传感器原理及应用第章 力、压力传感器 .ppt

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传感器原理及应用第章 力、压力传感器

第二章 力、压力传感器;了解力/压力的概念及力/压力的测量原理。 掌握常用力、压力传感器的测量原理。 熟悉应变式、压电式、电容式、电感式等 传感器的应用。 ; 2.1 概述 2.2 弹性敏感元件 2.3 电阻应变式传感器 2.4 压电式传感器 2.5 电容式传感器 2.6 电感式传感器 2.7 压阻式压力传感器 本章小结 复习思考题;2.1 概述;力传感器的组成 ;力的计量单位及测量原理;;测量力的方法;2.2 弹性敏感元件;2.2.1 弹性敏感元件的特性;2. 灵敏度;3. 弹性滞后;4. 弹性后效;5. 固有振荡频率; ;1. 变换力的弹性敏感元件;2. 变换压力的弹性敏感元件; (1)弹簧管 弹簧管又叫布尔登管,它是弯成各种形状的空心管,管子的截面形状有许多种,但使用最多的是C形薄壁空心管。如图2-5a所示。 C形弹簧管的一端密封但不固定,成为自由端,另一端连接在管接头上且固定。当流体压力通过管接头进入弹簧管后,在压力F作用下,弹簧管的横截面力图变成圆形截面,截面的短轴力图伸长。使弹簧管趋向伸直,一直伸展到管弹力与压力的作用相平衡为止。这样自由端便产生了位移。通过测量位移的大小,比可得到压力的大小。 ;Date;各种波纹管敏感元件的外形;2.3 电阻应变式传感器;2.3.1??电阻应变片的结构;电阻应变片测试原理;2.3.2 电阻应变片的分类 ;应变片形状;箔式应变片外形; 图2-9 c) 各种形状的应变片;2.3.3??电阻应变片工作原理;以圆柱形导体为例:电阻R(根据电阻的定义式); 当导体因某种原因产生应变时,其长度L、截面积A和电阻率ρ的变化为dL、dA、dρ相应的电阻变化为dR。对式(2-3)全微分得电阻变化率 dR/R为: ??????;金属材料的灵敏度系数,表示单位应变所引起的电阻相对变化,主要取决于其几何效应,取1.7?3.6;电阻应变片的灵敏系数;2.3.4 电阻应变片的测量电路;恒压源供电的直流电桥的工作原理 ;当输出电压为零时,电桥平衡,因此 或 为电桥平衡条件。 为了获得最大的电桥输出,在设计时常使 (称为等臂电桥)。当四个桥臂电阻都发生变化时,电桥的输出为;调零电桥 ;2. 恒流源供电的直流电桥的 工作原理;1.单臂电桥的工作原理与输出;2、差动电桥;3. 差动全桥;2.3.5 应变片的温度误差及补偿;2. 电阻应变片的温度补偿方法;2.3.6 应变片的粘接剂及粘贴、 固化和检查;2. 应变片的粘贴、固化和检查;(2)应变片的粘贴方法;(3)粘贴后测量;(4)焊接;(5)固定;1. 利用全桥电路测量桥梁的上下表面应变;电子秤工作过程;电子秤中的各种弹性敏感元件;荷重传感器上应变片工作示意图 ;3. 应变式压力传感器——平膜式弹性元件 ;4. 应变式加速度传感器;材料应变的测量;2.3.8 常见电阻应变式传感器;2.3.8 常见电阻应变式传感器(续);2.4 压电传感器;2.4.1 压电传感器 工作原理; 例如,在完全黑暗的环境中,用锤子敲击一块干燥的冰糖,可以看到在冰糖破碎的一瞬间,会发出蓝色闪光,这是强电场放电所产生的闪光,产生闪光的机理就是晶体的压电效应。 又如,在敦煌的鸣沙丘,当许多游客在沙丘上蹦跳或从鸣沙丘上往下滑时,可以听到雷鸣般的隆隆声。产生 这个现象的原因是无数干燥的沙子( 晶体)在重压下引起振动,表面产生电荷,在某些时刻,恰好形成电压串联,产生很高的电压,并通过空气放电而发出声音。;发明家伊丽莎白·雷蒙德(Elizabeth Redmond)发明了“可以被转换城市人行道的概念POWERleap”,他设计了一种压电板,如图所示,利用压电技术将人们每天在城市中步行、跑步、蹦跳等一切活动产生的能量转换成电信号,让城市的每一个人都成为负责任的、可持续的自动发电器,为城市的电力供给做出应有的贡献。;2.4.1 压电传感器工作原理; 压电材料还具有与此效应相反的效应,即在电介质的极化方向施加交变电场,它会产生机械变形。当去掉外加电场,电介质变形随之消失。这种现象称为压电逆向效应(电致伸缩效应)。;压电材料的分类;

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