第三章力学量检测技术1.ppt

信息采集技术 第3章 力学量检测技术 压力、力和转矩都是力作用的现象。 3.1 压力的测量 3.1.1压力的基本概念 1、压力的定义 压力是垂直地作用在单位面积上的力（压强）。 工程上，习惯把压强称为压力。 2、压力的表示方法 用于工程检测的是表压力和真空度。 电子信息工程系 信息采集技术 电子信息工程系 由于参照点不同，在工程上压力有几种不同表示方法。 (1)绝对压力 、 (2)大气压力、(3)表压力、(4)真空度(负压)、(5)差压(压差) 信息采集技术 3、压力的计量单位 国家标准：帕斯卡（Pa) 压力是力和面积的导出量。在国际单位制中，取力的单位为牛顿，面积单位为米2，则压力单位为牛顿/米2，用符号N/m2表示；压力单位又称为帕斯卡或简称帕，符号为Pa。1Pa＝1N/m2。因帕单位太小，工程上常用kPa(103Pa)和MPa(106Pa)表示。我国已规定帕斯卡为压力的法定单位。 电子信息工程系 信息采集技术 4、压力检测的基本方法 （1）重力平衡法；（2）弹性力平衡法；（3）机械力平衡法；（4）物理测量方法； 3.1.2 常用压力检测仪表 1、液柱式压力计 电子信息工程系 信息采集技术 2、弹性压力计 （1）弹性元件 弹簧管、波纹管、薄膜。 （2）弹簧管压力计（压力表） 工业中最常用。 电子信息工程系 信息采集技术 3、力平衡式压力计 电子信息工程系 1-弹簧管；2-连杆；3-扇形齿轮；4-底座；5-中心齿轮；6-游丝；7-表盘；8-指针；9-接头；10-横断面；11-灵敏度调整槽 信息采集技术 4、压力传感器 能够测量压力并提供远传电信号的装置，统称为压力传感器。 （1）应变式压力传感器 利用应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化的特点。 通过粘有电阻应变片的弹性体在外力的作用下产生变形，应变片产生应变来工作。 电子信息工程系 信息采集技术 电子信息工程系 电阻值的相对变化与应变有以下关系: ΔR/R=Kε ε-材料的应变，K-材料的电阻应变系数 信息采集技术 Δu0----电桥输出电压 u1----电桥输入电压 k ----应变片的灵敏度系数 μ----弹性材料的泊松比 F ----负荷力 A ----弹性体的工作面积 E ----弹性材料的弹性模量 电桥输出电压: Δu0=u1k(1+μ)F/2AE 电子信息工程系 信息采集技术 应变片压力传感器的特点： 1、应用和测量范围广，应变片可制成各种机械量的传感器（位移、扭矩、加速度）； 2、分辨力和灵敏度高,精度较高（优于0.03%/FS,最高0.005%/FS)； 3、结构轻小，对被试件影响小，对复杂环境适应性强（高温、高压、强磁场），频率响应好； 4、便于实现远距离、自动化测量，商品化，选用方便。 等效电路即为电阻。 电子信息工程系 信息采集技术 应变式压力传感器： 电子信息工程系 信息采集技术 （2）压阻式压力传感器 压阻效应：当对半导体材料施压应力时，除了产 生变形外，材料的电阻率也发生变化。 电子信息工程系 信息采集技术 压阻式压力传感器的特点： 1、灵敏度高、频率响应（动态响应）高； 2、测量范围宽：10Pa ～60MPa； 3、测量精度高，工作可靠，稳定性好，精度可达 ±0.2％～0.02％； 4、易于微小型化，可将传感器和计算机处理电路 做在一起，制成“智能型”传感器。 ΔR/R ≈Δρ/ρ=πσ 压阻效应的数学描述: ρ---电阻率;π---材料的压阻系数;σ---应力。 电子信息工程系 信息采集技术 （3）压电式压力传感器 压电效应：某些材料在受力后，在其特定表面产生电荷。 压电式压力传感器是以具有压电效应的器件为核心组成的传感器。 压电效应产生的电荷密度 σ=dT σ---电荷密度 d---压电常数矩阵 T---外应力张量 电子信息工程系 信息采集技术 压电效应具有自发电和可逆性，是一种典型的双向有源传感器件。 压电式传感器广泛用于测量力、压力、加速度、温度和红外线等物理量。 电子信息工程系 信息采集技术 压电式压力传感器的特点： 1、体积小、重量轻、结构简单、工作可靠； 2、测量范围宽，可测 100MPa以下的压力； 3、测量精度较高； 4、频率响应高，可达30Hz,是动态压力检测中常用的传感器，不适用于频率太低和缓慢变化的被测量，更不能测静态量。 5、是一种典型的机电转换元件。 压电元件的形状：圆形、长方形、环形、柱形和球形。 压电材料：压电晶体、压电陶瓷、压电半导体。 电子信息工程系