项目一 电子秤的力测量系统

项目一调光灯电路的连接与调试

【学习目标】：

完成本课题的学习后，能够：

1、了解利用电阻应变式传感器进行力测量的原理及用途；

2、能够工程举例；

3、能够设计制作实际电路；

4、能够探索传感器新的应用领域；

5、掌握电阻应变片的测量电路；

6、掌握本项目需要的原件的工作原理和应用；

7、掌握金属应变传感器的工作原理；

8、掌握电阻应变传感器的结构与特性；

9、掌握电阻应变传感器的电路测试

9、掌握电子秤的设计原理和电路图；

10、了解电子秤的元件选取原则和电路调试。

【项目描述】：电子秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，满足并解决现实生活中提出的“快速、准确、连续、自动”称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求，该项目我们采用一体化教学方法进行，

：【相关知识点】．

一、金属电阻应变式传感器金属电阻应变式传感器是一种利用金属电阻应变片将应变转换成电阻变化的传感器。 1.工作原理电阻—应变效应1．

当金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将相应地发生变化，这种现象称为金属导体的电阻—应变效应。描述金属导体的电阻—应变效应用灵敏系数K?RR?RRK???ll?

（1-1）

l/l——轴向应变。?式中，?=考虑一段金属导体（l,ρ,s），如图1-1所示

图1-1 金属电阻应变效应

未受力时，原始电阻为

l??R S

(1-2)

当受拉力F作用时，将伸长ΔL，横截面积相应减小ΔS，电阻率ρ则因晶格变形等因素的影响而改变Δρ，故引起电阻变化ΔR。将式（1-2）全微分，并利用相对变化量表示，则有

??Sl???R????SlR

（1-3）

mm/mm）με=1×10 式中，Δl/l=ε，为金属导体电阻丝的轴向应变，常用单位με（2为

-6，

横向（纵向）应变；且由材料力学知，Δd/dS/S=2Δd/d, 其中由于S=πd /4,则Δ 1-3）得，

式中?为金属材料的泊松比。将前面关系代入式（Δd/d= ?με?R??????/1?2???R

(1-4)

其应变灵敏度为

??/R??R/????1??K?2??

(1-5)

较小，可以略去。ρ对于金属材料，Δ/ρ一般情况下，在应变极限内，金属材料电阻的相对

变化与应变成正比Δ

R/R=K?ε (1-6)

应变片测试原理2.使用应变片测量应变或应力时，将应变片牢固地粘贴在弹性试件上，当试件

受力变形时，，可得弹性试件的），根据式（Δ应变片电阻变化ΔR。如果应用测量电路和仪器测

出R1-6 应变值ε，而根据应力—应变关系： 1-7 εσ= E，（）试件的应—ε试件的应力，—σ—试件材料弹性模量，E。其中σ可以得到被

测应力值

变。力→应力σ→应变ε(ε=σ/E) →ΔR

通过弹性敏感元件的作用，可以将应变片测应变的应用扩展到能引起弹性元件产生应变的各种非

电量的测量，从而构成各种电阻应变式传感器。

3.应变片的结构，材料和类型

金属电阻应变片的结构，如图1-2所示，由敏感栅、基底、盖片、引线和粘

结剂组成。

图1-2 电阻应变片的基本结构

1-基底;1-敏感栅;3-覆盖层;4-引线

1、敏感栅

1）丝式应变片,?=0.012～0.05mm金属细丝绕成细状,栅长=0.2,0.5,1.0,100,200mm等。

2）箔式应变片,由厚度为0.003～0.01mm的金属箔片制成各种图形的敏感栅,亦称应变花,如图

1-3所示。其优点

(1)制造技术能保证敏感栅尺寸准确、线条均匀和适应各种不同测量要求的形状，其栅长可做到

0.2mm；

(2)敏感栅薄而宽，与被测试件粘贴面积大，黏结牢靠，传递试件应变性能好；

(3)散热条件好，允许通过较大的工作电流，从而提高了输出灵敏度；

(4)横向效应小；

(5)蠕变和机械滞后小，疲劳寿命长。

图1-3 箔式电阻应变片

3) 金属薄膜应变片，利用真空镀膜等方式在绝缘基底上制成各种形状的薄膜敏感栅,膜厚小于1μm。这种应变片具有比箔式应变片更多的优点。

4) 敏感栅材料的性能要求：

（1）应变灵敏系数较大，且在所测应变范围内保持常数；

（2）电阻率高而稳定，便于制造小栅长的应变片；

（3）电阻温度系数较小，电阻—温度间的线性关系和重复性好；

（4）机械强度高，辗压及焊接性能好，与其他金属之间的接触电势小；

（5）抗氧化、耐腐蚀性能强，无明显机械滞后。

2、基底和盖片

基底和盖片的作用是保持敏感栅和引线的几何形状和相对位置，并且有绝缘作用。一般为厚度0.02～0.05mm的环氧树脂、酚醛树脂等胶基材料。对基底和盖片材料的性能要求：机械强度好，挠性好；粘贴性能好；电绝缘性好；热稳定性和搞温性好；无滞后和蠕变。

3、引线

作用：连接敏感栅和外接导线。

一般采用?=0.05～0.1mm的银铜线、铬镍线、卡马线、铁铅丝等,与敏感栅点焊焊接。

4、粘结剂

作用:将敏感栅固定于基片上,并将盖片与基底粘结在一起；使用时,用粘结剂将应变片粘贴在试件的某一方向和位置，以便感受试件的应变。

粘结剂材料:有机和无机两大类。

粘贴牢固可靠。,应变片静放于试件上:粘贴工艺

4. 金属电阻应变片的主要特性

1、应变片的电阻值(R)

,于室温条件测定的电阻值(原始电阻值),已标准化.主要有

0应变片不受外力作用情况下

60,120,350,600,1000Ω等各种规格。

2、绝缘电阻

,一般应大于10 Ω。

10敏感栅与基底之间电阻值

3、灵敏系数(K)

电阻应变片的电阻—应变特性与金属丝时不同，须用实验法对电阻应变片的灵敏系数K重新测定。测定时将应变片安装于试件（泊松比?=0.285的钢材）表面，在其轴线方向的单向应力作用下，且保证应变片轴向与主应力轴向一致的条件下，应变片的阻值相对变化与ll)，而且一批产品只能Δ/试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比，即K=(ΔR/R)∕(进行抽样（5%）测定，取平均K值及允许公差值为应变片的灵敏系数，有时称“标称灵敏系数”。

4、允许电流

指不因电流产生的热量影响测量精度，应变片允许通过的最大电流。