常用传感器的类型和处事道理ppt课件

2020-01-01 09:41 作者:钱柜777老虎机官网 点击:

 

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  内容提示:第三章 常用传感器的类型和工作原理 1 安全监测仪器的发展 (1 1 )国外的发展概况  德国, 1891 年的 埃施巴赫混凝土重力坝 中进行外部 变形观测  1903 年美国新泽西州的布恩顿( Boonton )重力坝,进行温度观测  瑞士, 1920 年第一次用大地测量法测量大坝变形  1920 年瑞士蒙萨温斯( Montsalvens )重力坝(高 35m ),埋设电阻式遥测仪器。  1925 年美国垦务局对爱达荷州高 25m 的亚美利加一佛尔兹坝进行扬压力观测  1926 年美国垦务局,斯蒂尔顿试验坝(高 18.3m )埋设 电阻式应变计 140 支,研究拱坝的应力分布 传感器的发展历程  差动电阻式传感器  1932 年...

  第三章 常用传感器的类型和工作原理 1 安全监测仪器的发展 (1 1 )国外的发展概况  德国, 1891 年的 埃施巴赫混凝土重力坝 中进行外部 变形观测  1903 年美国新泽西州的布恩顿( Boonton )重力坝,进行温度观测  瑞士, 1920 年第一次用大地测量法测量大坝变形  1920 年瑞士蒙萨温斯( Montsalvens )重力坝(高 35m ),埋设电阻式遥测仪器。  1925 年美国垦务局对爱达荷州高 25m 的亚美利加一佛尔兹坝进行扬压力观测  1926 年美国垦务局,斯蒂尔顿试验坝(高 18.3m )埋设 电阻式应变计 140 支,研究拱坝的应力分布 传感器的发展历程  差动电阻式传感器  1932 年美国加利福尼亚大学教授 卡尔逊  小巧玲珑、易于操作、便于野外作业等优点  振弦式传感器  1919 年谢弗设计,由德国麦哈克公司生产  1932 年克温设计,由法国泰勒马克生产振弦式应变计  同一时期原苏联学者达维金科夫制造了一种弦式仪器  弦式传感器的精度和灵敏度均优于卡式仪器,且结构简单、容易实现自动化巡检。  电阻应变片  20 世纪 50 年代,日本渡边以电阻应变片作为敏感元件,研制“贴片式仪器”  光纤传感器  1977 年美国海军研究所开始执行光纤传感器系统的计划 (2 2 )国内的发展情况  1958 年水利水电科学研究院,研制了 差动电阻式(卡尔逊式) 系列仪器  1964 年南京水利科学研究院、铁道科学研究院和中国建筑科学研究院,研制了 振弦式传感器  1968 年南京电力自动化设备厂,生产差动电阻丝应变计、测缝计、钢筋计、孔隙压力计、温度计等观测仪表 2 电阻式传感器的基本原理 电阻式传感器 电阻式传感器的类别与特性 类 类 别 原 原 理 输出特性 电位器式传感器 变阻器 阻值随输出端位置的变化而变化 应变式传感器 应变 电阻效应 阻值随材料的形变而改变 压阻式传感器 压 阻 效应 阻值随加在材料上的压力而改变 光电阻式传感器 光电效应 阻值与外加光的强弱及性质有关 热电阻式传感器 电阻 温度特性 阻值随材料温度的变化而变化 电阻元件 非电量 电阻变化 2.1 电阻应变式传感器 图中, ,l 称为 应变片的标距 , 或称 工作基长; ;b 称为 应变片的基宽 , 或称 工作宽度; ;l ×b 称为 应变片的使用面积。 。 (1 1 )电阻应变片的结构  电阻丝较细 , 直径一般在0.015 ~0.06 mm, , 两端焊有较粗的 低阻镀锡铜丝( ( 直径为0.1 ~0.2 mm) ) 作为引线 ,以便与测量电路连接。 。  应变片的规格一般是以使用面积和电阻来表示的 ,如 如PJ-120 型金属电阻应变片的规格为13 mm ×5 mm, ,120 W W 。 电阻应变片 , 试件上的应力变化转换成电阻变化 。 应变效应: : 导体或半导体在受到外界力的作用时 , 产生机械变形 , 机械变形导致其阻值变化 ,这种 因形变而使阻值发生变化的现象 称为应变效应 。 应变效应 (2 2 )电阻应变片的工作原理 一 、 金属的应变效应 对于一长为L L 、 横截面积为A A 、电阻率为 的金属丝 , 其电阻值R R 为 / A L R  如果对电阻丝长度作用均匀应力 , 则 、L L 、A A 的变化(d 、 dL 、 dA) 将引起电阻R R 变化 dR 。 通过对上式的全微分可得 dR 为 dAALdALdLAdR2  金属丝的应变效应 l l+ dl 2r 2(r-dr) F F 若电阻丝是圆形的 , 则 A= r r , ,对r r 微分得 dA=2 2 r r dr , 则 在弹性范围内金属丝受拉力时 , 沿轴向伸长 , 沿径向缩短 , 则轴向应变和径向应变的关系为 y =- x 为金属材料的泊松系数 。 定义:K K S S 为 金属丝的灵敏系数 , 表示单位应变所引起的电阻的相对变化 , 则有 222rdrrrdrAdA 金属的径向应变 金属的轴向应变 令yxr drL dL/ / x x SdRdRK   / ) 2 1 ( /    金属的应变效应 dAALdALdLAdR2   根据应力 和应变 的关系: 应力=E , , 应变 dR , dR 。 金属丝的应变效应 l l+ dl 2r 2(r-dr) F F x x SdRdRK   / ) 2 1 ( /    确定的 金属 材料, ,(1+2)项 项是常数 ,在 其数值约在1~2 之间 ,实验证明d/ ╱ x 也是常数。 。 / x S x SRdRK KRdR    ,金属的电阻相对变化与应变成正比关系。 。 通过弹性元件 , 可 将应力转换为应变 , 这是 应变式传感器测量应 力 的基本原理。 。 灵敏系数K S 受两个因素影响: ( (1) ) 应变片受力后 材料几何尺寸 的变化, , 即1+2 ; ( (2) ) 应变片受力后材料的 电阻率 的变化 , 即 ( d/ ) / 。  R RK/ d d 1) 2 1 (S    对金属来说 , 第二项很小 , 可忽略不计, ,K S 的第一项起主要作用 ,   = =0.25 ~0.5, ,故 故K S 1.5 ~2 。 对半导体而言 , 第二项取值为50 ~100, , 第一项可忽略不计 。 可见 , 半导体的灵敏系数要比金属大得多。 。 应变是量纲为1 的数 。 通常应变很小 , 常用10 -6 来 表示 。例如 , 当 应变为 为0.000001时 时 , 在工程中常表示为1 ×10 -6 或 。在应变测量中 , 也常称为 微应变。 。 金属丝的灵敏系数物理意义 ①测量精度高,测量应变的误差小于1 % 。 ② 测量范围广。