第3章压力检测-王威立20140320.pptVIP

压电式声传感器 压电陶瓷换能器结构图 铝头 螺钉 黄铜尾部 压电陶瓷圆环 当交变信号加在压电陶瓷片两端面时，由于压电陶瓷的逆压电效应，陶瓷片会在电极方向产生周期性的伸长和缩短 . 当一定频率的声频信号加在换能器上时，换能器上的压电陶瓷片受到外力作用而产生压缩变形，由于压电陶瓷的正压电效应，压电陶瓷上将出现充、放电现象，即将声频信号转换成了交变电信号。这时的声传感器就是声频信号接收器。 如果换能器中压电陶瓷的振荡频率在超声波范围，则其发射或接收的声频信号即为超声波，这样的换能器称为压电超声换能器。 压电式传感器在测漏中的应用 A B O点 LA LB 地 面 L 如果地面下一均匀的自来水直管道某处O发生漏水，水漏引起的振动从O点向管道两端传播，在管道上A、B两点放两只压电传感器，由从两个传感器接收到的由O点传来的t0时刻发出的振动信号所用时间差可计算出LA或LB。 * 压力在工业自动化生产过程中是重要工艺参数之一。因此，正确地测量和控制压力是保证生产过程良好地 运行，达到优质高产、低消耗和安全生产的重要环节。本章在简单介绍压力的概念及单位的基础上，重点介绍应变式压力计、压电式压力传感器、电容式压力传感器和霍尔式压力计等的测压原理及测压方法，并以应变式压力测量系统和电子扫描多点压力测量系统为例简述测压系统的组成及应用。 * 在测量上所称的“压力”就是物理学中的“压强”，它是反映物质状态的一个很重要的参数。 * 在应变式压力计是电测式压力计中应用最广泛的一种。它是将应变电阻片（金属丝式、箔式或半导体应变片）粘贴在测量压力的弹性元件表面上，当被测压力变化时，弹性元件内部应力变化产生变形，这个变形应力使应变片的电阻 产生变化，根据所测电阻变化的大小来测量未知压力。 * * 粘结剂的性能及粘结工艺的质量直接影响着应变片的工作特性，如零漂、蠕变、滞后、灵敏系数、线性以及它们受温度影响的程度。 * 用作测量应变的金属应变片，希望其阻值仅随应变变化，而不受其它因素的影响。实际上应变片的阻值受环境温度(包括被测试件的温度)影响很大。 * * 此方法简单易行，能在较大温度范围内进行补偿。缺点是条件不易满足，尤其是条件③。在某些测试条件下，温度场梯度较大，R1和R2很难处于相同温度点。 根据被测试件承受应变的情况，可以不另加专门的补偿块，而是将补偿片贴在被测试件上，这样既能起到温度补偿作用，又能提高输出的灵敏度。 * 应变片将被测试件的应变ε转换成电阻的相对变化 △R/R ，还须进一步转换成电压或电流信号才能用电测仪表进行测量。通常采用电桥电路实现这种转换。根据电源的不同，电桥分直流电桥和交流电桥。 * 压电式传感器以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下电介质的表面上 产生电荷，从而实现对压力电测的目的。 * 图 硅氧离子的排列示意图 (a) x y (b) + x y + + - - - 当石英晶体未受外力作用时，正、负离子正好分布在正六边形的顶角上，形成三个互成120°夹角的电偶极矩P1、P2、P3。 如图（a）所示。 (a) Fx=0 x y + P1 P2 P3 - - + + - 因为P = qL（q为电荷量，L为 正负电荷之间的距离），此时 正负电荷中心重合，电偶极矩 的矢量和等于零，即 P1+P2+P3＝0 所以晶体表面不产生电荷，呈电中性。 (b) Fx0 x + Fx y + - Fx - P1 P2 P3 - - + + - + + + - - 当晶体受到沿x方向的压力（F x 0）作用时，晶体沿x方向将产生收缩，正、负离子的相对位置随之发生变化，如图（b）所示。此时正、负电荷中心不再重合，电偶极矩P1减小，P2、P3增大，它们在x 方向上的分量不再等于零: (P1+P2+P3)x0 在y、z方向上的分量为: (P1+P2+P3)y = 0 (P1+P2+P3)z= 0 当晶体受到沿x方向的拉力（Fx ＞0）作用时，其变化情况如图（c）所示。电偶极矩P1增大， P2、 P3减小，此时它们在x、y、z三个方向上的分量为 (P1 +P2 +P3) x0 (P1+ P2+ P3)y =0 (P1 +P2 +P3)z =0 在x轴的正向出现负电荷，在y、z方向依然不出现电荷。 (c) Fx0 y x + + + Fx Fx P2 P3 P1 + + + - - + - - - - 可见，当晶体受到沿x(电轴)方向的力Fx 作用时，它在x方向产生正压电效应，而