1、傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測n學習目標：學習目標： 使學生了解稱重傳感器的組成、工作原使學生了解稱重傳感器的組成、工作原理及性能指標；稱重測量電路的作用及性能。理及性能指標；稱重測量電路的作用及性能。 n學習重點：學習重點： （1）稱重傳感器的工作原理）稱重傳感器的工作原理 （2）電橋測量電路的作用及分析。）電橋測量電路的作用及分析。 n學習難點學習難點 ： 稱重傳感器的工作原理。稱重傳感器的工作原理。 傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測任務提出：任務提出： 在生活、生產中，常常需要對物在生活、生產中，常常需要對物體的重量進行檢

2、測。體的重量進行檢測。傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測資訊資訊 力敏傳感器是使用很廣泛的一種傳感器。它力敏傳感器是使用很廣泛的一種傳感器。它是生產過程中自動化檢測的重要部件。它的種類是生產過程中自動化檢測的重要部件。它的種類很多，有直接將力變換為電量的如壓電式、壓阻很多，有直接將力變換為電量的如壓電式、壓阻式等，有經彈性敏感元件或其它敏感元件變換后式等，有經彈性敏感元件或其它敏感元件變換后再轉換成電量的如電阻式、電容式和電感式等。再轉換成電量的如電阻式、電容式和電感式等。它主要用于兩個方面：測力和稱重。它主要用于兩個方面：測力和稱重。 傳傳感感器器技技術術與與應

3、應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測（一）測力傳感器的彈性敏感元件（一）測力傳感器的彈性敏感元件一、彈簧管壓力表的組成一、彈簧管壓力表的組成：彈簧管是彈性敏感元件，它能：彈簧管是彈性敏感元件，它能感受壓力并產生自身的彈性變形。當被測壓力作用于彈簧感受壓力并產生自身的彈性變形。當被測壓力作用于彈簧管時，彈簧管便產生相應的變形，通過機械傳動機構，使管時，彈簧管便產生相應的變形，通過機械傳動機構，使標尺指針偏移角度，從而得到壓力的數值。標尺指針偏移角度，從而得到壓力的數值。彈簧管壓力表的組成框圖 傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測（一）測力傳感器的彈性敏感元件（一）測

4、力傳感器的彈性敏感元件二、彈性敏感元件的基本概念二、彈性敏感元件的基本概念：物體在外力作用下改變原物體在外力作用下改變原來尺寸或形狀的現象稱為變形。如果變形后的物體在外力來尺寸或形狀的現象稱為變形。如果變形后的物體在外力去除后又恢復原來形狀的變形稱為彈性變形。具有彈性變去除后又恢復原來形狀的變形稱為彈性變形。具有彈性變形特性的物體稱為彈性元件。形特性的物體稱為彈性元件。（1）剛度：彈性元件產生單位變形所需的力。（2）靈敏度：在單位力作用下彈性元件產生的變形。dxdFxFKxlim0dFdxKS1傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測（一）測力傳感器的彈性敏感元件（一）

5、測力傳感器的彈性敏感元件三、彈性敏感元件的基本要求及類型三、彈性敏感元件的基本要求及類型：剛度和靈敏度表示了剛度和靈敏度表示了彈性元件的軟硬程度。元件越硬，剛度越大，單位力作用彈性元件的軟硬程度。元件越硬，剛度越大，單位力作用下變形越小，靈敏度越小。當剛度和靈敏度為常數時，作下變形越小，靈敏度越小。當剛度和靈敏度為常數時，作用力用力F與變形與變形X成線性關系，此種元件稱為線性彈性元件。成線性關系，此種元件稱為線性彈性元件。（1）具有良好的機械特性（強度高、抗沖擊、韌性好、疲勞強度高等）和良好的機械加工及熱處理性能。（2）良好的彈性特性（彈性極限高、彈性滯后和彈性后效小等）。（3）彈性模量的溫度

6、系數小且穩定，材料的線膨脹系數小且穩定。（4）抗氧化性和抗腐蝕性等化學性能良好。彈性彈性敏感敏感元件元件的基的基本要本要求求 傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測（1）變換力（力矩）彈性元件：等截面柱）變換力（力矩）彈性元件：等截面柱式、懸臂梁、圓環式和等截面薄板等。式、懸臂梁、圓環式和等截面薄板等。（2）變換壓力彈性元件：彈簧管、波紋管、）變換壓力彈性元件：彈簧管、波紋管、膜片（力、壓力均可以變換）等。膜片（力、壓力均可以變換）等。彈性元件輸入量 傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測（二）電阻應變式傳感器（二）電阻應變式傳感器電阻應變式

7、傳感器是一種利用電阻應變效應，將力學電阻應變式傳感器是一種利用電阻應變效應，將力學量轉換為電信號的傳感器。量轉換為電信號的傳感器。工作原理：工作原理：1、電阻應變效應：、電阻應變效應：導體或半導體材料在外力作用下產生機械變形時，其導體或半導體材料在外力作用下產生機械變形時，其電阻值也發生相應變化的現象稱為電阻應變效應。電阻值也發生相應變化的現象稱為電阻應變效應。傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測（二）電阻應變式傳感器（二）電阻應變式傳感器2、工作原理：、工作原理：電阻應變式傳感器是通過彈性敏感元件將外部的電阻應變式傳感器是通過彈性敏感元件將外部的應力轉換成應變應力

8、轉換成應變，再根據電阻應變效應，由電阻應變，再根據電阻應變效應，由電阻應變片將應變轉換成電阻值的微小變化，通過測量電橋轉片將應變轉換成電阻值的微小變化，通過測量電橋轉換成電壓或電流的輸出。換成電壓或電流的輸出。 電阻應變式傳感器原理框圖電阻應變式傳感器原理框圖 電阻應變片電阻應變片 測量電橋測量電橋U或或i 彈性敏感元件彈性敏感元件壓力壓力P 傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測（d） （e） （f）各種應變式電阻傳感器的外形圖(a)箔式壓力；(b)柱式；(c)懸臂梁式；(d)橋式；(e)輪輻式；(f)S型拉壓式傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測

9、重量的檢測金屬箔式壓力傳感器：金屬箔式壓力傳感器：采用了箔式應變片貼在合金鋼做的彈性體上，具有精度高、溫度特性好等特點。適用于適用于電子皮帶秤、配料皮帶秤、配料秤等秤等場所。 柱式傳感器：柱式傳感器：將箔式應變片貼在合金鋼制作的圓柱彈性體中段較細的部位。這類傳感器結構簡單，加工容易，可拉、可壓或拉壓兩用，可承受很大的負載，具有長期穩定性好、密封性好、靈敏度和精度較低等特點。適用于地中衡、料斗秤、汽車衡、軌道衡等場所。傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測懸臂梁式傳感器：懸臂梁式傳感器：它將箔式應變片貼在合金鋼制作的彈性體的上下兩面，彈性體一端固定、一端加載，拉、壓均可

10、。具有精度高、密封性好、易安裝等特點。適用于電子秤、料斗秤等小量程的稱重場合。橋式傳感器：橋式傳感器：采用了箔式應變片貼在合金鋼彈性體上，具有精度高、長期穩定性好、密封性能好、抗側向力和抗偏載能力強等特點。適用于各種汽車衡、軌道衡、料斗秤等場所。傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測輪輻式傳感器：輪輻式傳感器：承載連接采用鋼球或SR球面結構。有較好的自動復位能力，有良好的抗側抗偏載能力；高精度高靈敏，適用于汽車秤，平臺秤，料斗秤，軌道衡等電子衡器。S型拉壓式傳感器：型拉壓式傳感器：采用S型結構，由于其載荷的作用點和支撐點在同一軸線上，因此它的受力穩定，稱重時，利用其彎

11、曲變形，產生信號。這種傳感器拉壓均可使用，應用于高濕度環境，具有優越的抗扭、抗側、抗偏載能力，輸出對稱性好，精度高、結構緊湊等特點。適用于配料秤、料斗秤、機電結合秤、吊鉤秤等場所。傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測金屬電阻應變片的結構金屬電阻應變片的結構 金屬電阻應變片的結構如右圖所示，它由敏感柵、基體、覆蓋層（保護片）和引出線四部分組成 電阻應變式傳感器原理框圖電阻應變式傳感器原理框圖 傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測（1）敏感柵是轉換元件，由金屬絲、金屬箔制成，它被）敏感柵是轉換元件，由金屬絲、金屬箔制成，它被粘貼在基體上。通過

12、基體把應變傳遞給它。粘貼在基體上。通過基體把應變傳遞給它。（2）基體起絕緣作用。（金屬絲式應變片的結構圖）基體起絕緣作用。（金屬絲式應變片的結構圖）（3）覆蓋層（保護片）起絕緣保護作用。）覆蓋層（保護片）起絕緣保護作用。（4）引出線焊接于敏感柵兩端，作連接測量導線之用。）引出線焊接于敏感柵兩端，作連接測量導線之用。電阻應變片有金屬電阻應變片和半導體應變片兩大類。電阻應變片有金屬電阻應變片和半導體應變片兩大類。金屬電阻應變片又有絲式、箔式和薄膜式等結構形式。金屬電阻應變片又有絲式、箔式和薄膜式等結構形式。傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測（二）電阻應變式傳感器（二）

13、電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器是一種利用電阻應變效應，將力學電阻應變式傳感器是一種利用電阻應變效應，將力學量轉換為電信號的傳感器。量轉換為電信號的傳感器。工作原理：工作原理：1、電阻應變效應：、電阻應變效應：導體或半導體材料在外力作用下產生機械變形時，其導體或半導體材料在外力作用下產生機械變形時，其電阻值也發生相應變化的現象稱為電阻應變效應。電阻值也發生相應變化的現象稱為電阻應變效應。傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測（三）壓阻式傳感器（三）壓阻式傳感器壓阻效應是在半導體材料上施加作用力時，其壓阻效應是在半導體材料上施加作用力時，其電阻率將發生顯著變化的現象。電

14、阻率將發生顯著變化的現象。它有兩種類型，一種是利用半導體材料的體電它有兩種類型，一種是利用半導體材料的體電阻，制作成半導體應變計，其靈敏度比金屬應變計阻，制作成半導體應變計，其靈敏度比金屬應變計高兩個數量級；另一種是利用半導體集成工藝中的高兩個數量級；另一種是利用半導體集成工藝中的擴散技術，將四個半導體應變電阻制作在同一硅片擴散技術，將四個半導體應變電阻制作在同一硅片上，而制成擴散硅壓阻式傳感器上，而制成擴散硅壓阻式傳感器。 傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測決策與計劃決策與計劃 根據實際應用，選擇電阻應變式傳感器根據實際應用，選擇電阻應變式傳感器傳傳感感器器技技

15、術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測實施實施電阻應變式傳感器是將力的變化轉電阻應變式傳感器是將力的變化轉換為應變片電阻值的變化，由于電阻值換為應變片電阻值的變化，由于電阻值的變化范圍很小，最常用的測量電路為的變化范圍很小，最常用的測量電路為電橋電路。電橋電路。 傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測電橋電路：如右圖電橋電路：如右圖當R1=R2=R3 =R4=R時，為等臂電橋。當R1=R2=R；R3 =R4=R時，為輸出對稱電橋。當R1=R3=R；R2 =R4=R時，為電源對稱電橋。由分析可知：當R1R4=R2R3時，電橋平衡，輸出電壓UO=0。電橋電路電橋

16、電路 傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測 單臂電橋：如右圖單臂電橋：如右圖R1為電阻應變片。起始時，為電阻應變片。起始時，應變片未承受應變，電橋應變片未承受應變，電橋平衡：平衡：R1R4=R2R3，此，此時時UO=0。當應變片承受應變時，則當應變片承受應變時，則R1增大為增大為R1+R，對于，對于等臂電橋和輸出對稱電橋，等臂電橋和輸出對稱電橋，此時的輸出電壓為：此時的輸出電壓為： 單臂電橋 KURRUU440傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測雙臂電橋（差動半橋）：電雙臂電橋（差動半橋）：電阻阻R1、R2為應變片，為應變片，R3、R4為

17、固定電阻。為固定電阻。當應變片承受應變時，當應變片承受應變時，R1增大為增大為R1+R，同，同時時R2減小為減小為R2R，此時的輸出電壓為單臂此時的輸出電壓為單臂工作時的兩倍。工作時的兩倍。差動半橋差動半橋KURRUU220傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測差動全橋：差動全橋：電阻電阻R1、R2、R3、R4均為均為應變片。當應變片承受應變片。當應變片承受應變時，則應變時，則R1和和R4增增大大R，R2和和R3減小減小R，此時的輸出電壓，此時的輸出電壓為單臂工作時的四倍。為單臂工作時的四倍。差動全橋差動全橋UKRRUU0傳傳感感器器技技術術與與應應用用任務任務1 重量的檢測重量的檢測差動全橋工作方式的靈敏度最高，差動全橋工作方式的靈敏度最高，差動半橋次之，單臂電橋靈敏度最低。差動半橋次之，單臂電橋靈敏度最低。采用全橋（或雙臂半橋）還能實現溫度采用全橋（或雙臂半橋）還能實現溫度變化的自動補償。因此，一般采用差動變化的自動補償。因此，一般采用差動全橋電路。全橋電路。 傳傳感感器器技技術術與