人因工程第八章課件new

1、第八章 習(xí)題8-1某壓力表的指示壓力（表壓力）為1.3Kpa，當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫φ脼?.1Mpa，求該被測(cè)壓力的絕對(duì)壓力。 注：1Mpa = 106Pa,0.1Mpa = 100Kpa解：絕對(duì)壓力= 大氣壓力+表壓力= 100Kpa+1.3Kpa= 101.3KPa8-2在圖8-2所示的斜管微壓計(jì)中，計(jì)算在刻度比為0.4時(shí)對(duì)應(yīng)的讀數(shù)管的斜度。解：sin= h2/L = 0.4 = sin = 23.5788-3列出你所知道的壓力表的名稱，指出它們用在什么地方。壓力表中常用彈簧管式、波紋管式、膜片和膜盒式壓力表。1、彈簧管式：如圖8-4a是C形彈簧管（亦稱波登管），自由端位移l=KP,適用測(cè)量

2、范圍7Mpa100Mpa 2、波紋筒式：如圖8-5a，位移x與所加壓力P的關(guān)系式：x = KN，測(cè)量范圍最大范圍01Mpa，最小范圍010-6Mpa。3、膜片與膜盒：中、低壓力傳感器多采用周邊固定的圓形平膜片作為敏感元件，在小變形條件壓力P與膜片中心位移xm的關(guān)系式：最低階固有頻率式中：P膜片一側(cè)所受的流體壓力（Pa）E膜片材料的彈性模量（N/m2）h膜片厚度（m）膜片材料的泊松比R膜片半徑（m）f0真空中膜片的最低的因有同頻率（HZ）膜片材料的密度（Kg/m3）8-4圖8-9是電容式差壓變送器測(cè)量室結(jié)構(gòu)圖，用式（8-7）作為輸出公式時(shí)，是否真的能從原理上徹底解決輸出的非線性問題？為什么？解：

3、電容式差動(dòng)式變送器采用了作為輸出，從原理上是解決了平板式差動(dòng)電容輸出的非線性問題。而該電容傳感器并非是平板式，則是由一空柔度金屬薄板制成。所以這個(gè)結(jié)構(gòu)雖然非線性得到改善，但輸出線性度仍然不能令人滿意。8-5硅杯式壓力傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？硅杯式壓力傳感器將溫度補(bǔ)償電路和信號(hào)變換電路一起做在硅杯上，構(gòu)成所謂靈巧傳感器。單晶硅在500以下沒有彈性滯后和蠕變，也排除了粘貼應(yīng)變片引起的問題。因此，經(jīng)過仔細(xì)溫度補(bǔ)償?shù)墓璞瓑毫鞲衅骶哂泻芨叩臏?zhǔn)確度，可達(dá)0.10.2。還具有體積小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。8-6負(fù)荷式壓力計(jì)主要用途是什么？產(chǎn)生壓力的方法有哪些？ 負(fù)荷式壓力計(jì)主要用于壓力表（壓力傳感器）的檢定或

4、標(biāo)定。產(chǎn)生壓力的方法有二種：一是將砝碼的重力作用在面積已知的活塞上，從而產(chǎn)生已知壓力；二是用示值比較法，即關(guān)閉通往油杯等處的閥門，形成一個(gè)密閉的壓力系統(tǒng)后順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，即可在油路中產(chǎn)生壓力。8-7設(shè)計(jì)一種能耐高溫，耐腐蝕的壓力傳感器。從設(shè)計(jì)要求上能耐高溫和耐腐蝕的壓力傳感器，其壓敏元件材料只有硅片最好，壓敏元件是由N型單晶硅膜片上位置，采用擴(kuò)散法形成四個(gè)P型壓敏電阻，它們構(gòu)成電橋的四個(gè)橋臂，組成機(jī)電轉(zhuǎn)換器的一個(gè)整體，消除了兩體結(jié)構(gòu)的蠕變和遲滯現(xiàn)象。這種壓力傳感器具有精確度高、體積小的優(yōu)點(diǎn)。在N型硅膜片位置用擴(kuò)散法形成四個(gè)P型壓敏電阻。首先對(duì)硅杯形的膜片在P壓力作用下進(jìn)行應(yīng)力分析。要求：膜

5、片中心位移遠(yuǎn)小于其膜片厚度，在P力作用下其表面應(yīng)力分布：徑向應(yīng)力：r= (N/m2)切向應(yīng)力：t= (N/m2)式中：P作用在膜片上的壓力 （Pa） r1膜片半徑 （m） r膜片的任意點(diǎn)半徑 (m) t膜片的厚度 (m) 泊桑比 “-”承受壓力表面的應(yīng)力分布 “+”另一表面的應(yīng)力分布當(dāng)r由0 r1時(shí)r的變化情況：r=0；r=t=r=0.827r1; r= t=0r=r1 r= t=由半導(dǎo)體壓阻理論可知： 縱向電阻變化率：=縱+橫式中：、縱向與橫向壓阻系數(shù) （m2/N） 縱、橫縱向與橫向承受的應(yīng)力 （N/m2）關(guān)于半導(dǎo)體壓阻元件的、與在晶體中的取向有關(guān)。P型在111 最大，100 最小；N型在1

6、11 最步，100 最大。徑向位置：=r+t 切向位置：=t+r在（001）晶面上：r=0.827r1,晶向110處，則t=0，=-，=r，=r，故=-，若Rr=Rt=R ，U0=U=Ur=U(v) = UU0P注明：晶向，晶面系數(shù)解對(duì)硅晶體取其一晶胞為六面體100x軸晶向系數(shù)010y軸晶向系數(shù)001z軸晶向系數(shù)在100和010的對(duì)角線上的晶向系數(shù)110，若x軸反向的晶向系數(shù)為T00，在T00和010的對(duì)角線上的晶向系數(shù)T10,在100與010形成的晶面（001）稱x軸與y軸形成平面的晶面系數(shù)。8-8欲測(cè)量液體壓力，擬采用電阻應(yīng)變片式，電感式，電容式和壓電式傳感器，分別畫出可行方案原理圖，并對(duì)

7、它們的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行比較。 一、平膜電阻應(yīng)變式壓力傳感器電阻應(yīng)變式傳感器已是使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)、比較方便的器件。從應(yīng)變曲線圖可知，當(dāng)r=0處，由于r為max+正值，則R1=R4=R+R，當(dāng)r/r10.577處，由于r為一值，則R2=R-R。這樣就使應(yīng)變電橋工作在推挽狀態(tài)輸出。二、膜片電感式壓力傳感器測(cè)量膜片是一個(gè)波紋膜片，它與可變電感的磁芯相連。在測(cè)量膜片與電感傳感器前、后用兩個(gè)隔離膜片隔開。中間充滿填充液，一般采用幾cm3的硅油或氟化碳潤(rùn)滑劑。在Px作用下，使測(cè)量膜片變形并與相連的磁芯移動(dòng)，這就改變了兩個(gè)線圈的電感，使電感電橋有電壓輸出U0。若測(cè)量系統(tǒng)引入一個(gè)補(bǔ)償環(huán)節(jié)，可以減少敏感元件的非線性

8、和溫度的影響。差動(dòng)式電感傳感器，具有測(cè)量精確度高，線性范圍大，穩(wěn)定性好和使用方便等特點(diǎn)。三、平膜電容式壓力傳感器當(dāng)周邊剛性固定的平膜片受到均勻壓力Px作用時(shí)，膜片中心位移Y0與Px的關(guān)系式：當(dāng) 非線性誤差可達(dá)3%；當(dāng)非線性度小于0.5%若時(shí)，則與膜片中心的距離為時(shí)，相應(yīng)位移的關(guān)系式：式中：-是被測(cè)壓力-膜片半徑-膜片厚度-膜片材料的彈性模量-泊桑比:為窄環(huán)帶面積與固定電極之間的電容量-膜片被始位置與固定電極的距離（m）當(dāng) 即 時(shí)：將代入 可見 電容傳感器主機(jī)振蕩混頻鑒頻器 本機(jī)振蕩調(diào)頻法測(cè)量電容原理圖四、壓阻式壓力傳感器（硅杯式壓力傳感器）壓力敏感元件是一塊N型單晶硅膜片，在硅片上選定位置上，采用擴(kuò)散法形成四個(gè)P型壓敏電阻，它們構(gòu)成電橋的四臂，這樣使得壓敏元件