認(rèn)識壓力傳感器

項目二壓力傳感器及其儀表的安裝與調(diào)試任務(wù)一認(rèn)識壓力傳感器

1主要內(nèi)容單元一認(rèn)識壓力傳感器單元內(nèi)容一、項目引入二、知識講解

1、電阻應(yīng)變式壓力傳感器2、電容式壓力傳感器3、電感式壓力傳感器4、壓電式壓力傳感器5、擴散硅壓力傳感器

三、歸納總結(jié)

四、作業(yè)2學(xué)時1主要內(nèi)容單元一認(rèn)識壓力傳感器教學(xué)目標(biāo)能力目標(biāo)知識目標(biāo)(1)掌握常用壓力傳感器(如電阻應(yīng)變式、電感式、電容式、壓電式、壓阻式、差動變壓器式)壓力檢測原理；(2)各種壓力檢測的方法。(1)能識別不同種類的壓力傳感器；(2)能區(qū)分常見壓力傳感器的檢測方法、信號轉(zhuǎn)換、應(yīng)用場合、優(yōu)缺點等。教學(xué)重點難點重點難點(1)常用壓力傳感器檢測壓力的方法；(2)不同類型壓力傳感器的認(rèn)識。常見壓力傳感器工作原理，儀表信號采集與測量。1主要內(nèi)容單元一認(rèn)識壓力傳感器項目引入圖示為電子稱，是機械稱(桿稱）加裝傳感器，將機械信號轉(zhuǎn)換為電信號并傳輸?shù)接嬎銠C中，實現(xiàn)了物體重量的測量、計算和顯示，實現(xiàn)了智能化。問題：電子稱是如何實現(xiàn)機與電的有機結(jié)合的?（平行梁式稱重傳感器）電子稱實物圖電子稱工作原理圖1主要內(nèi)容單元一認(rèn)識壓力傳感器項目引入車床中用于動態(tài)切削力的測量1主要內(nèi)容單元一認(rèn)識壓力傳感器知識講解

在生產(chǎn)過程中，壓力檢測與調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，例如鍋爐蒸汽和水的壓力監(jiān)控；煉油廠減壓蒸餾需要的低于大氣的真空壓力檢測;在航空發(fā)動機試驗研究中，為了研究發(fā)動機性能，必須測量過渡態(tài)的壓力變化；電力系統(tǒng)中油路壓力的測量和控制等。對壓力監(jiān)控是保證工藝要求、生產(chǎn)設(shè)備和人身安全，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運行所必須的。

檢測壓力的傳感器主要有電阻應(yīng)變式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、電容式傳感器、壓阻式傳感器。1單元一認(rèn)識壓力傳感器一、電阻應(yīng)變式壓力傳感器

1、認(rèn)識幾種應(yīng)變式壓力傳感器

電阻應(yīng)變式壓力傳感器常應(yīng)用于稱重和測力領(lǐng)域，是借助彈性敏感元件將力的變化轉(zhuǎn)化為形變，然后利用電阻導(dǎo)體的應(yīng)變將力轉(zhuǎn)變成電阻值的變化，通過測量電路得到被測量——力的電信號，最后將電信號的變化值轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的測力值。電阻應(yīng)變式壓力傳感器主要由彈性元件、電阻應(yīng)變片和測量電路組成。下圖所示為幾種常見的電阻應(yīng)變式傳感器。1主要內(nèi)容單元一認(rèn)識壓力傳感器一、電阻應(yīng)變式壓力傳感器

1、認(rèn)識幾種應(yīng)變式壓力傳感器一、電阻應(yīng)變式壓力傳感器

1單元一認(rèn)識壓力傳感器1、認(rèn)識幾種應(yīng)變式壓力傳感器1主要內(nèi)容單元一認(rèn)識壓力傳感器一、電阻應(yīng)變式壓力傳感器

電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機械形變時，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。由電工學(xué)可知，金屬絲電阻R可用下式表示：式中ρ──電阻率，Ω·m；

l──電阻絲長度，m；

A──電阻絲截面積，m2。（2－1）

取一根細(xì)電阻絲，兩端接上一臺31/2位數(shù)字式歐姆表（分辨率為1/2000），記下其初始阻值（）。當(dāng)我們用力將該電阻絲拉長時，會發(fā)現(xiàn)其阻值略有增加為（）。測量應(yīng)力、應(yīng)變、力的傳感器就是利用類似的原理制作的。1單元一認(rèn)識壓力傳感器一、電阻應(yīng)變式傳感器

2、理解應(yīng)變效應(yīng)

當(dāng)沿金屬絲的長度方向施加均勻力時，上式中ρ、r、l

都將發(fā)生變化，導(dǎo)致電阻值發(fā)生變化。即得到以下結(jié)論：金屬絲受外力作用而伸長時，長度增加，而截面積減少，電阻值會增大；當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小，而截面增加，電阻值會減小。阻值變化通常較小。1單元一認(rèn)識壓力傳感器一、電阻應(yīng)變式壓力傳感器

2、電阻應(yīng)變效應(yīng)1主要內(nèi)容單元一認(rèn)識壓力傳感器一、電阻應(yīng)變式壓力傳感器

2、電阻應(yīng)變效應(yīng)實驗證明，電阻應(yīng)變片的電阻應(yīng)變εR=?R/R與電阻應(yīng)變片的縱向應(yīng)變εx的關(guān)系在很大范圍內(nèi)是線性的，即式中?R/R──電阻應(yīng)變片的電阻應(yīng)變；K──電阻絲的靈敏系數(shù)，表示電阻絲產(chǎn)生單位形變時電阻值相對變化的大小，是與金屬材料有關(guān)的常數(shù)。K值越大，單位形變引起的電阻值相對變化越大，靈敏度也就越高；不同的金屬材料有不同的靈敏系數(shù)，通常取值K=1.7～3.6。

εx為電阻絲的軸向應(yīng)變量，εx=dl/l。（2－2）圖2-1電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)簡圖

電阻應(yīng)變片的典型結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，由敏感柵、基底、覆蓋層和引線等部分組成。1單元一認(rèn)識壓力傳感器一、電阻應(yīng)變式壓力傳感器

3、電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、材料1主要內(nèi)容單元一認(rèn)識壓力傳感器一、電阻應(yīng)變式壓力傳感器

4、電阻應(yīng)變片的分類

按電阻應(yīng)變片敏感柵材料不同，可分為金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。如圖2-2為幾種不同類型的電阻應(yīng)變片。圖2-2電阻絲應(yīng)變片結(jié)構(gòu)形式.（a)絲式應(yīng)變片；(b)箔式應(yīng)變片；(c)半導(dǎo)體應(yīng)變片1—基底；2—應(yīng)變絲或半導(dǎo)體；3—引出線；4—焊接電極；5—外引線1主要內(nèi)容單元一認(rèn)識壓力傳感器一、電阻應(yīng)變式壓力傳感器

4、電阻應(yīng)變片的檢測電路（1）直流電橋平衡條件當(dāng)RL→∞時，電橋輸出電壓為圖2-3直流電橋（2-3）（2-4）1主要內(nèi)容單元一認(rèn)識壓力傳感器一、電阻應(yīng)變式壓力傳感器

4、電阻應(yīng)變片的檢測電路（2）單臂電橋

R1為電阻應(yīng)變片，R2、R3、R4為電橋固定電阻，這就構(gòu)成了單臂電橋。

(3-5)圖2-4單臂電橋（2-5）1主要內(nèi)容單元一認(rèn)識壓力傳感器一、電阻應(yīng)變式壓力傳感器

4、電阻應(yīng)變片的檢測電路（2）單臂電橋n=1時，為最大值

（2-6)（2-7)△R1設(shè)橋臂n=R2/R1，由于△R1遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于R1，分母中△R1/R1可忽略，并考慮到平衡條件R1/R2=R3/R4，上式（2-5）可寫為：1主要內(nèi)容單元一認(rèn)識壓力傳感器一、電阻應(yīng)變式壓力傳感器

4、電阻應(yīng)變片的檢測電路

圖2-5差動電橋(a)半橋;(b)全橋1主要內(nèi)容單元一認(rèn)識壓力傳感器一、電阻應(yīng)變式壓力傳感器

（a)半橋輸出電壓為（2-8）

(2-9)（b）全橋差動電路（2-10）1主要內(nèi)容單元一認(rèn)識壓力傳感器一、電阻應(yīng)變式壓力傳感器5、筒式壓力傳感器

當(dāng)被測壓力與應(yīng)變管的內(nèi)腔相通時，應(yīng)變管部分產(chǎn)生應(yīng)變，在薄壁筒上貼2片應(yīng)變計做工作片，實心部分貼2片應(yīng)變計做溫度補償應(yīng)變片。沒有壓力作用時，這4片應(yīng)變片構(gòu)成的全橋處于平衡；當(dāng)外部壓力作用于應(yīng)變管內(nèi)腔時，圓管發(fā)生形變，使全橋失去平衡。這種壓力傳感器測量范圍在106Pa～107Pa或更高的壓力。其結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，使用面寬，在測量火炮、炮彈、火箭的動態(tài)壓力方面得到了廣