學(xué)習(xí)情境電子溫度計(jì)的制作

學(xué)習(xí)情境電子溫度計(jì)的制作第一頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日電子溫度計(jì)利用熱電偶傳感器測(cè)量溫度利用數(shù)碼管顯示測(cè)量值測(cè)量范圍為0℃～+100℃

分辨力為0.1℃

測(cè)量精度1％RD±l字

學(xué)習(xí)情境要求第二頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)掌握熱電偶傳感器、熱電阻傳感器、紅外線傳感器的結(jié)構(gòu)及工作特性掌握利用熱電偶傳感器制作溫度測(cè)量?jī)x的基本原理及方法培養(yǎng)耐心細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)扎實(shí)的工作作風(fēng)及團(tuán)結(jié)協(xié)作的合作精神學(xué)習(xí)情境目標(biāo)第三頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)情境內(nèi)容知識(shí)準(zhǔn)備1熱電偶性能檢測(cè)2電子溫度計(jì)電路組裝及調(diào)試3知識(shí)拓展4第四頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)情境內(nèi)容第一次課知識(shí)準(zhǔn)備第五頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日熱電偶傳感器溫度檢測(cè)產(chǎn)品介紹紅外線輻射溫度計(jì)第六頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日紅外線輻射溫度計(jì)激光用于瞄準(zhǔn)溫度檢測(cè)產(chǎn)品介紹第七頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日一、熱電偶工作原理知識(shí)準(zhǔn)備熱電偶溫度計(jì)系統(tǒng)原理圖第八頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日一、熱電偶工作原理1．熱電效應(yīng)將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體兩端相接組成閉合回路，回路中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)熱電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。知識(shí)準(zhǔn)備第九頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日一、熱電偶工作原理2．熱電偶特點(diǎn)：①熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極，否則無(wú)論導(dǎo)體截面如何、溫度分布如何，回路中的總熱電動(dòng)勢(shì)恒為零。②若熱電偶兩接點(diǎn)溫度相同，盡管采用了兩種不同的金屬，回路總電動(dòng)勢(shì)恒為零。③熱電偶回路總熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與材料和接點(diǎn)溫度有關(guān)，與熱電偶的尺寸、形狀無(wú)關(guān)。熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)示意圖熱電偶回路知識(shí)準(zhǔn)備第十頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日二、熱電偶的基本定律1．中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體和原導(dǎo)體的兩接點(diǎn)溫度相同，則回路中總的熱電動(dòng)勢(shì)不變。2．中間溫度定律熱電偶在兩接點(diǎn)溫度t,to時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為t,tn和tn,to時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。3．參比電極定律4．均質(zhì)導(dǎo)體定律知識(shí)準(zhǔn)備第十一頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日三、熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類1．熱電偶材料用做熱電偶的材料應(yīng)具備如下幾方面的條件：①測(cè)量范圍廣。要求在規(guī)定的溫度測(cè)量范圍內(nèi)具有較高的測(cè)量精確度、較大的熱電動(dòng)勢(shì)，溫度與熱電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系是單值函數(shù)。②性能穩(wěn)定。要求在規(guī)定的溫度測(cè)量范圍內(nèi)使用時(shí)熱電性能穩(wěn)定，有較好的均勻性和復(fù)現(xiàn)性。③化學(xué)性能好。要求在規(guī)定的溫度測(cè)量范圍內(nèi)使用時(shí)有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化或抗還原性能，不產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象。分別有鉑銠30-鉑銠6、鉑銠10-鉑、鎳鉻一鎳硅、鎳鉻一鎳銅、鎳鉻一鎳鋁、銅一銅鎳。知識(shí)準(zhǔn)備第十二頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日三、熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)及種類2．熱電偶結(jié)構(gòu)1測(cè)量端；2熱電極；3絕緣管；4保護(hù)套管；5接線盒普通工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)3．熱電偶種類(1)標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶(2)非標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶(3)薄膜熱電偶知識(shí)準(zhǔn)備第十三頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日四、熱電偶的冷端補(bǔ)償1．補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線由兩種不同性質(zhì)的廉價(jià)金屬材料制成，在0～150℃溫度范圍內(nèi)與配接的熱電偶具有相同的熱電特性。補(bǔ)償導(dǎo)線起到了延伸熱電極的作用，達(dá)到了移動(dòng)熱電偶冷端位置的目的。補(bǔ)償導(dǎo)線在測(cè)溫回路中的連接A，B——熱電偶電極A'、B'——補(bǔ)償導(dǎo)線to'——熱電偶原冷端溫度to——熱電偶新冷端溫度知識(shí)準(zhǔn)備第十四頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日四、熱電偶的冷端補(bǔ)償2．補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電勢(shì)去補(bǔ)償因熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電動(dòng)勢(shì)的變化，它可以自動(dòng)地將冷端溫度校正到補(bǔ)償電橋的平衡點(diǎn)溫度上。1——熱電偶2——補(bǔ)償導(dǎo)線3——銅導(dǎo)線4——補(bǔ)償電橋熱電偶冷端補(bǔ)償電橋知識(shí)準(zhǔn)備第十五頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日3．計(jì)算修正法在實(shí)際應(yīng)用中，冷端溫度并非一定為0℃，所以測(cè)出的熱電動(dòng)勢(shì)是不能正確反映熱端實(shí)際溫度的。為此，必須對(duì)溫度進(jìn)行修正。修正公式采用中間溫度定律。4．顯示儀表機(jī)械零位調(diào)整法當(dāng)熱電偶冷端溫度已知且恒定時(shí)（to≠0℃），工程上常用一種簡(jiǎn)單方便的機(jī)械零位調(diào)整法，進(jìn)一步對(duì)溫度測(cè)量值進(jìn)行校正。即在未工作之前，預(yù)先將有零位調(diào)整器的溫度顯示儀表的指針從刻度的初始值（機(jī)械零位）調(diào)至已知的冷端溫度值上即可。5．冰浴法將當(dāng)熱電偶冷端溫度已知且恒定時(shí)（to≠0℃），工程上常用一種簡(jiǎn)單方便的機(jī)械零位調(diào)整法，進(jìn)一步對(duì)溫度測(cè)量值進(jìn)行校正。即在未工作之前，預(yù)先將有零位調(diào)整器的溫度顯示儀表的指針從刻度的初始值（機(jī)械零位）調(diào)至已知的冷端溫度值上即可。熱電偶的冷端置于溫度為0℃的恒溫器內(nèi)（如冰水混合物），使冷端溫度處于0℃。四、熱電偶的冷端補(bǔ)償知識(shí)準(zhǔn)備第十六頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)情境內(nèi)容第二次課熱電偶性能檢測(cè)第十七頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日熱電偶性能檢測(cè)記錄結(jié)果、驗(yàn)證熱電效應(yīng)結(jié)論依據(jù)測(cè)試步驟連接電路步驟熱電偶、差放、電源、F/V表器件熟悉熱電偶原理及現(xiàn)象目的測(cè)試步驟第十八頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日測(cè)試步驟步驟一：熟悉熱電偶原理及原器件。了解熱電偶原理：將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體兩端相接組成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)分別置于不同溫度t、t0（t>t0）中時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)熱電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。兩種導(dǎo)體稱為熱電極，所組成的回路稱為熱電偶，熱電偶的兩個(gè)工作端分別稱為熱端和冷端。了解熱電偶在實(shí)驗(yàn)儀上的位置及符號(hào)，實(shí)驗(yàn)儀所配的熱電偶是由銅——康銅組成的簡(jiǎn)易熱電偶，分度號(hào)為T，它封裝在雙孔懸臂梁的下片梁的加熱器里面（不可見(jiàn)）。實(shí)驗(yàn)儀有兩個(gè)熱電偶，它封裝在雙平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中間二根細(xì)金屬絲焊成的一點(diǎn)，就是熱電偶）和下片梁的下表面，二個(gè)熱電偶串聯(lián)在一起產(chǎn)生熱電勢(shì)為二者的總和。

熱電偶性能檢測(cè)第十九頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日測(cè)試步驟步驟二：按圖連接電路按圖接線，開(kāi)啟主、副電源，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器調(diào)零旋鈕，使F／V表顯示零，記錄下自備溫度計(jì)的室溫。熱電偶性能檢測(cè)第二十頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日測(cè)試步驟步驟三：測(cè)量溫度、電勢(shì)差并記入下表測(cè)E：將－15V直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察F／V表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時(shí)記錄下讀數(shù)E。測(cè)T：(1)用自備的溫度計(jì)測(cè)出上梁表面熱電偶處的溫度t1并記錄下來(lái)。(2)用自備的溫度計(jì)測(cè)出下梁表面加熱器處的溫度t2并記錄下來(lái)。（注意：溫度計(jì)的測(cè)溫探頭不要觸到應(yīng)變片，只要觸及熱電偶處附近的梁體即可）。to室溫tn熱端溫度(上梁)t1熱端溫度(下梁)t2電動(dòng)勢(shì)E0℃0℃0℃熱電偶性能檢測(cè)第二十一頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日測(cè)試步驟步驟四：結(jié)果分析根據(jù)熱電偶的公式Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)。計(jì)算：熱端溫度為t，冷端溫度為0℃時(shí)的熱電勢(shì)，Eab(t,to),根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查分度表得到溫度t。熱電偶測(cè)得溫度值與自備溫度計(jì)測(cè)得溫度值相比較，分析結(jié)果。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉主、副電源，尤其是加熱器－15V電源（自備溫度計(jì)測(cè)出溫度后馬上拆去－15V電源連接線），其他旋鈕置原始位置。

熱電偶性能檢測(cè)第二十二頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)情境內(nèi)容第三次課電路組裝及調(diào)試第二十三頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日電子溫度計(jì)電路組裝及調(diào)試確定系統(tǒng)方案

步驟一搭建各電路單元

步驟二電路調(diào)試

步驟三第二十四頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日步驟一：確定系統(tǒng)方案

利用熱電偶溫度傳感器組成的測(cè)量電路測(cè)出溫度變化的電壓信號(hào)，以模擬信號(hào)的方式傳送到前置差動(dòng)放大電路，差動(dòng)放大器電路把傳感器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，然后送如A/D轉(zhuǎn)換器中。再由A/D轉(zhuǎn)換電路把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳送到顯示電路，最后由顯示電路顯示數(shù)據(jù)。電子溫度計(jì)電路組裝及調(diào)試電路一電路二電路三電路四熱電偶溫度傳感器輸出信號(hào)差動(dòng)放大電路放大信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換電路(單片機(jī))顯示電路（LED）第二十五頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日步驟二：搭建各電路單元

1．熱電偶溫度傳感器的測(cè)量電路電子溫度計(jì)電路組裝及調(diào)試第二十六頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日步驟二：搭建各電路單元

2．差動(dòng)放大電路電子溫度計(jì)電路組裝及調(diào)試第二十七頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日步驟二：搭建各電路單元

3．A/D轉(zhuǎn)換電路及顯示電路電子溫度計(jì)電路組裝及調(diào)試第二十八頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日在實(shí)際工作中，要求電路的供電電壓為5V±5%。如果測(cè)量顯示值大于某一個(gè)超限值，對(duì)應(yīng)的控制端口就會(huì)立即輸出高電平。傳感器一般都有一定的誤差，可以微調(diào)一下前置放大電路中的電位器來(lái)校正。如果傳感器發(fā)生開(kāi)路故障,顯示就會(huì)出現(xiàn)"+5V"，如果傳感器及其引線發(fā)生了短路，顯示就會(huì)立即出現(xiàn)"0V"。為了防止傳感器出現(xiàn)開(kāi)路或者短路之后可能會(huì)引起的不良后果，此時(shí)，控制輸出端口都會(huì)優(yōu)先關(guān)閉。步驟三：電路調(diào)試電子溫度計(jì)電路組裝及調(diào)試第二十九頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)情境內(nèi)容第四次課知識(shí)拓展第三十頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日一、熱電阻傳感器概述熱電阻概念利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化的特性來(lái)測(cè)量溫度的感溫元件叫熱電阻。它可用于測(cè)量-200~500℃范圍內(nèi)的溫度。熱電阻分類1．金屬熱電阻2．半導(dǎo)體熱敏電阻第三十一頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日二、金屬熱電阻1．測(cè)溫原理金屬導(dǎo)體的電阻大多都具有隨溫度變化的特性。Rt=R0[l+α(t-to)]Rt,R0分別為熱電阻在t℃和0℃時(shí)的電阻值；α為熱電阻的電阻溫度系數(shù)（1/℃）。感溫原件材料：（1）α越大越好（2）純金屬α更大（3）物理、化學(xué)性能穩(wěn)定（4）α保持常數(shù)---線性刻度特征（5）大的電阻率---減小熱電阻體積、熱慣性，復(fù)現(xiàn)性好。第三十二頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日2．常用金屬熱電阻（1）鉑熱電阻（2）銅熱電阻（3）鐵和鎳熱電阻第三十三頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日鉑熱電阻

物理、化學(xué)性能非常穩(wěn)定，是制造熱電阻最好的材料。廣泛用于標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。目前測(cè)溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種溫度計(jì)。-200~900鉑的純度

鉑絲的電阻值與溫度的關(guān)系鉑電阻的兩種分度號(hào)第三十四頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日銅熱電阻當(dāng)測(cè)量精度要求不高，溫度范圍在-50~150℃銅電阻的兩種分度號(hào)銅電阻值與溫度的關(guān)系第三十五頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日三、半導(dǎo)體熱敏電阻1．測(cè)溫原理半導(dǎo)體熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化的特性制成的。在一定的范圍內(nèi)通過(guò)測(cè)量熱敏電阻阻值的變化情況，就可以確定被測(cè)介質(zhì)的溫度變化情況。2．特點(diǎn)靈敏度高、體積小、反應(yīng)快。3．常用半導(dǎo)體熱敏電阻（1）負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）（2）正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）第三十六頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日1.負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)最常見(jiàn)的，錳、鈷、鐵、鎳和銅等多種金屬氧化物混合燒制而成（1）電阻和溫度之間呈負(fù)指數(shù)關(guān)系；（2）溫度達(dá)到某一數(shù)值，突然下降；2.正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）

由金屬陶瓷制成（1）電阻和溫度之間呈正指數(shù)關(guān)系；（2）溫度達(dá)到某一數(shù)值，突然上升；第三十七頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日第三十八頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日紅外傳感器測(cè)溫原理紅外輻射測(cè)量溫度紅外輻射俗稱紅外線，是一種不可見(jiàn)光。由于它是位于可見(jiàn)光中紅色光線以外的光線，所以被稱為紅外線。凡是存在于自然界的物體，都會(huì)放射出紅外線，只是它們發(fā)射的紅外線的波長(zhǎng)不同而已。外線傳感器可以檢測(cè)到這些物體發(fā)射的紅外線，用于測(cè)量、成像或控制。紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。一個(gè)熾熱物體向外輻射的能量大部分是通過(guò)紅外線輻射出來(lái)的。紅外線被物體吸收時(shí)，可以顯著地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋５谌彭?yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日紅外傳感器1．紅外傳感器的應(yīng)用紅外輻射計(jì)用于輻射和光譜輻射測(cè)量。搜索和跟蹤系統(tǒng)用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤。熱成像系統(tǒng)可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的分布圖像，如紅外圖像儀、多光譜掃描儀等。紅外測(cè)距和通信系統(tǒng)。2．特點(diǎn)可晝夜測(cè)量，不受周圍可見(jiàn)光的影響。大氣對(duì)某些波長(zhǎng)的紅外線吸收非常少，所以適用于遙感技術(shù)。第四十頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)情境2電子秤的制作

——壓力檢測(cè)黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院傳感器應(yīng)用第四十一頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日第四十二頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)情境要求利用電阻應(yīng)變式傳感器制作電子稱利用數(shù)碼管顯示測(cè)量值測(cè)量范圍為0～+2kg分辨力為1g測(cè)量精度1％RD±l字

第四十三頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)掌握電阻應(yīng)變式傳感器、電感式傳感器的結(jié)構(gòu)、測(cè)量電路和工作原理利用電阻應(yīng)變式傳感器檢測(cè)壓力等信號(hào)的基本原理及方法培養(yǎng)耐心細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)扎實(shí)的工作作風(fēng)及團(tuán)結(jié)協(xié)作的合作精神學(xué)習(xí)情境目標(biāo)第四十四頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)情境內(nèi)容A知識(shí)準(zhǔn)備B電阻應(yīng)變片性能檢測(cè)C電子秤電路組裝及調(diào)試D知識(shí)拓展第四十五頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)情境內(nèi)容第一次課知識(shí)準(zhǔn)備第四十六頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日知識(shí)準(zhǔn)備一．應(yīng)變式傳感器概述1．工作原理將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。2．優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、性能穩(wěn)定、可靠、靈敏度高和測(cè)量速度快等。3．應(yīng)用廣泛航空、機(jī)械、電力、化工、建筑、醫(yī)學(xué)等許多領(lǐng)域，常用來(lái)測(cè)量力、壓力、位移、應(yīng)變、扭矩、加速度等。物理量電量第四十七頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日第四十八頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日知識(shí)準(zhǔn)備二．電阻應(yīng)變片的種類與結(jié)構(gòu)應(yīng)變計(jì)分類絲式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片第四十九頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日敏感柵基底面膠（保護(hù)片）粘合劑引出導(dǎo)線敏感柵引出導(dǎo)線二、金屬應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)1、基本結(jié)構(gòu)（組成）第五十頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日1．絲式應(yīng)變片：由敏感柵、基底和蓋片、黏結(jié)劑、引線組成。2．箔式應(yīng)變片：其敏感柵利用照相制版或光刻腐蝕的方法，將電阻箔材制成各種形狀而成，箔材厚度多為。3．薄膜應(yīng)變片：采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法，將電阻材料在基底上制成一層各種形狀的敏感柵。敏感柵的厚度在0.1um以下。應(yīng)變計(jì)分類絲式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片第五十一頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日箔式應(yīng)變片1.敏感柵尺寸準(zhǔn)確，線條均勻2.敏感柵薄而寬，黏結(jié)性好3.散熱性好，允許通過(guò)較大工作電流4.敏感柵彎頭橫效應(yīng)可忽略5.蠕變、機(jī)械滯后小，疲勞壽命高

任意形狀應(yīng)變性好增大輸出信號(hào)第五十二頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日知識(shí)準(zhǔn)備三．電阻的應(yīng)變效應(yīng)2．彈性敏感元件:

一根根據(jù)彈性元件結(jié)構(gòu)形式（柱形、筒形、環(huán)形、梁式、輪輻式）和受載性質(zhì)（拉、壓、彎曲、剪切等）的不同，它們可分為許多種類。（1）柱式彈性元件（2）薄壁圓筒（3）懸臂梁彈性圓柱薄壁圓筒受力分析第五十三頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日等截面懸臂梁等強(qiáng)度懸臂梁俯視圖R1R4R1R4R1R4R1R4R1R4R1R4R1R4R1R4R1R4R1R4R1R4R1R4第五十四頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日1、等截面懸臂梁R1R4R2R3GlhR1R4b2平視圖俯視圖R1R4R2R3Glh第五十五頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日2、等強(qiáng)度懸臂梁R1R4R2R3GlhR1R4b第五十六頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日知識(shí)準(zhǔn)備三．應(yīng)變片的工作原理1．應(yīng)變效應(yīng):

電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)，即金屬絲的電阻隨著它所受機(jī)械變形（拉伸或壓縮）的大小而發(fā)生相應(yīng)變化。這是因?yàn)榻饘俳z的電阻與材料的電阻率及其幾何尺寸有關(guān)，而金屬絲在承受機(jī)械變形的過(guò)程中，這兩者都要發(fā)生變化，因而引起金屬絲的電阻變化。一根金屬電阻絲，在其未受力時(shí)，原始電阻值為：當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時(shí)，引起電阻值變化量為

:通過(guò)彈性敏感元件的轉(zhuǎn)換作用，可將位移、力、力矩、加速度、壓力等參數(shù)轉(zhuǎn)換為應(yīng)變，因此，可以將應(yīng)變片由測(cè)量應(yīng)變擴(kuò)展到測(cè)量位移等上述參數(shù)，從而形成各種電阻應(yīng)變式傳感器。第五十七頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日知識(shí)準(zhǔn)備四．應(yīng)變片的常用材料及粘貼技術(shù)

1．常用材料:（1）4YC3（2）4YC4（3）4YC8（4）4YC92．常用材料:（1）應(yīng)變片的檢查與選擇（2）試件的表面處理（3）底層處理（4）貼片（5）固化（6）粘貼質(zhì)量檢查（7）引線焊接與組橋連線第五十八頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日知識(shí)準(zhǔn)備五．測(cè)量電路由于彈性元件產(chǎn)生的機(jī)械變形微小，引起的應(yīng)變量ε也很微小，從而引起的電阻應(yīng)變片的電阻率也很小。為了把微小的電阻變化率反映出來(lái)，必須采用測(cè)量電橋，把應(yīng)變電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化，從而達(dá)到精確測(cè)量的目的。測(cè)量電橋1．平衡條件2．平衡狀態(tài)(1)單臂直流電橋(2)差動(dòng)直流電橋（半橋式）(3)雙差動(dòng)直流電橋（全橋式）

第五十九頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日知識(shí)準(zhǔn)備六．電阻應(yīng)變片溫度誤差及補(bǔ)償

1．溫度誤差

因環(huán)境溫度改變而引起電阻變化的兩個(gè)主要因素是(1)應(yīng)變片的電阻絲具有一定的溫度系數(shù)；(2)電阻絲材料與測(cè)試材料的線膨脹系數(shù)不同。2．線路補(bǔ)償(1)零點(diǎn)補(bǔ)償(3)彈性模量補(bǔ)償(2)溫度補(bǔ)償?shù)诹?yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日第二次課電阻應(yīng)變片性能檢測(cè)學(xué)習(xí)情境內(nèi)容第六十一頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日電阻應(yīng)變片性能測(cè)試目的器件步驟結(jié)論熟悉應(yīng)變片原理及現(xiàn)象依據(jù)測(cè)試電路圖連接實(shí)物

電源、應(yīng)變計(jì)、測(cè)微儀、電壓表

記錄結(jié)果、驗(yàn)證應(yīng)變效應(yīng)第六十二頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)，即金屬絲的電阻隨著它所受機(jī)械變形（拉伸或壓縮）的大小而發(fā)生相應(yīng)變化。這是因?yàn)榻饘俳z的電阻與材料的電阻率及其幾何尺寸有關(guān)，而金屬絲在承受機(jī)械變形的過(guò)程中，這兩者都要發(fā)生變化，因而引起金屬絲的電阻變化。用應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變或應(yīng)力時(shí)，需將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)對(duì)象上。在外力作用下，被測(cè)對(duì)象表面產(chǎn)生微小機(jī)械變形，粘貼在其表面上的應(yīng)變片亦隨其發(fā)生相同的變化，因此應(yīng)變片的電阻也發(fā)生相應(yīng)的變化。如果測(cè)出應(yīng)變片的電阻值變化ΔR，則根據(jù)公式，就可以得到被測(cè)對(duì)象的應(yīng)變值，并得到試件的應(yīng)力。通過(guò)彈性敏感元件的轉(zhuǎn)換作用，可將位移、力、力矩、加速度、壓力等參數(shù)轉(zhuǎn)換為應(yīng)變，因此，可以將應(yīng)變片由測(cè)量應(yīng)變擴(kuò)展到測(cè)量位移等上述參數(shù)，從而形成各種電阻應(yīng)變式傳感器。步驟一：熟悉應(yīng)變片原理及現(xiàn)象電阻應(yīng)變片性能測(cè)試第六十三頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日1．差動(dòng)放大器調(diào)零。連接主機(jī)與模塊電路電源連接線，差動(dòng)放大器增益置于最大位置（順時(shí)針?lè)较蛐降祝?，差?dòng)放大器“+”“-”輸入端對(duì)地用實(shí)驗(yàn)線短路。輸出端接電壓表2V檔。開(kāi)啟主機(jī)電源，用調(diào)零電位器調(diào)整差動(dòng)放大器輸出電壓為零，然后拔掉實(shí)驗(yàn)線，調(diào)零后模塊上的“增益、調(diào)零”電位器均不應(yīng)再變動(dòng)。步驟二：依據(jù)測(cè)試電路圖連接實(shí)物

電阻應(yīng)變片性能測(cè)試第六十四頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日2．觀察貼于懸臂梁根部的箔式應(yīng)變計(jì)的位置與方向，按圖（1）將所需實(shí)驗(yàn)部件連接成測(cè)試橋路，圖中R1、R2、R3分別為模塊上的固定標(biāo)準(zhǔn)電阻，R為應(yīng)變計(jì)（可任選上梁或下梁中的一個(gè)工作片），注意連接方式，勿使直流激勵(lì)電源短路。將螺旋測(cè)微儀裝于應(yīng)變懸臂梁前端永久磁鋼上，并調(diào)節(jié)測(cè)微儀使懸臂梁基本處于水平位置。3．確認(rèn)接線無(wú)誤后開(kāi)啟主機(jī)，并預(yù)熱數(shù)分鐘，使電路工作趨于穩(wěn)定。調(diào)節(jié)模塊上的WD電位器，使橋路輸出為零。4．用螺旋測(cè)微儀帶動(dòng)懸臂梁分別向上和向下位移各5mm,每位移1mm記錄一個(gè)輸出電壓值。5．依次將圖2.11中的固定電阻R1，換接應(yīng)變計(jì)組成半橋、將固定電阻R2、R3，換接應(yīng)變計(jì)組成全橋。6．重復(fù)3-4步驟，完成半橋與全橋測(cè)試實(shí)驗(yàn)。7．用半導(dǎo)體應(yīng)變片替換箔式應(yīng)變片，重復(fù)2-3步驟。步驟二：依據(jù)測(cè)試電路圖連接實(shí)物

電阻應(yīng)變片性能測(cè)試第六十五頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日1．根據(jù)表中所測(cè)數(shù)據(jù)在同一坐標(biāo)上描出V-X曲線，根據(jù)公式，計(jì)算靈敏度S，并比較三種橋路的靈敏度，并做出定性的結(jié)論。位移mm0電壓V0電阻應(yīng)變片性能測(cè)試步驟三：記錄測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算及結(jié)果分析2．觀察改用交流激勵(lì)電源時(shí)應(yīng)變片的工作特性。3．注意事項(xiàng)(1)由于懸臂梁彈性恢復(fù)的滯后及應(yīng)變片本身的機(jī)械滯后，所以當(dāng)螺旋測(cè)微儀回到初始位置后橋路電壓輸出值并不能馬上回到零，可一次或幾次將螺旋測(cè)微儀反方向旋動(dòng)一個(gè)較大位移，使電壓值回到零后再進(jìn)行反向采集實(shí)驗(yàn)。(2)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)者用螺旋測(cè)微儀進(jìn)行位移后應(yīng)將手離開(kāi)儀器后方能讀取測(cè)試系統(tǒng)輸出電壓數(shù)，否則雖然沒(méi)有改變刻度值也會(huì)造成微小位移或人體感應(yīng)使電壓信號(hào)出現(xiàn)偏差。(3)應(yīng)變片接入橋路時(shí)，要注意應(yīng)變片的受力方向，一定要接成差動(dòng)形式，即鄰臂受力方向相反，對(duì)臂受力方向相同，如接反則電路無(wú)輸出或輸出很小。(4)更換應(yīng)變片時(shí)應(yīng)將電源關(guān)閉。第六十六頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)情境內(nèi)容第三次課電路組裝及調(diào)試第六十七頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日確定系統(tǒng)方案

步驟一搭建各電路單元

步驟二電路調(diào)試

步驟三電阻應(yīng)變片電路組裝與調(diào)試第六十八頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日步驟一：確定系統(tǒng)方案

電阻應(yīng)變片電路組裝與調(diào)試?yán)糜呻娮钁?yīng)變式傳感器組成的測(cè)量電路測(cè)出物質(zhì)的重量信號(hào)，以模擬信號(hào)的方式傳送到A/D轉(zhuǎn)換器。其次，由A/D轉(zhuǎn)換電路把由差動(dòng)放大器電路把傳感器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，然后送A/D轉(zhuǎn)換電路中。再由A/D轉(zhuǎn)換電路把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳送到顯示電路，最后由顯示電路顯示數(shù)據(jù)。電路一電路二電路三電路四電阻應(yīng)變片傳感器輸出信號(hào)差動(dòng)放大電路放大信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換電路(雙積分)顯示電路（LED）第六十九頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日步驟二：搭建各電路單元

1．電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路常用的橋式測(cè)量電路如圖。橋式測(cè)量電路有四個(gè)電阻，電橋的一個(gè)對(duì)角線接入工作電壓E，另一個(gè)對(duì)角線為輸出電壓Uo。其特點(diǎn)是：當(dāng)四個(gè)橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)系時(shí)，電橋輸出為零，否則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計(jì)來(lái)測(cè)量，所以電橋能夠精確地測(cè)量微小的電阻變化。電阻應(yīng)變片電路組裝與調(diào)試第七十頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日步驟二：搭建各電路單元

2．差動(dòng)放大電路儀表儀器放大器的選型很多，這里介紹一種用途非常廣泛的儀表放大器，就是典型的差動(dòng)放大器。它只需高精度LM358和幾只電阻器，即可構(gòu)成性能優(yōu)越的儀表用放大器。廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、儀器儀表、電氣測(cè)量等數(shù)字采集的系統(tǒng)中。本設(shè)計(jì)中差動(dòng)放大電路。電阻應(yīng)變片電路組裝與調(diào)試第七十一頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日步驟二：搭建各電路單元3．A/D轉(zhuǎn)換電路電阻應(yīng)變片電路組裝與調(diào)試第七十二頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日步驟二：搭建各電路單元4．顯示電路（LED）電阻應(yīng)變片電路組裝與調(diào)試第七十三頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日步驟二：搭建各電路單元5．總裝電路電阻應(yīng)變片電路組裝與調(diào)試第七十四頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日步驟三：電路調(diào)試1．首先在秤體自然下垂已無(wú)負(fù)載時(shí)調(diào)整RP1，使顯示器準(zhǔn)確顯示零。2．再調(diào)整Rp2，使秤體承擔(dān)滿量程重量（本電路選滿量程為2千克）時(shí)顯示滿量程值。（調(diào)節(jié)Rp2衰減比）3．然后在秤鉤下懸掛1千克的標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)確顯示1.000。4．重新進(jìn)行2、3步驟，使之均滿足要求為止。5．最后測(cè)量RP2、RP3電阻值，并用固定精密電阻予以代替。RP1可引出表外調(diào)整。測(cè)量前先調(diào)整RP1，使顯示器回零。電阻應(yīng)變片電路組裝與調(diào)試第七十五頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)情境內(nèi)容第四次課知識(shí)拓展第七十六頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日知識(shí)拓展一、電感式傳感器概述1．電感式傳感器概念由鐵心和線圈構(gòu)成的將直線或角位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈電感量變化的傳感器，又稱電感式位移傳感器。這種傳感器的線圈匝數(shù)和材料導(dǎo)磁系數(shù)都是一定的，其電感量的變化是由于位移輸入量導(dǎo)致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當(dāng)把線圈接入測(cè)量電路并接通激勵(lì)電源時(shí)，就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。2．特點(diǎn)①無(wú)活動(dòng)觸點(diǎn)、可靠度高、壽命長(zhǎng)；②分辨率高；③靈敏度高；④線性度高、重復(fù)性好；⑤測(cè)量范圍寬（測(cè)量范圍大時(shí)分辨率低）；⑥無(wú)輸入時(shí)有零位輸出電壓，引起測(cè)量誤差；⑦對(duì)激勵(lì)電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高；⑧不適用于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。3．類型（1）自感式傳感器（2）互感式傳感器第七十七頁(yè)，共八十三頁(yè)，2022年，8月28日知識(shí)拓展二．自感式傳感器1．基本變間隙自感式傳感