第三章 压力检测1详解.ppt

3 压力测量 应变式力传感器 各种悬臂梁 应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置 应变式荷重传感器外形及受力位置（续） 荷重传感器上的应变片在重力作用下产生变形。轴向变短，径向变长。 汽车衡 电子秤 吊钩秤 弹性敏感元件 一、概念 变形:物体因外力作用改变原来的尺寸、形状. 弹性形变:外力去掉后完全恢复原来的尺寸、形状的变形。 应变式压力计： 电阻丝的灵敏度系数：单位应变引起的电阻相对变化 3.2.2 电阻应变片 2.半导体电阻应变片 半导体压阻效应： 对半导体施加应力时，其电阻率产生变化，半导体电阻率随应力变化的关系叫半导体压阻效应。 半导体应变电阻由受应力后几何尺寸变化引起的电阻变化和电阻率变化引起的电阻变化两部分组成。 电阻率引起的电阻变化占主要。 电阻应变片的粘贴 1.粘结剂的粘结力要强，迅速将被测试件的应变传到敏感栅。 2.粘贴工艺包括测试试件表面处理，贴片位置确定，引线的焊接固定，防护与屏蔽。 3.2.3 温度补偿 二、温度误差及其补偿 1.温度误差 环境温度改变引起电阻变化的主要因素有两方面： （1）应变片电阻丝的温度系数； （2）电阻丝材料与试件材料的线膨胀系数不同。 由温度变化引起总电阻相对变化： 电桥电路的温度补偿 环境温度变化时会引起应变片的电阻变化，对测量造成误差,进行温度补偿消除这种误差。 常用的温度补偿方法是电桥补偿法。 3.2.4 转换电路 用电桥电路实现电阻相对变化转换为电压或电流信号，以便用电测仪表进行测量。 当 时， 单臂工作电桥: R1为应变片，其余各臂为固定电阻。 半桥双臂工作方式: Rl、R2为应变片，R3、R4为固定电阻。（一拉一压） Rl=R2, △Rl= △R2 , R3=R4,差动双臂工作电桥输出电压： 对于边缘固定的圆形膜片，径向应变 ，切 向应变 ，分别为 R,h -----平膜片工作部分半径和厚度； E， ----膜片的弹性模量和材料泊松比； x-------任意点离圆心的径向距离。 x=0, , 都达到正的最大值 在膜的边膜x=R处， =0， 最小， 测量应变片沿圆周方向粘贴， 补偿应变片沿轴向粘贴。 结构特点： 当被测介质温度波动时应 变片受到的影响小些。由于应 变片内外都不与被测介质接 触，便于冷却介质（水或风） 的流通。 扩散硅型压力传感器是把半导体应变膜直接扩 散在单晶体基底上，这个单晶片既有测量功能， 也有弹性元件作用。 3.3.1 压电效应 石英晶体 石英晶体化学式为SiO2, 是单晶体结构。是一个正六面体。 纵向轴 z 称为光轴, 经过六面体棱线并垂直于光轴的 x 轴称为电轴, 机械轴:与 x 和 z 轴同时垂直的轴 y。 （一）石英晶体 天然形成的石英晶体外形（续） 石英晶体切片及封装 石英晶体薄片 纵向压电效应:沿电轴x 方向的力作用下产生电荷的压 电效应. 横向压电效应:沿机械轴y 方向的作用下产生电荷的压 电效应. 沿光轴z 方向受力时不产生压电效应。  正压电效应:作用力方向改变时, 电荷的极性也随之改变。 机械能转为电能的现象。 逆压电效应:在电介质极化方向施加电场, 电介质会产生变形的现象。 利用这种效应可制作电能与机械能互换的驱动器，在便携式电话、喷墨打印机以及尖端技术的扫描隧道显微镜等方面得到了广泛应用。 具有压电效应的材料称为压电材料, 压电材料能实现机—电能量的相互转换. 一、压电晶体 1.石英晶体 几百度温度范围内，压电系数不随温度改变，575℃时，完全失去压电性质， 575℃为它的居里点。有很大机械强度，冲击力作用下漂移小，灵敏度低。 主要用来测量大量值的力或用于准确度、稳定性要求高的场合和制作标准传感器。 2.水溶性压电晶体 最早发现的是酒石酸钾钠，有很大的压电灵敏度和高的介电常数，但它易于受潮，机械强度低，电阻率也低只限于在室温和湿度低的环境下应用。 3.铌酸锂晶体 单晶体，是一种压电性能良好的电声换能材料，居里温度1200 ℃，在耐高温传感器上有广泛应用。机械强度低，很脆弱，热冲击力差，小心使用。 二 压电陶瓷