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传感器教案102电阻应变式压力检测

传感器教案102电阻应变式压力检测

教学目标:

1.了解电阻应变式压力传感器的原理和工作方式。

2.掌握电阻应变式压力传感器的安装和连接方法。

3.能够使用电阻应变式压力传感器进行压力测量。

教学准备:

1.课件和投影仪。

2.电阻应变式压力传感器。

3.直流电源和电压表。

4.压力检测装置。

教学过程:

Step 1:导入

通过课件简单介绍传感器的分类和应用领域,引出本节课要讲解的电阻应变式压力传感器。

Step 2:传感器原理和工作方式

讲解电阻应变式压力传感器的原理和工作方式:

1.电阻应变式压力传感器是一种利用压力作用于电阻应变片引起电阻值变化来完成压力测量的传感器。

2.当压力作用在电阻应变片上时,应变片发生微小形变,引起电阻值的改变。

3.利用电桥电路来测量电阻的变化,从而得到与压力成正比的电压信号。

Step 3:传感器安装和连接方法

讲解电阻应变式压力传感器的安装和连接方法:

1.在实际应用中,电阻应变式压力传感器通常需要安装在压力检测装置上。

2.确保传感器与被测介质的接触面光滑和平整,避免产生不均匀的力分布。

3.使用适当的固定装置将传感器固定在检测装置上。

4.连接传感器的电源和读数设备,如直流电源和电压表。

Step 4:压力测量实验

进行压力测量实验,让学生亲自操作传感器进行压力测量:

1.将压力检测装置与电阻应变式压力传感器连接。

2.调节直流电源的电压,使传感器工作在合适的电压范围内。

3.使用电压表读取传感器输出的电压值。

4.通过改变压力检测装置的压力,观察电压值的变化,并进行记录和分析。

5.分析实验结果,讨论传感器的灵敏度和准确性。

Step 5:总结和拓展

总结本节课学到的知识,并与学生一起探讨传感器在其他领域的应用,如工业自动化、环境监测等。

Step 6:作业布置

要求学生回答几个问题:

1.电阻应变式压力传感器的原理是什么?

2.如何安装和连接电阻应变式压力传感器?

3.如何利用电阻应变式压力传感器进行压力测量?

Step 7:课堂小结

对本节课的内容进行小结,并提醒学生准备下节课需要的资料和实验

装置。

教学延伸:

可以根据学生的实际情况和兴趣,拓展压力传感器的其他类型和应用。可以进行更为复杂的实验和探究,如利用电阻应变式压力传感器进行力的

测量,或者探究压力范围对传感器输出电压的影响等。

(完整版)传感器教案

传感技术及应用课程教案 第一章传感器概述 §1-1 传感器与非电量测量 一、非电量与非电量测量 一切物质都处在永恒不停的运动之中。物质的运动形式很多,它们通过化学现象或物理现象表现出来。表征物质特性或其运动形式的参数很多,根据物质的电特性,可分为电量和非电量两类。电量一般是指物理学中的电学量,如电压、电流、电阻、电容、电感等;非电量则是指除电量之外的一些参数,如压力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、转速、温度、浓度、酸碱度等。 在众多的实际测量中,大多数是对非电量的测量。在早期,非电量的测量多采用非电的测量方法,例如用尺测量长度;用秤称重量;用水银温度计测温度等等。但随着科学技术的发展,对测量的准确度、测量速度、尤其对被测量动态变化过程的测量和远距离的检测都提出了更高的要求,原有的非电量测量方法已无法适应这一需要。因此需要研究新的测量方法和技术。这就是非电量的电测技术,这种技术就是用电测技术的方法去测量非电的物理量。(或称把被测非电量转换成与非电量有一定关系的电量,再进行测量的方法)。 非电量电测技术的主要特点: 1.应用了已经较为成熟和完善的电磁参数测量技术、理论和方法。因而,非电量电测技术中的关键技术是研究如何将非电量变换成电磁量的技术——传感技术。 2.便于实现连续测量。连续测量对于某些参数的自动测量(例如地震监测等)是十分重要的,但用非电的方法连续测量大电量却难以实现。 3.电信号容易传输(有线、无线)、转换(放大、衰减、调幅、调频、调相等)、记录、存贮和处理,便于实现遥测、巡回检测、自动测量,并能以模拟或数字方式进行显示和记录测量结果。 4.可在极宽的范围内以较快的速度对被测非电量进行准确的测量。 5. 与计算机相配合可进行传感器输出非线性的校正,误差的计算与补偿,进而使仪器智能化。同时,也可实现某些参数的自动控制。 6.可完成用非电量方法无法完成的检测任务(如温度场测量等)。 二、非电量电测系统 随着计算机技术的普及和应用,人们对传感技术的重要性有了进一步的认识,把传感器视为计算机的“五官”,推动了传感技术的发展。

传感器教案102电阻应变式压力检测

传感器教案102电阻应变式压力检测 教学目标: 1.了解电阻应变式压力传感器的原理和工作方式。 2.掌握电阻应变式压力传感器的安装和连接方法。 3.能够使用电阻应变式压力传感器进行压力测量。 教学准备: 1.课件和投影仪。 2.电阻应变式压力传感器。 3.直流电源和电压表。 4.压力检测装置。 教学过程: Step 1:导入 通过课件简单介绍传感器的分类和应用领域,引出本节课要讲解的电阻应变式压力传感器。 Step 2:传感器原理和工作方式 讲解电阻应变式压力传感器的原理和工作方式: 1.电阻应变式压力传感器是一种利用压力作用于电阻应变片引起电阻值变化来完成压力测量的传感器。

2.当压力作用在电阻应变片上时,应变片发生微小形变,引起电阻值的改变。 3.利用电桥电路来测量电阻的变化,从而得到与压力成正比的电压信号。 Step 3:传感器安装和连接方法 讲解电阻应变式压力传感器的安装和连接方法: 1.在实际应用中,电阻应变式压力传感器通常需要安装在压力检测装置上。 2.确保传感器与被测介质的接触面光滑和平整,避免产生不均匀的力分布。 3.使用适当的固定装置将传感器固定在检测装置上。 4.连接传感器的电源和读数设备,如直流电源和电压表。 Step 4:压力测量实验 进行压力测量实验,让学生亲自操作传感器进行压力测量: 1.将压力检测装置与电阻应变式压力传感器连接。 2.调节直流电源的电压,使传感器工作在合适的电压范围内。 3.使用电压表读取传感器输出的电压值。 4.通过改变压力检测装置的压力,观察电压值的变化,并进行记录和分析。 5.分析实验结果,讨论传感器的灵敏度和准确性。

实验1电阻应变式传感器实验

实验1电阻应变式传感器实验 实验项目编码: 实验项目时数:2 实验项目类型:综合性() 设计性(√) 验证性() 一、实验目的 1.在《传感器技术》课程中,电阻应变式传感器是教学中的重点内容之一。通过本实验,了解半桥和全桥回路在电阻应变式传感器中的应用;熟悉应变片在受拉或受压时的特性;掌握桥式放大器在应变片输出信号中的应用。 二、实验内容及基本原理 (一)实验内容 本实验以金属箔式应变片为研究对象,通过设计不同的测量放大电路,来深入了解应变式传感器的原理以及特性。 (二)基本原理 电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成,是一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。 此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形,然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化,再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。 1.应变片的电阻应变效应 所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变,这一物理现象称为“电阻应变效应”。 以圆柱形导体为例:设其长为:L 、半径为r 、材料的电阻率为ρ时,根据电阻的定义式得 2 r L A L R ?==πρρ (1—1) 当导体因某种原因产生应变时,其长度L 、截面积A 和电阻率ρ的变化为dL 、dA 、d ρ相应的电阻变化为dR 。 对式(1—1)全微分得电阻变化率dR/R 为: ρ ρd r dr L dL R dR +-=2 (1—2) 式中:dL/L 为导体的轴向应变量εL ; dr/r 为导体的横向应变量εr 由材料力学得: r L μεε-= (1—3) 式中:μ为材料的泊松比,大多数金属材料的泊松比为0.3~0.5 左右;负号表示两者的变化方向相反。将式(1 —3)代入式(1—2)得: ρ ρεμd R dR ++=)21( (1—4) 式(1—4)说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变(几何效应)和本身特有的导电性能(压阻效应)。 2.应变灵敏度 它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。 (1)、金属导体的应变灵敏度K :主要取决于其几何效应;可取

传感器及检测技术教案全

北京理工大学珠海学院 信息学院 教案 课程名称:传感器与检测技术 课程性质:专业必修 主讲教师:安玉磊 联系电话: E-MAIL:

课时分配表

第1课 一.章节名称 绪论,,, 二.教学目的 1、掌握内容:传感器的静态特性,动态特性; 2、了解内容:传感器的定义,组成,自动检测技术的发展和应用;三.安排课时: 2学时 四.教学内容(知识点) 1.自动检测系统的组成; 2.传感器的定义,组成,传感器的分类; 3. 传感器的静态特性; 4. 传感器的动态特性; 5. 传感器的标定和校准 五.教学重点、难点 1.传感器的静态特性和动态特性; 2.传感器的标定和校准; 六.选讲例题 1.活塞压力计标定; 2.压力传感器的动态标定; 七.作业要求 7什么是传感的静态特性有那些指标如何用公式表示 8什么是传感器的动态特性有那些分析方法 八.环境及教具要求 多媒体教室、PowerPoint 九.教学参考资料 1.《传感器与检测技术》,徐科军; 2.《传感器原理与应用》,程德福;

第2课 一.章节名称 测量误差和数据处理; 二.教学目的 1、掌握内容:测量误差的表示方法,数据处理的基本方法; 2、了解内容:误差的概念和分类,精度; 三.安排课时:2学时 四.教学内容(知识点) 1.测量误差的概念和分类; 2. 精度 3. 误差的表示方法; 4. 随机误差的处理方法; 5. 系统误差的处理; 6,粗大误差的处理; 7.数据处理的基本方法 五.教学重点、难点 1.误差的处理方法; 2.数据处理的基本方法; 六.选讲例题 1.补偿法测量高频小电容; 2.对照法消除系统误差; 七.作业要求 2正态分布的随机误差有什么特点 3、什么是系统的引用相对误差它有什么意义 八.环境及教具要求 多媒体教室、PowerPoint 九.教学参考资料 1.《传感器与检测技术》,徐科军

电阻应变式传感器实验报告

大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院(系) 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2009 年 03 月 06 日,第 二 周,星期 五 第 5-6 节 实验名称 电阻应变式传感器 教师评语 实验目的与要求: 1. 学习电阻应变式传感器的基本原理、 结构、 特性和使用方法 2. 测量比较几种应变式转换电路的输出特性和灵敏度 3. 了解温度变化对应变测试系统的影响和温度补偿方法 主要仪器设备: CSY 10A 型传感器系统实验仪 实验原理和内容: 1. 应变效应 导体或半导体在外力的作用下发生机械变形时, 其阻值也会发生相应的变化, 成为应变效应。 电阻应变片的工作原理即是基于这种效应, 将本身受力形变时发生的阻值变化通过测量电路转换为可使用的电压变化等以提供相关力的大小。 金属丝的电阻应变量可由以下算式表达: 金属丝的原始电阻值为S L R ρ= , 收到轴向拉力时, 发生电阻值变化R ∆, 变化比例的表达式为: S S L L R R ∆-∆+∆=∆ρρ, 根据金属丝在力学和材料学上的相关性质, 在弹性范围内可以对公式进行改写, 得到 L L k L L L L R R ∆=∆⎥⎦ ⎤⎢⎣⎡∆∆++=∆ρρμ)21(, 其中系数k 称为电阻应变片的灵敏系数, 表示单位应变量引起的电阻值变化, 它与金属丝的几何尺寸变化和本身的材料特性有关; 一般半

导体的灵敏系数要远大于金属的灵敏系数。 (由于受力会影响到半导体内部的载流子运动, 固可以非常灵敏地反映细微的变化) 2. 电阻式应变传感器的测量电路 转换电路的作用是将电阻变化转换成电压或电流输出, 电阻应变式传感器中常用的是桥式电路, 本实验使用直流电桥。 驳接阻抗极高的仪器时, 认为电桥的输出端断路, 只输出电压信号; 根据电桥的平衡原理, 只有当电桥上的应变电阻发生阻值变化时, 电压信号即发生变化; 电桥的灵敏度定义为 R R V k v /∆= 根据电阻变化输入电桥的方法不同, 可以分为单臂、 半桥和全桥输入三种方式: 2.1 单臂电桥 只接入一个应变电阻片, 其余为固定电阻。 设电桥的桥臂比为 n R R R R ==2 314, 根据电桥的工作原理, 并忽略一些极小的无影响的量, 可以得到输出电压的表达式为11 )1(2R R n nU V ∆⎥⎦ ⎤⎢ ⎣⎡+≈, 同时得到单臂电桥灵敏度表达式2 ) 1(/n nU R R V k v +=∆= 单臂电桥的实际输出电压与电阻变化的关系是非线性的, 存在非线性误差, 故不常使用。 2.2 半桥 如图, 接入两个应变电阻和固定电阻, 设初始状态为R1=R2=R3=R4=R, ΔR1=ΔR2=ΔR , 可以得到电压表达式U R R V ∆= 21, 半桥灵敏度表达式U k v 2 1 =, 可见输出电压与电阻的变化严格呈线性关系, 不存在线性误差, 灵敏度比单臂电桥提高了一倍。 2.3 全桥 全部电阻都使用应变电阻, 且相邻的两个臂的受力方向相反, 根据电桥性质可以得到电压及灵敏

传感器实验报告(电阻应变式传感器)

传感器技术实验报告 院(系)机械工程系专业班级 姓名同组同学 实验时间 2014 年月日,第周,星期第节 实验地点单片机与传感器实验室实验台号 实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 一、实验目的:了解金属箔式应变片的应变效应,单臂电桥工作原理和性能。 二、实验仪器: 应变传感器实验模块、托盘、砝码(每只约20g)、、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表(自备)。 三、实验原理: 电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化,这就是电阻应变效应,描述电阻应变效应的关系式为:ΔR/R=Kε,式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化,K为应变灵敏系数,ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件,如图1-1所示,四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧,弹性体受到压力发生形变,应变片随弹性体形变被拉伸,或被压缩。 图1-1 通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化,如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻,与应变片一起构成一个单臂电桥,其输出电压

εk E R R R R R E U 4 R 4E 21140=∆⋅≈∆⋅+∆⋅ = (1-1) E 为电桥电源电压,R 为固定电阻值,式1-1表明单臂电桥输出为非线性,非线性误差为%10021L ⋅∆⋅- =R R γ。 四、实验内容与步骤 1.图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R 1、R 2、R 3、R 4 上,可用万用表测量判别,R 1=R 2=R 3=R 4=350Ω。 2.从主控台接入±15V 电源,检查无误后,合上主控台电源开关,将差动放大器的输入端U i 短接,输出端Uo 2接数显电压表(选择2V 档),调节电位器Rw 3,使电压表显示为0V ,Rw 3的位置确定后不能改动,关闭主控台电源。 图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图 3.将应变式传感器的其中一个应变电阻(如R 1)接入电桥与R 5、R 6、R 7构成一个单臂直流电桥,见图1-2,接好电桥调零电位器Rw 1,直流电源±4V (从主控台接入),电桥输出接到差动放大器的输入端U i ,检查接线无误后,合上主控台电源开关,调节Rw 1,使电压表显示为零。 4.在应变传感器托盘上放置一只砝码,调节Rw 4,改变差动放大器的增益,使数显电压表显示2mV ,读取数显表数值,保持Rw 4不变,依次增加砝码和读取相应的数显表值,直到200g 砝码加完,记录实验结果,填入表1-1,关闭电源。 重量 (g)

电阻应变式传感器的工作原理

电阻应变式传感器的工作原理 电阻应变式传感器,也被称为应变计,是一种常用的力、压力、应变等物理量测量的传感器。其工作原理基于电阻在物体受力或受压变形过程中产生的应变效应,通过测量电阻值的变化来获得被测物理量的大小。 电阻应变式传感器的核心是电阻应变片。电阻应变片是一种金属或半导体材料制成的薄片,具有良好的弹性和导电性能。当被监测的物体受到外界力或压力作用时,电阻应变片发生形变,导致其长度、宽度和厚度的变化,从而引起导体横截面内电阻的变化。 根据应变片的布置方式,电阻应变式传感器可以分为单元式和桥式两种类型。 单元式电阻应变式传感器由一个单独的应变片组成。该传感器在应变片上通过导线连接一个外部电路,通过测量电阻值的变化来间接反映物体受力或受压的大小。当外界力或压力作用于物体,应变片发生形变,其电阻值变化,从而引起电路中的电压或电流变化。通过测量电压或电流的变化,可以计算出物体所受力或受压的大小。 桥式电阻应变式传感器采用四个相互连接的应变片来组成一个电阻应变式桥。四个应变片分为两个对称组,每个组内的应变片两两布置在物体上。通过选择不同的应变片材料和布置方式,可以使得一组应变片在被测物体拉伸变形时电阻值增加,另一组应变片在被测物体压缩变形时电阻值增加。这样,当物体受到外界力

或压力作用时,会引起电阻值的变化,从而导致电桥的不平衡。利用电桥供电电压一定的特性,可以通过测量电桥的输出信号来计算被测物体的力或压力大小。 为了提高传感器的灵敏度和准确度,通常会对应变片进行补偿和校准。补偿方法主要包括温度补偿和应变片的附加电路设计。温度补偿可通过在应变片上安装温度传感器来实现,以消除温度变化对测量结果的影响。应变片的附加电路设计可通过配备稳压电源和电桥调零电路来提高传感器的准确度。 电阻应变式传感器具有结构简单、响应速度快、可进行在线测量等优点。它广泛应用于测力仪器、压力传感器、称重仪器、位移测量仪器等各个领域。然而,电阻应变式传感器也存在不足之处,如对温度敏感、易受外界干扰等问题,需要在实际应用中进行合理的设计和使用,以确保测量结果的准确性和可靠性。

电阻应变式传感器的工作原理

电阻应变式传感器的工作原理 1. 介绍 电阻应变式传感器是一种常见的力、压力、扭矩、重量等物理量测量装置。它通过测量物体受力或变形引起的电阻变化来实现物理量的测量。本文将详细介绍电阻应变式传感器的工作原理及其应用。 1.1 传感器分类 传感器可以根据其工作原理和测量物理量进行分类。根据工作原理,传感器可以分为电阻、电容、电感、霍尔等类型。根据测量物理量,传感器可以分为力、压力、温度、光等类型。 1.2 电阻应变式传感器的概述 电阻应变式传感器属于电阻型传感器的一种。它利用电阻材料的应变效应,将外界的力、压力等物理量转换为电阻值的变化。电阻应变式传感器具有结构简单、精度高、可靠性好的特点,在工业领域得到广泛应用。 2. 原理 电阻应变式传感器的工作原理基于电阻材料的应变效应,即当电阻材料受到外界力或压力作用时,材料的几何形状和尺寸发生变化,从而引起电阻值的变化。 2.1 电阻应变效应 电阻应变效应是指电阻材料在受到应变作用下,电阻值发生变化的现象。根据应变的类型,电阻应变效应可以分为拉伸应变效应和压缩应变效应。拉伸应变效应是指电阻材料受到拉伸力作用后,电阻值增加;压缩应变效应是指电阻材料受到压缩力作用后,电阻值减小。

2.2 应变片 电阻应变式传感器通常采用由电阻材料制成的应变片作为敏感元件。应变片的几何形状和尺寸可以根据测量需求进行设计。当外界力或压力作用于应变片时,应变片发生应变,从而导致电阻值的变化。 2.3 桥式电路 为了能够测量电阻值的变化,电阻应变式传感器通常采用桥式电路进行测量。桥式电路由四个电阻组成,其中两个电阻为应变片,另外两个电阻为补偿电阻。当应变片受到力或压力作用时,其电阻值发生变化,从而使桥路出现失衡,产生输出信号。 2.4 输出信号 电阻应变式传感器的输出信号通常为电压信号。输出信号的大小和方向取决于桥路失衡的程度和方向,可以通过增益电路和滤波电路进行信号处理和放大。 3. 应用 电阻应变式传感器广泛应用于力学实验、工业自动化、航空航天等领域。其应用包括力的测量、压力传感、扭矩测量、重力测量等。 3.1 力的测量 电阻应变式传感器可以用于测量力的大小和方向。通过将电阻应变式传感器与弹簧等力传感器结合,可以实现对力的测量和控制。 3.2 压力传感 电阻应变式传感器可以用于测量压力的大小和分布。将电阻应变式传感器与特定结构的隔膜结合,可以实现对液体或气体压力的测量和控制。 3.3 扭矩测量 电阻应变式传感器可以用于测量扭矩大小和方向。通过将电阻应变式传感器与旋转传动部件结合,可以实现对扭矩的测量和控制。

电阻应变式传感器教案

电阻应变式传感器教案LT

弱化教学难点,应变片的种类、粘贴和温度补偿都采用设计问题课外自学的方式,不占用课堂时间。 6、教学策略: 基于以上的分析,为达到预期的教学目标,本课题采用“理论实践一体化”的教学方法,这也是贯穿于本课题的主导方法,使学生 的感性认识和理性认识相得益彰,使其在实践——认识——再实践的 过程中更加牢固地掌握电阻应变式传感器。 (1)教法与学法: 教法学法 创设情景,引导启发自主学习 实验探究法问题探究法 任务驱动法小组合作法 (2)教学准备:多媒体实验室,传感器综合试验台,万用表、托盘、导线、砝码若干。根据学生强弱搭配分若干组,每组推选一名组长。 二、教学过程 本课题计划用6个课时,分五个环节完成。 第一环节导入主题(再现生活情境,逐步引入主题) 以秤的发展为例,对比杆秤和电子秤的原理,激发学生的好奇心,引出本节课的主题:电阻应变式传感器。 第二环节探索新知 首先让学生在试验台上指出传感器的三个组成部分。 教师设问1:电子秤具体哪个元件将非电量转换为电量?

实验探索1:应变效应 教师设问2:电阻的应变可以直接指示被测量(质量)的变化吗? 电桥起到了什么作用?一般有哪些工作方式? 实验探索2:直流电桥的性能 第三环节讨论总结 学生通过上边两个实验,分组讨论并总结电子秤的整体工作原理,教师经过总结,提炼出如下流程,使学生的新旧知识系统化、结构化。 第四环节基础应用——简易电子秤(任务驱动法) 1、提出任务要求:根据上边两个小实验,以及对电子秤原理的整体认 识,利用现有实验室设备,自制简易电子秤,要求误差不超过5%,量程 自选。 2、组内任务划分:小组长根据同学个体水平,制定方案,分解任务, 教师巡回各组,通过提问、观察、交谈来引导学生。 3、问题集中反馈: 1、每加一个20g的砝码,输出电压的增量不一样?有的小 组是38mV,有的是60mV,在同一组内,数值也不是很稳定。 2、砝码质量虽然和数显表上输出电压成正比,但是数字不一 致,无法统一量纲怎么办? 4、讨论与改进:预期效果:物体质量是多少,仪表就显示多少 尝试方法:托盘放入预期量程质量的砝码,调节电压放大器或差动放大的增益,使仪表显示相同数量,直接改变量纲。 5、效果评价:学生自评,小组互评,优秀成果展示。

传感器教案10-2电阻应变式压力检测

班级:09计控1、2班日期:2011年4月29日编号:10-2

Δ复习上节课内容:(略) Δ概述 力普遍存在于日常生活中。在科学研究和工农业生产中,力更是起着重要的作用。在生产过程中,压力检测与调节控制系统的应用非常广泛,例如锅炉蒸汽和水的压力监控;炼油厂减压蒸馏需要的低于大气的真空压力检测;在航空发动机试验研究中,为了研究发动机性能,必须测量过渡态的压力变化;电力系统中油路压力的测量和控制等。对压力监控是保证工艺要求、生产设备和人身安全,实现经济运行所必须的。 检测力的传感器主要有电阻应变式传感器、压电式传感器、电容式传感器、压阻式传感器、电感式传感器等,本项目主要介绍电阻应变式和压电式测力传感器。 电阻应变片及弹性敏感元件 电阻应变片(也称应变计或应变片)是电阻应变式传感器的核心元件,它是一种电阻传感器,主要由弹性敏感元件或试件、电阻应变片和测量转换电路组成。它是把应变转换为电阻变化,再用相应的测量电路将电阻转换成电压输出的传感器。利用电阻应变式传感器可以直接测量力,也可以间接测量位移、形变、加速度等参数。常用的电阻应变片有电阻丝应变片和半导体应变片两种。 一、应变效应 电阻应变片的工作原理是基于应变效应,即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械形变时,其电阻值相应发生变化,这种现象称为“应变效应”。 由电工学可知,金属丝电阻R可用下式表示: 式中──电阻率,Ω·M;L──电阻丝长度,M;A──电阻丝截面积,M2。 当沿金属丝的长度方向施加均匀力时,上式中Ρ、R、L都将发生变化,导致电阻值发生变化。即得到以下结论:金属丝受外力作用而伸长时,长度增加,而截面积减少,电阻值会增大;当金属丝受外力作用而压缩时,长度减小,而截面增加,电阻值会减小。阻值变化通常较小。 实验证明,电阻应变片的电阻应变ΕR=∆R/R与电阻应变片的纵向应变ΕX的关系在很大X围内是线性的,即 其中∆ R/ R ──电阻应变片的电阻应变;K ──电阻丝的灵敏度。 式中的ΕR代表了被测件在应变片的应变。严格来讲,由于试件与应变片之间存在蠕变等影响,所以应变片与试件这两者的应变是有差异的,但差异并不很大,工程上允许忽略,但却存在一大弱点,就是灵敏度低,一般为2.0~3.6。 二、电阻应变片的结构、材料和分类

应变片电阻式传感器测压力实验报告

设计目的 了解应变直流电桥的应用及电路的标定 根本原理 一应变片传感器 电阻应变片压力传感器由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等局部组成 1 应变片的工作原理 电阻应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。当弹性敏感元件受到压力作用时,将产生应变,粘贴在外表的电阻应变片也会产生应变,表现为电阻值的变化。这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。把4个电阻应变片按照桥路方式连接,两输入端施加一定的电压值,两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。一般这种变化的对应关系具有近似线性的关系。找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系,就可以通过测量共模电压得到压力值。 电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象,俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示: 式中:ρ——金属导体的电阻率〔Ω·m〕S——导体的截面积〔2m〕L——导体的长度〔m〕以金属丝应变电阻为例,当金属丝受外力作用时,其长度和截面积都会发生变化,从上式中可很容易看出,其电

阻值即会发生改变,假设金属丝受外力作用而伸长时,其长度增加,而截面积减少,电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时,长度减小而截面增加,电阻值那么会减小。只要测出加在电阻的变化〔通常是测量电阻两端的电压〕,即可获得应变金属丝的应变情况。 2 全桥电路 应变片将应变的变化转换成电阻相对变化ΔR/R ,要把电阻的变化转换成电压或电流的变化,才能用电测仪表进展测量。这里使用全桥电路,如以下图所示。 采用四臂电桥,如上图所示并设初始时R R R R R ====4321,工作时 R R R R R ∆=∆-=∆=∆=∆2341时,输出为 四臂电桥的电压灵敏度为i U U =K 二实验原理 该试验就是应用了箔式应变片及其全桥测量电路,实验原理如以下图,本实验只做放大器输出0V 实验,通过对电路的标定使电路输出的 电压值为重量对应值,电压量纲〔V 〕转化为压力纲〔N 〕即成为一台原始测压力装置。 需用器件与单元 机头中的应变梁的应变片:显示面板中的F/V 表〔或电压表〕。±2V ~±10V 步进可调直流稳压电源;调理电路面板传感器输出单元中的箔式应变片;调理电路单元中的电桥,差动放大器:砝码〔20g/只〕。 实验步骤

电阻应变式压力传感器课程设计说明书.docx

传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门综合技术学科,是在现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。现代测量、控制与自动化技术的飞速发展,特别是电子信息科学的发展,极大地促进了现代传感器技术的发展。同时我们也看到,传感器在日常生活中的运用越来越广泛,可以说它已成为了测试测量不可或缺的环节。因此,学习、研究并在实践中不断运用传感器技术是具有重大意义的。

摘要 (1) 第一章功能和意义 (2) 第二章传感器原理 (3) 2.1原理框图 (3) 2.2应变片检测原理 (4) 2.3弹性元件的选择和设计 (4) 2.4应变片的选择及设计 (5) 第三章电路设计 (6) 3.1电源设计 (6) 3.2交流电桥设计 (7) 3.3放大电路设计 (8) 3.4相敏检波电路设计 (9) 3.5滤波器设计 (10) 第四章结论 (11) 第五章误差分析 (11) 第六章参考文献 (11) 第七章心得体会 (12)

一.功能和意义 信息技术已经成为当今全球性的战略技术,作为各种信息的感知,采集,转换,传输和处理功能器件传感器,已经成为各个应用领域,特别是自动检测,自动控制系统中不可缺少的核心部件,传感器技术正深刻影响着国民经济和国防建设的各个领域。 电阻应变式传感器为本课程设计的主要部件,传感器中的弹性元件感受物体的重力并将其转化为应变片的电阻变化,再利用交流全桥测量原理得到一定大小的输出电压,通过电路输出电压和标准重量的线性关系,建立具体的数学模型,在显示表头中将电压(V)改为质量(kg)即可实现对物品质量的称重。 信号放大电路是为了将微弱的传感器信号,放大到足以进行各种转换处理或驱动指示器,记录器以及各种控制机构。 本次课程设计所测质量范围是0-10kg,同时也将后续处理电路的电压处理为与之对应的0-10V。由于采用了交流电桥,所以后续电路包括放大电路,相敏检波电路,低通滤波电路(显示电路本次未设计)。

传感器与检测技术教案

第1章传感器与自动检测技术的基本概念 教学目标1.熟悉传感器的定义与分类。 2 •掌握传感器基本特性。 3•了解传感器的应用领域及发展。 教学分析 了解传感器的分类及特性、传感器的应用领域以及测量误差的概念,掌握测量误差的处理 方法和测量数据的处理方法。 1.1传感器简介 教学过程 教学目的:熟悉传感器的定义与分类。 掌握传感器基本特性。了解传感器的应用领域及发展。 教学分析:重点难点:传感器的定义及分类 教学过程: 1传感器的定义与组成 传感器(狭义):能感应被测量的变化并将其转换为其他物理量变化的器件. 传感器(广义):是信号检出器件和信号处理部分的总称• 组成:一般由敏感元件、转换元件和信号调理电路组成传感器的分类 按测量的性质划分:位移传感器,压力传感器,温度传感器等• 按工作的原理划分:电阻应变式,电感式,电容式,压电式,磁电式传感器等. 按测量的转换特征划分:结构型传感器和物性型传感器• 按能量传递的方式划分:能量控制型传感器和能量转换型传感器•2传感器的基本特性 a.线性度:指输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度, 又 叫非线性误差. b •灵敏度:指传感器的输出量增量与引起输出量增量的输入量的比值. c •迟滞:指传感器在正向行程和反向行程期间,输出-输入曲线不重合的 现象• d .重复性:指传感器在输入量按同一方向做全量程多次测试时,所得特 性曲线不一致性的程度• f .分辨率:指传感器在规定测量范围内所能检测输入量的最小变化量 • g•稳定性:指传感器在室温条件下,经过相当长的时间间隔,传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异• h •漂移:指传感器在外界的干扰下,输出量发生与输入量无关的变化, 包 括零点漂移和灵敏度漂移等•

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