传感器技术课件——电阻应变式传感器

电阻应变式传感器电阻应变式传感器是一种利用材料在受压或受拉时发生电阻值变化的原理来检测和测量应变的传感器它广泛应用于机械设备、工业自动化和结构监测等领域前言电阻应变式传感器是一种广泛应用于工程领域的重要传感器类本课件将深入探讨电阻应变式传感器的基本原理、结构组成、工型它能够精准测量各种机械量,如力、压力、扭矩和应变等,在工作原理和性能指标,并通过典型应用案例帮助大家全面掌握这一关业控制、机械设计和结构健康监测等方面发挥着关键作用键传感器技术应变的定义应变的基本概念应变与应力的关系应变的类型应变是物体在受力作用下发生形变的程度应变是物体在外力作用下发生的形变,与应应变可分为拉伸应变、压缩应变、剪切应变它反映了物体受力前后长度变化的比值应力作用于物体上的力之间存在着一定的数等,反映了物体在不同方向上的变形情况变是无量纲的,通常用小写希腊字母ε表示学关系,可由材料力学公式表达了解应变类型有助于更好地分析和测量物体的形变应变类型拉伸应变压缩应变当物体受到拉力作用时会产生拉伸应当物体受到压力作用时会产生压缩应变这种应变使物体长度增加变这种应变使物体长度减小切变应变扭转应变当物体受到剪切力作用时会产生切变当物体受到扭矩作用时会产生扭转应应变这种应变使物体形状发生变变这种应变使物体表面发生错切变化形应变基本原理应变产生当外力作用于物体时,会引起物体的形状或尺寸发生改变,这种变形称为应变应变的大小与外力的大小和物体的材料特性有关应变测量通过测量物体的变形量,可以计算出应变值应变计是测量应变的常用设备,能准确地感知和量化应变变化应变信号转换应变计通过测量引起的电阻变化,将机械应变转换为电信号输出这种电信号可以进一步放大和处理,以实现应变的可测、可控和反馈应变计概念应变计概念工作原理12应变计是一种将机械应变转换应变计利用材料在受到应力时为电信号的传感设备,广泛用于长度和截面积发生变化而产生测量压力、力、扭矩等物理电阻值变化的特性来实现测量量应用领域3应变计广泛应用于机械、汽车、航空航天、建筑等领域的测量与检测中应变计构成应变计由敏感元件、桥式电路和信号调理电路三部分组成其中，敏感元件负责感应应变并转换为电信号；桥式电路将电信号转换为可测量的电压信号；信号调理电路对信号进行放大、滤波等处理，为后续测量提供合适的输出这三部分相互配合，构成了一个完整的应变测量系统应变计工作原理测量应变1应变计采用金属导体或半导体材料制成的应变敏感元件当测量对象受力时,应变敏感元件会发生相应的电阻变化变化电阻2电阻变化会导致电桥电路的输出电压发生变化,从而实现应变的电气测量信号调理3应变计通常还包括放大电路和信号调理电路,用于放大和处理微弱的应变信号金属应变计金属应变计是一种利用金属在受压或受拉时电阻改变的特性来测量应变的传感器它具有结构简单、工艺成熟、体积小、成本低等优点金属应变计分为贴片式和焊片式两种类型金属应变计的工作原理是利用金属在受到应力作用时发生的金属晶格畸变导致电阻值发生变化这种电阻变化量与应变大小成正比,可用来测量应变半导体应变计半导体应变计基于半导体材料的应变效应,利用压阻效应在应变作用下产生电阻变化与传统金属应变计相比,具有更高的灵敏度和稳定性,常用于测量微小变形半导体应变计的主要原理是利用单晶硅、锗等半导体材料的压阻效应,在应力作用下,材料的电阻会发生变化,从而产生电阻应变信号应变计的定标应变计的定标是指通过使用已知的标准应变量来确定应变计的测量系数,从而实现应变计的量程和精度校准这一过程包括多个步骤,需要考虑应变计的线性度、温度特性等因素,确保测量结果的准确性和可靠性标准应变源1采用精密制造的标准试件,产生已知大小的应变应变测量2使用应变计测量标准试件的应变值输出量校准3根据测量结果确定应变计的系数和量程温度补偿温度对应变的影响温度补偿方法温度变化会引起材料特性发生变常用的温度补偿方法包括:采用温化,从而导致应变计的输出发生漂度敏感元件构成电子补偿电路,以移因此需要采取有效的温度补及利用构成应变计的材料的自身偿措施温度特性进行机械补偿温度补偿电路温度补偿电路能够有效补偿应变计在温度变化下产生的输出漂移,保证测量精度桥式电路分压电桥

1.1通过串联电阻实现测量简单电桥

2.2利用电阻元件构建温度补偿电桥

3.3可补偿温度变化影响桥式电路是电阻应变式传感器的基本工作电路它由4个电阻臂组成,通过对电阻臂的施加应变来实现测量不同的电桥拓扑结构可用于分压测量、温度补偿等,是传感器实现的关键电路测量放大电路信号采集通过传感器将物理量转换为电信号，采集原始数据信号调理对信号进行放大、滤波等处理,以提高信号质量信号放大使用放大电路将微弱的传感器输出信号提高到可读数的电平数字转换将模拟信号转换成数字信号,以便后续数字信号处理信号调理电路模拟信号调理1缩放、滤波和放大传感器输出转换A/D2将模拟信号转换为数字信号数字信号处理3执行复杂的数字信号处理算法信号调理电路是传感器系统中的关键组成部分它能够有效地调整传感器输出,提高信号质量,满足下游数字处理系统的需求通过多级模拟和数字处理,可以实现信号的缩放、滤波和放大,并将其转换为适合数字处理的格式传感器的机械结构传感器的机械结构是指传感器用于感知和转换外部物理量的机械装置部分它包括传感元件、结构件、壳体等传感元件直接接受待测量并产生相应的电信号结构件用于固定传感元件、保护传感器内部结构,同时还要实现传感器与被测对象之间的耦合壳体则为传感器提供防护、安装支撑等功能电阻应变式传感器的性能指标灵敏度传感器输出与被测量变化之间的比例关系,决定了传感器的测量精度线性度输出信号与输入信号之间呈线性关系的精度,体现了传感器的测量精确性重复性在相同工作条件下,传感器多次测量同一输入量所得输出相互接近的程度迟滞性传感器在增大输入量和减小输入量时,输出量不完全一致的特性稳定性传感器在一定时间内能保持预定性能的能力,反映了传感器的可靠性电阻应变式传感器的技术指标30K

0.1%分辨率线性度可达到30,000分度的高分辨率优异的线性度可达到

0.1%℃500100M工作温度响应时间最高可承受500摄氏度的高温毫秒级的快速响应时间电阻应变式传感器的主要应用汽车轮胎压力监测建筑物结构健康监测机械装备振动监测电阻应变式传感器广泛应用于汽车轮胎压力电阻应变式传感器被安装在建筑物主要结构电阻应变式传感器可检测机械装备的振动与监测系统,实时检测轮胎压力,提高行车安全部位,持续监测结构应变和变形,以评估建筑应变,用于在线监测设备运行状态,提高设备性物的结构健康状况可靠性典型应用案例1应变式传感器广泛应用于测量各种机械量,如压力、力、重量、扭矩等它可用于测量轮毂轴承负荷、车轮转速、车厢载重、吊车臂负荷等通过捕捉车辆及设备运转过程中的实时数据,可以大幅提高安全性和工作效率典型应用案例2工业自动化是电阻应变式传感器的典型应用场景之一在钢铁行业中，这类传感器被广泛应用于机械臂、焊接机器人等自动化设备中,实时监测设备的运转状态和负载情况,确保生产过程的稳定性和安全性通过电阻应变式传感器的精确测量,可以及时调整机械臂的位置和动作,提高生产效率,降低设备故障风险,从而大幅提升整个生产线的自动化水平典型应用案例3工厂自动化生物力学研究汽车轮胎压力监测电阻应变式传感器广泛应用于工厂的自动化应变片可粘贴在人体关节或肌肉等部位,通电阻应变式压力传感器广泛应用于汽车轮胎控制中,用于测量压力、力量等物理量,确保过检测应变来分析人体运动状态,应用于运压力监测系统,实时监测轮胎压力状态,提高生产过程的精确控制和优化动生物力学研究行车安全性总结应变传感原理特点与性能应用广泛电阻应变式传感器通过应变引起电阻电阻应变式传感器具有高灵敏度、线电阻应变式传感器已广泛应用于航空的变化来检测物理量它广泛应用于性度好、测量范围广等特点合理设航天、汽车、工业制造等领域,在很多结构健康监测、压力检测等领域计可提高其测量精度和稳定性场合起到了关键作用参考文献参考文献是反映理论研究与实践应用的重要依据期刊论文、学术著作等是构建参考文献的主要来源科学引用和规范化的参考文献格式是保证学术质量的关键相关标准GB/T3767-2012JJG108-2005GB/T7665-2008GB/T3559-2008《应变仪及应变片》是国内主《应变式传感器检定规程》规《电阻应变式传感器试验方《热电偶和热电阻》标准涉及要的应变计标准,规定了应变定了应变式传感器的检定方法法》明确了电阻应变式传感器温度补偿相关内容,为应变计计的术语、分类、性能指标、和要求,确保传感器测量精度的性能指标测试要求,为产品温度特性评估提供参考试验方法等和可靠性质量控制提供依据讨论环节在这个讨论环节中,我们将就电阻应变式传感器的理论知识和实际应用展开深入交流大家可以提出自己在学习和工作中遇到的问题和疑惑,邀请专家现场解答我们鼓励积极互动,希望能够增进大家对电阻应变式传感器技术的理解和掌握本次讨论突出的内容包括:1应变测量的基本原理和实现方式;2电阻应变式传感器的性能指标及优化方法;3电阻应变式传感器在具体应用中的设计和应用策略;4相关标准和技术发展趋势希望大家踊跃发言,为这个前沿技术领域贡献自己的见解答疑时间针对课程内容的任何疑问,我们现在进入答疑环节同学们可以自由提出问题,老师会逐一解答,确保大家对传感器技术有全面深入的理解这是一个与讲师直接交流的宝贵机会,请大家积极参与,提出真实的困惑和疑虑大家提出的问题可以涉及任何课程内容,比如应变的定义、应变计构成、金属应变计和半导体应变计的区别、应变计的定标和温度补偿等只要是对传感器技术感兴趣的话题,老师都会详细解答尽管提出你的问题,让我们一起探讨探索这个领域的奥秘。