传感器应用技术(3.1).ppt

3.1 压力的概念及单位 一、压力的概念 压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力。 它的大小由两个因素所决定，即受力面积和垂直作用力的大小，用数学式表示为： 3.1 压力的概念及单位 工程大气压---kgf/cm2 （单位符号at） 1kg力垂直作用在1cm2面积上产生的压力 标准大气压---atm 在维度45℃的海平面上，0℃时的平均大气压。 毫米汞柱---mmHg 在标准重力加速度下，0℃时1mm高的水银柱在1cm2的底面上产生的压力。 毫米水柱---mmH2O 在标准重力加速度下，4℃时1mm高的水柱在1cm2的底面上产生的压力。 3.1 压力的概念及单位 以上单位与“帕斯卡”的换算关系为： 1kgf/cm2 = 0.9807×105Pa 1atm = 1.01325×105Pa 1mmHg = 1.332×102Pa 1mmH2O = 0.9807×10Pa 1bar（巴）=105Pa 3.1 压力的概念及单位 绝对压力 相对于绝对真空 所测得的压力。 表压力（表压） 相对于大气压力 的差压； 绝对压力和大气压力之间的差压。 负压: 低于大气压力时的表压，简称负压，又称真空度。 差压: 任意两个压力的差值。 3.1 压力的概念及单位 四、压力传感器的类别 应变式 压电式 电容式 霍尔式 电位器式 电感式 振弦式等 3.1 压力的概念及单位 五、压力传感器的基本知识 测量范围为:7×10-5～5×108 Pa。 信号输出有电阻、电流、电压、频率等形式。 压力测量系统一般由传感器、测量线路和测量装置以及辅助电源所组成。 常见的信号测量装置有电流表、电压表、应变仪以及计算机等。 目前，利用压阻效应、压电效应或其他固体物理特性的压力传感器已实现小型化、数字化、集成化和智能化，直接把压力转换为数字信号输出，并可与计算机连接，从而实现工业过程的现场控制。 3.2 应变式压力计 一、基本概念 应变：物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象。 应变式压力计：应变式压力计是利用电阻应变效应做成的传感器，是常用的传感器之一，它的核心元件是电阻应变片。 工作原理：当被测物理量作用于弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。 3.2 应变式压力计 应变式压力计结构：应变式压力计由弹性元件上粘贴电阻应变片构成。 应用：广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量。 电阻应变片：是一种能将机械构件上的应变的变化转换为电阻变化的传感元件。 二、电阻应变效应 二、电阻应变效应 二、电阻应变效应 K表示当发生应变时，其电阻变化率与其应变的比值，称为电阻丝的灵敏系数。K的大小由两个因素引起： 一项是由于导电丝的几何尺寸的改变所引起，用(1+2μ)项表示。 另一项是导电丝受力后，材料的电阻率ρ发生变化而引起。 三、电阻应变片 应变片有很多品种系列: 从尺寸上讲, 长的有几百mm，短的仅有0.2 mm； 由结构形式上看，有单片、双片、应变花和各种特殊形状的图案； 就使用环境上说, 有高温、低温、水、核辐射、 高压、磁场等； 而安装形式说，有粘贴、非粘贴、焊接、火焰喷涂等。 三、电阻应变片 主要的分类方法是根据敏感元件材料的不同，将应变片分为金属电阻应变片和半导体电阻应变片两大类。从敏感元件的形态又可进一步分类如下: 三、电阻应变片 1. 金属电阻应变片 金属电阻应变片常见的形式有丝式和箔式。丝式应变片是最早应用的品种。 金属丝弯曲部分可作成圆弧、锐角或直角，如图所示。 三、电阻应变片 弯曲部分作成圆弧（U）形是最早常用的一种形式，制作简单但横向效应较大。直角（H）形两端用较粗的镀银铜线焊接，横向效应相对较小，但制作工艺复杂，将逐渐被横向效应小、其他方面性能更优越的箔式应变片所代替。 箔式应变片的线栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成很薄的金属薄栅（厚度一般在0.001mm～0.01mm）。 三、电阻应变片 箔式应变片与丝式应变片相比有如下优点: （1）工艺上能保证线栅的尺寸正确、线条均匀，大批量生产时，阻值离散程度小。 （2）可根据需要制成任意形状的箔式应变片和微型小基长（如基长为0.1 mm）的应变片。 （3）敏感栅截面积为矩形，表面积大，散热好，在相同截面情况下能通过较大电流。  三、电阻应变片 （4）厚度薄，因此具有较好的可挠性，它的扁平状箔栅有利于形变的传递。 （5）蠕变小，疲劳寿命高。 （6）横向效应小。 （7）便于批量生产，生产效率高。 三、电阻应变片 制作应变片敏感元件的金属材料应有如下要求: K值大，并在尽可能大的范围内保