l是否掌握傳感器的結(jié)構(gòu)組成和主要特性；l是否掌握測量及測量誤差的相關(guān)概念；l能否例舉出日常生活中的自動檢測及其基本功能。傳感器檢測及應(yīng)用傳感器檢測及應(yīng)用學習情境二：力的檢測學習情境二：力的檢測 數(shù)顯電子秤的制作數(shù)顯電子秤的制作情境介紹：情境介紹： 日常生活和生產(chǎn)中廣泛使用各種各樣的電子秤，它需要用傳感器對力進行檢測，實現(xiàn)的關(guān)鍵是將物重這一物理量的大小轉(zhuǎn)換成電信號的大小，從而實現(xiàn)顯示

36、。 對于力的檢測比較常見的是一種應(yīng)變式的電阻傳感器，它主要由彈性敏感元件、電阻應(yīng)變片和測量轉(zhuǎn)換電路組成。本學習情境在掌握必要的電阻應(yīng)變片理基礎(chǔ)上，通過數(shù)顯電子秤這一產(chǎn)品的制作，熟悉電阻應(yīng)變式式傳感器應(yīng)用，實現(xiàn)對力的檢測。學習要點：學習要點： l應(yīng)變傳感器的原理，三種測量轉(zhuǎn)換電路的特點；l電阻應(yīng)變式傳感器的分類、特性及應(yīng)用；l掌握測量應(yīng)變、拉力、荷重、轉(zhuǎn)矩的方法及計算；l電子秤的工作原理，熟悉制作和調(diào)試過程。學習情境二：力的檢測學習情境二：力的檢測 數(shù)顯電子秤的制作數(shù)顯電子秤的制作l知識點撥知識點撥l電阻應(yīng)變式傳感器實現(xiàn)力的檢測電阻應(yīng)變式傳感器實現(xiàn)力的檢測l數(shù)顯電子秤的制作數(shù)顯電子秤的制作l知識

37、拓展知識拓展學習情境二：力的檢測學習情境二：力的檢測 數(shù)顯電子秤的制作數(shù)顯電子秤的制作一、應(yīng)變效應(yīng)一、應(yīng)變效應(yīng)二、應(yīng)變片的類型和特性二、應(yīng)變片的類型和特性三、測量轉(zhuǎn)換電路三、測量轉(zhuǎn)換電路 一、應(yīng)變效應(yīng)一、應(yīng)變效應(yīng) 設(shè)有一長度為設(shè)有一長度為l l、截面積為、截面積為A A、半徑為、半徑為r r、電阻率為、電阻率為 的金屬單絲，它的電阻值的金屬單絲，它的電阻值R R 可表示為可表示為: : 當沿金屬絲的長度方向作用均勻拉力（或壓力）時，當沿金屬絲的長度方向作用均勻拉力（或壓力）時，上式中上式中 、r r、l l都將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電阻值都將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電阻值R R發(fā)生變發(fā)生變化?；?例如

38、例如, ,金屬絲受拉時，金屬絲受拉時，l l變長、變長、r r變小，導(dǎo)致變小，導(dǎo)致R R 變大變大 。又如又如，某些半導(dǎo)體受拉時，某些半導(dǎo)體受拉時， 將變大，導(dǎo)致將變大，導(dǎo)致R R變大。變大。 實驗證明，電阻絲及應(yīng)變片的電阻相對變化量實驗證明，電阻絲及應(yīng)變片的電阻相對變化量 R R R R與材料力學中的與材料力學中的軸向應(yīng)變軸向應(yīng)變 x x的關(guān)系在很大范圍內(nèi)的關(guān)系在很大范圍內(nèi)是線性的，即是線性的，即 K K電阻應(yīng)變片的靈敏度電阻應(yīng)變片的靈敏度 對于不同的金屬材料，對于不同的金屬材料，K K 略微不同，一般為略微不同，一般為2 2左右。左右。而對半導(dǎo)體材料而言，由于其感受到應(yīng)變時，電阻率而對半導(dǎo)

39、體材料而言，由于其感受到應(yīng)變時，電阻率 會產(chǎn)生很大的變化，所以會產(chǎn)生很大的變化，所以半導(dǎo)體材料靈敏度比金屬材料半導(dǎo)體材料靈敏度比金屬材料大幾十倍大幾十倍。 在材料力學中，在材料力學中， x x = = l l/l/l稱為電阻絲的稱為電阻絲的軸向應(yīng)變軸向應(yīng)變，也稱縱向應(yīng)變，是量綱為也稱縱向應(yīng)變，是量綱為1 1的數(shù)。的數(shù)。 x x通常很小，常用通常很小，常用1010- -6 6表示之。例如，當表示之。例如，當 x x為為0.0000010.000001時，在工程中常表示時，在工程中常表示為為1 1 1010-6-6或或 m/mm/m。在應(yīng)變測量中，也常將之稱為。在應(yīng)變測量中，也常將之稱為微應(yīng)微應(yīng)變

40、變() )。 對金屬材料而言，當它受力之后所產(chǎn)生的軸向應(yīng)對金屬材料而言，當它受力之后所產(chǎn)生的軸向應(yīng)變最好不要大于變最好不要大于1 1 1010-3-3，即，即10001000 m/mm/m，否則有可能超，否則有可能超過材料的極限強度而導(dǎo)致斷裂。過材料的極限強度而導(dǎo)致斷裂。 應(yīng)變片用于測量力應(yīng)變片用于測量力F F 的計算公式的計算公式 由材料力學可知，由材料力學可知， x x= =F F / /（AEAE），所以），所以 R R / /R R又可又可表示為表示為 如果應(yīng)變片的靈敏度如果應(yīng)變片的靈敏度K K 和試件的橫截面積和試件的橫截面積A A以及彈以及彈性模量性模量均為已知，則只要設(shè)法測出均為

41、已知，則只要設(shè)法測出 R R / /R R的數(shù)值，即的數(shù)值，即可獲知試件受力可獲知試件受力的大小，的大小，例如可用于電子秤的稱重例如可用于電子秤的稱重。 二、應(yīng)變片的種類和特性二、應(yīng)變片的種類和特性金屬應(yīng)變片金屬應(yīng)變片 半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片 金屬絲式金屬絲式 箔式箔式薄膜式薄膜式1 1、類型結(jié)構(gòu)、類型結(jié)構(gòu)lbl稱應(yīng)變片的標距或工作基長; b稱應(yīng)變片的 工作寬度b*l稱應(yīng)變片的規(guī)格（1 1）金屬絲式）金屬絲式 金屬絲式應(yīng)變片使用最早，有紙基、膠基之分。由于金屬絲式應(yīng)變片蠕變較大，金屬絲易脫膠，有逐漸被箔式所取代的趨勢。但其價格便宜，多用于應(yīng)變、應(yīng)力的大批量、一次性試驗。金屬絲式應(yīng)變片的金屬絲

42、式應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu) （2 2）箔式）箔式 箔式應(yīng)變片中的箔柵是金屬箔通過光刻、腐蝕等工藝制成的。箔的材料多為電阻率高、熱穩(wěn)定性好的銅鎳合金銅鎳合金。箔式應(yīng)變片與片基的接觸面積大得多，散熱條件較好，在長時間測量時的蠕變較小，一致性較好，適合于大批量生產(chǎn)。箔式應(yīng)變片的外形箔式應(yīng)變片的外形（3 3）薄膜式）薄膜式 真空蒸鍍技術(shù)制成，特點同上。（4 4）半導(dǎo)體應(yīng)變片）半導(dǎo)體應(yīng)變片 半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏度高，橫向效應(yīng)小，但熱穩(wěn)定性差、電阻與應(yīng)變間的非線性嚴重。使用時，需進行非線性補償。應(yīng)變片主要性能指標應(yīng)變片主要性能指標 上表中，哪幾個型號是半導(dǎo)體應(yīng)變片？依據(jù)是什么？上表中，哪幾個型號是半導(dǎo)體應(yīng)變片

43、？依據(jù)是什么？ 三、測量轉(zhuǎn)換電路三、測量轉(zhuǎn)換電路 金屬應(yīng)變片的電阻變化范圍很小，如果直接用歐金屬應(yīng)變片的電阻變化范圍很小，如果直接用歐姆表測量其電阻值的變化將十分困難，且誤差很大。姆表測量其電阻值的變化將十分困難，且誤差很大。 例如，例如，有一金屬箔式應(yīng)變片，標稱阻值R0為100，靈敏度K=2，粘貼在橫截面積為9.8mm2的鋼質(zhì)圓柱體上，鋼的彈性模量E=21011N/m2，所受拉力F=0.2t，受拉后應(yīng)變片的阻值R 的變化量僅為0.2，所以必須使用不不平衡電橋平衡電橋來測量這一微小的變化量。下面分析該橋式測量轉(zhuǎn)換電路是如何將R /R轉(zhuǎn)換為輸出電壓Uo的。 不平衡電橋不平衡電橋 電橋平衡條件：電

44、橋平衡條件： R R1 1/ /R R2 2= =R R4 4/ /R R3 3 )(443210KUUi電橋調(diào)零電橋調(diào)零 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)RPRP，最終可以使，最終可以使R R1 1 / /R R2 2 = =R R4 4/ /R R3 3（ R R1 1 、R R2 2 是是R R1 1、R R2 2并聯(lián)并聯(lián)RPRP后的等效電后的等效電阻），電橋趨于平衡，阻），電橋趨于平衡，U Uo o被預(yù)調(diào)到零位，這一過程被預(yù)調(diào)到零位，這一過程稱為調(diào)零。圖中的稱為調(diào)零。圖中的R R5 5是用是用于減小調(diào)節(jié)范圍的限流電于減小調(diào)節(jié)范圍的限流電阻。阻。 （1 1）單臂半橋）單臂半橋 R1 R1為應(yīng)變片，其為應(yīng)變片，其

45、余電阻為固定電阻余電阻為固定電阻 （2 2）雙臂半橋）雙臂半橋 R R1 1、R R2 2為應(yīng)變片，為應(yīng)變片，R R3 3、R R4 4為固定電阻為固定電阻 。應(yīng)變應(yīng)變片片R R1 1 、R R2 2 感受感受到的應(yīng)變到的應(yīng)變 1 1- - 2 2以及產(chǎn)以及產(chǎn)生的電阻增量正負號生的電阻增量正負號相間，可以使輸出電相間，可以使輸出電壓壓U Uo o成倍地增大。成倍地增大。（3 3）四臂全橋）四臂全橋 全橋的四個橋臂都全橋的四個橋臂都為應(yīng)變片，如果設(shè)法為應(yīng)變片，如果設(shè)法使試件受力后，應(yīng)變使試件受力后，應(yīng)變片片R R1 1 R R4 4產(chǎn)生的電阻產(chǎn)生的電阻增量（或感受到的應(yīng)增量（或感受到的應(yīng)變變 1

46、 1 4 4）正負號相間，）正負號相間，就可以使輸出電壓就可以使輸出電壓U Uo o成倍地增大。成倍地增大。橋路的溫度補償原理橋路的溫度補償原理 當環(huán)境溫度升高時，當環(huán)境溫度升高時，橋臂上的應(yīng)變片溫度橋臂上的應(yīng)變片溫度同時升高，溫度引起同時升高，溫度引起的電阻值漂移數(shù)值一的電阻值漂移數(shù)值一致，可以相互抵消，致，可以相互抵消，所以全橋的溫漂較??；所以全橋的溫漂較??；雙臂半橋也同樣能克雙臂半橋也同樣能克服溫漂。服溫漂。 結(jié)論結(jié)論 上述三種工作方式中，四臂全橋工作方上述三種工作方式中，四臂全橋工作方式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低。采用全橋（或

47、雙臂半橋）還能實現(xiàn)敏度最低。采用全橋（或雙臂半橋）還能實現(xiàn)溫度自補償。溫度自補償。 一、應(yīng)變片的粘貼一、應(yīng)變片的粘貼二、應(yīng)變傳感器的測量二、應(yīng)變傳感器的測量（1）去污去污：采用手持砂輪工具除去構(gòu)件表面的油污、漆、銹斑等，并用細紗布交叉打磨出細紋以增加粘貼力 ，用浸有酒精或丙酮的紗布片或脫脂棉球擦洗。一、應(yīng)變片的粘貼一、應(yīng)變片的粘貼 （2 2）貼片貼片：在應(yīng)變片的表面和處理過的粘貼表面上，各涂一層均勻的粘貼膠 ，用鑷子將應(yīng)變片放上去，并調(diào)好位置，然后蓋上塑料薄膜，用手指揉和滾壓，排出下面的氣泡 。 （3）測量測量 ：從分開的端子處，預(yù)先用萬用表測量應(yīng)變片的電阻，發(fā)現(xiàn)端子折斷和壞的應(yīng)變片。 （4）

48、焊接焊接：將引線和端子用烙鐵焊接起來，注意不要把端子扯斷。 （5）固定固定： 焊接后用膠布將引線和被測對象固定在一起，防止損壞引線和應(yīng)變片。二、應(yīng)變傳感器的測量二、應(yīng)變傳感器的測量 應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用十分廣泛。它可以測量應(yīng)變應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用十分廣泛。它可以測量應(yīng)變應(yīng)力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。將應(yīng)變力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。將應(yīng)變片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測量轉(zhuǎn)換電路，片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測量轉(zhuǎn)換電路，這樣就構(gòu)成測量各種物理量的專用應(yīng)變式傳感器。這樣就構(gòu)成測量各種物理量的專用應(yīng)變式傳感器。應(yīng)變式傳感器中，應(yīng)變式傳感器中，敏感元件一般為各種彈性體，傳敏感元件一

49、般為各種彈性體，傳感元件就是應(yīng)變片，測量轉(zhuǎn)換電路一般為橋路感元件就是應(yīng)變片，測量轉(zhuǎn)換電路一般為橋路。（1 1）應(yīng)變式力傳感器）應(yīng)變式力傳感器 應(yīng)變式力傳感器（環(huán)式）應(yīng)變式力傳感器（環(huán)式） FFFF應(yīng)變式力傳感器（懸臂梁）應(yīng)變式力傳感器（懸臂梁）各種懸臂梁各種懸臂梁 FF固定點固定點固定點固定點電纜（2 2）應(yīng)變式荷重傳感器）應(yīng)變式荷重傳感器 荷重傳感器上的應(yīng)變片在重力作用下產(chǎn)生變形：荷重傳感器上的應(yīng)變片在重力作用下產(chǎn)生變形：軸向變短，徑向變長。軸向變短，徑向變長。 應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置R1R2 R4應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置應(yīng)變式

50、荷重傳感器外形及受力位置FFFF汽車衡汽車衡汽車衡汽車衡汽車衡稱重系統(tǒng)汽車衡稱重系統(tǒng)荷重傳感器計算公式荷重傳感器計算公式 當當K KF F為常數(shù)時，橋路所加的激勵源電壓為常數(shù)時，橋路所加的激勵源電壓U Ui i越高，越高，滿量程輸出電壓滿量程輸出電壓U Uomom也越高。也越高。iomFUUK荷重傳感器應(yīng)用估算荷重傳感器應(yīng)用估算 例例2-22-2 現(xiàn)用圖現(xiàn)用圖2-82-8所示的荷重傳感器稱重。當橋路電壓為所示的荷重傳感器稱重。當橋路電壓為6V6V時，測得橋路的輸出電壓為時，測得橋路的輸出電壓為24mV24mV，求被測荷重為多少噸。，求被測荷重為多少噸。 解：從圖解：從圖2-82-8所示的荷重傳

51、感器銘牌上得到所示的荷重傳感器銘牌上得到F F m m=100=100 10103 3N N，K KF F= 2mV/V= 2mV/V，根據(jù)公式有根據(jù)公式有： 在上面介紹過的汽車衡示意圖中，共使用了在上面介紹過的汽車衡示意圖中，共使用了4 4個荷重個荷重傳感器，量程傳感器，量程F Fm m =20t =20t， 靈敏度靈敏度K KF F =2.5mV/V=2.5mV/V，使用，使用4 4個個獨立的橋路電源，每一個電源電壓均相等，獨立的橋路電源，每一個電源電壓均相等， U Ui i =12V =12V，四個荷重傳感器的輸出串聯(lián)，總的輸出電壓四個荷重傳感器的輸出串聯(lián)，總的輸出電壓U Uo o =2

52、4mV =24mV， 請估算汽車的質(zhì)量。請估算汽車的質(zhì)量。 汽車在鋼板上有少許的前、后、左、右偏位，汽車在鋼板上有少許的前、后、左、右偏位，是否會影響測量結(jié)果？為什么？是否會影響測量結(jié)果？為什么？ 荷重傳感器用于構(gòu)件的稱重荷重傳感器用于構(gòu)件的稱重 荷重傳感器荷重傳感器（共（共 3 3個，個，120120度分布，度分布，以達到均衡目的）以達到均衡目的）底座底座墊塊墊塊電纜電纜構(gòu)件構(gòu)件電子秤電子秤 磅秤磅秤超市打印秤遠距離顯示電子天平電子天平電子天平的精度可達十萬分之一人體秤人體秤 便攜式便攜式吊鉤秤吊鉤秤 電子秤的實現(xiàn)，最根本的要求便是將物體重量的大小轉(zhuǎn)換為電信號的大小，并加以顯示出來。應(yīng)變電阻

53、片可以實現(xiàn)重量的檢測。通過數(shù)顯電子秤這一實際產(chǎn)品的制作，熟悉應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用，掌握這一傳感器在物重檢測中的使用和實現(xiàn)方法。一、制作簡介一、制作簡介l數(shù)顯電子秤具有真確度高，易于制作，成本低廉，體積小巧，使用等特點。l本任務(wù)要成完成一個數(shù)顯電子秤的制作，要求分辨力為1g，在2kg的量程范圍內(nèi)測量精度可達0.5%RD1字。二、制作實現(xiàn)方案二、制作實現(xiàn)方案 實現(xiàn)方案如下圖。利用由電阻應(yīng)變式傳感器將物體的荷重轉(zhuǎn)換為微弱的電信號，再由測量放大電路對弱電壓信號進行放大，后以模擬信號的方式傳送到A/D轉(zhuǎn)換器。再由A/D轉(zhuǎn)換電路把接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送到顯示電路，最后由顯示電路顯示數(shù)據(jù)。電 阻

54、 應(yīng)變 式 傳感 器 輸出信號測量放大電路放大信號顯 示 電路A/D轉(zhuǎn)換電路三、電路原理三、電路原理 如圖所示，主要部分為電阻應(yīng)變傳感器R1，IC2、IC3組成的測量放大電路，以及IC1和外圍元件組成的數(shù)顯面板表。R1采用E350ZAA箔式應(yīng)變片，其常態(tài)阻值為350。四、元件選擇四、元件選擇1）IC1選用ICL7126集成塊；IC2、IC3選用高精度低溫標精密運放OP-07；IC4選用LM3851.2V。2）傳感器RI選用E350ZAA箔式電阻應(yīng)變片，其常態(tài)阻值為350。3）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，RP2、RP3經(jīng)調(diào)試后可分別用精密金屬膜電阻代替。5）電容

55、中C1選用云母電容或瓷介電容。五、制作五、制作 1 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； 錫焊：控制焊點大小，注意虛焊； 2 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，再將鋸條加熱彎成“U”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)變片用應(yīng)變膠粘劑粘接于鋼件變形最大的部位。六、調(diào)試六、調(diào)試1）在秤體自然下垂無負載時調(diào)RP1，顯示為零；2）再調(diào)整RP2，使秤體承擔滿量程2千克時顯示滿量程值；3）然后在秤鉤下懸掛1千克的標準砝碼，觀察顯示器是否顯示1.000，如有偏差，可調(diào)整RP3值，使之準確顯示1.

56、000；4）重新進行2、3步驟，使之均滿足要求為止；5）準確測量RP2、RP3值，用固定精密電阻代替；l是否熟悉電阻應(yīng)變片的功能；l是否正確利用應(yīng)變片進行力的檢測；l數(shù)顯電子秤的制作過程是否規(guī)范；l制作的電子秤能否成果在量程內(nèi)進行重量的測量。 電阻應(yīng)變式傳感器的其他用途電阻應(yīng)變式傳感器的其他用途 差動變壓器傳感器實現(xiàn)的壓力變送器差動變壓器傳感器實現(xiàn)的壓力變送器 電感傳感器的其他用途電感傳感器的其他用途（1 1）應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手）應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手 用于汽車、摩托車、飛機、內(nèi)燃機、機械制造和家用電器等領(lǐng)域，準確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程2500N.m，耗電量10mA，有單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自

57、動斷電等功能。 電阻應(yīng)變式傳感器的其他用途電阻應(yīng)變式傳感器的其他用途（2 2）應(yīng)變式加速度傳感器）應(yīng)變式加速度傳感器（3 3）壓）壓阻式固態(tài)壓力傳感器阻式固態(tài)壓力傳感器 利用擴散工藝制作的四個半導(dǎo)體應(yīng)變電阻處于利用擴散工藝制作的四個半導(dǎo)體應(yīng)變電阻處于同一硅片上，工藝一致性好，靈敏度相等，漂移抵同一硅片上，工藝一致性好，靈敏度相等，漂移抵消，遲滯、蠕變非常小，動態(tài)響應(yīng)快。消，遲滯、蠕變非常小，動態(tài)響應(yīng)快。小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器高壓進氣口高壓進氣口低壓進氣口低壓進氣口小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器( (續(xù)續(xù)) )呼吸、透析和注射泵設(shè)備中用的壓力傳感器呼吸

58、、透析和注射泵設(shè)備中用的壓力傳感器p p1 1進氣管進氣管p p2 2進氣管進氣管固態(tài)壓力傳感器固態(tài)壓力傳感器小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器( (續(xù)續(xù)) )表壓壓力傳感器表壓壓力傳感器(P2(P2敞開敞開) )p p1 1進氣管進氣管小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器( (續(xù)續(xù)) )絕對壓力傳感器絕對壓力傳感器(P2(P2抽真空抽真空) )壓阻式固態(tài)壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)壓阻式固態(tài)壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)信號處理電路信號處理電路 應(yīng)用應(yīng)用: :投入式液位傳感器投入式液位傳感器安裝高度安裝高度h h0 0處水的表壓處水的表壓: : p1= gh1 液位液位高度高度: : h

59、=h0+h1=h0+p1 /（ g） 投入式液位計投入式液位計 壓阻式固態(tài)壓力傳感器用于投入式液位計：p1的進氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導(dǎo)壓力而與液體相通。 隔離、承壓膜片可以將腐蝕性的氣體、液體與硅膜片隔離開來。 投入式液位傳感器安裝方便，適應(yīng)于深度為幾米至幾十米，且混有大量污物、雜質(zhì)的水或其他液體的液位測量。 投入式液位計投入式液位計投入式液位計外形投入式液位計外形壓阻式固態(tài)壓阻式固態(tài)壓力傳感器壓力傳感器 光柱顯示器光柱顯示器 橡膠背壓管橡膠背壓管 （4 4）電阻應(yīng)變儀）電阻應(yīng)變儀上圖所示的靜態(tài)應(yīng)變儀測量范圍：19999；分辨率： 1；電橋電壓：直流2.5V； 應(yīng)變片：120

60、或其他阻值； 測量點數(shù)：8/16點；電阻應(yīng)變儀電阻應(yīng)變儀 右圖所示的靜動態(tài)應(yīng)變儀技術(shù)指標： 量程：110000 頻率范圍：0-150kHz l平衡方式：手動 l精度：0.3% l零點飄移：- /：0.1- /24小時：0.5l靈敏度變化：- /：0.05%- /24小時：0.3% l信噪比：52dB電阻應(yīng)變儀電阻應(yīng)變儀接線端子接線端子材料應(yīng)變的測量材料應(yīng)變的測量斜拉橋上的斜拉繩應(yīng)變測試斜拉橋上的斜拉繩應(yīng)變測試 差動變壓器傳感器實現(xiàn)的差動變壓器傳感器實現(xiàn)的壓力變送器壓力變送器l自感式傳感器性能分析自感式傳感器性能分析l差動變壓器式傳感器性能分析差動變壓器式傳感器性能分析 l差動變壓器式壓力變送器