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1、工程一：电子称的设计与制造工程一：电子称的设计与制造技艺训练目的要求技艺训练目的要求: : 1.1.了解传感器的作用与工程运用情况了解传感器的作用与工程运用情况 2.2.了解传感器的分类了解传感器的分类 3.3.了解应变片的原理与用途了解应变片的原理与用途4.4.学会应变丈量电路的设计与制造学会应变丈量电路的设计与制造5.5.掌握电桥丈量电路的制造要领掌握电桥丈量电路的制造要领湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术1.1 1.1 传感器根底知识传感器根底
2、知识1.1.1 1.1.1 概述概述 1.定义定义 传感器就是能感知外界信息并能按一定规传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的机械电子安装。律将这些信息转换成可用信号的机械电子安装。如以下图所示如以下图所示:物理量物理量电量电量湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术 2.传感器的组成传感器的组成 传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件的作用是感受被测物理量，并对信号进展转换输出。辅助器件那么是对敏感器件输出的电信号进展放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。如以下图的温度电阻。 dV湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业
3、技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术3.3.传感器的分类传感器的分类1)1)按被按被测测物理量分物理量分类类常常见的被的被测物理量物理量机械量机械量: :长度度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速度速度, ,加速度加速度, , 旋旋转角角, ,转数数, ,质量量, ,分量分量, ,力力, , 压力力, ,真空度真空度, ,力矩力矩, ,风速速, ,流速流速, , 流量流量; ;声声: : 声声压, ,噪声噪声. .磁磁: : 磁通磁通, ,磁磁场. .温度温度: : 温度温度, ,热量量, ,比比热. .光：光： 亮度，亮度，颜色色湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院
4、机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术机械式机械式, ,电气式气式, ,光学式，流体式等。光学式，流体式等。2)2)按任务原理分类按任务原理分类: :切削力丈量应变片切削力丈量应变片动圈式磁电传感器动圈式磁电传感器湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术能量转换型和能量控制型能量转换型和能量控制型. .3)3)按信号变换特征按信号变换特征: :能量能量转换型型: :直接由被直接由被测对象象输入能量使其任入能量使其任务. . 例如例如: :热电偶温度偶温度计, ,压电式加速度式加速度计. .能量控制型能量控制型: :从外部供从外部供应能量
5、并由被丈量控制外部能量并由被丈量控制外部 供供应能量的能量的变化化. .例如例如: :电阻阻应变片片. .湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术4)4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系按敏感元件与被测对象之间的能量关系: :物性型：依托敏感元件物性型：依托敏感元件资料本身物理性料本身物理性质的的变化来化来实现信信号号变换。如。如: :水水银温度温度计。构外型：依托构外型：依托传感器构造参数的感器构造参数的变化化实现信号信号转变。 湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术5.传传感器的命名感器
6、的命名由主由主题词题词加四加四级级修修饰语饰语构成。构成。主主题词题词传传感器；感器；第一第一级级修修饰语饰语被丈量，包括修被丈量，包括修饰饰被丈量的定被丈量的定语语；第二第二级级修修饰语饰语转换转换原理，普通可后原理，普通可后续续以以“式字；式字；第三第三级级修修饰语饰语特征描画，指必需特征描画，指必需强强调调的的传传感器构感器构造、性能、造、性能、资资料特征、敏感元件及其它必要的性能特料特征、敏感元件及其它必要的性能特征，普通可后征，普通可后续续以以“型字；型字；第四第四级级修修饰语饰语主要技主要技术术目的目的 量程、准确度、灵敏量程、准确度、灵敏度等度等 。湖州职业技术学院机电工程分院湖
7、州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术1.1.2传感器的主要特性参数传感器的主要特性参数1.灵敏度灵敏度灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值。它是输入变化和引起此变化的输入量变化的比值。它是输入与输出特性曲线的斜率，与输出特性曲线的斜率，如右图所示，可表示为：如右图所示，可表示为：湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术2.分辨率分辨率分辨率是指检测仪表可以准确检测出被丈量分辨率是指检测仪表可以准确检测出被丈量最小变化值的才干。输入量从某个恣意值
8、缓慢添最小变化值的才干。输入量从某个恣意值缓慢添加，直到可以丈量到输出的变化为止，此时的输加，直到可以丈量到输出的变化为止，此时的输入量就是分辨率。可以用绝对值，也可以用量程入量就是分辨率。可以用绝对值，也可以用量程的百分数来表示。灵敏度愈高，分辨率愈好。的百分数来表示。灵敏度愈高，分辨率愈好。湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术3.线线性度与非性度与非线线性性误误差差线线性度是用性度是用实测实测的的检测检测系系统输统输入入输输出特性曲出特性曲线线与与拟拟合直合直线线之之间间最大偏向与最大偏向与满满量程量程输输出的百分比来表示的，如以下出的
9、百分比来表示的，如以下图图所示。所示。线线性度可用非性度可用非线线性性误误差来表示，差来表示，计计算式算式为为：湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术4.迟迟滞滞迟迟滞特性滞特性阐阐明明检测检测系系统统在正向和反向行程期在正向和反向行程期间间，输输入入输输出特性曲出特性曲线线不一致的程度。如右以下不一致的程度。如右以下图图所所示。示。经过实验经过实验，找出，找出输输出量的出量的这这种最大差种最大差值值，并以，并以满满量程量程输输出出YFS的百分数表示，的百分数表示，如下式：如下式：湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感
10、器与检测技术传感器与检测技术1.2检测系统的根本组成检测系统的根本组成一个完好的检测系统或检测安装通常是由传感一个完好的检测系统或检测安装通常是由传感器、丈量电路和显示记录安装等几部分组成。检测器、丈量电路和显示记录安装等几部分组成。检测系统的组成框图如下系统的组成框图如下：湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术1.3相相对误对误差差相相对误对误差是差是仪仪表指示表指示值值的的绝对误绝对误差差与被丈量真与被丈量真值值x0的比的比值值，常用百分数表示，即，常用百分数表示，即相相对误对误差比差比绝对误绝对误差能更好地差能更好地阐阐明丈量的准确程明
11、丈量的准确程度。在上面的例子中度。在上面的例子中:湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术援用援用误差是差是绝对误差与差与仪表量程上的比表量程上的比值，通常以百分数表示。援用通常以百分数表示。援用误差差假假设以丈量以丈量仪表整个量程中，能表整个量程中，能够出出现的的绝对误差最大差最大值m替代替代，那么可得到最大援用，那么可得到最大援用误差差r0m。对一台确定的仪表或一个检测系统，最大援用对一台确定的仪表或一个检测系统，最大援用误差就是一个定值。误差就是一个定值。湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检
12、测技术1.4 1.4 电电阻阻应变应变应变应变片片 电阻阻应变片基于金属片基于金属导体的体的应变效效应，即阻，即阻值随机械随机械变形的形的变化化而而发生生变。 湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术1) 1) 任务原理任务原理上述任何一个参数上述任何一个参数变换均会引起均会引起电阻阻变化化, ,求求导数数金属应变片的电阻金属应变片的电阻R R为为代入代入湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术有：有：金属丝：金属丝：金属金属丝体体积不不变：湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分
13、院 传感器与检测技术传感器与检测技术有：有：对金属金属资料，料，导电率不率不变：金属金属丝应变片：片：湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术应变计金属应变计金属应变计湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术半导体应变计半导体应变计简化化为：优点：灵敏度大点：灵敏度大; ;体体积小小; ;缺陷：温度缺陷：温度稳定性和可反复性不如金属定性和可反复性不如金属应变片。片。湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术3) 3) 应变片的主要参数应变片的主要参
14、数 u其它表示其它表示应变计性能的参数任性能的参数任务温度、温度、滞后、蠕滞后、蠕变、零漂以及疲、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏寿命、横向灵敏度等。度等。 u几何参数：表距几何参数：表距L L和和丝栅宽度度b b，制造厂常用，制造厂常用 u bL bL表示。表示。u电阻阻值：应变计的原始的原始电阻阻值。 u灵敏系数：表示灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。性能的重要参数。 湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术4) 4) 应变片丈量电路应变片丈量电路VER1R2R3R4湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术
15、传感器与检测技术5)5)运用：测力运用：测力湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术6)6)规范产品规范产品湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术7)7)案例：桥梁固有频率丈量案例：桥梁固有频率丈量湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术案例：电子称案例：电子称原理将物品分量经过悬臂梁转化构造变形再经过应变片转化为电量输出。湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术1.5电电子称的制造子称的制造1
16、、原理、原理如下如下图图，采用采用E350ZAA箔式箔式应变应变片，片，其常其常态态阻阻值为值为350。湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术2、元件、元件选择选择1 IC1选选用用ICL7126集成集成块块；IC2、IC3选选用高精度用高精度低温低温标标精精细细运放运放OP07；IC4选选用用LM3851.2V。2 传传感器感器RI选选用用E350ZAA箔式箔式电电阻阻应变应变片，其片，其常常态态阻阻值为值为350。3 各各电电阻元件宜阻元件宜选选用精用精细细金属膜金属膜电电阻。阻。4 RPI选选用精用精细细多圈多圈电电位器，位器，RP2、
17、RP3经调试经调试后后可分可分别别用精用精细细金属膜金属膜电电阻替代。阻替代。5 电电容中容中C1选选用云母用云母电电容或瓷介容或瓷介电电容。容。湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术3、制造、制造1 电电子子线线路的制造路的制造元件布置：横平元件布置：横平竖竖直，直，间间距适当；距适当；锡焊锡焊：控制：控制焊焊点大小，留意虚点大小，留意虚焊焊；2 变变形形钢钢件的制造件的制造可用普通可用普通钢锯钢锯条制造，先将条制造，先将锯齿锯齿磨平，再将磨平，再将锯锯条加条加热热弯成弯成“U形，并在形，并在对应对应位置位置钻钻孔，以装孔，以装显显示部件。
18、示部件。然后再然后再进进展淬火和外表展淬火和外表处处置，秤置，秤钩钩粘于粘于钢钢件底部。件底部。应应变变片用片用应变应变胶粘胶粘剂剂粘接于粘接于钢钢件件变变形最大的部位。形最大的部位。湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术4、调试、调试1在秤体自然下垂无负载时调在秤体自然下垂无负载时调RP1，显示为零；，显示为零；2再调整再调整RP2，使秤体承当满量程，使秤体承当满量程2千克时显示满千克时显示满量程值；量程值；3然后在秤钩下悬挂然后在秤钩下悬挂1千克的规范砝码，察看显示千克的规范砝码，察看显示器能否显示器能否显示1.000，如有偏向，可调整，
19、如有偏向，可调整RP3值，使之值，使之准确显示准确显示1.000；4重新进展重新进展2、3步骤，使之均满足要求为止；步骤，使之均满足要求为止；5准确丈量准确丈量RP2、RP3值，用固定精细电阻替代；值，用固定精细电阻替代；湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术思索题思索题l.检测系统由哪几部分组成检测系统由哪几部分组成?阐明各部分的作用。阐明各部分的作用。2.传感器的型号有几部分组成，各部分有何意义传感器的型号有几部分组成，各部分有何意义?3.丈量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，该丈量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，该当采用何种丈量方法当采用何种丈量方法?如何进展如何进展?4.某线性位移丈量仪，当被测位移由某线性位移丈量仪，当被测位移由4.5mm变到变到5.0mm时，位移丈量仪的输出电压由时，位移丈量仪的输出电压由3.5V减至减至2.5V，求该仪器的灵敏度。，求该仪器的灵敏度。湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术
