《力与压力的检测》ppt课件

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1、《传感器技术》主编：张永花TheCoursefor应电1401Createdbykairry项目三力与压力的检测掌握应变效应、压电效应、压阻效应了解各类常用压力传感器的结构熟悉各类常用压力传感器的应用能设计有关力与压力的检测方案力和压力的检测、调节与控制在生产生活中的应用非常广泛。例如，家用高压锅、液化汽罐体上的减压阀等都是大家熟悉的压力调节装置。火力发电厂锅炉蒸汽压力的监测与控制是保证发电设备安全、经济运行的重要措施。【几个基本概念】在物理学中，垂直作用于单位面积上的力称为压强，而在工程上称“压力”用

2、p表示。常使用的术语还有：绝对压力……相对真空（绝对零压力）所测得的压力；pi大气压力……由地表空气柱重量形成的压力；pd表压力……高于大气压力的绝对压力与大气压力pd之差。pb=pi-pd因为压力仪表一般都在大气环境中工作，所以它测得的压力实际上是其压力敏感元件内部流体介质压力（绝压）与外部大气压力之差。工程上除非特殊声明，一般所指压力即指压力表测得的压力即表压力。力与压力的检测【几个基本概念】负压与真空度……当绝对压力小于大气压力时，表压力就成为负值。在这种情况下，大气压力与绝对压力之差称为负压（也

3、即真空度pz表示接近真空的程度）pz=pd-pi差压……两个压力之间的差值。Δp绝对零压力（真空）大气压力pd负压真空度pz表压pb绝对压力pi国际单位制Pa1Pa=1牛顿/平方米（N/m2）1巴=1达因/平方厘米（dyn/cm2）=105Pa1工程大气压≈1千克力/平方厘米（kgf/cm2）≈9.8kPa1标准大气压=760毫米水银柱=101325Pa=10.34米水柱1毫米水银柱=133.322Pa1毫米水柱=9.80665Pa可见Pa的量值最小，真空度测量中常用“托”（Torr）为单位1Torr=

4、1毫米水银柱力与压力的检测电阻应变片传感器测力导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值会发生变化，这种现象称为“应变效应”。【工作原理】设有一段长为l，截面积为s，电阻率为ρ的导体(如金属丝)，它具有的电阻值为：R=ρl/s=ρl/(2πr2)若沿轴向均匀作用拉力或压力，l、ρ、r都将变化，导致R发生变化。求的全微分得：金属丝轴向、径向的线应变ε=Δl/l、εr=Δr/r在弹性范围内，轴向应变和径向应变的关系可表示为：ε=-μεrμ——电阻丝材料的泊松比，钢：0.285则有定义电阻丝的灵

5、敏系数K（物理意义）为单位轴向应变所引起的电阻相对变化量。K=△R/Rε=1+2μ+△ρ/ρε对于金属导体此项通常极小可忽略由△R/R=Kε及材料力学公式Eε=F/s，若灵敏度K、截面积s、弹性模量E为已知，只要测出ΔR/R，就可获得试件受力的大小。力与压力的检测电阻应变片传感器测力应变片种类与结构金属应变片半导体应变片丝式箔式薄膜式丝式箔式金属丝式使用最早，有纸基、胶基之分。但蠕变较大，金属丝易脱胶，渐被箔式所取代。箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成的。箔的材料多为电阻率高、热稳定性好

6、的铜镍合金。箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量时的蠕变较小，一致性较好。目前广泛用于各种应变式传感器中。力与压力的检测电阻应变片传感器测力测量转换电路——不平衡电桥金属应变片的电阻变化范围很小，如果直接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难，且误差很大。图为直流测量电路。电桥的平衡条件为：R1R3=R2R4开路输出电压输入电阻输出电阻调节RP，最终可以使电桥趋于平衡，图中的R5是用于减小调节范围的限流电阻。力与压力的检测电阻应变片传感器测力测量转换电路——不平衡电桥现假设四臂电阻

7、变化为ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4，则考虑到R1R3=R2R4及ΔRi<

8、者无非线性误差及具有特性漂移补偿作用。a-半桥式(单臂工作);b-半桥式(双臂工作);c-全桥式(双臂工作);d-全桥式(四臂工作)力与压力的检测电阻应变片传感器测力应用实例——检测加速度应变式加速度传感器L电阻应变片质量块m弹簧片外壳基座a力与压力的检测电阻应变片传感器测力应用实例——数显电子秤数显电子秤电路原理如图所示，其主要部分为电阻应变式传感器R1及IC2、IC3组成的测量放大电路，和IC1及外围元件组成的数显面板表。传感器R1采用