1、传感器原理与应用 力学传感器,3.1 金属应变计,Part.3 应用实例,电阻应变片应用,电阻应变丝、片，除直接用来测定试件的应变和应力外，还广泛用作传感元，研制成各种应变式传感器，用来测定其他物理量，如力、压力、扭矩、加速度等。 应变式传感器的基本构成通常可分为两部分， 弹性敏感元件 应变计（片）。,应变式传感器的特点,应变式传感器与其他类型的传感器相比具有如下特点： 测试范围广，测量精度高 性能稳定可靠，使用寿命长 频率响应特性较好 能在恶劣的环境条件下工作 易于实现小型化、整体化,非重点，课后自行理解,弹性敏感元件,在传感器工作过程中，一般是由弹性敏感元件吧各种形式的物理量转换成形变，再
2、由转换元件（例如电阻应变计）转换成电量。 通常要求弹性敏感元件具有以下性能： 弹性储能（应变能）高 具有较强的抗压（或抗拉）强度 受温度影响小 具有良好的机械加工和热处理能力 具有良好的重复性和稳定性,非重点，课后自行理解,电阻应变式传感器的主要种类,力传感器（测力与称重） 压力传感器 应变式位移传感器 应变式加速度传感器,力传感器,根据弹性元件的形状结构不同，可分为： 柱式力传感器 悬臂梁式力传感器 轮辐式测力传感器 环式传感器,柱式力传感器,柱式传感器有柱式（实心）和筒式（空心）。,其结构是在弹性元件的圆筒或圆柱上按一定的方式粘贴应变片，圆柱（筒）在外力作用下产生形变，为：,非重点，课后自
3、行理解,在轴向上布置一个或几个应变片，在圆周方向布置同样数目的应变片，后者取符号相反的横向应变，从而构成了差动对。,悬臂梁式力传感器,悬臂梁式力传感器是一种结构简单，高精度，抗偏、抗侧性能优越的称重测力传感器。 悬臂梁主要有两种形式：等截面梁和等强度梁。 结构特点为弹性元件一端固定，力作用在自由端，所以称为悬臂梁。 当垂直正压力或拉力作用在弹性梁上时，电阻应变计随金属弹性梁一起变形，其应变使电阻应变计的阻值发生变化，因而应变电桥输出与拉力（或压力）成正比的电压信号。,非重点，课后自行理解,等截面梁,等截面梁是悬臂梁的横截面处处相等的梁。,当外力F作用在梁的自由端时，在固定端产生的应变最大，粘贴
4、应变计处的应变为：,非重点，课后自行理解,等强度梁,等强度梁是一种特殊形式的悬臂梁，它的悬臂梁长度方向的截面积按一定规律变化。,当力F作用在自由端时，距作用点任何位置横截面上应力处处相等，为：,非重点，课后自行理解,悬臂梁式力传感器，顺梁的长度方向上下各粘贴两个应变片，四个应变片组成全桥。,当R1和R2受拉力时，R3和R4受压力，两者应变相等，但极性相反。将它们组成差动全桥，则电桥的灵敏度为单臂工作时的4倍。,非重点，课后自行理解,非重点，课后自行理解,轮辐式力传感器,轮辐式传感器是一种剪切力传感器。 主要由五部分组成：轮轱、轮圈、轮辐条、受拉应变片和受压应变片。,非重点，课后自行理解,当外力
5、F作用在轮轱的上端面和轮圈的下端面时，使矩形辐条产生平行四边形的变形。,轮辐条对角线方向产生45的线应变将应变片按照45角方向粘贴，八个应变片分别粘贴在四个轮辐条的正反两面，组成全桥。,非重点，课后自行理解,轮辐式传感器的优点：,有良好的线性， 力作用点位置的便宜对传感器精度影响较小， 可以抗受大的偏心和测量力， 具有扁平的外形，抗过载能力强， 可做成拉压型， 测量范围广。,非重点，课后自行理解,非重点，课后自行理解,环式传感器,非重点，课后自行理解,非重点，课后自行理解,筒式压力传感器,弹性元件如图所示，一端盲孔，另一端由法兰与被测系统连接。,非重点，课后自行理解,当应变管内腔与被测压力相通
6、时，圆筒部分周向应变为：当没有压力作用时，这四片应变计组成全桥是平衡的；当压力作用于内腔时，圆筒发生形变，使得已经平衡的电桥失去平衡。,非重点，课后自行理解,膜片式压力传感器,膜片式压力传感器的弹性敏感元件为一个圆形金属平膜片，该金属弹性元件的膜片周边被固定。 当膜片一面受到压力所用时，膜片的另一面有径向应变和斜向应变。,非重点，课后自行理解,径向应变：切向应变：r和h分别为膜片的半径和厚度； x为任意点离圆心的距离； E为膜片的弹性模量； u为泊松系数,非重点，课后自行理解,实际传感器根据应力分布区域粘贴四个应变片。 两个（R2、R3）粘贴在切向应变最大的区域， 两个（R1、R4）粘贴在径向
7、应变最大的区域。,非重点，课后自行理解,应变式位移传感器,应变式位移传感器是把被测位移量转变成弹性元件的变形和应变，然后通过应变计和应变电桥，输出正比于被测位移的电量。,非重点，课后自行理解,应变式加速度传感器,悬臂梁自由端固定质量块，壳内充满硅油，产生必要的阻尼。 基本工作原理： 当壳体与被测物体一起做加速度运动时，悬臂梁在质量块的惯性作用下反方向运动，使得梁体发生形变。,非重点，课后自行理解,应变计算公式为：,非重点，课后自行理解,非重点，课后自行理解,生物医学传感器,非重点，课后自行理解,非重点，课后自行理解,非重点，课后自行理解,非重点，课后自行理解,非重点，课后自行理解,非重点，课后自行理解,非重点，课后自行理解,
