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传感器知识

力传感器在冲量测量中的应用

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2015-7-10     浏览次数:    

    力学传感器是将各种力学量转换为电信号的器件,力学量可分为几何学量、运动学量及力学量三部分,其中几何学量指的是位移、形变、尺寸等,运动学量是指几何学量的时间函数,如速度、加速度等。

    力学量包括质量、力、力矩、压力、应力等。根据被测力学的不同,这里我们首先要介绍的是应用最为广泛的应变式压力传感器,在以后的网页中,我们将逐步介绍其它类型的力学传感器。

    力学传感器的种类繁多,如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器,它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。

    下面我们主要介绍这类传感器。在了解压阻式力传感器时,我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。

    金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上,当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变,使应变片的阻值发生改变,从而使加在电阻上的电压发生变化。

    这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,一般这种应变片都组成应变电桥,并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给处理电路(通常是A/D转换和CPU)显示或执行机构。金属电阻应变片的内部结构由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。

    根据不同的用途,电阻应变片的阻值可以由设计者设计,但电阻的取值范围应注意:阻值太小,所需的驱动电流太大,同时应变片的发热致使本身的温度过高,不同的环境中使用,使应变片的阻值变化太大,输出零点漂移明显,调零电路过于复杂。而电阻太大,阻抗太高,抗外界的电磁干扰能力较差。

    一般均为几十欧至几十千欧左右。电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象,俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示式中:ρ——金属导体的电阻率(Ω·cm2/m) S——导体的截面积(cm2) L——导体的长度(m) 我们以金属丝应变电阻为例,当金属丝受外力作用时,其长度和截面积都会发生变化,从上式中可很容易看出,其电阻值即会发生改变,假如金属丝受外力作用而伸长时,其长度增加,而截面积减少,电阻值便会增大。

    当金属丝受外力作用而压缩时,长度减小而截面增加,电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化(通常是测量电阻两端的电压),即可获得应变金属丝的应变情况。压电式力传感器是利用石英晶体的纵向压电效应,将力转换成电荷的变换装置。传感器产生的电荷正比于被测外力,通过电荷放大器将电荷按比例转换成电压,用电压表或其他显示器读出其大小及变化。

力传感器在冲量测量中的应用图解

以下为A/D转换的结果,参考电压为-2.5V、+2.5V,故0对应-2.5V,255对应:

+2.5V.  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  63  66  68  69  71  72  73  76  78  81  82  84  86  88  91  93  95  98  100  102  104  106  109  111  113  115  117  119  122  124  127  129  131  133  135  137  139  141  143  146  147  149  151  153  156  158  159  162  163  165  167  169  171  173  175  177  179  180  182  184  185  187  189  191  193  194  196  197  199  200  202  204  205  207  209  210  211  212  213  215  216  217  218  219  221  222  223  224  225  226  227  227  228  229  229  230  231  231  232  232  233  233  233  234  234  234  234  235  235  234  235  235  235  234  234  234  234  234  233  232  232  232  232  231  231  230  229  229  228  227  226  226  225  223  223  222  221  219  218  217  216  215  213  212  211  210  209  207  205  203  202  200  199  197  196  194  193  191  189  187  186  184  182  181  179  178  175  174  172  170  169  167  165  164  162  161  159  157  155  153  152  150  148  147  145  143  142  140  139  137  135  134  133  131  130  129  127  125  123  122  121  119  118  117  115  114  113  111  110  109  107  106  105  104  102  101  100  99  98  97  95  94  93  92  91  90  89  88  86  86  85  84  83  82  81  79  79  78  77  76  75  74  73  73  72  71  70  69  69  68  67  67  66  66  65  65  63  63  63  62  62  61  60  60  60  59  59  59  58  58  58  58  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  57  58  57  58  57  57  58  57  57  58  57  58  58  57  58  57  57  58  57  58  57  57  58  58  57  57  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58  58 

实验参数如下:

电荷放大器的灵敏度:0.1V/N;

电压放大倍数:1.0倍;

采样周期:20微秒;

采样长度:1000点;

质量块的质量:169.18800kg;

挡光片宽度:1.00000cm;

碰撞前挡光时间:24.04ms;

碰撞后挡光时间:41.88ms.

1000  ∑Xi=84017 

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