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关于压力传感器的知识

(2010-08-30 15:29:41)
标签:

arduino

robotbase

压力传感器

fsr

传感器

教育

分类: 机器人入门教程

    压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业,下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。

应变片压力传感器原理与应用

    力学传感器的种类繁多,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电容式加速度传感器等。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。下面我们主要介绍这类传感器。

  在了解压阻式力传感器时,我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上,当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变,使应变片的阻值发生改变,从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,一般这种应变片都组成应变电桥,并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给处理电路(通常是A/D 转换和CPU )显示或执行机构。

    金属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:

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 )  

    我们以金属丝应变电阻为例,当金属丝受外力作用时,其长度和截面积都会发生变化,从上式中可很容易看出,其电阻值即会发生改变,假如金属丝受外力作用而伸长时,其长度增加,而截面积减少,电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时,长度减小而截面增加,电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化(通常是测量电阻两端的电压),即可获得应变金属丝的应变情况。

陶瓷压力传感器原理及应用
  抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递,压力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片产生微小的形变,厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面,连接成一个惠斯通电桥(闭桥),由于压敏电阻的压阻效应,使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号,标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等,可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定,传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性,传感器自带温度补偿0 ~70℃,并可以和绝大多数介质直接接触。   

    陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40 ~135 ℃,而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度>2kV,输出信号强,长期稳定性好。高特性,低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向,在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势,在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。

扩散硅压力传感器原理及应用
  工作原理被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷),使膜片产生与介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发生变化,和用电子线路检测这一变化,并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。

压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电传感器不能用于静态测量,因为经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

 

压力传感器的应用
    压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用,特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业,例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力,也可以用来测量微小的压力。 
    压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中,比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的,因为测量动态压力是如此普遍,所以压电传感器的应用就非常广。 
    除了压电传感器之外,还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器,利用应变效应的应变式传感器等,这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料,在不同的场合能够发挥它们独特的用途。

机器人基地推出的此产品:

关于压力传感器的知识

      Force Sensing Resistor 压力感应电阻是著名Interlink Electronics 公司生产的一款重量轻,体积小,感测精度高,超薄型压力传感器。当压力感测电阻器感应面的压力增加时,其阻抗就会减少,从而取得压力数据。其可用于机械手末端夹持器感测夹持物品有无,仿生机器人足下行走地面感测,哺乳类动物咬力测试生物实验,应用范围及其广泛。

关于压力传感器的知识

 

       This is a Force Sensing Resistor (FSR). It can be used to provide a 0-5vdc output that is proportional to the amount of force applied. Includes one FSR and one rubber bumper.

 

Specifications

Sensing area(感测范围): 0.2” circle
Output signal(输出信号): Passive variable resistance
Force sensitive range(压力感测范围): 0 to 10 kg
Lifetime(使用寿命): > 10 million actuations

详细使用过程与原理参见:

关于压力传感器的知识

关于压力传感器的知识

关于压力传感器的知识

 

Arduino爱好者Rebecca实例应用博文—Arduino应用之压力感应电阻网址:(复制网址到浏览器打开)

http://blog.sina.com.cn/s/blog_5e4725590100dxdg.html

关于压力传感器的知识

可使用Arduino原型扩展板搭建简单实验电路

机器人基地推出的另一款同类产品:

 

关于压力传感器的知识
 
FlexiForce Sensor 压力传感器
 
关于压力传感器的知识
 
 
Flexiforce为目前常用的可挠曲压力传感器,本身压力值有三种区块1lb、25lb、100lb可针对你的需求作搭配。输出信号为类比信号,可透过BASIC Stamp的RCtime指令直接做读取,不需外接ADC0831。此套件包含有所需搭配的220 欧电组,0.1 uF and 0.01 uF电容。
 
 
 
Tekscan’s FlexiForce? sensor measures force between two surfaces. The sensor output exhibits a high degree of linearity, low hysteresis and minimal drift compared to other thin-film force sensors. The Flexiforce single element sensor acts as a resistor in an electrical circuit. When the sensor is unloaded, its resistance is very high. Resistance decreases when force is applied to the sensor. The resistance can be read by connecting an ohmmeter to the outer two pins of the sensor and applying a force to the round tab sensing area at the end of the film.
The resistance of the Flexiforce sensor is proportional to weight. The sensor included in your kit is rated at 1.6
lbs.1 The purpose of the Parallax example circuit is only to demonstrate the resistive nature of the sensor with
a resistor/capacitor discharge time measurement circuit; no correlations to weight are made in these examples. 
 
关于压力传感器的知识
 
Packing List
Verify that your Flexiforce Demo Kit has the following components:
? (1) Flexiforce thin-film sensor
? (1) 220 ohm resistor
? (1) 0.1 uF capacitor
? (1) 0.01 uF capacitor
 
工业应用:
 
  • Nip Roller (Paper,Fabric,Fax,Coin Machine)
  • Compression Moldings
  • Packaging Seals
  • Robotic Grip Forces

 

医疗应用:

  • Insulin Pump
  • Surgical Instruments
  • Bandage/Cast Pressure
  • Neck/Back/Knee-Brace Fit
  • Probing Devices/li>
  • Prosthetic Limb Forces
  • Forceps Closure

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