应变式传感器
应变式称重传感器的设计与计算
此篇文章的形成是基于对称重传感器设计者能有所帮助。它深进分析推导出一些公式，这些公式能够计算出位于称重传感器上的某些尺寸大小，并提供所需要的输出。此篇文章还先容了各种误差来源及设计建议。
粘贴式电阻应变计广泛应用于当今高精度测力与称重传感器的制造中。本篇文章为帮助称重传感器设计者计算出称重传感器尺寸大小，从而为获得唯一需要的输出作了充分的预备。设计者既可以运用有限元分析法经计算机程序（假如可能）来确定称重传感器所需要的尺寸，或运用本文所提供的公式来计算此尺寸。应力公式选自一部非常好的书——应力与应变公式（见参考文献[1]）。除了公式汇编，本文还讨论了误差的可能来源及设计建议，有关误差来源的信息主要是基于作者的经验。文中所描述的相关称重传感器没有作专利调查，在考虑把所讨论的设计用于产品的生产或推向市场前，有必要作一下调查。
通过某些假设得出的这些计算公式，另外还有电阻应变计的特性、应力形式、材料特征以及机械加工的偏差都会导致计算结果的一定误差。在批量制造称重传感器前，应制造几个样机进行组装、测试和标定。
在某些产业中，如航天产业也许只需要一次性的称重传感器，为决定其非线性、重复性和滞后等误差，在使用前对其进行标定是十分重要的。当计算机被应用于数据处理时，非线性、零点漂移及灵敏度变化，是很轻易修正的。假如称重传感器在使用时要经历强烈的温度变化和外部附加载荷的影响，我们应进行试验并丈量出这些影响量所造成的误差。假如某部分结构（如接头、销子、压杆）用来丈量或是被用作称重传感器时，标定和测试就尤为重要了。称重传感器设计包括很多方面，这里对其制造生产不予讨论，例如，需要对电阻应变计安装技术知识的全面了解，一些电阻应变计制造商提供技术资料的同时，还应提供电阻应变计安装的分类等。
有关称重传感器设计的附加内容见参考文献[2]（a）和[2]（b）。这份小册子及计算机程序比较完整，可以从制造商那里获得。
在过往十年中，计算机技术的发展改变了称重传感器的设计、制造与记录方式，例如在电阻应变计被安装后，所有的称重传感器都有一个原始的不平衡（当没有载荷作用时，也有输出信号存在）。通常零点调整电阻被应用于贸易称重传感器，以便消除这种不平衡。运用计算机程序，零点不平衡数据很轻易被除掉。除了零点调整电阻外，在精密的贸易称重传感器中安装了很多电阻，便于补偿诸如零点和灵敏度温度影响。假如在记录数据的同时，称重传感器的温度也进行了丈量，并且当这个称重传感器被标定时，温度造成的误差已被测定，那么就应该运用计算机程序修正终极数据。贸易称重传感器制造商不为计算机提供用于修正原始不平衡或温度影响的数据，由于他们不想局限市场。贸易称重传感器不安装零点平衡及温度补偿电阻会节省大量资金，尤其是需求量很大时效果更明显。
符号定义
a—结构系数。
A—横截面面积。
A′—中性轴上横截面面积。
A1—中性轴上翼缘面积。
A2—中性轴上腹板面积。
b—应变梁翼缘或矩形截面的宽度。
c—从中性轴到应变梁或翼缘上表面的间隔。d—从中性轴到翼缘下表面的间隔。
e—拉伸或压缩应变。
—应变计1、2、3、4的应变值。
—应变计1应变的尽对值。
e s—应变梁表面应变。
e t—电桥的总有效应变。
E i—电桥的激励电压。
E0—电桥的输出电压。
E m—弹性模量。
f—翼缘厚度。
G f—应变计灵敏系数。
h—应变梁厚度。
J—横截面的惯性矩。
l—从应变梁中心到应变计中心线的间隔。L—应变梁上两个应变计中心线之间的间隔。μ—泊松比。
M—应变计中心的弯矩。
N—电桥应变放大系数。
p—分载荷。
P—主载荷。
r—圆柱式弹性体半径。
S—拉伸或压缩应力。
S a—均匀应力。
S b—弯曲应力。
S s—剪切应力。
t—中性轴处腹板的厚度。
T—轴的扭矩。
V—剪力。
Z′—从中性轴到A'质心的间隔。
Z1—从中性轴到翼缘质心的间隔。
Z2——从中性轴到腹板质心的间隔。
称重传感器的输出计算
图1 称重传感器电路简图
图1是一个不含温度补偿电阻的称重传感器电路简图。四个电阻应变计呈现在惠斯通电桥的桥臂上。请留意，应变方向相同的两个电阻应变计安装在电桥的相对桥臂上，以保证电桥灵敏度最大。例如，电阻应变计1和3受拉伸应力，2和4受压缩应力，那么这种安装的结果是当称重传感器承载后，增加了电桥从B点到C点的终极电压输出。相反，当称重传感器由于温度影响而改变它的电阻时，由于增加或减少相同的量，电桥的终极输出不会变化。这种电桥的构造由于温度产生单一的最小输出值，而使称重传感器产生最大输出值。
如图1所示，电桥输出E0与输进E i之比为：
式中：G f—应变计系数，由应变计制造商提供的非尺寸大小因素。
e t—电桥上应变计的全部有效应变产生的总的应变输出。
变化公式（1），得到总应变：
通过这两个公式，便可以计算称重传感器的输出灵敏度E0/E i，假如给出了电桥各桥臂的应变值，就可以计算出总的应变值e t。假如给出了所需要的电桥输出值，要想确定电桥的总应变
值e t，我们必须知道每个桥臂的应变值：
式中：e1—应变计1的单轴应变值（通常是称重传感器上最大最主要的应变）。
e2、e3和e4—应变计2、3和4上的单轴应变值。
上述公式e t中的加号和减号是由其在电桥上的位置而决定的。假如应变计1和3处于拉伸应力，使得电阻增加（或者相对于C、B处得到一个正的输出），应变计2和4处于压缩应力，使得电阻减小（或者是得到一个负的输出），则公式为：
最后，由于电桥的位置，应变计电阻的变化et的公式如下：
在全部称重传感器设计中，应变计1、2、3和4上的应变值存在着一个固定的关系N（电桥应
变放大系数），则上式可以写为：
和
用公式（1）代替e t，结果是：
公式（2）变化为：
有三种应力被应用于称重传感器的设计中，即拉伸与压缩应力，弯曲应力和剪切应力。
利用拉伸与压缩应力的称重传感器
利用拉伸应力与压缩应力的多为贸易称重传感器，它是利用单一载荷产生的应力，代替被称物体产生的应力。由于有较小的纵剖面设计，能为所给的受力状态提供较大的输出。
在航空产业中，通常用圆柱形弹性体作称重传感器（处于拉伸应力或压缩应力的圆柱）是比较方便的。最好是将圆柱的两端固定或设计成双球面，若是作不到这一点，就把应变计粘贴在附加弯矩最小区域，那里的横截面存在有规律的变化，并产生最小的弯曲应力。
留意：1、应变计1、4和2、3为单轴结构或90°应变花，在圆筒表面相隔180°粘贴。
2、在载荷P方向，应变计1、3受拉伸，应变计2、4受压缩。
图2 电阻应变计位置图
图2是圆柱式称重传感器的一个例子，有关计算圆柱应力S的传统公式如下：
式中：P—轴向载荷。
A—圆柱横截面面积（图2的A-A部分）。
S—拉伸或压缩应力。
既然这是一个单轴向载荷的圆柱，就可应用虎克定律，其应力、应变可用如下公式计算：
式中：E m—弹性模量。
e1—1号应变计的轴向应变值。
圆柱式称重传感器电桥的输出应由公式（5）计算。
既然圆柱的尺寸大小是固定的，正如下面例子所给出的：假设一个额定载荷为P=2500Ib（磅）
的钢制弹性体，弹性模量E m=10.6×106psi（磅/英寸2），圆筒的外径为2.0英寸，内径为1.75英
寸。通过计算其横截面面积为A=0.736英寸2。
为通过公式（3）和（4）确定N，e1=e3，e2=e4=μe1，式中μ为泊松比。代进公式（3）和（4），
其结果为：
N=1+μ+1+μ=2（1+μ）
由于钢的μ值为0.32，所以N=2.64。
利用公式（7）计算应力，即
通过公式（8）确定应变计1的应变值，即
通常写为e1=320microinches/inch（微英寸/英寸）。
假如应变计灵敏系数（由制造商提供）为2.0，代进公式（5）中，计算结果如下：
这说明假如给电桥施加E i=10V激励电压，一个2500磅的载荷施加在称重传感器上时，输出的变化应为E0=4.22mv。一个典型的商用称重传感器的额定输出为从2.00到3.00mv/v或从20到30mv（施加10v激励电压时），所以0.422mv/v是一个较低的输出。
若要增大这个例子中圆筒式称重传感器的输出，我们可以作很多工作。
（A）为求所需要的横截面面积A，假定计算灵敏度为2.0mv/v，就必须选择能形成这一面积的外径。可在圆柱弹性体表面粘贴应变计并使其受载进行验证，直到得出满足要求的直径为
止。假如这种方法不行，可以试验下一个方法。
（B）电桥输出电压E0与输进电压E i成正比，输进电压受材料，电桥电阻，应变计尺寸等限制（见参考文献[3]）。假定施加在电桥上的最大推荐电压为10V，要想应用更高的电压，可通过加大电桥电阻的方法，即采用更大电阻的应变计。图2展示的4个应变计，其中两个应变计在0°位置上（或粘贴一个90°的应变花），另两个应变计在180°位置上（或粘贴第2个应变花）。应用8个应变计的电桥，在圆柱表面沿0°，90°，180°和270°粘贴90°的应变花，电桥各臂电阻会增大一倍。这时输进电压可增大，但是由于推荐应用于电桥的电压与电阻的平方根成比例，所以这只能增加输出值的1.41倍。另外，假如应变计的栅长和栅宽分别由1/8英寸增大到1/4英寸时，应变计的面积便增加了4倍，而输出增加一倍。现在总输出增加了（1.41×2）或2.82倍，电桥电压会增加到28.2V，输出由11.9mv取代了4.22mv。
柱式称重传感器的误差来源
一个泊松电桥（两个应变计丈量主应变，另两个应变计丈量由于泊松比影响而产生的应变）是固有的非线性电桥。对于一个灵敏度为2.0mv/v的称重传感器，这种固有的非线性大约为0.10%。电桥的非线性可以被另一个非线性部分所抵消一些。引起另一个非线性的原因是由于泊松比使得柱式弹性体横截面面积增加或减少。例如，当称重传感器承受压向载荷时，横截面面积增加，使压缩应力减小；当承受拉向载荷时，就是相反的情况。对于一个灵敏度为
2.0mv/v的称重传感器，由于截面积变化引起的非线性误差大约为0.05%，所以总的非性误差为0.10%～0.05%或者0.05%。这是非常小的通常可以忽略不计，但是在称重传感器检测数椐中，这是应该被检测的误差。精密的商用称重传感器应利用附加的半导体应变计，此半导体应变计被粘贴在弹性体上，并串联在电桥电路的供桥端来补偿非线性。
留意图2圆柱式弹性体上应变计的安排，全部应变计被粘贴在同一个平面上，例如纵向应变计1和3为0°和180°，横向应变计2和4为90°和270°，且所有应变计的中心线处于一个横截面的水平线上。圆柱上的应变计如图2安排，有两个原因：
（A）弯曲应力是误差的来源之一，必须使之最小化。理论上，当应变计如图1和2粘贴连线时（如丈量拉伸与压缩应力），弯曲应力被消除。由于并不存在正确完美的贴片，建议采取其它方法使得弯曲应力产生的误差尽可能接近于零。在圆柱上弯曲力矩的方向通常是可以确定的，应变计应粘贴在圆柱弯曲力矩最小处，且在中轴线上（见图2），那里的弯曲应力理论上
为零。
（B）假如圆柱大且应变计在同一个平面间隔90°粘贴，圆柱四周的任何温度变化都会导致信号漂移。所以电桥相邻两臂的应变计应尽量靠近粘贴，从而减少温度误差，这也是利用90°
应变花的原因之一。
弯曲型称重传感器
设计过程与柱式结构有所不同，概述如下：
（A）由公式（3）和（4）确定有效应变N，通常是用公式（4）。
（B）为提供所需要的输出，由公式（6）确定要求的应变。
（C）通过公式（9），由应变算应力。
（D）根据载荷与尺寸大小建立应力公式。
（E）为计算所需尺寸大小，用（C）中计算出的应力替换（D）中产生的应力。
这是为满足所需要的输出，求得称重传感器尺寸大小的最普通方法。另一方面，假如已给出了尺寸大小，而输出E0/E i是所要求得的，那么应依照前面所先容的圆柱式称重传感器计算过程，应用公式（3）和（4），之后是公式（7）和（8），最后是公式（5）得到输出灵敏度E0/E i。
图3 在载荷P作用下标准的双梁弯曲型称重传感器
图3是在载荷P作用下一个典型的双梁弯曲型称重传感器简图，为了看得清楚，往掉了外壳并加大了偏转度。这种商用称重传感器用于丈量较低的载荷，应变计粘贴位置如图3所示。图1
所示的电桥电路仍然有效。
图4 半根弯曲梁显示的2片应变计位置图
图4是一个自由体的简图，粘贴有2个应变计的半根应变梁。通常梁的大多数尺寸是固定的，厚度h根据所需要的输出进行计算。例如假定所需要的输出灵敏度E0/E i是3.0mv/v，首先计算出有效应变值，既然所有的应变计产生相等的应变，由公式（3）和（4）得出N=4。制造
商提供的应变计灵敏系数为2.1，接下来为提供所需要的输出，需要求出的应变e1可以通过公
式（6）求得，即
又可写为：
e1=1429微英寸/英寸。
弹性体材料为17—4PH不锈钢，E m=29.1×106磅/英寸2。弯曲应力S b由公式（6）计算出应变
e1，代进公式（9）得出，即
S b=e1E m=1429×10-6×29.1×106=41.580磅/英寸2。
在弯曲梁中求弯曲应力的传统公式如下：
式中：M—应变计2在中心线上的弯矩。
C—从中性轴到梁表面的间隔。
J—应变计所在截面的惯性矩。
图5 弯曲梁上应变计到表面间隔引起的误差
图4和图5给出p=P/2，C=h/2，l=L/2，M=pl，对于矩形截面J=bh3/12，把这些值代进S b=Mc/J
中，得出S b=6pl/bh2，h的计算公式为：
现以用数值表示的实例进行说明，假设截面尺寸与载荷如下：
L—应变计中心线之间的间隔，L=1.00英寸，l=L/2=0.50英寸。
P—满量程载荷，P=100磅，p=P/2=50磅。
b—梁的宽度，b=0.625英寸。
代进公式（10）得出的结果是：
弯曲型称重传感器的误差来源
弯曲型称重传感器的误差来源，其一是由于粘贴在梁上的应变计，所用的应变粘结剂和防护涂料增加了非常薄的应变梁的刚度。由于应变计、应变粘结剂和防护涂料不会完全具有弹性，这一附加刚度就会引起滞后和非线性误差。根据估算假如钢制弹性应变梁贴片处的厚度小于0.017英寸（0.43mm），铝制弹性应变梁的厚度小于0.030英寸（0.76mm），就会出现小的误差。
其二假如不考虑被粘贴的应变计与表面的那段间隔（见图5中的d），那么当你计算非常薄的梁的厚度时就会出现误差。由于应变计的应变值与其到中性轴的间隔成正比，所以梁的表面应变e s比应变计的应变e2小一些。为阐明这点，我们假定上面梁的厚度h为0.018英寸，为了求出所需要的输出，仍需假定应变计的应变为1429微英寸/英寸，则重新计算的表面应变为：
式中：C=h/2=0.018/2=0.009英寸。
d≈0.0015英寸。
被利用的新的应变为：
为提供所需要的输出计算应变的误差，应该比这个例子大约高出17%，这只是计算梁厚度的
一个估计的误差，并不是一个操纵性的误差。
剪切型称重传感器
当载荷超过了弯曲型称重传感器的要求时，应设计成剪切型结构，但是，当载荷超过200000
磅（90718kg）时，建议采用柱式结构。
剪切应变是一个角应变，不能像轴向应变那样进行丈量，只能间接丈量。莫尔圆有关纯剪切
应力情况及应变计粘贴简图如图6所示。
图6 莫尔圆及应变计分布简图
莫尔圆表明切应力的最大值与处于拉伸状态的主应力的最大值是相等的，并且与梁的中性轴成45°方向。应变计是丈量主应力产生的应变，因此应变计也同样应与中性轴成45°，如图6所示。此图同样表明一个没有载荷作用的平面部分正方形单元，当有载荷作用时正方形会变成菱形，使得一个应变计处于拉伸状态，而另一个应变计处于压缩状态。请留意应力是双轴的，其处于拉伸状态的主应力的轴向应变值不但与S t成正比，而且随泊松比μS c而增加：
式中：e1—应变计1的丈量应变。
μ—泊松比。
电桥各桥臂上的应变计承受同样的应变值，所以利用电桥总应变公式，可写为：
由于
所以N=4（1+μ）
泊斯特（Purest）会议有学者以为这是不符合规则的，由于e1｀并没有真实的存在，但是它确实提供了正确的答案，并在N值计算中有它是很方便的。用于计算所要求的可以提供所需输
出的应变算公式（6）可变为：
计算出所要求的单轴应变e1｀后，应力通过公式（9）获得，即
能否正确计算出称重传感器上的应力，因切应力的种类和弹性体的结构不同而产生很大的差异。例如，一个承受纯剪切应力状态的扭转轴，其切应力计算可由下面典型的公式得出：
式中：S s—切应力（与主应力的最大值相等）。
T—轴上的扭矩。
r—轴的半径。
J—横截面极惯性矩。
另一方面，直接利用剪切载荷正确的确定称重传感器上的切应力是极为困难的。对于剪切型轴销式称重传感器更是如此，下面列举了一些不够精确的原因：
（A）应变计是通过其栅长丈量的是应变区的均匀应变。假如在应变区内切应力的变化曲线非常陡，且应变计尺寸非常大，所丈量的应变值就会比峰值小。
（B）最大切应力只用了直接作用于其上的最大剪切载荷的一部分。公式假设剪切载荷在一个已知的面积内，从底部到顶部较均匀分布，且切应力最大值均匀分布在中性轴上。（C）称重传感器上的载荷分布还应与安装接头的影响相吻合，如剪切型轴销式称重传感器，其载荷分布取决于轴销与安装接头两者之间的公差，所受载荷由于安装间隙不同而异。
我们将讨论三种切应力称重传感器。正确计算为保证所需输出的弹性体尺寸，与以前所用的程序完全一样。首先进行粗略计算，最后给出正确结果。切应力称重传感器尺寸大小的计算正确率，不如圆柱、弯曲和扭转型称重传感器。
工字形截面切应力称重传感器
最普通的用于计算切应力的公式为：
式中：S a—均匀切应力。
V—剪切载荷。
A—受剪部分的截面积。
这个公式可以用来计算破坏载荷，但不能给出弹性体粘贴应变计处中性轴上切应力的最大值。
对于切应力的最大值的计算公式，应随着受剪截面的外形不同而变化。
图7 S形剪切式称重传感器
图7是另一个S形称重传感器简图，除了利用剪切应力代替弯曲应力外，其它均无变化。图中A-A截面对于两个轴都是对称的，从侧面角度看呈现两倍的尺寸关系。应变计粘贴在工字形截面的腹板上，其截面尺寸为b、c、d、f和t。根据上述给定的尺寸，按计算程序计算出腹
板的厚度t。
下列中性轴切应力Ss最大值计算公式，引自参考文献[1]第91页公式（2），即
式中：V—剪力。
t—腹板厚度。
A′—中性轴以上横截面面积。
Z′—从中性轴到面积A′形心的间隔。
A′Z′=A1Z1+A2Z2
A1Z1—中性轴以上翼缘面积乘以中性轴到翼缘形心的间隔，依照图7，A1Z1＝fb（d+f/2）。
A2Z2—中性轴以上腹板的面积乘以中性轴到腹板形心的间隔，A2Z2＝td×（d／2）。
J—中性轴以上截面的惯性矩
例如图7中的称重传感器，假设所需的输出是3.0mv/v，弹性体由17—4PH不锈钢制成，
E m=29.1×106磅/英寸2，μ=0.29，利用公式（6）、（9）及N=4（1+μ），求得应力为33800磅/英
寸2，其中E0/E i=3.0mv/m，G f=2.0，假设所给的载荷及尺寸如下：
P=V=15000磅，d=0.80英寸，f=0.20英寸，c=1.00英寸，b=1.50英寸。把这些数值代进公式（14），即可得到一个有关t的二次方程式，解此方程求得t=0.273英寸。
为确定强度，还需要其它尺寸大小，例如确定承受载荷螺纹的答应直径，符合螺纹外径要求的宽度b一定要足够大等。图中A-A部分的箭头指向是高弯曲应力与拉伸应力合二为一的结合面，必须具有足够大的强度才能安全的承受载荷。粘贴有应变计的腹板两侧的盲孔部分可以是方形、矩形，也可以是圆形使得加工简单。据估计称重传感器任意部分的应力都比应变
计处的应力小。
工字形截面切应力称重传感器的误差来源
依照惯例，当计算工字梁的应力时，假设腹板承受所有载荷。假如我们采用这种方法，那么将利用均匀应力Sα=V/A的计算公式来确定腹板的厚度。采用上面的例子，承受载荷的腹板
截面面积是A=2ct，又由于A=V/Sα，则腹板厚度t计算如下：
此值比通过公式（14）得出的t值小18%，尽管公式（14）略显繁琐，但对于不同的截面外形，
它的计算是比较正确的。
轮辐式称重传感器
图8是一个轮辐式称重传感器简图，这种设计是为了生产高正确度的称重传感器。
图8 轮辐式称重传感器
粘贴应变计的轮辐是一个矩形截面梁，通常高度h比宽度b长一些。把公式（14）应用于矩形截面见参考文献[1]第92页公式（3），得出切应力计算公式如下：
式中：V—剪力，V=P/4。
a—外形系数。
A—矩形截面的面积，A=bh。
轮辐式称重传感器的误差来源
参考文献[1]指出，对于矩形截面其外形系数a=3/2，但是如前所述终极的输出是几个因素共同作用形成的。比较截面的高度，及截面的宽度与高度比，我的经验是a随着应变计的尺寸变化而变化。现举例说明，一个200000磅的称重传感器，截面高度h为2.386英寸，宽度b为1.172英寸。这么大的高度解决了通过应变计基长丈量均匀应变的题目，由于应变计基长只有
1/8英寸。外形系数a为1.25，并不是参考文献[1]中所述的1.50，表1给出了a的数值。
表1 外形系数a值
建议设计者外形系数最好选取1.25，组装一台称重传感器样件，校准所需要的截面面积。一旦在样件上建立了正确的计算模型，调整截面的宽度，就可以求得所需要的输出值，然后再组装一台称重传感器样件，并进行校核以确定终极输出。
图8给出了8片应变计的情况，应变计1A和1B串联，作为图1中的应变计1；应变计2A和2B 串联作为图1中的应变计2，如此等等，这种联结组桥方式提供了最精确的称重传感器。但是采用4片应变计的称重传感器价格会低一些，只是正确度为中等水平。4片应变计可粘贴在图8中1A、1B、3A和3B的位置上。购买的应变计应具有与中性轴成45°或135°的敏感栅，选择一个具有适当方向敏感栅的应变计是非常重要的。参考图6确定应变计的粘贴位置，使2片应变计处于拉伸状态，而另外2片应变计处于压缩状态。
较大量程的轮辐式称重传感器，例如容量超过200000磅（90718kg）时，会出现较大的滞后误差。这已形成了理论，即滞后误差是在泊松比作用下，在轮辐受载过程中轮箍底部产生向外移动的力，从而形成力矩。由于存在摩擦力，轮箍移出时的力矩与移回时的力矩是不同的，因而产生滞后。处于压缩状态的大型柱式称重传感器不会出现滞后现象，所以，既然大多数用户都希看轮辐式称重传感器的设计会提供精确的结果，那么轮辐式称重传感器的最大容量
最好限定为200000磅之内。
轴销剪切式称重传感器
图9是在一个吊环内装有轴销剪切式称重传感器的简图，这个组合表明切应力称重传感器应用的多样性和广泛性。本文展示的这台轴销剪切式称重传感器取自生产厂家的产品目录，见参
考文献[4]。
1．承载卷筒，2. 挂钩或吊链，3. U形吊环，
4. 剪切轴销，
5. 凹陷部分连线插头
图9 轴销剪切式称重传感器
应变计粘贴在轴销上的直径d为1/8英寸到1/2英寸的圆孔内，并处于有凹槽的位置上。应变计的粘贴位置必须正确，这项工作应该由一名熟练的机械师利用特殊的工具完成。
参考文献[5]详尽的讨论了轴销剪切式称重传感器，假如对制造类似的称重传感器有爱好，建议读者重新读一下那篇文章。计算轴销上切应力的公式选自参考文献[1]，在参考文献[5]中也给出了计算公式。此作者的研究展示了初始原型的真实应力，它与计算公式有着非常大的差异。例如需要为所计算的弹性体提供1.0mv/v的输出时，那么直径小的轴销切应力大约是11500磅/英寸2，而要求弹性体提供相同的输出时，直径大的轴销切应力却是7500磅/英寸2。称重传感器的输出受很多因素影响，比如说穿过中心孔的直径d，凹槽的直径D，轴销与支撑之间的间隙，支撑的硬度，应变计的尺寸等。可以被利用计算轴销剪切式称重传感器输出的最好公式是（15）式，其中外形系数a在1.5到2.0之间变化。
表1列举了经试验得出的a的一些数值，凹槽直径D从1.0到3.0之间变化，轴销是钢制的，称重传感器的输出灵敏度为2.0mv/v，而中间孔的直径d为0.50英寸。
轴销剪切式称重传感器的误差来源及设计建议
参考文献[5]指出“当几何外形没有题目时，传统的称重传感器要优于轴销剪切式称重传感器”。
轴销剪切式称重传感器在具体应用中，有很多误差来源，回纳起来主要有：
（A）为了具有最好的重复性和最小的滞后误差，轴销剪切式称重传感器的输出灵敏度应设计为1.00mv/v，所以当轴销受载时，不会因椭圆变形在轴销中引起较大的弯曲应力，这就增
加了安全载荷和疲惫寿命。
（B）轴销的凹槽必须是应变计敏感栅宽度的2倍。但是，假如凹槽过宽，当轴销受载时就会产生较大的弯曲应力而引起误差，同时也降低了安全载荷。参考文献[5]提供了有关凹槽宽度
的设计建议。
（C）轴销与支撑之间的间隙应尽量小一些，以减少弯曲变形。当轴销的直径为1.0英寸时，最大间隙为0.004英寸；当直径为4.0英寸时，最大间隙为0.007英寸。如图9中吊环式称重传感
器的情况，要求吊环为轴销提供紧密的配合。
（D）支撑应具有足够的刚度来抵抗弯曲变形，越刚硬越好。测试与校准轴销时，应该与实
际安装使用时是同一个支撑。
（E）在使用寿命内，假如轴销需要承受冲击载荷或很多循环载荷时，凹槽就需要有足够大的半径。另外，假如轴销要在很冷的天气（0°以下）工作并承受冲击载荷时，就不要选用较脆
的钢种如17-4PH来制造轴销。
（F）与轮辐式称重传感器相似，大型轴销剪切式称重传感器（200000磅或更高）会出现滞后误差。一个二百万磅的轴销剪切式称重传感器的滞后误差大约是1.0%到3.0%，为了减小（并不是消除）这一误差，所有大型切应力称重传感器都应该将输出灵敏度限制在1.00mv/v之内。（G）假如公式（15）被应用于实心轴销剪切式称重传感器时，外形系数a是一个常数4/3或是1.33，这个公式假设最大切应力均匀分布在轴销的中性轴上。
（H）由四只称重传感器组装的承载器，每个称重传感器必须具有相同的输出灵敏度。假如一只称重传感器的输出灵敏度是3.0mv/v其它几只的输出灵敏度也应该是3.0mv/v。假如不具备这一特点，任何一个偏于承载器的载荷都会得到不同的丈量结果。一个轴销就是一台电子衡器，由两个称重传感器并联组成（每个槽内有一只称重传感器），假如输出灵敏度不同，丈量结果就会随着偏心载荷的不同而变化。图8中的中心通孔就是用来把外载荷集中于称重传感
器中心而设计的。
结语
本篇论文是基于对称重传感器设计者能有所帮助而写的，它提供了一些公式，这些公式可用于计算称重传感器上的某个尺寸的大小，并提供所需要的其它计算结果。它同样先容了用于计算圆柱式结构称重传感器输出的公式（通常被用于航空产业）。
本篇论文全面先容了称重传感器的误差来源和设计建议。但是应该夸大的是影响称重传感器第一个样件输出的尺寸计算误差，应该在生产第二个样件前对这一尺寸进行更正。
本篇论文中的电桥电路（图1）并没有串进温度补偿电阻。例如应变计的灵敏系数、尽大多数材料的弹性模量都随着温度的变化而变化，所以称重传感器的输出灵敏度也随着变化，这个误差在商用称重传感器中通常是被补偿的。在商用称重传感器中电桥串联了温度补偿电阻，当温度变化时，补偿电阻会进行补偿。假如称重传感器串进了灵敏度温度补偿电阻，对于一个给定的输进电压，输出一定是一个符合要求的标准值。考虑到补偿电阻将减少输出值，所以设计的电桥输出值一定要比标准值高。表2是本篇论文所先容公式的总结。
表2 称重传感器计算公式
注释1、在全部公式中假设应力是单向的并且符合虎克定律，或者是应用公式将应力转换为应变或是相反将应变转换为应力，即S=eE m或e=S/E m。
注释2、为了得到需要求得的尺寸重新整理了公式。
注释3、用在公式（5）中代进N的方法求得输出值。
参考文献
〔1〕Roark,Raymond J.and Y oung,Warren C.,Formulas for Stress and Strain,Fifth edition，McGraw-Hill，1975.（罗克?雷蒙德?杰和杨格?沃伦?希：应力与应变公式，第五版，麦克格来－希尔出版，1975年。）
〔2〕（a）The technical staff of Measurements Group Inc., Strain Gage Based Transducers-Their Design and Construction, P.O.Box 27777, Raleigh, North Carolina,27611,（919）365-3800,1988. （b）T-Design （Computer Software ），B.L.H.Electronics, 75Shawmut Rd. Canton, MA02021，（617）821-2000.［（a）丈量技术职员团体公司，应变式传感器的结构与计算。（b）Ｔ－程序（计算机软件）。］
〔3〕Measurements Group Technical Note TN-502，Optimizing Strain Gage Excitation Levels（计量团体技术注释TN-502，选择最佳应变值。）
〔4〕Metrox，Inc，Load Pins，Drawing no. LP102-0000，1991 catalog.（梅特罗伊公司，轴销式称重，1991年目录第LP102-0000号图。）
〔5〕Y orgiadis，Alexander，The Shear Pin Force Transducer，Instruments and Control Magazine，October 1986.（约吉艾迪斯，亚历山大，轴销剪切式力传感器，仪器与控制杂志，1986年10月）。
作者简介
理查德?富兰克林在purdue（珀杜）大学机械工程专业获得工学学士学位。在工作期间他继续深造于San Diego（圣?迪格）大学，同样是机械工程专业他获得了工学硕士学位。在获得硕士学位不久，他在加利福尼亚获注册专业工程师执照。富兰克林先生拥有一个小的应变计技术咨询公司。他从事航空产业已有23年，并作为通用原子能公司的设计和测试工程师18年。他为贸易杂志，西部应变计委员会及报纸撰写文章。晚上他在西海岸大学及卡耶麦克亚大学教授测试设备及应用数学已8年。
可用如下方式与富兰克林先生联系：V ersatile Instruments，P.O.Bxo876，Del Mar，CA92014，619/755-2944
译自Measurements ＆Control，October1996.
电阻应变片压力传感器设计
《电阻应变片的压力传感器设计》 题目电阻应变片的压力传感器设计时间 201608 班级 2014级 姓名 序号 指导教师 教研室主任 系教学主任 2016年08月 前言
随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的。因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。 随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。 本次课程设计的是一个大量程称重传感器，测量范围为1t到100t。 本次课程设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。 传感器的设计主要包括弹性元件的设计和处理电路的设计。由于传感器输出的信号是微弱信号，故需要对其进行放大处理；由于传感器输出的信号里混有干扰信号，故需要对其进行检波滤波；由于传感器输出的信号通常都伴随着很大的共模电压（包括干扰电压），故需要设计共模抑制电路。除此之外，还要设计调零电路。 目录
电阻应变式传感器的原理与应用
专科毕业论文（设计） 题目：电阻应变式传感器的原理与应用 系院：电子工程系 学生姓名：王宇鹏 学号：0861520226 专业：应用电子 年级：3年级 完成日期：11月29日 指导教师：樊翠玲
电阻应变式传感器设计原理与应用 电阻应变式传感器概述 以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式扭矩传感器（见转矩传感器）、应变式位移传感器（见位移传感器）、应变式加速度传感器（见加速度计）和测温应变计等。电阻应变式传感器的优点是精度高，测量范围广,寿命长,结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等。它的缺点是对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱，但可采取一定的补偿措施。因此它广泛应用于自动测试和控制技术中。电阻应变式传感器传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体
应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。 关键词：应变片；电阻；组桥方式；误差补偿
目录 电阻应变式称重传感器原理 一、电阻应变片 二、弹性体 三、检测电路 称重传感器的选择 应变片的粘贴技术 电阻应变片选用方法与原则应变片的组桥方式 温度补偿
应变式测力传感器设计
1前言 1.1研究课题背景及意义 应变式测力传感器早已在众多测控领域中得到了广泛的应用，尤其在测量重量方面，其技术已非常成熟。所以，国内外众多科技人员努力争取更大的突破。得到更优良的弹性体结构，非常合适的弹性体材料，合乎测量要求的应变片，完善的测量电路及补偿电路是需要努力的。当然，非常好的外观质量也是一大竞争力。现已有的应变式测力传感器大致有这么几种：桥式、剪切梁式、单点式、柱式、轮辐式、板式、平行梁式、S型。它们主要用于称重领域。国外企业在以下几个方面进行了许多研究和实验工作，如结构设计、制造工艺、电路补偿及调整、稳定性方面。并取得了一定的进展。这些进展主要包括在设计和计算过程中引入了先进的分析方法，如用计算机拟实技术进行动态仿真和动力学分析及工艺设计过程里运用虚拟技术，对生产工艺进行仿真检验。在弹性体加工方面，使用先进制造技术，将刚性制造转为柔性制造，加工中心、柔性制造系统和柔性制造单元得到普遍采用。在生产过程中尽量采用半自动和自动控制、自动检验程序和计算机网络技术。改进了工艺装备也是主要成就之一。最终提高了应变式测力传感器的稳定性和可靠性。 转子在高速运转过程中，由于种种原因，诸如转子的偏心问题，会产生不容忽视的径向力，使转轴的径向误差加大。在自动控制系统中，便需要得到径向力这个信号，然后对执行机构才能进行控制。要得到理想的控制刚度，不仅需要控制系统的稳定可行，测试系统的重要性同样不可忽视。所以，传感器性能的好坏和选取的是否恰当是个非常关键的问题。在现有的径向力测量中，人们并不是直接去测径向力的值，而是将其转化为其它量，比如位移量。然后使用位移传感器进行测量，控制径向位移量便使得径向力引起的问题得到解决。在高速运转的系统中，如磁悬浮系统，人们便广泛采用这样一些位移传感器：电容式传感器、电涡流式传感器、电感式传感器。并都取得了不错的测量控制效果。但是，还不能忽视他们的缺点。电容式传感器，其电容小，容易受到外界诸多因素的影响，在高速旋转的转子系统中其可靠性大大降低。电涡流式传感器相对来讲比较合适，但是当附近存在高频磁场和工作的高频开关器件，它的可靠性也将变得不理想。电感式传感器由于自身的频率响应特性不适合于快速动态测量。 其实在转子系统中，转子肯定要有轴承支承。前面所讲都是将传感器作为一个附属测量器件，纯粹起测量作用。考虑轴承的刚度问题和受力问题，一个新的测量方向便产生了，何不设计一个既能其支撑作用，就像轴承一样，又起测量作用个，就像传感器一样。如果要同时具有这两种作用，那么前面所说的电容式传感器、电涡流式传
光电传感器工作原理
光电传感器工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
工作原理 摘要： 光电传感器是利用光电子应用技术，将光信号转换成电信号从而检测被测目标的一种装置。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温和气体成分等；也可用来检测能转换成光量的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度和加速度，以及物体形状、工作状态等。光电式传感器具有非接触，响应快，性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。 关键字：光电元件、检测技术、传感器、应用 一、光电传感器工作原理 光电式传感器的物理基础是光电效应,即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为两大类,即外光电效应和内光电效应。外光电效应是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。当金属表面在特定的光辐照作用下,金属会吸收光子并发射电子,发射出来的电子叫做光电子。光的波长需小于某一临界值 (相等于光的频率高于某一临界值)时方能发射电子,其临界值即极限频率和极限波长。由E =hn-W如果入射光子的能量hn大于逸出功W,那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的能量,也就是说有些光电子具有一定的动能。因为不同的电子脱离某种金属所需的功不一样, 所以它们就吸收了光子的能量并从这种金属逸出之后剩余的动能也不一样。由于逸出功W是使电子脱离金属所要做功的最小值,所以如果用E 表示动能最大的光电子所具有的动能,那么就有下面的关系式E =hn-W (其中,h表示普兰克常量,n表示入射光的频率),这个关系式通常叫做爱因斯坦光电效应方程。
基于应变片传感器的压力测量
“传感器与检测技术”研究小论文基于应变片传感器的压力测量 姓名：李 班级：2011 学号： 2014年4 月14 日
目录 第1章应变片传感器综述 (3) 1.1 应变片传感器简介 (3) 1.2 应变片传感器的工作原理 (3) 第2章传感器的选用 (4) 2.1 几种传感器及外围电路的比较 (4) 2.2 市场上的同类产品 (5) 第3章具体方案设计与分析 (6) 3.1 温度补偿电路 (6) 3.2 测量电路 (7) 3.3 系统总图 (8) 参考文献 (8)
应变片传感器综述 1.1应变片传感器简介 压力传感器的种类繁多，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膜片电极式压力传感器等。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。它由基体材料、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。 1.2应变片传感器的工作原理 电阻应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。当弹性敏感元件受到压力作用时，将产生应变，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变，表现为电阻值的变化。这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。把4个电阻应变片按照桥路方式连接，两输入端施加一定的电压值，两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。一般这种变化的对应关系具有近似线性的关系。找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系，就可以通过测量共模电压得到压力值。 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： S L R ρ= 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 ）
电阻应变式传感器.
第二讲电阻应变式传感器 教学目的要求： 1.掌握应变片的结构、分类及基本应变特性； 2. 熟练掌握应变式传感器的粘贴方法和接线方法，并能做相应的计算应用; 3. 掌握应变式传感器的基本应用。 教学重点：应变式传感器的粘贴方法和接线方法，并能做相应的计算应用 教学难点：应变式传感器的粘贴方法及应变式传感器的基本应用 教学学时：共4学时（其中作业习题讲解 1学时） 教学内容： 本讲内容介绍： 电阻应变式传感器具有悠久的历史， 是应用最广泛的传感器之一， 本节着重介绍作为应 变式传感器核心元件的电 阻应变片的工作原理、 种类、材料和参数；讨论其温度误差及其补 偿。并讨论电阻应变式传感器的测量电路。要求掌握应变式传感器的原理及应用。 一、 应变式传感器的工作原理 本节要求： 掌握应变式传感器的工作原理。 电阻应变片的工作原理是 应变效应一一机械变形时，应变片电阻变化 图2-6 金属丝应变效应 电阻丝的电阻: ： -L 求R 的全微分得: L F - ------—=一一一一—== -- . '■r I
式中L 是长度相对变化，即应变 ■:。 金属丝的变形有： S 2：r^ [L 2^- S r L 式中"：泊松比，对于钢"_ °?285 故应变效应数学表达式： =（1 2」）； 灵敏度系数: 因此应变的应变效应原理 R K ；x R 式中K ——电阻应变片的灵敏系数 二、电阻应变片的结构、分类及特性 本节要求： 1） 一般了解应变片的结构和分类。 2） 掌握电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法。 1. 电阻应变片的结构和分类 结构：电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。其中，敏感栅是应变片 的核心部分，它是用直径约为 0.025mm 的具有高电阻率的电阻丝制成的，为了获得高的电 阻值，电阻丝排列成栅网状，故称为敏感栅。 2. 应变片的分类 金属应变片和半导体应变片 金属应变片分：丝式、箔式 3. 应变片的横向效应 应变片的灵敏系数 K 恒小于同一材料金属丝的灵敏系数 K s ,其原因是由于横向效应的 影响。所谓横向效应是指将直的金属丝绕成敏感栅之后， 在圆弧的各微段上，其轴向感受的 应变在+ ；x 和；y =-「；x 之间变化，从而造成了圆弧段电阻变化将小于沿纵轴方向安放的 同样长度电阻丝电阻变化的现象。 iP/ =1 2 二 .R
光电传感器工作原理
工作原理 摘要： 光电传感器是利用光电子应用技术，将光信号转换成电信号从而检测被测目标的一种装置。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温和气体成分等；也可用来检测能转换成光量的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度和加速度，以及物体形状、工作状态等。光电式传感器具有非接触，响应快，性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。 关键字：光电元件、检测技术、传感器、应用 一、光电传感器工作原理 光电式传感器的物理基础是光电效应,即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为两大类,即外光电效应和内光电效应。外光电效应是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。当金属表面在特定的光辐照作用下,金属会吸收光子并发射电子,发射出来的电子叫做光电子。光的波长需小于某一临界值(相等于光的频率高于某一临界值)时方能发射电子,其临界值即极限频率和极限波长。由E =hn-W如果入射光子的能量hn大于逸出功W,那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的能量,也就是说有些光电子具有一定的动能。因为不同的电子脱离某种金属所需的功不一样,所以它们就吸收了光子的能量并从这种金属逸出之后剩余的动能也不一样。由于逸出功W是使电子脱离金属所要做功的最小值,所以如果用 E 表示动能最大的光电子所具有的动能,那么就有下面的关系式E =hn-W (其中,h表示普兰克常量,n表示入射光的频率),这个关系式通常叫做爱因斯坦光电效应方程。 如
电阻应变式压力传感器设计说明
传感器与检测技术电阻应变式压力传感器的设计 学院：信息技术学院 指导老师：蔡杰 班级：B1106 ：佳林 学号：0915110629
目录 一、设计任务分析 (2) 二、方案设计 (2) 2.1原理简述 (2) 2.2应变片检测原理 (3) 2.3弹性元件的选择及设计 (4) 2.4应变片的选择及设计 (5) 三、单元电路的设计 (6) 3.1电桥电路的设计 (6) 3.2放大电路的设计 (6) 3.3移相器的设计 (7) 3.4过零比较器的设计 (8) 3.5相敏检波电路的设计 (9) 3.6低通滤波器的设计 (9) 四、误差分析 (10) 五、心得体会 (10) 六、致 (11)
电阻应变式压力传感器的设计 一、设计任务分析 采用电阻应变片设计一种电阻应变式质量（压力）传感器，具体要求如下： 1.正确选取电阻应变片的型号、数量、粘贴方式并连接成交流电桥； 2.选取适当形式的弹性元件，完成其机械结构设计、材料选择和受力分析， 3.并根据测试极限围进行校核； 4.完成传感器的外观与装配设计； 5.完成应变电桥输出信号的后续电路（包括放大电路、相敏检波电路、低通 滤波电路）的设计和相关电路参数计算，并绘制传感器电路原理图； 二、方案设计 2.1原理简述 电阻应变式传感器为本设计的主要部件，传感器中的弹性元件感受物体的重 力并将其转化为应变片的电阻变化，再利用交流全桥测量原理得到一定大小的输 出电压，通过电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，在显 示表头中将电压（V）改为质量（kg）即可实现对物品质量的称重。 本设计所测质量围是0-10kg，同时也将后续处理电路的电压处理为与之对 应的0-10V。由于采用了交流电桥，所以后续电路包括放大电路，相敏检波电路， 移相电路，波形变换电路，低通滤波电路（显示电路本次未设计）。 原理框图如图一所示。 （质量）压力电阻应变片交流电桥5KHZ交流 放大器移相器数显表头 过零比较器 相敏检波 低通滤波
应变式传感器
第3章 电阻式传感器（知识点） 知识点1 概述 电阻式传感器的基本工作原理是将被测量的变化转化为传感器电阻值的变化，再经一定的测量电路实现对测量结果的输出。电阻式传感器应用广泛、种类繁多，如电位器式、应变式、热电阻和热敏电阻等；电位器式电阻传感器是一种把机械线位移或角位移输入量通过传感器电阻值的变化转换为电阻或电压输出的传感器；应变电阻式传感器是通过弹性元件的传递将被测量引起的形变转换为传感器敏感元件的电阻值变化。 知识点2 工作原理 应变（stress ）是物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象。当外力去除后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状的应变称为弹性应变。具有弹性应变特性的物体称为弹性元件。 应变电阻式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。应变电阻式传感器在力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量中得到了广泛的应用。 应变电阻式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生形变，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的电阻应变片，引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过测量电路变成电压等电量输出。输出的电压大小反映了被测物理量的大小。 知识点3 应变效应 如图3.1所示。一根具有应变效应的金属电阻丝，在未受力时，原始电阻值为： A L R ?= ρ （3.1） 式中： R －电阻丝的电阻 ρ－电阻丝的电阻率 L －电阻丝的长度 A －电阻丝的截面积。
图3.1 应变效应 当电阻丝受到拉力F 作用时将伸长，横截面积相应减小，电阻率也将因形变而改变（增加），故引起的电阻值相对变化量通过对式（3.1）进行全微分可得： （3.6） 其中： L L ?－电阻丝轴向（长度）相对变化量，即轴向应变，用ε表示。即： L L ε?= （3.7） 基于材料力学相关知识，径向应变与轴向应变的关系为： （3.8） 式中： μ－电阻丝材料的泊松比。 将（3.7）、（3.8）式代入（3.6）式可得： 12R R ρ μερ ??＝＋（＋） （3.9） 通常把单位应变引起的电阻值相对变化量称为电阻丝的灵敏度系数，表示为： （3.10） 实验证明：在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即K 为常数。 知识点4 电阻应变片种类 应力（strain ）与应变的关系为： E σε?＝ （3.11） 式中： σ－被测试件的应力 E －被测试件的材料弹性模量。
光电传感器工作原理
光电传感器工作原理 电子电路 2008-05-31 22:27 阅读6004 评论3 字号：大中小 本文来源网络 光电传感器工作原理 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成 它们分为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装
置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。分类和工作方式⑴槽型光电传感器把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。⑵对射型光电传感器若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。⑶反光板型光电开关把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找
传感器原理及应用习题
《第一章传感器的一般特性》 1 试绘制转速和输出电压的关系曲线，并确定： 1）该测速发电机的灵敏度。 2）该测速发电机的线性度。 2．已知一热电偶的时间常数τ=10s，若用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540οC和500οC 之间按近似正弦曲线波动，周期为80s，静态灵敏度k=1，试求该热电偶输出的最大值和最小值，以及输入与输出信号之间的相位差和滞后时间。 3．用一只时间常数为0.355s 的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号，问幅值误差为多少？ 4．若用一阶传感器作100Hz正弦信号的测试，如幅值误差要求限制在5%以内，则时间常数应取多少？若在该时间常数下，同一传感器作50Hz正弦信号的测试，这时的幅值误差和相角有多大？ 5．已知某二阶系统传感器的固有频率f0=10kHz，阻尼比ξ=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。 6．某压力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%,当500Hz的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位滞后。 《第二章应变式传感器》 1．假设某电阻应变计在输入应变为5000με时电阻变化为1%，试确定该应变计的灵敏系数。又若在使用该应变计的过程中，采用的灵敏系数为1.9，试确定由此而产生的测量误差的正负和大小。 2．如下图所示的系统中：①当F＝0和热源移开时，R l＝R2＝R3＝R4，及U0＝0；②各应变片的灵敏系数皆为+2.0，且其电阻温度系数为正值；③梁的弹性模量随温度增加而减小；④应变片的热膨胀系数比梁的大；⑤假定应变片的温度和紧接在它下面的梁的温度一样。 在时间t＝0时，在梁的自由端加上一向上的力，然后维持不变，在振荡消失之后，在一稍后的时间t1打开辐射源，然后就一直开着，试简要绘出U0和t的关系曲线的一般形状，并通过仔细推理说明你给出这种曲线形状的理由。 3．一材料为钢的实心圆柱形试件，直径d＝10 mm，材料的弹性模量E＝2 ×1011N／m2，泊松比μ＝0.285，试件上贴有一片金属电阻应变片，其主轴线与试件加工方向垂直，如图1所示，若已知应变片的轴向灵敏度k x ＝2，横向灵敏度C=4%，当试件受到压缩力F＝3×104N作用时。应变片的电阻相对变化ΔR／R为多少。 4．在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各粘贴一片电阻120 Ω的金属电阻应变片，如图2所示，把这两片应变片接入差动电桥，已知钢的泊松比μ＝0.285，应变片的灵敏系数k0＝2，电桥电源电压U sr＝6V（d．C．），当试件受轴向拉伸时，测得应变片R1的电阻变化值ΔR1=0.48 Ω，试求电桥的输出电压。 图1 图2 5．一台采用等强度梁的电子秤，在梁的上下两面各贴有二片电阻应变片，做成秤重传感器，如下图所示。已知l＝100 mm，b＝11 mm，t＝3 mm，E＝2.1×104N／mm2，k0＝2，接入直流四臂差动电桥，供桥电压 6 V，当秤重0.5 kg时，电桥的输出电压U sc为多大。 6．今在（110）晶面的〈001〉〈110〉晶面上各放置一电阻条，如下图所示，试求：l）在0.1MPa
《传感器原理及应用》课后答案
第1章传感器基础理论思考题与习题答案 什么是传感器（传感器定义） 解：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 传感器特性在检测系统中起到什么作用 解：传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系，所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器由哪几部分组成说明各部分的作用。 解：传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成电信号的部分，调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分，如书中图所示。 传感器的性能参数反映了传感器的什么关系静态参数有哪些各种参数代表什么意义动态参数有那些应如何选择 解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。意义略（见书中）。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等，应根据被测非电量的测量要求进行选择。 某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。 解：其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=℃、S2=mV、S3=V，求系统的总的灵敏度。 某线性位移测量仪，当被测位移由变到时，位移测量仪的输出电压由减至，求该仪器的灵敏度。
应变式传感器
应变式称重传感器的设计与计算 此篇文章的形成是基于对称重传感器设计者能有所帮助。它深进分析推导出一些公式，这些公式能够计算出位于称重传感器上的某些尺寸大小，并提供所需要的输出。此篇文章还先容了各种误差来源及设计建议。 粘贴式电阻应变计广泛应用于当今高精度测力与称重传感器的制造中。本篇文章为帮助称重传感器设计者计算出称重传感器尺寸大小，从而为获得唯一需要的输出作了充分的预备。设计者既可以运用有限元分析法经计算机程序（假如可能）来确定称重传感器所需要的尺寸，或运用本文所提供的公式来计算此尺寸。应力公式选自一部非常好的书——应力与应变公式（见参考文献[1]）。除了公式汇编，本文还讨论了误差的可能来源及设计建议，有关误差来源的信息主要是基于作者的经验。文中所描述的相关称重传感器没有作专利调查，在考虑把所讨论的设计用于产品的生产或推向市场前，有必要作一下调查。 通过某些假设得出的这些计算公式，另外还有电阻应变计的特性、应力形式、材料特征以及机械加工的偏差都会导致计算结果的一定误差。在批量制造称重传感器前，应制造几个样机进行组装、测试和标定。 在某些产业中，如航天产业也许只需要一次性的称重传感器，为决定其非线性、重复性和滞后等误差，在使用前对其进行标定是十分重要的。当计算机被应用于数据处理时，非线性、零点漂移及灵敏度变化，是很轻易修正的。假如称重传感器在使用时要经历强烈的温度变化和外部附加载荷的影响，我们应进行试验并丈量出这些影响量所造成的误差。假如某部分结构（如接头、销子、压杆）用来丈量或是被用作称重传感器时，标定和测试就尤为重要了。称重传感器设计包括很多方面，这里对其制造生产不予讨论，例如，需要对电阻应变计安装技术知识的全面了解，一些电阻应变计制造商提供技术资料的同时，还应提供电阻应变计安装的分类等。 有关称重传感器设计的附加内容见参考文献[2]（a）和[2]（b）。这份小册子及计算机程序比较完整，可以从制造商那里获得。 在过往十年中，计算机技术的发展改变了称重传感器的设计、制造与记录方式，例如在电阻应变计被安装后，所有的称重传感器都有一个原始的不平衡（当没有载荷作用时，也有输出信号存在）。通常零点调整电阻被应用于贸易称重传感器，以便消除这种不平衡。运用计算机程序，零点不平衡数据很轻易被除掉。除了零点调整电阻外，在精密的贸易称重传感器中安装了很多电阻，便于补偿诸如零点和灵敏度温度影响。假如在记录数据的同时，称重传感器的温度也进行了丈量，并且当这个称重传感器被标定时，温度造成的误差已被测定，那么就应该运用计算机程序修正终极数据。贸易称重传感器制造商不为计算机提供用于修正原始不平衡或温度影响的数据，由于他们不想局限市场。贸易称重传感器不安装零点平衡及温度补偿电阻会节省大量资金，尤其是需求量很大时效果更明显。 符号定义 a—结构系数。 A—横截面面积。 A′—中性轴上横截面面积。 A1—中性轴上翼缘面积。
光感式传感器原理及其应用
光电式传感器原理及其应用 姓名 (测仪111班，刘俊杰，5801211048) Principle and application of photoelectric sensor 英文姓名 (measurement of class 111, Junjie Liu, 5801211048) 摘要：光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测光量变化或直接引起光量变化的非电量，也可用于检测能转换成光量变化的其他非电量。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电式传感器具有响应快、精度高、能实现非接触测量等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制领域应用非常广泛。 关键词：光电式传感器；检测光量变化；电信号；检测与控制。 Abstract:photoelectric sensor is photoelectric device as a sensor element. It can be used for non electric quantity detection light intensity or directly caused by light intensity, and can also be used for detection can be converted into other non electrical quantity change. It divides the changes measured into optical signal changes, then with the help of optoelectronic devices to convert optical signals into electrical signals. Photoelectric sensor has the advantages of fast response, high precision, can realize the non-contact measurement etc., and measurable parameters, the sensor has the advantages of simple structure, flexible and diverse forms, therefore, application of photoelectric sensors in the detection and control field is very wide. Key words:photoelectric sensor; detection of light intensity; signal; detection and control. 1 前言 传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定规律转换成便于测量和传输的信号的装置。电信号易于传输和处理，所以大多数的传感器是将物理量等信息转换成电信号输出的。例如传声器就是一种传感器，它感受声音的强弱，并转换成相应的电信号。又如电感式位移传感器能感受位移量的变化，并把它转换成相应的电信号。 光电测量时不与被测对象直接接触，光束的质量又近似为零，在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。因此在许多应用场合，光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。 2 光电式传感器工作原理 2.1 光电效应 光电效应是光照射到某些物质上，使该物质的导电特性发生变化的一种物理现象，可分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应（光生伏特效应包含于内光电效应，在此为特意列出）三类。 外光电效应是指在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。光子是以量子化“粒子”的形式对可见光波段内电磁波的描述。光子具有能量hν，h为普朗克常数，ν为光频。光子通量则相应于光强。外光电效应由爱因斯坦光电效应方程描述： EK=hν-W 当光子能量等于或大于逸出功时才能产生外光电效应。因此每一种物体都有一个对应于光电效应的光频阈值，称为红限频率。对于红限频率以上的入射光，外生光电流与光强成正比。 内光电效应是指在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应，分为光电导效应和光生伏特效应两类。光电导效应是指，半导体材料在光照下禁带
电阻应变式压力传感器
电阻应变式压力传感器，实际指的是这款传感器产品的工作原理，即电阻应变式原理，对于我们普通的老百姓来说，这个原理让我们不明所以，但对于传感器的厂家来说，是深有研究甚至发展多年，已经有所突破。 行业内电阻应变式原理的解释是这样的：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。 由此可见，弹性体是电阻应变式称重传感器中不可缺少的部分。弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变
片比较理想的完成应变棗电信号的转换任务。 以常见的SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。 肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。 ε=（3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/（B（H3-h3）+bh3）（2--9） 其中：Q--截面上的剪力；E--扬氏模量：μ—泊松系数；B、b、H、h—为梁的几何尺寸。 需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。
蚌埠高灵传感系统工程有限公司在自主创新的基础上开发生产出力敏系列各类传感器上百个品种，各种应用仪器仪表和系统，以及各种起重机械超载保护装置，可以广泛应用于油田、化工、汽车、起重机械、建设、建材、机械加工、热电、军工、交通等领域。公司除大规模生产各种规格的高精度、高稳定性、高可靠性常规产品外,还可根据用户具体要求设计特殊的非标传感器,以满足用户的特殊要求。如果您想进一步的了解，可以直接点击官网高灵传感进行在线了解。
光电传感器的工作原理
光电传感器工作原理（红外线光电传感器原理） 光电传感器工作原理（红外线光电传感器原理） 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。 光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。 发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。 此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。 三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。 分类和工作方式 ⑴槽型光电传感器 把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。 ⑵对射型光电传感器 若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。 ⑶反光板型光电开关 把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为
光感式传感器原理及其应用
光感式传感器原理及其 应用 SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
机电工程系 传感器与检测技术学习报告 专业班级：生产过程自动化14-2 姓名：张鹏宇 学号： 19 项目名称：光感式传感器的应用与发展 指导教师：刘辉 评定成绩： 2015年12月15日
摘要：光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测光量变化或直接引起光量变化的非电量，也可用于检测能转换成光量变化的其他非电量。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电式传感器具有响应快、精度高、能实现非接触测量等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制领域应用非常广泛。 关键词：光电式传感器；检测光量变化；电信号；检测与控制。 1 前言 传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定规律转换成便于测量和传输的信号的装置。电信号易于传输和处理，所以大多数的传感器是将物理量等信息转换成电信号输出的。例如传声器就是一种传感器，它感受声音的强弱，并转换成相应的电信号。又如电感式位移传感器能感受位移量的变化，并把它转换成相应的电信号。 光电测量时不与被测对象直接接触，光束的质量又近似为零，在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。因此在许多应用场合，光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。 2 光电式传感器工作原理 光电效应 光电效应是光照射到某些物质上，使该物质的导电特性发生变化的一种物理现象，可分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应（光生伏特效应包含于内光电效应，在此为特意列出）三类。 外光电效应是指在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。光子是以量子化“粒子”的形式对可见光波段内电磁波的描述。光子具有能量hν，h为普朗克常数，ν为光频。光子通量则相应于光强。外光电效应由爱因斯坦光电效应方程描述： EK=hν -W 当光子能量等于或大于逸出功时才能产生外光电效应。因此每一种物体都有一个对应于光电效应的光频阈值，称为红限频率。对于红限频率以上的入射光，外生光电流与光强成正比。 内光电效应是指在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应，分为光电导效应和光生伏特效应两类。光电导效应是指，半导体材料在光照下禁带中的电子受到能量不低于禁带宽度的光子的激发而跃迁到导带，从而增加电导率的现象。能量对应于禁带宽度的光子的波长称光电导效应的临界波长。光生伏特效应指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。 光生伏特效应首先是由光子转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。可分为势垒效应（结光电效应）和侧向光电效应。势垒效应的机理是在金属和半导体的接触区(或在PN结)中，电子受光子的激发脱离势垒（或禁带）的束缚而产生电子空穴对，在阻挡层内电场的作用下电子移向N区外侧，空穴移向 P区外侧，形成光生电动势。侧向光电效应是当光电器件敏感面受光照不均匀时，受光激发而产生的电子空穴对的浓度也不均匀，电子向未被照射部分扩散，引起光照部分带正电、未被光照部分带负电的一种现象。
光感式传感器原理及其应用完整版
光感式传感器原理及其 应用 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
机电工程系 传感器与检测技术学习报告 专业班级：生产过程自动化14-2 姓名：张鹏宇 学号： 项目名称：光感式传感器的应用与发展 指导教师：刘辉 评定成绩： 2015年12月15日 摘要：光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测光量变化或 直接引起光量变化的非电量，也可用于检测能转换成光量变化的其他非电量。它首先 把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信 号。光电式传感器具有响应快、精度高、能实现非接触测量等优点，而且可测参数 多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制领域应用 非常广泛。 关键词：光电式传感器；检测光量变化；电信号；检测与控制。 1 前言 传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定规律转换成便于测量和传输的 信号的装置。电信号易于传输和处理，所以大多数的传感器是将物理量等信息转换成 电信号输出的。例如传声器就是一种传感器，它感受声音的强弱，并转换成相应的电 信号。又如电感式位移传感器能感受位移量的变化，并把它转换成相应的电信号。 光电测量时不与被测对象直接接触，光束的质量又近似为零，在测量中不存在摩 擦和对被测对象几乎不施加压力。因此在许多应用场合，光电式传感器比其他传感器 有明显的优越性。 2 光电式传感器工作原理 光电效应 光电效应是光照射到某些物质上，使该物质的导电特性发生变化的一种物理现 象，可分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应（光生伏特效应包含于内光电效 应，在此为特意列出）三类。