现代传感器应用技术学号200820410034选修课结课作业现代传感器应用技术学生姓名郭凯学院材料科学与工程系别材料物理专业材料物理班级材料物理082010 年 11 月应变式加速度计 电阻式传感器是把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量 转换为电阻值变化的传感器。
它主要包括电阻应变式传感器、电位器 式传感器和锰铜压阻传感器等。
电阻式传感器与相应的测量电路组成 的测力、测压、称重、测位移、加速度、扭矩等测量仪表是冶金、电 力、交通、石化、商业、生物医学和国防等部门进行自动称重、过程 检测和实现生产过程自动化不可缺少的工具之一。电阻式传感器的结构 由电阻元件及电刷 （活动触点 ）两个基本部 分组成。电刷相对于电阻元件的运动可以是直线运动、转动和螺旋运 动，因而可以将直线位移或角位移转换为与其成一定函数关系的电阻 或电压输出。电阻应变式传感器中的电阻应变片具有金属的应变效 应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变 化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传感 器、应变式扭矩传感器、应变式位移传感器、应变式加速度传感器和 测温应变计等。电阻应变式传感器的优点是精度高，测量范围广 ,寿 命长,结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型 化、整体化和品种多样化 等。它的缺点是对于大应变有较大的非线 性、输出信号较弱，但可采取一定的补偿措施。
因此它广泛应用于自 动测试和控制技术中。应变式加速度计是电阻式传感器的一种。应变式加速度计根据电阻应变效应和振动系统惯性力的原理实 现信号的转换，对于电阻应变效应，这里不再详述。惯性式测振传感 器的原理测量结构物某一点的 振动，往往很难找到一个相对不动 的基准点来安装仪器，因此就考虑设计这样一种仪器，其内部设置一 个“质量弹性系统”。测振时，把它固定在被测物上，使仪器 的外 壳与结构物仪器振动，直接测量的是质量块相对于外壳的振动。
应变 式加速度计是将电阻应变效应与系统惯性力原理良好的组合，在实际的测试工作中具有很好 的应用性。具有结构简单、低频特性好等优 点，但灵敏度相对较低，适用量程为 1g2g，频率范围为OTOOHn 与动态应变仪配套使用。电阻应变式加速度传感器如下图1-质量块；2-应变粱；3-硅油阻尼液；4-应变片；5-温度补偿电 阻；6-绝缘套管；7-接线柱；8-电缆；9-压线板；10-壳体；11-保护 块其原理由欧姆定律知，对于长为孑、截面积为上、电阻率为的导体，其电阻R-p-A若、匸和门均发生变化，则其电阻也变化，对上式全微分，外护-务曲吟Q设半径为厂的圆导体，-亠，代入上式，电阻的相对变化为dR _ dE 2dr dpR I r pdRT（1十2卩十ZE）s式中占一一导体的纵向应变。其数值一般很小，常以微应变上归度量，1 心10_6 三;材料泊桑比，一般金属 a0.3-0.5 ;-压阻系数，与材质有关；E 材料的弹性模量。上式中，。十沁表示几何尺寸变化而引起电阻的相对变化量； 表示由于材料电阻率的变化而引起电阻的相对变化量。不同属性的导体，这两项所占的比例相差很大。若定义导体产生单位纵向应变 时，电阻值相对变化量为导体的灵敏度系数，则dR/凡丄空（1 2疗显然，Ss愈大，单位纵向应变引起的电阻值相对变化愈大，说明 应变片愈灵敏。可用不同的导体材料制成应变片，目前主要有金属电 阻应变片和半导体应变片两类。应变片的基本结构及测量原理应变片的基本结构4.孟片 5、弓I出缚栅应变一面值2 为1X1片SX22 长5bHi3X1 2m简O构Q 士口 0纟介醫OJWE 状电片电。高称；上的有 .变omt排栅接-二亍丝一目.一使用应变片测量应变或应力时，将应变片牢固地粘贴在弹性试件 上，当试件受力变形时，应变片电阻变化 R。如果应用测量电路和 仪器测出R,根据式（2-6 ），可得弹性试件的应变值，而根据应 力-应变关系2-7 可以得到被测应力值。。其中E试件材料弹性模量，s 试件的应 力，e试件的应变。通过弹性敏感元件的作用，可以将应变片测应 变的应用扩展到能引起弹性元件产生应变的各种非电量的测量，从而 构成各种电阻应变式传感器。在这种传感器中，质量块支撑在弹性体上，弹性体上贴有应变片（如下图）。测量时，在质量块的惯性力作用下，弹性体产生应变，应 变片把应变变为电阻值的变化，最后通过测量电路输出正比于加速度 的电信号。弹性体做成空心圆柱形以增加传感器的固有振动频率和粘 贴应变片的表面积。另一种结构形式为悬臂梁式，弹性振梁的一端固 定于外壳，一端装有质量块。应变片贴在振梁固定端附近的上下表面 上。振梁振动时，应变片感受应变。应变片可在测量电路中接成差动 桥式电路。应变片加速度计也适用于单方向（静态）测量。用于振动 测量时,最高测量频率取决于固有振动频率和阻尼比，测量频率可达3500 赫。实例FS-SLC002系列拉压式负荷传感器一、产品概述单柱式拉压两用型负荷传感器。虽然型面高度较一般的传感器 高，但这种单柱式结构可以做到大量程，传感器接线及安装较其他传 感器简单，由于采用非线性补偿技术使得传感器仍然满足高精度的要是10t以上大量程拉压两用型负荷传感器的最佳选择 主要特点拉压两用负荷传感器测量精度高，稳定性好10t以上大量程拉压传感器的最佳选择 主要技术指标量程10t，20t，30t，50t （大量程可以定做）综合精度0.02、0.03、0.05FS工作温度范围-40 -80C（常温型）激励电压范围5T2VDC安全过载150FS安全侧载30FS输入阻抗450士 4.5 Q输出阻抗350士 2Q四、四、产品图片