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力傳感器的疑難解答
力傳感器的組成是什么?
答:力傳感器主要由力敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量、顯示電路組成。
彈性敏感元件的作用是什么?其分類有幾種?各有何特點(diǎn)?
答:
作用:彈性敏感元件的作用是把力或壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變或位移,然后再轉(zhuǎn)換電路將應(yīng)變或位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
分類:(1)力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變或位移的變換力的彈性敏感元件
(2)壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變或位移的變換壓力的彈性敏感元件
特點(diǎn):
變換力的彈性敏感元件
圓柱式:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可承受較大的載荷,便于加工,實(shí)心圓柱形可測(cè)量大于10kN的力,空心圓柱形可測(cè)量1~10kN的力,且應(yīng)力變化均勻。
圓環(huán)式:圓環(huán)式的敏感元件比圓柱式輸出的位移大,因而具有較高的靈敏度,適用于測(cè)量較小的力。
懸臂梁式:它的一端固定,一端自由,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工方便,應(yīng)變和位移較大,適用測(cè)量1~5kN的力。
壓力的彈性敏感元件
彈簧管:C形彈簧管的一端密封但不固定,成為自由端,另一端連接在管接頭上且固定,流體壓力通過管接頭進(jìn)入彈簧管后,在壓力F作用下,彈簧管的橫截面力圖變成圓形截面,截面的短軸力圖伸長(zhǎng)。使彈簧管趨向伸直,一直伸展到管彈力與壓力的作用相平衡為止。這樣自由端便產(chǎn)生了位移。通過測(cè)量位移的大小,比可得到壓力的大小。
波紋管:波紋管的軸向在流體壓力作用極易變形,有較高的靈敏度。
波紋膜片和膜盒:線性度好,靈敏度高及各種誤差小。
薄壁圓筒:筒壁均勻受力,并均勻向外擴(kuò)張,所以在管壁的軸線方向產(chǎn)生拉伸力和應(yīng)變力。
電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理是什么?它是如何測(cè)量試件的應(yīng)變的?
答:工作原理:通過一定的機(jī)械裝置將被測(cè)量轉(zhuǎn)化成彈性元件的變形,然后由電阻應(yīng)變片將變形轉(zhuǎn)換成電阻的變化,再通過測(cè)量電路進(jìn)一步將電阻的改變轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)輸出。
測(cè)試原理:測(cè)試時(shí),將應(yīng)變片用粘接劑牢固的粘貼在被測(cè)試件的表面上,隨著試件受力變形,應(yīng)變片的敏感柵也獲得同樣的變形,從而使其電阻隨之發(fā)生變化,而此電阻的變化是與試件應(yīng)變成比例的,因此如果通過一定的測(cè)量線路將這種電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流變化,然后再用顯示記錄儀表將其顯示記錄下來,就能知道被測(cè)試件應(yīng)變量的大小。
電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路有哪些?各有何特點(diǎn)?
答:恒壓源供電的直流電橋
特點(diǎn):當(dāng)被測(cè)量無變化時(shí),電橋平衡,輸出為零。當(dāng)測(cè)量發(fā)生變化時(shí),電橋平衡被打破,有電壓輸出,輸出的電壓與被測(cè)量的變化成比例。
恒流源供電的直流電橋
特點(diǎn):當(dāng)橋臂電阻發(fā)生變化時(shí),電橋有輸出,輸出大小與橋臂電阻變化成正比。
電阻應(yīng)變片為什么要進(jìn)行溫度補(bǔ)償?補(bǔ)償方法有哪些?
答:電阻應(yīng)變片傳感器是靠電阻值來來度量應(yīng)變的,所以希望它的電阻只隨應(yīng)變而變,不受其它因素的影響。但實(shí)際上,雖然用作電阻絲材料的銅、康銅溫度系數(shù)很小(大約在=(2.5~5.0)×10-5/℃), 但與所測(cè)應(yīng)變電阻的變化比較,仍屬同一量級(jí)。如不補(bǔ)償,會(huì)引起很大誤差。這種由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的變化而給測(cè)量帶來的誤差,稱之為應(yīng)變片的溫度誤差。
補(bǔ)償方法:(1)線路補(bǔ)償。
(2)應(yīng)變片自補(bǔ)償。
應(yīng)變片的粘貼、固化和檢查工藝有哪些?
答:去污
試件表面的處理粘貼之前,應(yīng)先將試件表面清理干凈,用細(xì)砂紙將試件表面打磨平整,再用丙酮、四氯化碳或氟利昂徹底清洗試件表面的灰塵、油漬,清理面積約為應(yīng)變片的3~5倍。
粘貼
在清理的試件表面上均勻涂刷一薄層粘接劑作為底層,待其干燥固化后,再在此底層及應(yīng)變片基地的地面上均勻涂刷一薄層粘接劑,等粘接劑稍干,即將應(yīng)變片貼在畫線位置,用手指滾壓,把氣泡和多余的粘接劑擠出。注意,應(yīng)變片的底面也要清理。
粘貼后測(cè)量
從分開的端子處,預(yù)先用萬用表測(cè)量應(yīng)變片的電阻,尋找端子折斷和損壞的應(yīng)變片。
焊接
將引線和端子用烙鐵焊接起來,注意不要把端子扯斷。
固定
焊接后用膠布將引線和被測(cè)對(duì)象固定在一起,防止損壞引線和應(yīng)變片
壓電式傳感器的工作原理是什么?壓電材料有哪些?
答:原理:某些晶體受一定方向外力作用而發(fā)生機(jī)械變形時(shí),相應(yīng)的在晶體表面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷,外力去掉后,電荷消失,力的方向改變時(shí),電荷的方向也隨之改變,這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。
材料:(1)石英晶體
(2)壓電陶瓷
(3) 高分子壓電材料
壓電陶瓷有何特點(diǎn)?
答:壓電陶瓷是人工制造的一種多晶體電體,它由無數(shù)的單晶組成,各單晶的自發(fā)極化方向是任意排列的,因此每個(gè)單晶具有強(qiáng)的壓電性質(zhì),但組成單晶后,各單晶的壓電效應(yīng)卻互相抵消了,所以,原始的壓電陶瓷是一個(gè)非壓電體,不具有壓電效應(yīng)。為了使壓電陶瓷具有壓電效應(yīng),就必須進(jìn)行極化處理。所謂的極化處理就是在一定的溫度的條件下,對(duì)壓電陶瓷施加強(qiáng)電場(chǎng),使極性軸轉(zhuǎn)動(dòng)到接近電場(chǎng)的方向,規(guī)則排列。這個(gè)方向就是壓電陶瓷的極化方向,這時(shí)壓電陶瓷就具有了壓電壓電性,在極化電場(chǎng)去除后,留下很強(qiáng)的剩余極化強(qiáng)度。當(dāng)壓電陶瓷受到力的作用時(shí),極化強(qiáng)度就發(fā)生變化,在垂直于極化方向上就會(huì)出現(xiàn)電荷,所以采用壓電陶瓷的壓電式傳感器靈敏度較高。
電容式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路主要有哪些?
答: 常見的電容式傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)換電路有橋式電路、調(diào)頻電路、充放電脈沖電路、運(yùn)算放大器電路等。
電感傳感器的基本原理是什么?可分成幾種類型?
答:電感傳感器的基本原理是電磁感應(yīng)原理。利用電磁感應(yīng)將被測(cè)非電量(如壓力、位移等)轉(zhuǎn)換成電感量的變化輸出,再經(jīng)測(cè)量轉(zhuǎn)換電路,將電感量的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化,來實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的。
電感傳感器的分類:根據(jù)信號(hào)的轉(zhuǎn)換原理,電感式傳感器可以分為自感式和互感式兩大類。
電感傳感器的常用的測(cè)量電路有哪些?
答:自感式傳感器常用的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路有橋式測(cè)量電路、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相電路,在自感式傳感器中,用得較多的是橋式測(cè)量電路和調(diào)幅電路。
差動(dòng)變壓器輸出電壓可直接用交流電壓表接在反相串聯(lián)的兩個(gè)二次繞組上測(cè)量,此時(shí)空載輸出電壓為,也可采用電橋電路來測(cè)量。
電渦流傳感器的工作原理是什么?形成電渦流的兩個(gè)必備條件是什么?
答:電渦流傳感器的工作原理是電渦流效應(yīng)。即塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中做切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流,這種電流的流線在金屬體內(nèi)自行閉合,類似于水中的漩渦,所以稱為電渦流。電渦流的存在必然要消耗一部分磁場(chǎng)的能量,從而使激勵(lì)線圈的阻抗發(fā)生變化,這種現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流傳感器。
要形成電渦流必須具備兩個(gè)條件:(1)存在交變磁場(chǎng);(2)導(dǎo)體處于交變磁場(chǎng)中。
壓阻式壓力傳感器的工作原理是什么?主要應(yīng)用是什么?
答:壓阻式壓力傳感器的工作原理是基于壓阻效應(yīng)工作的。所謂壓阻效應(yīng)就是指半導(dǎo)體材料的受外力或應(yīng)力作用時(shí),其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。
主要應(yīng)用是:用于壓力、加速度、重量、應(yīng)變、拉力、流量等參數(shù)的測(cè)量
答:力傳感器主要由力敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量、顯示電路組成。
彈性敏感元件的作用是什么?其分類有幾種?各有何特點(diǎn)?
答:
作用:彈性敏感元件的作用是把力或壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變或位移,然后再轉(zhuǎn)換電路將應(yīng)變或位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
分類:(1)力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變或位移的變換力的彈性敏感元件
(2)壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變或位移的變換壓力的彈性敏感元件
特點(diǎn):
變換力的彈性敏感元件
圓柱式:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可承受較大的載荷,便于加工,實(shí)心圓柱形可測(cè)量大于10kN的力,空心圓柱形可測(cè)量1~10kN的力,且應(yīng)力變化均勻。
圓環(huán)式:圓環(huán)式的敏感元件比圓柱式輸出的位移大,因而具有較高的靈敏度,適用于測(cè)量較小的力。
懸臂梁式:它的一端固定,一端自由,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工方便,應(yīng)變和位移較大,適用測(cè)量1~5kN的力。
壓力的彈性敏感元件
彈簧管:C形彈簧管的一端密封但不固定,成為自由端,另一端連接在管接頭上且固定,流體壓力通過管接頭進(jìn)入彈簧管后,在壓力F作用下,彈簧管的橫截面力圖變成圓形截面,截面的短軸力圖伸長(zhǎng)。使彈簧管趨向伸直,一直伸展到管彈力與壓力的作用相平衡為止。這樣自由端便產(chǎn)生了位移。通過測(cè)量位移的大小,比可得到壓力的大小。
波紋管:波紋管的軸向在流體壓力作用極易變形,有較高的靈敏度。
波紋膜片和膜盒:線性度好,靈敏度高及各種誤差小。
薄壁圓筒:筒壁均勻受力,并均勻向外擴(kuò)張,所以在管壁的軸線方向產(chǎn)生拉伸力和應(yīng)變力。
電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理是什么?它是如何測(cè)量試件的應(yīng)變的?
答:工作原理:通過一定的機(jī)械裝置將被測(cè)量轉(zhuǎn)化成彈性元件的變形,然后由電阻應(yīng)變片將變形轉(zhuǎn)換成電阻的變化,再通過測(cè)量電路進(jìn)一步將電阻的改變轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)輸出。
測(cè)試原理:測(cè)試時(shí),將應(yīng)變片用粘接劑牢固的粘貼在被測(cè)試件的表面上,隨著試件受力變形,應(yīng)變片的敏感柵也獲得同樣的變形,從而使其電阻隨之發(fā)生變化,而此電阻的變化是與試件應(yīng)變成比例的,因此如果通過一定的測(cè)量線路將這種電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流變化,然后再用顯示記錄儀表將其顯示記錄下來,就能知道被測(cè)試件應(yīng)變量的大小。
電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路有哪些?各有何特點(diǎn)?
答:恒壓源供電的直流電橋
特點(diǎn):當(dāng)被測(cè)量無變化時(shí),電橋平衡,輸出為零。當(dāng)測(cè)量發(fā)生變化時(shí),電橋平衡被打破,有電壓輸出,輸出的電壓與被測(cè)量的變化成比例。
恒流源供電的直流電橋
特點(diǎn):當(dāng)橋臂電阻發(fā)生變化時(shí),電橋有輸出,輸出大小與橋臂電阻變化成正比。
電阻應(yīng)變片為什么要進(jìn)行溫度補(bǔ)償?補(bǔ)償方法有哪些?
答:電阻應(yīng)變片傳感器是靠電阻值來來度量應(yīng)變的,所以希望它的電阻只隨應(yīng)變而變,不受其它因素的影響。但實(shí)際上,雖然用作電阻絲材料的銅、康銅溫度系數(shù)很小(大約在=(2.5~5.0)×10-5/℃), 但與所測(cè)應(yīng)變電阻的變化比較,仍屬同一量級(jí)。如不補(bǔ)償,會(huì)引起很大誤差。這種由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的變化而給測(cè)量帶來的誤差,稱之為應(yīng)變片的溫度誤差。
補(bǔ)償方法:(1)線路補(bǔ)償。
(2)應(yīng)變片自補(bǔ)償。
應(yīng)變片的粘貼、固化和檢查工藝有哪些?
答:去污
試件表面的處理粘貼之前,應(yīng)先將試件表面清理干凈,用細(xì)砂紙將試件表面打磨平整,再用丙酮、四氯化碳或氟利昂徹底清洗試件表面的灰塵、油漬,清理面積約為應(yīng)變片的3~5倍。
粘貼
在清理的試件表面上均勻涂刷一薄層粘接劑作為底層,待其干燥固化后,再在此底層及應(yīng)變片基地的地面上均勻涂刷一薄層粘接劑,等粘接劑稍干,即將應(yīng)變片貼在畫線位置,用手指滾壓,把氣泡和多余的粘接劑擠出。注意,應(yīng)變片的底面也要清理。
粘貼后測(cè)量
從分開的端子處,預(yù)先用萬用表測(cè)量應(yīng)變片的電阻,尋找端子折斷和損壞的應(yīng)變片。
焊接
將引線和端子用烙鐵焊接起來,注意不要把端子扯斷。
固定
焊接后用膠布將引線和被測(cè)對(duì)象固定在一起,防止損壞引線和應(yīng)變片
壓電式傳感器的工作原理是什么?壓電材料有哪些?
答:原理:某些晶體受一定方向外力作用而發(fā)生機(jī)械變形時(shí),相應(yīng)的在晶體表面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷,外力去掉后,電荷消失,力的方向改變時(shí),電荷的方向也隨之改變,這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。
材料:(1)石英晶體
(2)壓電陶瓷
(3) 高分子壓電材料
壓電陶瓷有何特點(diǎn)?
答:壓電陶瓷是人工制造的一種多晶體電體,它由無數(shù)的單晶組成,各單晶的自發(fā)極化方向是任意排列的,因此每個(gè)單晶具有強(qiáng)的壓電性質(zhì),但組成單晶后,各單晶的壓電效應(yīng)卻互相抵消了,所以,原始的壓電陶瓷是一個(gè)非壓電體,不具有壓電效應(yīng)。為了使壓電陶瓷具有壓電效應(yīng),就必須進(jìn)行極化處理。所謂的極化處理就是在一定的溫度的條件下,對(duì)壓電陶瓷施加強(qiáng)電場(chǎng),使極性軸轉(zhuǎn)動(dòng)到接近電場(chǎng)的方向,規(guī)則排列。這個(gè)方向就是壓電陶瓷的極化方向,這時(shí)壓電陶瓷就具有了壓電壓電性,在極化電場(chǎng)去除后,留下很強(qiáng)的剩余極化強(qiáng)度。當(dāng)壓電陶瓷受到力的作用時(shí),極化強(qiáng)度就發(fā)生變化,在垂直于極化方向上就會(huì)出現(xiàn)電荷,所以采用壓電陶瓷的壓電式傳感器靈敏度較高。
電容式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路主要有哪些?
答: 常見的電容式傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)換電路有橋式電路、調(diào)頻電路、充放電脈沖電路、運(yùn)算放大器電路等。
電感傳感器的基本原理是什么?可分成幾種類型?
答:電感傳感器的基本原理是電磁感應(yīng)原理。利用電磁感應(yīng)將被測(cè)非電量(如壓力、位移等)轉(zhuǎn)換成電感量的變化輸出,再經(jīng)測(cè)量轉(zhuǎn)換電路,將電感量的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化,來實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的。
電感傳感器的分類:根據(jù)信號(hào)的轉(zhuǎn)換原理,電感式傳感器可以分為自感式和互感式兩大類。
電感傳感器的常用的測(cè)量電路有哪些?
答:自感式傳感器常用的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路有橋式測(cè)量電路、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相電路,在自感式傳感器中,用得較多的是橋式測(cè)量電路和調(diào)幅電路。
差動(dòng)變壓器輸出電壓可直接用交流電壓表接在反相串聯(lián)的兩個(gè)二次繞組上測(cè)量,此時(shí)空載輸出電壓為,也可采用電橋電路來測(cè)量。
電渦流傳感器的工作原理是什么?形成電渦流的兩個(gè)必備條件是什么?
答:電渦流傳感器的工作原理是電渦流效應(yīng)。即塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中做切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流,這種電流的流線在金屬體內(nèi)自行閉合,類似于水中的漩渦,所以稱為電渦流。電渦流的存在必然要消耗一部分磁場(chǎng)的能量,從而使激勵(lì)線圈的阻抗發(fā)生變化,這種現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流傳感器。
要形成電渦流必須具備兩個(gè)條件:(1)存在交變磁場(chǎng);(2)導(dǎo)體處于交變磁場(chǎng)中。
壓阻式壓力傳感器的工作原理是什么?主要應(yīng)用是什么?
答:壓阻式壓力傳感器的工作原理是基于壓阻效應(yīng)工作的。所謂壓阻效應(yīng)就是指半導(dǎo)體材料的受外力或應(yīng)力作用時(shí),其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。
主要應(yīng)用是:用于壓力、加速度、重量、應(yīng)變、拉力、流量等參數(shù)的測(cè)量
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