1、2023-1-7 模块三模块三 力的测量力的测量 力的测量包括力的测量和压力的测量。一力的测量包括力的测量和压力的测量。一般情况下，力传感器主要用于两个方面：测力般情况下，力传感器主要用于两个方面：测力和称重。测量中所称的压力就是物理中的压强，和称重。测量中所称的压力就是物理中的压强，是指垂直均匀地作用于单位面积上的力。是指垂直均匀地作用于单位面积上的力。力和压力是自动化生产过程中的重要工艺力和压力是自动化生产过程中的重要工艺参数。电子秤、汽车衡、机床、桥梁监测都需参数。电子秤、汽车衡、机床、桥梁监测都需要力传感器。化纤厂、化肥厂、炼油厂的压力要力传感器。化纤厂、化肥厂、炼油厂的压力储罐压力传
2、感器提供控制依据。储罐压力传感器提供控制依据。2023-1-7 模块三模块三 力的测量力的测量课题一课题一 应变式力传感器应变式力传感器课题二课题二 电子秤电子秤课题三课题三 应变式压力传感器应变式压力传感器课题四课题四 压阻式压力传感器压阻式压力传感器课题五课题五 压力变送器压力变送器2023-1-7任务导入任务导入 港口码头、造船厂、矿山及建筑安装工港口码头、造船厂、矿山及建筑安装工地，广泛使用着各种各样的起重机械。固定地，广泛使用着各种各样的起重机械。固定式、可移动旋转起重机、横臂起重机、汽车式、可移动旋转起重机、横臂起重机、汽车起重机等都是常见的起重设备。为了提高生起重机等都是常见的起
3、重设备。为了提高生产效率，需要充分发挥吊车的能力，最大限产效率，需要充分发挥吊车的能力，最大限度地吊运货物，而又要防止万一超载而产生度地吊运货物，而又要防止万一超载而产生的严重后果。通常采用什么方法测量、控制的严重后果。通常采用什么方法测量、控制吊运货物的重量呢？吊运货物的重量呢？课题一课题一 应变式力传感器应变式力传感器 2023-1-72023-1-7 吊车的载重量可以通过测量绳索的拉力吊车的载重量可以通过测量绳索的拉力来完成。在起重来完成。在起重绳索绳索上或上或吊钩吊钩上安装测力传上安装测力传感器，可以间接检测吊车起吊重量，力传感感器，可以间接检测吊车起吊重量，力传感器的输出信号既可以用
4、来显示吊车载重量，器的输出信号既可以用来显示吊车载重量，又可以进行超载报警，防止事故的发生。又可以进行超载报警，防止事故的发生。力传感器的结构如何？测力方法是怎样力传感器的结构如何？测力方法是怎样的？本课题的任务就是学习力传感器及力传的？本课题的任务就是学习力传感器及力传感器的测量方法。感器的测量方法。2023-1-7 知识点了解力传感器的分类与基本结构学习应变式力传感器的测量方法与适用范围 技能点掌握应变片的贴片方法 掌握传感器的使用方法2023-1-7相关知识相关知识一、力传感器一、力传感器 力传感器根据制造原理不同可分为电阻力传感器根据制造原理不同可分为电阻应变式、电容式、振弦式、压电式
5、等。在测量应变式、电容式、振弦式、压电式等。在测量静态力（力的大小与方向不随时间变化而变化静态力（力的大小与方向不随时间变化而变化或随时间缓慢变化，称静态力）时，最常用的或随时间缓慢变化，称静态力）时，最常用的是电阻应变式力传感器。是电阻应变式力传感器。本课题重点学习应变本课题重点学习应变式力传感器式力传感器。应变式传感器还可用于压力、加速度等力应变式传感器还可用于压力、加速度等力学量的测量。应变式传感器广泛应用于化工、学量的测量。应变式传感器广泛应用于化工、冶金、机械、交通及国防等许多部门。冶金、机械、交通及国防等许多部门。电阻应变式力传感器的核心是电阻应变式力传感器的核心是电阻应变片电阻应
6、变片。为了测量金属棒在工作过程中所承受的力，。为了测量金属棒在工作过程中所承受的力，将电阻应变片贴在金属棒上。金属棒受到外力将电阻应变片贴在金属棒上。金属棒受到外力后，产生应变，并传递给电阻应变片，应变片后，产生应变，并传递给电阻应变片，应变片敏感到应变后产生电阻变化，经测量电路转换敏感到应变后产生电阻变化，经测量电路转换成与外力成正比的电信号。实现了力的检测。成与外力成正比的电信号。实现了力的检测。测量完成后，不会对被测物体造成任何测量完成后，不会对被测物体造成任何影响，拆除也非常的容易。这种方法在汽车、影响，拆除也非常的容易。这种方法在汽车、建筑、桥梁工程、航天等各种领域中都用的建筑、桥梁
7、工程、航天等各种领域中都用的到。到。应变式传感器突出的优点是结构简单，应变式传感器突出的优点是结构简单，价格便宜。与其它类型的力学传感器相比，价格便宜。与其它类型的力学传感器相比，具有测试范围宽、输出线性好、性能稳定、具有测试范围宽、输出线性好、性能稳定、工作可靠并能在恶劣环境条件下工作的特点。工作可靠并能在恶劣环境条件下工作的特点。2023-1-72023-1-7二、电阻应变传感器工作原理二、电阻应变传感器工作原理 导体或半导体材料在外力作用下伸长或导体或半导体材料在外力作用下伸长或缩短时，它的电阻值相应地发生变化，这一缩短时，它的电阻值相应地发生变化，这一物理现象称为电阻应变效应。物理现象
8、称为电阻应变效应。将应变片贴在被测物体上，使其随着被将应变片贴在被测物体上，使其随着被测物的应变一起伸缩，这样应变片里面的金测物的应变一起伸缩，这样应变片里面的金属材料就随着外界的应变伸长或缩短，其阻属材料就随着外界的应变伸长或缩短，其阻值也相应地变化。应变片利用应变效应，通值也相应地变化。应变片利用应变效应，通过测量电阻的变化而对应变进行测量。过测量电阻的变化而对应变进行测量。2023-1-7 电阻应变片分为电阻应变片分为金属电阻应变片和半导体金属电阻应变片和半导体应变片应变片两大类。在力传感器中大多数使用的是两大类。在力传感器中大多数使用的是金属电阻应变片。将电阻丝排成栅网状，粘贴金属电阻
9、应变片。将电阻丝排成栅网状，粘贴在厚度约为在厚度约为15-16m的绝缘基片上，电阻丝两的绝缘基片上，电阻丝两端焊出引出线，最后用覆盖层进行保护，即成端焊出引出线，最后用覆盖层进行保护，即成为应变片。使用时只要将应变片贴于被测物体为应变片。使用时只要将应变片贴于被测物体上就可构成应变式传感器。上就可构成应变式传感器。2023-1-7 一般金属应变片的电阻变化率为常数，一般金属应变片的电阻变化率为常数，应变片的阻值与应变成正比例关系。即应变片的阻值与应变成正比例关系。即RRK R应变片原电阻值，应变片原电阻值，；R伸长或压缩所引起的电阻变化值，伸长或压缩所引起的电阻变化值，；K比例常数比例常数(应
10、变片常数应变片常数)应变（应变分为拉伸和压缩两种，可用正应变（应变分为拉伸和压缩两种，可用正负号加以区别：负号加以区别：拉伸拉伸 正（正（）；）；压缩压缩 负（负（）2023-1-7 在测量时，将应变片贴在不同的部位，在测量时，将应变片贴在不同的部位，它可以感受拉伸的力（拉力，正应变），也它可以感受拉伸的力（拉力，正应变），也可以感受压缩的力（压力，负应变）。可以感受压缩的力（压力，负应变）。例如圆柱形拉力传感器。例如圆柱形拉力传感器。R1、R2、R3、R4是四个完全相同的应变片，是四个完全相同的应变片，R1、R4竖粘，竖粘，为轴向贴片，感受拉伸，正应变；为轴向贴片，感受拉伸，正应变；R2、R
11、3横横粘，为径向贴片，感应压缩，负应变。粘，为径向贴片，感应压缩，负应变。金属电阻应变片按结构形式可分为丝式、金属电阻应变片按结构形式可分为丝式、箔式和薄膜式三种。箔式和薄膜式三种。2023-1-7三、电阻应变片式传感器的使用方法三、电阻应变片式传感器的使用方法 根据测量环境、测量对象不同，电阻应根据测量环境、测量对象不同，电阻应变片也有多种形式。变片也有多种形式。2023-1-7 电阻应变式传感器的使用方法有以下二种：电阻应变式传感器的使用方法有以下二种：第一种是将应变片直接粘贴于被测构件第一种是将应变片直接粘贴于被测构件上，用来测定构件的应变或应力。上，用来测定构件的应变或应力。第二种是将
12、应变片贴于弹性元件上，与第二种是将应变片贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成应变式传感器敏感元件。弹性元件一起构成应变式传感器敏感元件。这种传感器可以测量力、位移、加速度这种传感器可以测量力、位移、加速度等物理参数。等物理参数。2023-1-72023-1-7四、电阻应变式传感器的测量电路四、电阻应变式传感器的测量电路 应变电阻变化是极其微弱的，电阻相对应变电阻变化是极其微弱的，电阻相对变化率仅为变化率仅为0.2%左右。例如：应变电阻为左右。例如：应变电阻为300，电阻变化量为，电阻变化量为0.6，要精确地测量，要精确地测量这么微小的电阻变化是非常困难的。通常采这么微小的电阻变化是非常困难的。通
13、常采用惠斯登电桥电路进行测量，将电阻相对变用惠斯登电桥电路进行测量，将电阻相对变化化R/R，转换为电压的变化，再用测量仪，转换为电压的变化，再用测量仪表应变式传感器测量电路便可以简单方便地表应变式传感器测量电路便可以简单方便地进行测量。进行测量。R1，R2，R3，R4为四个桥臂的电阻，电为四个桥臂的电阻，电桥的供电电压为桥的供电电压为U，电桥输出电压为，电桥输出电压为Uo。在被。在被测物体未施加作用力时，应变为零，应变电测物体未施加作用力时，应变为零，应变电阻没有变化。阻没有变化。2023-1-72023-1-7 当四个桥臂的初始电阻满足当四个桥臂的初始电阻满足R1/R2=R3/R4时，桥路输
14、出电压为时，桥路输出电压为Uo零，即桥路平衡。当零，即桥路平衡。当应变电阻发生变化时，电桥的输出电压应变电阻发生变化时，电桥的输出电压Uo可可以用下式近似表示：以用下式近似表示：3121242121234()()oRR RRRRUURRRRRR 如果四个桥臂的初始电位满足如果四个桥臂的初始电位满足R1R2=R3R4，上式为：，上式为：31241234()4oRRRRUURRRR2023-1-7 在测量电路中，应变片应该怎样接入电在测量电路中，应变片应该怎样接入电桥更有利于信号测量呢？桥更有利于信号测量呢？1单臂半桥电桥电路单臂半桥电桥电路 R1为应变片，其余各为应变片，其余各桥臂电阻为固定电阻
15、，其桥臂电阻为固定电阻，其输出有：输出有：1144oRUUUKR2023-1-7 如果测出电桥的输出电压就可以计算如果测出电桥的输出电压就可以计算出应变的大小，进而推算出力的大小：出应变的大小，进而推算出力的大小：E 上式中上式中为应力；为应力；E为弹性系数或杨氏为弹性系数或杨氏模量，不同的材料有固定的杨氏模量。模量，不同的材料有固定的杨氏模量。2双臂半桥电桥电路双臂半桥电桥电路2023-1-7 R1、R2为应变片，其余各桥臂电阻为固为应变片，其余各桥臂电阻为固定电阻，这种电路可以有两种接入方法。定电阻，这种电路可以有两种接入方法。121212()()44oRRUUUKRR 141414()(
16、)44oRRUUUKRR 2023-1-7 为便于测量，希望获得较大灵敏度，使两为便于测量，希望获得较大灵敏度，使两应变片产生的应变相加应变片产生的应变相加。以上二种连接方法都。以上二种连接方法都可以做到：在前图中使可以做到：在前图中使R1为正应变，为正应变，R2为负为负应变应变；在后图中；在后图中R1、R2同为正应变或负应变。同为正应变或负应变。22oURUUKR 在实际工程中更多采用前者，在实际工程中更多采用前者，R1、R2 分分别为正、负应变，其输出为相邻两桥臂应变相别为正、负应变，其输出为相邻两桥臂应变相减，在灵敏度提高的同时，可以将应变片的温减，在灵敏度提高的同时，可以将应变片的温度
17、误差和非线性误差相互减去、抵消，提高测度误差和非线性误差相互减去、抵消，提高测量精度。量精度。3全桥电桥电路全桥电桥电路2023-1-7 电桥的四臂全部接电桥的四臂全部接入应变片称为全桥电入应变片称为全桥电桥电路。若四片应变桥电路。若四片应变片完全相同，其中片完全相同，其中R1、R4感应正应变；感应正应变；R2、R3感应负应变。感应负应变。oRUUUKR 将应变片接成全桥电路时，要特别注将应变片接成全桥电路时，要特别注意：相邻桥臂的应变片所感受的应变必须意：相邻桥臂的应变片所感受的应变必须相反，否则上式不成立。相反，否则上式不成立。应变式传感器典型测量电路应变式传感器典型测量电路 2023-1
18、-7 在测量力时，可将应变片直接粘贴在被测在测量力时，可将应变片直接粘贴在被测部位。应变片的粘贴，是应变片测量技术的关部位。应变片的粘贴，是应变片测量技术的关键环节之一，将直接影响胶的粘接质量及测量键环节之一，将直接影响胶的粘接质量及测量精度，如果贴片不严格，技术不熟练，即使选精度，如果贴片不严格，技术不熟练，即使选用最好的应变片也无济于事。用最好的应变片也无济于事。五、应变片的粘贴五、应变片的粘贴2023-1-7应变片的粘贴工艺步骤应变片的粘贴工艺步骤 2023-1-72023-1-7 检查合格后，焊接引出导线。将引线加检查合格后，焊接引出导线。将引线加以固定、绝缘，防止应变片线脚与被测工件
19、以固定、绝缘，防止应变片线脚与被测工件接触，短路。应变片之间通过漆包线或其他接触，短路。应变片之间通过漆包线或其他软线连接组成电桥。最后检查焊接引线与组软线连接组成电桥。最后检查焊接引线与组桥连线。这样就完成了整个粘贴过程。桥连线。这样就完成了整个粘贴过程。电阻应变片安装必备工具及材料电阻应变片安装必备工具及材料:用于应用于应变片粘贴表面处理的清洁剂，应变片粘接剂变片粘贴表面处理的清洁剂，应变片粘接剂（胶），保护应变片的涂层材料（胶），电（胶），保护应变片的涂层材料（胶），电阻丝或应变片引线，接线端子，电缆，焊锡阻丝或应变片引线，接线端子，电缆，焊锡和助焊剂等。和助焊剂等。2023-1-720
20、23-1-7任务实施任务实施方案一：方案一：测量、控制起重设备吊运货物测量、控制起重设备吊运货物的重量，可以采用的重量，可以采用在吊钩的圆柱壁上粘贴应在吊钩的圆柱壁上粘贴应变片的方法变片的方法，检测起吊重量。，检测起吊重量。测量吊运货物的重量，测量吊运货物的重量，量程较大，一般在吊钩的圆量程较大，一般在吊钩的圆柱壁上横竖各粘贴一片应变柱壁上横竖各粘贴一片应变片，组成片，组成双臂半桥电路双臂半桥电路。2023-1-7 为应变电桥提供为应变电桥提供2V稳压电源，电桥稳压电源，电桥输出信号接入差动直流放大电路，测量输输出信号接入差动直流放大电路，测量输出电压。根据输出电压值可以推算出应力出电压。根据
21、输出电压值可以推算出应力的大小，即重力。也可以使用应变片专用的大小，即重力。也可以使用应变片专用测量仪测量仪电阻应变仪电阻应变仪进行检测。进行检测。这种测量方法简单、方便，成本低。这种测量方法简单、方便，成本低。但容易损坏，受环境影响大，使用寿命短但容易损坏，受环境影响大，使用寿命短。长期使用时，零点漂移大，需要在使用。长期使用时，零点漂移大，需要在使用前调节零点。前调节零点。2023-1-7 方案二方案二：在本课题中也：在本课题中也可以直接采用电子吊秤的方可以直接采用电子吊秤的方法（课题二介绍）。购买电法（课题二介绍）。购买电子吊秤接在起重设备下，可子吊秤接在起重设备下，可实现货物在线装卸测
22、量、在实现货物在线装卸测量、在线称重，随时改变称量地点线称重，随时改变称量地点，可实现分次分批称重，提，可实现分次分批称重，提高效率，但成本较高。高效率，但成本较高。2023-1-7课题二课题二 电子秤电子秤 任务导入任务导入 某生产线上要安装某生产线上要安装自动称重和装料装置自动称重和装料装置。为了实现对物料的快速、准确的称量，提高为了实现对物料的快速、准确的称量，提高工业生产过程自动化程度，通常采用电子秤工业生产过程自动化程度，通常采用电子秤进行载荷测量，将输出信号提供控制中心，进行载荷测量，将输出信号提供控制中心，再由微机控制各阀门工作。再由微机控制各阀门工作。2023-1-72023-
23、1-7 电子秤的料箱先复位，电磁线圈电子秤的料箱先复位，电磁线圈1通通电，漏斗给电子秤自动加料，加到额定重电，漏斗给电子秤自动加料，加到额定重量时，停止加料。与此同时，装料的箱子量时，停止加料。与此同时，装料的箱子或袋子沿传送带运动，传送到装有物料的或袋子沿传送带运动，传送到装有物料的电子秤正下方，停止运动，电磁线圈电子秤正下方，停止运动，电磁线圈2通通电，电子秤料斗翻转，使料全部倒入箱子电，电子秤料斗翻转，使料全部倒入箱子或袋子中，然后传送带马达再次通电，将或袋子中，然后传送带马达再次通电，将装满料的箱子或袋子移出，完成任务。装满料的箱子或袋子移出，完成任务。2023-1-7 知识点了解电子
24、秤的基本结构学习电子秤的测量方法与适用范围 技能点掌握称重传感器的选用与使用了解2023-1-7相关知识相关知识 用于测量物体重量（质量）的电子装置用于测量物体重量（质量）的电子装置称为电子秤。与机械秤相比，它不仅可以测称为电子秤。与机械秤相比，它不仅可以测量物体重量，还可以将采集的数据传送到数量物体重量，还可以将采集的数据传送到数据处理中心，作为在线测量或自动控制的依据处理中心，作为在线测量或自动控制的依据。据。2023-1-72023-1-7一、电子秤结构一、电子秤结构 电子秤的种类很多，如家用的小量程电子秤的种类很多，如家用的小量程电电子秤子秤、健康秤健康秤，适合便利店、超市、大卖场，适
25、合便利店、超市、大卖场等场所使用等场所使用条码秤条码秤、计价秤计价秤、计重秤计重秤、收银收银秤秤，广泛应用于仓库、车间、货场、集贸广泛应用于仓库、车间、货场、集贸市场、工地等场所使用的电子平台秤，适用市场、工地等场所使用的电子平台秤，适用于吊装物料称量的于吊装物料称量的吊钩秤吊钩秤，应用于港口、仓，应用于港口、仓储、工厂、货场的储、工厂、货场的电子汽车衡电子汽车衡等。等。电子秤的核心是电子秤的核心是称重传感器称重传感器，主要由，主要由称重传感器、放大电路、称重传感器、放大电路、A/D转换电路、显转换电路、显示或控制电路组成。示或控制电路组成。2023-1-7 称重传感器感受被测物体的重量，输出
26、称重传感器感受被测物体的重量，输出一个小信号，经过放大电路，成为电信号，一个小信号，经过放大电路，成为电信号，通过通过A/D转换电路转换成数字信号，用于显示转换电路转换成数字信号，用于显示或控制。有的电子秤还增加了智能控制、自或控制。有的电子秤还增加了智能控制、自动补偿等功能。电子秤的承重结构的种类很动补偿等功能。电子秤的承重结构的种类很多，常见到有独梁承重、四脚承重。多，常见到有独梁承重、四脚承重。2023-1-72023-1-72023-1-7二、称重传感器二、称重传感器 称重传感器是工业测量中使用较多的一称重传感器是工业测量中使用较多的一种传感器，它是电子秤的敏感重力的敏感元种传感器，它
27、是电子秤的敏感重力的敏感元件，几乎运用到了所有的称重领域。称重传件，几乎运用到了所有的称重领域。称重传感器的量程从几克到几百吨。感器的量程从几克到几百吨。称重传感器根据制造原理不同可分为应称重传感器根据制造原理不同可分为应变式、感应式、电容式、振弦式等，其中应变式、感应式、电容式、振弦式等，其中应变式称重传感器在电子称重系统中应用最广变式称重传感器在电子称重系统中应用最广泛。泛。2023-1-72023-1-7 电阻应变式称重传感器由电阻应变式称重传感器由弹性元件弹性元件、应应变片变片和和外壳外壳组成。组成。弹性元件是称重传感器的基础，被测物弹性元件是称重传感器的基础，被测物的重量作用在弹性元
28、件上，使其在某一部位产的重量作用在弹性元件上，使其在某一部位产生较大的应变或位移；弹性元件上的应变片作生较大的应变或位移；弹性元件上的应变片作为传感元件，将弹性元件敏感的应变量或位移为传感元件，将弹性元件敏感的应变量或位移完全地同步地转换为电阻值的变化量，转换成完全地同步地转换为电阻值的变化量，转换成电信号，完成了重力的测量。电信号，完成了重力的测量。1应变式称重传感器的工作原理应变式称重传感器的工作原理 传感器弹性元件一般是由优质合金钢材、传感器弹性元件一般是由优质合金钢材、有色金属铝、铍青铜等材料加工成型，其外形有色金属铝、铍青铜等材料加工成型，其外形结构多种多样。根据被测量的大小及受力方
29、式结构多种多样。根据被测量的大小及受力方式不同，选择不同结构的弹性元件。常见的有柱不同，选择不同结构的弹性元件。常见的有柱式、悬臂梁式、环式、轮辐式等，式、悬臂梁式、环式、轮辐式等，2023-1-7 根据传感器弹性元件的结构不同，称根据传感器弹性元件的结构不同，称重传感器分为重传感器分为柱式柱式、悬臂梁式悬臂梁式、环式环式、轮轮辐式辐式等。不同结构的传感器量程范围、安等。不同结构的传感器量程范围、安装形式、适用场所也不尽相同。应变式称装形式、适用场所也不尽相同。应变式称重传感器主要用于重传感器主要用于测量力、荷重和扭矩测量力、荷重和扭矩。2应变式称重传感器种类应变式称重传感器种类2023-1-
30、7（1）柱式称重传感器）柱式称重传感器 这种传感器的特性是结构简单紧凑、易这种传感器的特性是结构简单紧凑、易于加工，可设计成压式或拉式的，或拉、压于加工，可设计成压式或拉式的，或拉、压两用型，并可承受很大的载荷。其缺点是灵两用型，并可承受很大的载荷。其缺点是灵敏度低、精度低等。敏度低、精度低等。适用于大、中量程的传适用于大、中量程的传感器（感器（1t500t）。2023-1-72023-1-7 在圆棒中央打孔，在孔内粘贴在圆棒中央打孔，在孔内粘贴4个应变片。个应变片。当其在集中载荷作用下，四个应变片位置可获当其在集中载荷作用下，四个应变片位置可获得应变相等而方向不同的应变。这样输出灵敏得应变相
31、等而方向不同的应变。这样输出灵敏度高、线性好；度高、线性好；受力状态稳定、结构简单、易受力状态稳定、结构简单、易于加工、可制成拉、压两用型。于加工、可制成拉、压两用型。该种传感器宜该种传感器宜制作中、小量程（制作中、小量程（0.5t50t）的称重（测力）的称重（测力）传感器传感器。（2）柱环式称重力传感器）柱环式称重力传感器 2023-1-7 传感器的弹性元件为双孔平行梁式弹性传感器的弹性元件为双孔平行梁式弹性元件，应变片贴在弹性元件的最薄处。由于元件，应变片贴在弹性元件的最薄处。由于弹性体成平行四边形，其输出不受力作用点弹性体成平行四边形，其输出不受力作用点位置变动的影响。位置变动的影响。该
32、结构一般适用于小量程该结构一般适用于小量程称重传感器（称重传感器（500g500kg）。）。（3）悬臂梁式称重传感器）悬臂梁式称重传感器 2023-1-7 还有一种常用的称重传感器的弹性元件是还有一种常用的称重传感器的弹性元件是双梁式弹性元件双梁式弹性元件。在上下梁的端部，加工成弧。在上下梁的端部，加工成弧形截面，应变片贴在应变梁的最薄处，这样可形截面，应变片贴在应变梁的最薄处，这样可提传感器的输出灵敏度。该种结构形式提传感器的输出灵敏度。该种结构形式受力状受力状态稳定，态稳定，一般适用于数百克到一般适用于数百克到100kg的称重传的称重传感器，精度可达感器，精度可达0.01%。2023-1-
33、7 环式称重传感器的载荷的作用点和支持环式称重传感器的载荷的作用点和支持点在同一轴线上，受力状态稳定。称重时，点在同一轴线上，受力状态稳定。称重时，利用其弯曲变形，产生信号。由于存在零弯利用其弯曲变形，产生信号。由于存在零弯矩区，力作用点变化对输出的影响小。矩区，力作用点变化对输出的影响小。这种这种结构形式一般适用结构形式一般适用5kg5t的称重传感器，精的称重传感器，精度可达度可达0.02%。（4）环式称重传感器）环式称重传感器 2023-1-7 轮辐式称重传感器主要由五个部分组成：轮辐式称重传感器主要由五个部分组成：轮轱、轮圈、轮辐条、受拉和受压应变片轮轱、轮圈、轮辐条、受拉和受压应变片。
34、轮。轮轱由顶端的钢球传递重力。当外力轱由顶端的钢球传递重力。当外力F作用在轮作用在轮轱上端和轮圈下面时，矩形轮辐条产生平行四轱上端和轮圈下面时，矩形轮辐条产生平行四边形变形。这种结构形式过载能力很强，线性边形变形。这种结构形式过载能力很强，线性测量范围比较宽。测量范围比较宽。一般适用一般适用5t50t的称重传的称重传感器感器。（5）轮辐式称重传感器）轮辐式称重传感器 2023-1-7三、称重传感器选择方法三、称重传感器选择方法 1环境因素环境因素 （1）对于高温环境下工作的传感器除了可）对于高温环境下工作的传感器除了可采用耐高温传感器，还必须加有隔热、水冷或采用耐高温传感器，还必须加有隔热、水
35、冷或气冷等冷却装置。气冷等冷却装置。（2）粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响）粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响。（3）腐蚀性较高的环境。）腐蚀性较高的环境。（4）电磁场可干扰传感器输出信号。）电磁场可干扰传感器输出信号。（5）易燃、易爆的环境。）易燃、易爆的环境。2023-1-7 2传感器数量和量程的选择传感器数量和量程的选择 传感器传感器数量的选择数量的选择是根据电子秤的用途是根据电子秤的用途、秤体需要支撑的点数而定。、秤体需要支撑的点数而定。2023-1-7 传感器量程的选择传感器量程的选择可依据电子秤的最大量可依据电子秤的最大量程、选用传感器的个数、秤体的自重和可能产程、选用传感器的个数、
36、秤体的自重和可能产生的最大过载等因素来确定。生的最大过载等因素来确定。一般应使传感器工作在量程的一般应使传感器工作在量程的30%70%范围内；对于一些在使用过程中存在较大冲击范围内；对于一些在使用过程中存在较大冲击力的秤，如动态轨道衡、动态汽车衡、钢材秤力的秤，如动态轨道衡、动态汽车衡、钢材秤等，在选用传感器时，要扩大其量程，以保证等，在选用传感器时，要扩大其量程，以保证传感器的使用安全和寿命。传感器的使用安全和寿命。传感器量程的计算公式是经过大量的实验传感器量程的计算公式是经过大量的实验而确定的，公式如下：而确定的，公式如下：0123 C=K K K K(Wmax+W)/NC单个传感器的额定
37、量程；单个传感器的额定量程；W秤体自重；秤体自重；Wmax被称物体净重的最大值；被称物体净重的最大值；N秤体所采用支撑点的数量；秤体所采用支撑点的数量；K0保险系数，一般取值保险系数，一般取值1.21.3之间；之间；K1冲击系数；冲击系数；K2秤体的重心偏移系数；秤体的重心偏移系数；K3风压系数。风压系数。2023-1-7 3传感器的适用范围传感器的适用范围 根据受力情况、性能指标、安装形式来选根据受力情况、性能指标、安装形式来选择称重传感器的种类。择称重传感器的种类。柱环式称重力传感器柱环式称重力传感器适用于大、中量程适用于大、中量程 柱式传感器柱式传感器适用于汽车衡、动态轨道衡、适用于汽车
38、衡、动态轨道衡、大吨位料斗秤大吨位料斗秤 悬臂梁式称重传感器悬臂梁式称重传感器适用于小量程适用于小量程 铝式悬臂梁传感器铝式悬臂梁传感器适用于计价秤、平台秤适用于计价秤、平台秤 钢式悬臂梁传感器钢式悬臂梁传感器适用于料斗秤、电子皮适用于料斗秤、电子皮带秤、分选秤；带秤、分选秤；钢质桥式传感器钢质桥式传感器适用于轨道衡、汽车衡、适用于轨道衡、汽车衡、天车秤等。天车秤等。2023-1-7例如例如：一台：一台30t电子汽车衡，最大称量是电子汽车衡，最大称量是30t，秤体自重为，秤体自重为1.9t，采用四只传感器。根据，采用四只传感器。根据当时的实际情况，选取保险系数当时的实际情况，选取保险系数K01
39、.25，冲，冲击系数击系数K11.18，重心偏移系数，重心偏移系数K21.03，风，风压系数压系数K31.02，试确定传感器的吨位。，试确定传感器的吨位。解：解：根据传感器量程计算公式：根据传感器量程计算公式：可知：可知：C1.251.181.031.02（301.9）4 12.36t可选用量程为可选用量程为15t的称重传感器的称重传感器（传感器的（传感器的吨位一般只有吨位一般只有10t、15t、20t、25t、30t、40t、50t等，除非特殊订做）。等，除非特殊订做）。2023-1-72023-1-7 安装时，如果安装时，如果使用单个秤重传感器，物体使用单个秤重传感器，物体受力方向或物体重
40、心应通过传感器的中心线；受力方向或物体重心应通过传感器的中心线；如果如果使用多个秤重传感器，传感器承载点要求使用多个秤重传感器，传感器承载点要求在同一水平面上，无偏载现象；在同一水平面上，无偏载现象；如果如果传感器为传感器为径向承载型（如轮辐式、柱式）时，安装后应径向承载型（如轮辐式、柱式）时，安装后应保证传感器纵向轴心和水平秤面垂直；保证传感器纵向轴心和水平秤面垂直；如果如果传传感器为剪切承载型（如悬臂梁式）时，安装后感器为剪切承载型（如悬臂梁式）时，安装后应保证传感器承载面和水平面平行。应保证传感器承载面和水平面平行。传感器在安装时应采用高强螺栓，安装牢传感器在安装时应采用高强螺栓，安装牢
41、固无蠕动。固无蠕动。四、称重传感器使用方法、注意事项四、称重传感器使用方法、注意事项2023-1-7 测量时，测量时，将传感器的输出引线根据使用将传感器的输出引线根据使用说明书与变换器相联。通常变送器除了具有说明书与变换器相联。通常变送器除了具有放大、阻抗匹配、线性补偿、温度补偿等基放大、阻抗匹配、线性补偿、温度补偿等基本功能，还具有标准信号外调零，外调增益本功能，还具有标准信号外调零，外调增益功能，以适应不同电桥、不同量程的传感器。功能，以适应不同电桥、不同量程的传感器。最终将力转换成电流或电压信号输出，如最终将力转换成电流或电压信号输出，如420mA、010mA、05V、15V等，该信号等
42、，该信号可直接与自动控制设备的接口或计算机相联。可直接与自动控制设备的接口或计算机相联。2023-1-7在使用力传感器时，应注意以下事项：在使用力传感器时，应注意以下事项：1传感器、变送器应定期进行静态标定。传感器、变送器应定期进行静态标定。2传感器载荷不应超过满量程的传感器载荷不应超过满量程的120%。3传感器避免与较高的非工作热辐射接触传感器避免与较高的非工作热辐射接触。4安装时，选择与量程相应强度的紧固螺安装时，选择与量程相应强度的紧固螺钉。钉。5变送器增益调节有两种变送器增益调节有两种:一种是放大倍一种是放大倍数调节；一种是微调，用于静态标定时使用。数调节；一种是微调，用于静态标定时使
43、用。2023-1-72023-1-7任务导入任务导入 化工行业常用一种干燥、造粒装置。化工行业常用一种干燥、造粒装置。通过压力式雾化器给料液施加一定的压力通过压力式雾化器给料液施加一定的压力（2-4MPa），使料液雾化。料液雾化后表），使料液雾化。料液雾化后表面积大大增加，在热风气流中，瞬间就可面积大大增加，在热风气流中，瞬间就可蒸发蒸发9598的水分，成为粒度均匀的的水分，成为粒度均匀的球状颗粒，制成微粒状成品。完成干燥的球状颗粒，制成微粒状成品。完成干燥的时间仅需十几秒到数十秒钟。为保证干燥时间仅需十几秒到数十秒钟。为保证干燥时间，干燥机的外形为高塔形。时间，干燥机的外形为高塔形。课题三课
44、题三 应变式压力传感器应变式压力传感器2023-1-72023-1-7 在该工业生产过程中，压力直接影响在该工业生产过程中，压力直接影响产品的质量和生产效率。在该装置中，雾产品的质量和生产效率。在该装置中，雾化器化器压力参数的控制压力参数的控制是较为关键的工艺参是较为关键的工艺参数。数。压力是怎样测量的？压力传感器的结压力是怎样测量的？压力传感器的结构如何？本课题的目的就是学习压力的测构如何？本课题的目的就是学习压力的测量方法，了解压力传感器的一般结构？量方法，了解压力传感器的一般结构？2023-1-72023-1-7 知识点了解应变式压力传感器的分类与基本结构学习应变式压力传感器的测量方法与
45、适用范围 技能点掌握应变式压力传感器基本使用方法2023-1-7 在检测领域和工业中的在检测领域和工业中的“压力压力”，就是，就是物理学中的物理学中的“压强压强”，用，用P表示，它等于垂直表示，它等于垂直作用在单位面积上的力。表达式为：作用在单位面积上的力。表达式为：PF/S 压力的国际单位为压力的国际单位为“帕斯卡帕斯卡”（Pa），），它表示它表示1（N/m2）。由于）。由于Pa太小，工程上常用太小，工程上常用其倍数单位其倍数单位 MPa（兆帕）来表示（兆帕）来表示:1MPa=106Pa。一、压力的基本概念及单位一、压力的基本概念及单位相关知识相关知识2023-1-7压力单位换算表压力单位换
46、算表2023-1-7 压力表示法有两种压力表示法有两种:绝对压力绝对压力以绝对真空作为基准所表示的以绝对真空作为基准所表示的压力。压力。相对压力相对压力以当地环境的大气压力作为基准以当地环境的大气压力作为基准所表示的压力，也称表压。相对压力又可分所表示的压力，也称表压。相对压力又可分为为差压差压和和表压表压。差压差压是指两个压力的差。是指两个压力的差。绝对压力与相对压力的换算关系为：绝对压力与相对压力的换算关系为：绝对压力相对压力大气压力。绝对压力相对压力大气压力。2023-1-7 压力传感器是指将压力信号转变为电信压力传感器是指将压力信号转变为电信号的装置。压力的传感器分为三大类，即号的装置
47、。压力的传感器分为三大类，即绝绝对压力传感器对压力传感器、相对压力传感器相对压力传感器和和差压传感差压传感器器。二、压力传感器的种类二、压力传感器的种类2023-1-7 1绝对压力传感器绝对压力传感器 绝对压力传感器所测得的绝对压力传感器所测得的压力是以真空为起点的压力压力是以真空为起点的压力。将。将P2密封为真空腔时，即密封为真空腔时，即为绝对压力传感器。为绝对压力传感器。环境大气压就是指绝对压环境大气压就是指绝对压力。如果某一容器内液体的力。如果某一容器内液体的绝对压力小于外界环境大气绝对压力小于外界环境大气压，可以认为是压，可以认为是“负压负压”,所所测得压力相当于真空度：测得压力相当于
48、真空度：真真空度大气压绝对压力空度大气压绝对压力2023-1-7 2相对压力传感器相对压力传感器 相对压力传感器也称表压传相对压力传感器也称表压传感器。表压传感器所测得的压力感器。表压传感器所测得的压力是以环境大气压为参考基准的压是以环境大气压为参考基准的压力。将力。将P1端通向大气，为环境端通向大气，为环境大气压，大气压，P2接被测压力。接被测压力。表压传感器的输出为零时，表压传感器的输出为零时，所测介质环境实际上存在一个与所测介质环境实际上存在一个与大气压力相等的绝对压力。大气压力相等的绝对压力。一般普通一般普通压力表压力表的指示值都的指示值都是相对压力。在工业生产和日常是相对压力。在工业
49、生产和日常生活中所提到的压力绝大多数指生活中所提到的压力绝大多数指的是表压。的是表压。2023-1-7 3差压传感器差压传感器 差压是指两个压差压是指两个压力力p1和和p2之差，又称之差，又称为压力差。感压膜片为压力差。感压膜片的上下两侧分别接入的上下两侧分别接入两个被测压力，所测两个被测压力，所测的压力差的压力差PP1P2，当，当P1P2时，时，P为正值。为正值。2023-1-7 很多情况下，在压差传感器敏感元件的很多情况下，在压差传感器敏感元件的两侧均存在一个很大的压力。两侧均存在一个很大的压力。例如：例如：P10.9MPa1.1MPa,P2=0.9MPa1.0MPa，压力差为，压力差为0
50、.1MPa，选择，选择测量范测量范围为围为-0.1MPa+0.1MPa的差压传感器。的差压传感器。注意：注意：差压传感器在使用时不允许在一差压传感器在使用时不允许在一侧仍保持很高压力的情况下，将另一侧的压侧仍保持很高压力的情况下，将另一侧的压力降低到零，这样会使两面的压力差剧增，力降低到零，这样会使两面的压力差剧增，造成过载，使原来用于测量微小差压的膜片造成过载，使原来用于测量微小差压的膜片塑性变形或破裂。塑性变形或破裂。2023-1-7 应变式压力传感器因结构简单、价格便宜应变式压力传感器因结构简单、价格便宜应用非常广泛。应变片粘贴在测量压力的弹性应用非常广泛。应变片粘贴在测量压力的弹性元件
