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传感器教案10-2电阻应变式压力检测VIP免费

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班级:09计控1、2班日期:2011年4月29日编号:10-2教学目的与要求项目三力和压力检测单元一电阻应变式传感器测力1、了解和熟悉电阻应变原理;2、知道电阻应变式传感器测量电路。(时间安排:2课时;任课教师:朱其祥)本课重点与难点重点、难点:电阻应变式传感器测量电路。课堂进程次序内容1一、应变效应2二、电阻应变片的结构、材料和分类3三、电阻应变片的测量电路4四、电阻应变片的应用5五、小结6六、布置作业7七、板书安排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的关系在很大范围内是线性的,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、材料和分类电阻应变片的典型结构如图所示,由敏感栅、基底、覆盖层和引线等部分组成。无论哪种形式的金属应变片,对敏感栅的金属材料都有以下基本要求:1.灵敏系数要大,且在所测应变范围内保持不变;2.Ρ要大而稳定,以便于缩短敏感栅长度;3.抗氧化、耐腐蚀性好,具有良好的焊接性能;4.电阻温度系数要小;5.机械强度高,具有优良的机械加工性能。电阻应变片的分类:按电阻应变片敏感栅材料不同,可分为金属应变片和半导体应变片两大类。(A)丝式应变片;(B)箔式应变片;(C)半导体应变片1—基底;2—应变丝或半导体;3—引出线;4—焊接电极;5—外引线三、电阻应变片的测量电路(一)直流电桥平衡条件当RL→∞时,电桥输出电压为(二)电压灵敏度R1为电阻应变片,R2、R3、R4为电桥固定电阻,这就构成了单臂电桥。N=1时,为最大值:当电源电压E和电阻相对变化量一定时,电桥的输出电压也是定值,与各桥臂电阻阻值大小无关。(三)电阻应变片的温度补偿方法1.补偿块补偿法电桥输出电压UO与桥臂参数的关系为工程上,一般按R1=RB=R3=R4选取桥臂电阻。当温度升高或降低∆T=T-TO时,两个应变片因温度相同而引起的电阻变化量相等,电桥仍处于平衡状态,即若此时被测试件有应变的作用,则工作应变片电阻R1有新的增量∆R1,而补偿片不承受应变,故不产生新的增量,此时电桥输出电压为由上式可知,电桥的输出电压UO仅与被测试件的应变电阻有关,而与环境温度无关。...

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