KC04040206-m01应变式传感器的选型.

1传感器及应用21•任务1：车速检测中的压力检测•任务2：电子秤的压力检测•任务3：管道内液体的压力检测•任务4：物联网中的压力检测-知识拓展项目四、物联网中的压力检测传感器及应用31任务2：电子称的压力检测应变式传感器的选型4应变式传感器的选型一、金属应变片的主要特性灵敏系数1灵敏系数是指应变片安装于试件表面，在其轴线方向的单项应力作用下，应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴相应变之比。实验表明，电阻应变片的灵敏系数k恒小于电阻丝的灵敏度k,其原因除了粘结层传递变形失真外，还存在有横向效应。5一、金属应变片的主要特性应变式传感器的选型横向效应2粘贴在受单向拉伸力试件上的应变片，其敏感栅是由多条直线和圆弧部分组成。这时，各直线段上的金属丝只感受沿轴向拉应变，电阻值将增加，但在圆弧段上，沿各微断轴向的应变却并非和直线段上的一样，因此与直线段上同样长度的微段所产生的电阻变化就不相向。按松泊关系，在垂直方向上产生负的应压度，因此该段的电阻是减小的。由此可见，将直的电阻丝绕成敏感栅之后，虽然长度相向，但应变状态不同，其灵敏系数降低了，这种现象称之为横向效应。6一、金属应变片的主要特性应变式传感器的选型机械滞后3对于已安装好的应变片，在一定温度下，其△R/R（∈指）与的加载特性与卸载特性不重合，因此在同一真实应变值下，其对应的△R/R（∈指)值不一致，这个加卸载差值称为应变片的滞后值。产生的原因主要是敏感栅材料、基底和粘合剂在承受机械应变以后所留下的残余变形引起的。因此，要选用性能良好的粘合剂与基底材料，敏感栅材料（如金属丝或金属箔）要经过适当的热处理，这样可以减少应变片的机械滞后。为了减小新做的应变片的滞后，最好在正式测量前对试件或结构进行二次以上的加卸载循环测量。7一、金属应变片的主要特性应变式传感器的选型最高工作频率4因为在动态测量时，应变是以应变渡的形式在材料中传播的，它的传播速度与声波相同(对钢材V=5000m/s)，因此应变片要反映应变的变化是需要经过一定时间的。不难理解应变片的最高工作频率与应变片线栅的长度（或称基长）有关。以钢材为例，其不同基长的应变片的最高工作频率。8一、金属应变片的主要特性应变片在未经安装也不受外力情况下，于室温时测得的电阻值，是使用应变片时应知道的一个特性参数。目前国内应变片电阻系列尚无统一标准，习惯上选用60、120、200，350、500、1000欧姆，其中以120的为最常用。电阻值大，可以加大应变片承受的电压，因此输出信号可以加大。应变式传感器的选型应变片电阻值59一、金属应变片的主要特性它是指允许通过应变片而不影响其工作的最大电流值。工作电流大，应变片输出信号就大，因而灵敏度高。但过大的工作电流会使应变片本身过热，使灵敏系数变化，零漂和蠕变增加，甚至把应变片烧毁。通常允许电流值在静态测量时约取25mA左右，动态测量时可高一些，箔式应变片可取更大一些。应变式传感器的选型最大工作电流610一、金属应变片的主要特性对于已安装好的应变片，在一定温度下，不承受机械应变时，其指示应变随时间而变化的特性，称为该应变片的零漂(straingaugezeroshift)。如果在一定温度下，使其承受一恒定的机械应变时，指示应变随时间变化的特性，称为应变片的蠕变(straingaugecreep)。这两个指标都是衡量应变片特性对时间的稳定性的，对于长时间测量的应变片才有意义。实际上，蠕变中已包含零漂，因为零漂是不加载的情况，它是加载情况的特例。应变式传感器的选型零漂和蠕变711一、金属应变片的主要特性应变式传感器的选型电阻应变片的温度特性8把应变片粘贴在自由膨胀的试件上，使试件不受任何外力的作用，此时如果环境温度发生变化，应变片的电阻值将随之发生变化。在测量中，应变片电阻随温度变化的现象必然造成误差，称这种误差为应变片的温度误差。尤其值得注意的是，电阻应变片由温度引起的电阻变化与试件应变引起的电阻变化几乎具有相同的数量级，所以必须采取相应的补偿措施，以便测量能正常进行。由于环境温度改变引起应变片电阻变化的原因有两个：一是应变片的金属敏感栅电阻本身随温度变化；二是因试件材料和敏感栅材料的线膨胀系数不同而造成应变片的附加变形使得电阻变化。12二、应变式传感器的选型一般电阻应变式传感器的选用从结构、环境适应性、数量、量程、灵敏度、精度等级等方面考虑。应变式传感器的选型13二、应变式传感器的选型应变式传感器的选型1、结构选择结构的选择一般和传感器的安装方式及载荷大小有关，用户可根据实际情况选择，这一点很好把握。但要注意以下几点：①当额定载荷小于10t时尽量不要选用柱式结构，若按照传统设计，则传感器应变梁部位容易失稳，使传感器读数不稳定。根据笔者的经验及研究发现在结构设计上有所突破的话可以将柱式传感器做到最小300kg量程。但一般传感器厂家并不具备小量程柱式传感器的设计能力，这样导致的结果要么厂家做不出来，浪费采购周期；要么价格很高，增加成本。②平行梁结构传感器及S行传感器在大载荷情况下安装空间大，过载保护装置要求高，因此不推荐在大载荷状态下选用。③当柱式传感器单只用于工业控制时，垂直方向安装空间不够时，可考虑选择轮辐式传感器来代替。14二、应变式传感器的选型应变式传感器的选型1、结构选择结构的选择一般和传感器的安装方式及载荷大小有关，用户可根据实际情况选择，这一点很好把握。但要注意以下几点：①当额定载荷小于10t时尽量不要选用柱式结构，若按照传统设计，则传感器应变梁部位容易失稳，使传感器读数不稳定。根据笔者的经验及研究发现在结构设计上有所突破的话可以将柱式传感器做到最小300kg量程。但一般传感器厂家并不具备小量程柱式传感器的设计能力，这样导致的结果要么厂家做不出来，浪费采购周期；要么价格很高，增加成本。②平行梁结构传感器及S行传感器在大载荷情况下安装空间大，过载保护装置要求高，因此不推荐在大载荷状态下选用。③当柱式传感器单只用于工业控制时，垂直方向安装空间不够时，可考虑选择轮辐式传感器来代替。15二、应变式传感器的选型应变式传感器的选型1、结构选择结构的选择一般和传感器的安装方式及载荷大小有关，用户可根据实际情况选择，这一点很好把握。但要注意以下几点：①当额定载荷小于10t时尽量不要选用柱式结构，若按照传统设计，则传感器应变梁部位容易失稳，使传感器读数不稳定。根据笔者的经验及研究发现在结构设计上有所突破的话可以将柱式传感器做到最小300kg量程。但一般传感器厂家并不具备小量程柱式传感器的设计能力，这样导致的结果要么厂家做不出来，浪费采购周期；要么价格很高，增加成本。②平行梁结构传感器及S行传感器在大载荷情况下安装空间大，过载保护装置要求高，因此不推荐在大载荷状态下选用。③当柱式传感器单只用于工业控制时，垂直方向安装空间不够时，可考虑选择轮辐式传感器来代替。16二、应变式传感器的选型应变式传感器的选型2、环境适应性选择温漂性能。①一般对于室内干净、干燥环境下工作的传感器，选择密封胶密封的传感器。对于长时间在潮湿、高粉尘的环境下应选择焊接密封的传感器。②在潮湿、酸性等腐蚀性较高的场所选用不锈钢传感器，一般情况下选用合金钢传感器。③在有电磁场的环境下，应注意传感器桥路和电缆线的屏蔽性能，否则易受到电磁波干扰，造成数据显示不稳定。若屏蔽性能较差，传感器桥路部分和电缆线部分可用铝塑带包裹或套一层镀银铜丝编制网。④在易燃易爆的环境下，应选用防爆传感器。⑤在80℃以上或-20℃以下等超低超高温环境下应分别选用低温传感器和高温传感器。若系统对传感器精度要求较高的情况下，要特别注意选用的传感器不但要保证在高低温下不损坏能正常工作，还要注意传感器有良好的高温温漂性能和低温17二、应变式传感器的选型应变式传感器的选型3、数量的选择传感器是单独使用还是多只串、并联使用主要看安装过程中需要的支点数来确定。多只使用时一般要接接线盒，并对电压进行调平，对四角误差进行修正。4、量程的选择一般的用户在选用传感器的量程时只考虑测力系统的额定载荷，这样做是不对的。根据以前客户反馈的情况，部分故障就是由于选用传感器量程时未充分考虑因素不全面造成的。在确定传感器的量程时应综合考虑到额定载荷、测力系统自身重量、冲击力以及偏载等因素。18二、应变式传感器的选型应变式传感器的选型5、灵敏度的选择一般传感器的量程在1mV/V～3mV/V之间分布着。不少衡器行业的人士认为传感器的灵敏度越大越好。其实不然。我们在选用传感器的灵敏度的时候，应根据实际情况选取。灵敏度太低或太高都不好。一般灵敏度的选择要考虑以下问题：①传感器可能存在过载或冲击的情况下可以选择灵敏度相对较低的传感器；②多只传感器串、并联使用的时候应选用灵敏度分布范围小的传感器，最好分布在0.02mV/V范围内，否则会带来额外的系统误差。若用于工业控制，一般都是单只使用，可以选用灵敏度范围分布广一点的传感器，不影响传感器的使用；19二、应变式传感器的选型应变式传感器的选型6、精度等级的选择精度等级需要从传感器的非线性、滞后、蠕变、重复性、零点温漂、回零、时漂等指标综合考虑。一般选用的传感器精度时不光要考虑到系统的精度，还应考虑到传感器的采购成本，所以选用的传感器精度等级只要稍高于测力系统或仪表即可。20谢谢关注！