熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表PPT課件

.,第五章壓力測試技術(shù),5.1壓力的力學(xué)測量方法5.2壓力的電學(xué)測量方法5.3電阻應(yīng)變式壓力傳感器5.4壓阻式壓力傳感器5.5電感式壓力傳感器5.6壓電式壓力傳感器5.7壓力檢測儀表的安裝5.8傳感器的標(biāo)定,.,格里克(Guericke),格里克是個博學(xué)多才的軍人，從小就喜歡讀書，愛好科學(xué)；萊比錫大學(xué)畢業(yè)1621年又到耶拿大學(xué)攻讀法律；1623年，再到萊頓大學(xué)鉆研數(shù)學(xué)和力學(xué)他1631年入伍，在軍隊中擔(dān)任軍械工程師，工作很出色后來，投身政界，1646年當(dāng)選為馬德堡市市長無論在軍旅中，還是在市府內(nèi)，都沒停止科學(xué)探索,.,馬德堡半球試驗,.,概述,垂直作用在單位面積上的力稱壓力。在國際單位制（SI）和我國法定計量單位中，壓力的單位是“帕斯卡”，簡稱“帕”，符號為“Pa”。即1N的力垂直均勻作用在1m2的面積上所形成的壓力值為1Pa。,.,:,表壓（Gaugepressure）:相對于大氣壓力的差壓。絕對壓力和大氣壓力之間的差壓,用符號Pg表示。正壓力（Positivepressure）：絕對壓力高于大氣壓力時的表壓，簡稱正壓。負(fù)壓力（Negativepressure）：絕對壓力低于大氣壓力時的表壓，簡稱負(fù)壓。真空度（Vacuum）：低于大氣壓力的絕對壓力,用符號Pv表示，Pv=|Pg|。,絕對壓力（Absolutepressure）:相對于絕對真空所測得的壓力,用符號Pi表示。,.,幾種通用的非法定的壓力計量單位,1工程大氣壓（單位符號為：at）（kgf/cm2）1kg的力垂直作用在1cm2面積上所形成的壓力。,2標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（單位符號為：atm）最初規(guī)定在攝氏溫度0、緯度45、晴天時海平面上的大氣壓強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，其值大約相當(dāng)于76厘米汞柱高。但是汞的密度大小受溫度的影響。為了確保標(biāo)準(zhǔn)大氣壓是一個定值，1954年第十屆國際計量大會決議聲明，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101325牛頓米2，即為101325帕斯卡（Pa),.,4約定毫米水柱（單位符號為：mmH2O）在標(biāo)準(zhǔn)重力加速度下，4時1mm高的水柱在1cm2的底面上所產(chǎn)生的壓力。,3約定毫米汞柱（單位符號為：mmHg）在標(biāo)準(zhǔn)重力加速度下，0時1mm高的水銀柱在1cm2的底面上所產(chǎn)生的壓力。,托里拆利用1米長一端封閉的玻璃柱做的實驗，注滿水銀后倒立在水銀槽內(nèi)，水銀的高度為760mm，如果是水，應(yīng)該是10.336m,.,過去采用的壓力單位“工程大氣壓力”（kgf/cm2）、“毫米汞柱”（mmHg）、“毫米水柱”（mmH2O）、“物理大氣壓”（atm）、“巴”（bar）、“PSI”等均應(yīng)改成法定計量單位帕。1kgf/cm2=0.9807105Pa1mmH2O=0.980710Pa1mmHg=1.332102Pa1atm=1.01325105Pa1bar=105Pa1PSI=6.89103Pa,PSI:磅/平方英寸，換算關(guān)系：1公斤力/平方厘米=14.223磅/平方英寸=0.1MPa,Bar:1巴(bar)=100,000帕(Pa)=10牛頓/平方厘米,.,表壓、絕對壓力和負(fù)壓（真空度）的關(guān)系,.,壓力測量方法,一、力學(xué)測量方法：液體壓力平衡、彈性力平衡二、電學(xué)測量方法：電位式、應(yīng)變式、電容式、電感式、電渦流、壓電式、壓阻式,.,重力平衡方法：利用一定高度的工作液體產(chǎn)生的重力或砝碼的重量與被測壓力相平衡。彈性力平衡方法：利用彈性元件受壓力作用發(fā)生彈性變形而產(chǎn)生的彈性力與被測壓力相平衡。機(jī)械力平衡方法：將被測壓力經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)換成一個集中力，用外力與之平衡。物性測量方法：利用敏感元件將被測壓力直接轉(zhuǎn)換為各種電量。,壓力測量方法（續(xù)）,.,5.1.1液體壓力平衡利用液柱對液柱底面產(chǎn)生的靜壓力與被測壓力相平衡的原理，通過液柱高度來反映被測壓力的大小優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，有相當(dāng)高的準(zhǔn)確度，在本專業(yè)中應(yīng)用很廣泛缺點：量程受液柱高度的限制，體積大，玻璃管容易損壞及讀數(shù)不方便,5.1壓力的力學(xué)測量方法,.,基本原理：流體靜力學(xué)原理一般是采用充有水或水銀等液體的玻璃U形管、單管或斜管進(jìn)行壓力測量的。,.,采用水銀或水為工作液，用U形管或單管進(jìn)行測量，常用于低壓、負(fù)壓或壓力差的檢測被廣泛用于實驗室壓力測量或現(xiàn)場鍋爐煙、風(fēng)道各段壓力、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)各段壓力的測量,.,一、U形管壓力計,P=P1P2=g(h1+h2),提高工作液密度將增加壓力的測量范圍，但靈敏度要降低。,.,.,靜止液體的壓力,.,流量孔板的壓降,.,測速管,.,壓力測量在氣固兩相流中的應(yīng)用,.,完整的壓力測量系統(tǒng),.,二、單管壓力計,由于U形管壓力計需兩次讀取液面高度，為使用方便，設(shè)計出一次讀取液面高度的單管壓力計。,.,因則故由于Dd，所以P=gh2,.,.,三、斜管微壓計,主要用于測量微小壓力、負(fù)壓和壓差，它將單管液柱壓力計的測量管傾斜放置，這樣可以提高靈敏度，減少讀數(shù)相對誤差。,.,由于Lh，所以斜管壓力計比單管壓力計更靈敏，可以提高測量精度,L斜管內(nèi)液柱的長度；斜管傾斜角,.,傾斜角度越小，l越長，測量靈敏度就越高；但不可太小，否則液柱易沖散，讀數(shù)較困難，誤差增大。這種傾斜管液柱式壓力計可以測量到0.98Pa的微壓。為了進(jìn)一步提高微壓計的精確度，應(yīng)選用密度小的酒精作為工作液體。,.,.,5.1.2彈性力平衡方法,用彈性傳感器（又稱彈性元件）組成的壓力測量儀表稱為彈性式壓力計。彈性元件受壓后產(chǎn)生的形變輸出（力或位移），可以通過傳動機(jī)構(gòu)直接帶動指針指示壓力（或壓差），也可以通過某種電氣元件組成變送器，實現(xiàn)壓力（或壓差）信號的遠(yuǎn)傳。,.,基本原理：當(dāng)被測壓力作用于彈性元件時，彈性元件便產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形(即機(jī)械位移)。根據(jù)變形量的大小，可以測得被測壓力的數(shù)值。,彈性壓力計組成框圖,.,彈性元件在彈性限度內(nèi)受壓后會產(chǎn)生變形，變形大小與被測壓力成正比關(guān)系。,常用的有彈簧管、波紋管、薄膜等。同樣壓力下，不同結(jié)構(gòu)、不同材料的彈性元件產(chǎn)生不同的彈性變形。波紋膜片和波紋管多用于微壓和低壓測量；單圈和多圈彈簧管可用于高中低壓或真空度測量。,.,.,.,（1）波紋管是一種表面有許多同心環(huán)狀波紋的薄壁圓筒。開口端焊接于固定基座上,并將流體通入管內(nèi)，在流體壓力作用下，密封的自由端會產(chǎn)生一定的位移。在彈性范圍內(nèi)，自由端的位移與作用壓力成線性關(guān)系。,.,（2）波登管是橫截面為空心橢圓形或扁圓形的金屬管。當(dāng)管的固定端通入有一定壓力的流體時，管內(nèi)外的壓力差(管外一般為大氣壓力)迫使管截面趨于圓形，這種變形導(dǎo)致波登管封閉的自由端產(chǎn)生線位移或角位移。,.,（3）彈簧管截面為非圓形（橢圓形或扁圓形），并彎成圓弧狀的空心管子一端為封閉（自由端），一端為開口（固定端）,.,彈簧管壓力計彈簧管式壓力計是工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用很廣泛的一種直讀式測壓儀表，以單圈彈簧管結(jié)構(gòu)應(yīng)用最多。其一般結(jié)構(gòu)如右圖所示。被測壓力彈簧管位移通過拉桿使扇形齒輪偏轉(zhuǎn)嚙合的中心齒輪轉(zhuǎn)動指針同時偏轉(zhuǎn)指示出被測壓力。,彈簧管壓力計結(jié)構(gòu)1-彈簧管；2-連桿；3-扇形齒輪；4-底座；5-中心齒輪；6-游絲；7-表盤；8-指針；9-接頭；10-橫斷面；11-靈敏度調(diào)整槽,.,彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格低廉，使用范圍廣，測量范圍寬可測負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓精度有0.5、1.0、1.5、2.5等,.,.,（4）彈性壓力計信號遠(yuǎn)傳方式彈性壓力計結(jié)構(gòu)上增加轉(zhuǎn)換部件實現(xiàn)信號的遠(yuǎn)傳。多采用電遠(yuǎn)傳方式，常見的轉(zhuǎn)換方式有電位計式、霍爾元件式、電感式、差動變壓器式等。,(a)電位器式(b)霍爾元件式彈性壓力計信號電遠(yuǎn)傳方式原理,.,（5）力平衡式壓力計采用反饋力平衡的原理，反饋力的平衡方式可以是彈性力平衡或電磁力平衡等。,41,.,彈性力平衡式壓力測量系統(tǒng)的原理示意圖,.,彈性式壓力計的誤差,1遲滯誤差相同壓力下，同一彈性元件正反行程的變形量不一樣，產(chǎn)生遲滯誤差。2后效誤差彈性元件的變形落后于被測壓力的變化，引起彈性后效誤差。3間隙誤差儀表的各種活動部件之間有間隙，示值與彈性元件的變形不可能完全對應(yīng)，引起間隙誤差。4摩擦誤差儀表的活動部件運動時，相互間存在摩擦力，產(chǎn)生摩擦誤差。5溫度誤差環(huán)境溫度的變化會引起金屬材料彈性模量的變化，造成溫度誤差。,.,彈性式壓力計誤差的改善途徑,1用無遲滯誤差或遲滯誤差極小的“全彈性”材料和溫度誤差很小的“恒彈性”材料制造彈性元件。2采用新的轉(zhuǎn)換技術(shù)，減少或取消中間傳動機(jī)構(gòu)，以減少間隙誤差和磨擦誤差。3限制彈性元件的位移量，采用無干磨擦的彈性支承或磁懸浮支承等。4采用合適的制造工藝，使材料的優(yōu)良性能得到充分的發(fā)揮。,.,壓力儀表的校驗,常用的校驗儀表是活塞式壓力計。,校驗就是將被校壓力表和標(biāo)準(zhǔn)壓力表通以相同壓力，比較它們的指示值，如果被校表對于標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)誤差不大于被校表的最大允許絕對誤差時，則認(rèn)為被校表合格。,.,1-油杯；2-針閥；3-進(jìn)油閥；4-油缸；5-活塞；6-砝碼；7-托盤；8-聯(lián)接螺母；9-導(dǎo)管；10-手搖油泵；11-水平調(diào)節(jié)螺釘；12-底盤,.,.,5.2壓力的電學(xué)測量方法,壓力量的電測系統(tǒng)1.傳感器；2.測量回路；3.記錄或顯示器,.,5.3電阻應(yīng)變式壓力傳感器,電阻應(yīng)變測量系統(tǒng)電阻應(yīng)變計傳感元件；電阻應(yīng)變儀轉(zhuǎn)換部分，它將構(gòu)件表面的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻值的相對變化，并將應(yīng)變計電阻的相對變化(以電橋轉(zhuǎn)換的方式)轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號。記錄儀器記錄電阻應(yīng)變儀的輸出。,.,應(yīng)變式壓力傳感器工作原理,應(yīng)變片是基于應(yīng)變效應(yīng)工作的一種壓力敏感元件，當(dāng)應(yīng)變片受外力作用產(chǎn)生形變時，應(yīng)變片的電阻值也將發(fā)生相應(yīng)變化。應(yīng)變式壓力傳感器是由彈性元件、應(yīng)變片以及相應(yīng)的橋路組成的。,.,.,一根金屬電阻絲,在其未受力時,原始電阻值為R=式中:電阻絲的電阻率;L電阻絲的長度;S電阻絲的截面積。,應(yīng)變效應(yīng):導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料沿一定方向受力時,其阻值將發(fā)生變化,這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。,工作原理,.,當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時,將伸長L,橫截面積相應(yīng)減小S,電阻率將因晶格發(fā)生變形等因素而改變,故引起電阻值相對變化量為,式中L/L是長度相對變化量,用應(yīng)變表示,.,S/S為圓形電阻絲的截面積相對變化量,即,由材料力學(xué)可知,在彈性范圍內(nèi),金屬絲受拉力時,沿軸向伸長,沿徑向縮短,那么軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為,式中:電阻絲材料的泊松比,負(fù)號表示應(yīng)變方向相反。,.,通常把單位應(yīng)變能引起的電阻值變化稱為電阻絲的靈敏度系數(shù)。,靈敏度系數(shù)受兩個因素影響:受力后材料幾何尺寸的變化,即（1+2）;受力后材料的電阻率發(fā)生的變化,即（/）/。對金屬材料電阻絲來說,靈敏度系數(shù)表達(dá)式中（1+2）的值要比（/）/）大得多,而半導(dǎo)體材料的（/）/）項的值比（1+2）大得多。大量實驗證明,在電阻絲拉伸極限內(nèi),電阻的相對變化與應(yīng)變成正比,即K為常數(shù)。,.,用應(yīng)變片測量應(yīng)變或應(yīng)力時,根據(jù)上述特點,在外力作用下,被測對象產(chǎn)生微小機(jī)械變形,應(yīng)變片隨著發(fā)生相同的變化,同時應(yīng)變片電阻值也發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)測得應(yīng)變片電阻值變化量R時,便可得到被測對象的應(yīng)變值。根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系,得到應(yīng)力值為=E式中:試件的應(yīng)力;試件的應(yīng)變;E試件材料的彈性模量。由此可知,應(yīng)力值正比于應(yīng)變,而試件應(yīng)變正比于電阻值的變化,所以應(yīng)力正比于電阻值的變化,這就是利用應(yīng)變片測量應(yīng)變的基本原理。,.,電阻應(yīng)變計測量特點,測量方法簡單，價格低廉；靈敏度高，測量應(yīng)變的靈敏度可達(dá)l微應(yīng)變，即等于10-6mmmm，準(zhǔn)確度可達(dá)12；頻率響應(yīng)好，可測量0500000Hz的動態(tài)應(yīng)變,慣性極小；測量應(yīng)變范圍大，量程寬；可在高溫(8001000)低溫(-100-270)高壓液(高達(dá)上萬個大氣壓)、高速旋轉(zhuǎn)(幾千轉(zhuǎn)幾萬轉(zhuǎn)分)強(qiáng)磁場、核幅射等特殊條件下進(jìn)行測量。輸出為電信號?？蛇h(yuǎn)距離傳輸信號或用計算機(jī)控制，也可用無線電發(fā)報方式進(jìn)行遙測。用電阻應(yīng)變計作為傳感元件可制成各種傳感器。用于測量力、壓強(qiáng)、扭矩、加速度等物理量，應(yīng)用廣泛，應(yīng)用于傳感器的精度可達(dá)0.051。電阻應(yīng)變式壓力傳感器就是眾多電阻應(yīng)變計中的一種。,.,應(yīng)變式壓力變換的類形(1)直接粘貼式變換應(yīng)變片直接粘貼在彈性元件上，反映彈性元件的變形。,圖3-21,.,(2)組合式變換電阻應(yīng)變片不直接貼在彈性元件上，而是貼在由彈性元件所帶動的彈性懸臂梁上。由彈性元件感受壓力。,.,電阻應(yīng)變式壓力傳感器（1）,結(jié)構(gòu)原理壓力使彈性敏感元件變形，導(dǎo)致敏感元件的電阻發(fā)生變化。通過電橋記錄電信號的變化，達(dá)到測壓的目的。分為粘貼式與非粘貼式兩種；特點：結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，量程寬，應(yīng)用特殊場合。輸出信號小，對環(huán)境溫度反應(yīng)靈敏。,.,電阻應(yīng)變片的種類,金屬應(yīng)變片組成,敏感柵、基片、覆蓋層和引線等部分,敏感柵是應(yīng)變片的核心部分,它粘貼在絕緣的基片上,其上再粘貼起保護(hù)作用的覆蓋層,兩端焊接引出導(dǎo)線。金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵有絲式、箔式和薄膜式三種。,.,金屬應(yīng)變片式傳感器的核心元件是金屬應(yīng)變片，它可將試件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成電阻變化。電阻絲應(yīng)變片是用直徑為0.020.04mm具有高電阻率的電阻絲制成的。為了獲得高的阻值，將電阻絲排列成柵網(wǎng)狀，稱為敏感柵，并粘貼在絕緣的基片上，電阻絲的兩端焊接引線。敏感柵上面粘貼有保護(hù)用的覆蓋層。,.,.,(a)絲式(b)箔式(c)半導(dǎo)體,1敏感柵2基底3引線4蓋層5粘結(jié)劑6電極,.,(1)敏感柵應(yīng)變計中實現(xiàn)應(yīng)變-電阻轉(zhuǎn)換的敏感元件。它通常由直徑為0.0150.05mm的金屬絲繞成柵狀，或用金屬箔腐蝕成柵狀。圖中l(wèi)表示柵長，b表示柵寬。其電阻值一般在100以上。(2)基底為保持敏感柵固定的形狀、尺寸和位置，通常用粘結(jié)劑將其固結(jié)在紙質(zhì)或膠質(zhì)的基底上。應(yīng)變計工作時，基底起著把試件應(yīng)變準(zhǔn)確地傳遞給敏感柵的作用。為此，基底必須很薄，一般為0.020.04mm。有用專門的薄紙制成的基片稱為紙基。有用粘結(jié)劑和有機(jī)樹脂薄膜制成的膠基。,.,(3)引線它起著敏感柵與測量電路之間的過渡連接和引導(dǎo)作用。通常取直徑約0.10.15mm的低阻鍍錫銅線，并用釬焊與敏感柵端連接。(4)蓋層用紙、膠作成覆蓋在敏感柵上的保護(hù)層；起著防潮、防蝕、防損等作用。(5)粘結(jié)劑在制造應(yīng)變計時，用它分別把蓋層和敏感柵固結(jié)于基底；在使用應(yīng)變計時，用它把應(yīng)變計基底再粘貼在試件表面的被測部位。因此它也起著傳遞應(yīng)變的作用。,.,金屬絲式應(yīng)變片有回線式和短接式二種，如圖所示?；鼐€式最為常用，制作簡單，性能穩(wěn)定，成本低，易粘貼，但其應(yīng)變橫向效應(yīng)較大。短接式應(yīng)變片兩端用直徑比柵線直徑大510倍的鍍銀絲短接。優(yōu)點是克服了橫向效應(yīng)，但制造工藝復(fù)雜。常用材料：康銅、鎳鉻鋁合金、鐵鉻鋁合金以及鉑、鉑烏合金等。,.,.,電阻應(yīng)變效應(yīng)：當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時其電阻值將發(fā)生變化,Fl、A、R,金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng),.,電阻絲應(yīng)變效應(yīng),材料的縱向應(yīng)變，即單位長度上的伸長量。橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值，稱“泊松比”,.,高靈敏度系數(shù)電阻絲材料的要求,靈敏系數(shù)k0盡量大，以使變換器的輸出大。靈敏系數(shù)k0在盡可能大的應(yīng)變范圍內(nèi)是常數(shù)，即電阻變化與應(yīng)變成線性關(guān)系.具有足夠的熱穩(wěn)定性，電阻溫度系數(shù)要小，以減少溫度變化引起電阻變化所產(chǎn)生的誤差。電阻率高。當(dāng)要求應(yīng)變片具有一定的電阻值時，使得線材的長度短，絲柵的尺寸小。具有優(yōu)良的加工與焊接性能。,.,金屬箔式應(yīng)變片加工制作,它是利用照相制版或光刻技術(shù)將厚約0.0030.01mm的金屬箔片制成所需圖形的敏感柵，也稱為應(yīng)變花。如圖。,.,優(yōu)點：可制成多種復(fù)雜形狀尺寸準(zhǔn)確的敏感柵，其柵長l可做到0.2mm，以適應(yīng)不同的測量要求；與被測件粘貼結(jié)面積大；散熱條件好，允許電流大，提高了輸出靈敏度；橫向效應(yīng)小。蠕變和機(jī)械滯后小，疲勞壽命長,.,金屬薄膜應(yīng)變片,它是薄膜技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法在薄的絕緣基片上形成厚度在0.1m以下的金屬電阻材料薄膜的敏感柵，最后再加上保護(hù)層。優(yōu)點：應(yīng)變靈敏系數(shù)大，允許電流密度大，工作范圍廣，可達(dá)197317缺點：難于控制電阻與溫度和時間的變化關(guān)系。,.,(1)準(zhǔn)備：試件在粘貼部位的表面，用砂布在與軸向成45的方向交叉打磨至Ra為6.3m清洗凈打磨面劃線，確定貼片坐標(biāo)線均勻涂一薄層粘結(jié)劑作底；應(yīng)變計外表和阻值檢查刻劃軸向標(biāo)記清洗。(2)涂膠：在準(zhǔn)備好的試件表面和應(yīng)變計基底上均勻涂一薄層粘結(jié)劑。,.,(3)貼片：將涂好膠的應(yīng)變計與試件，按坐標(biāo)線對準(zhǔn)貼上用手指順軸向滾壓，去除氣泡和多余膠液按固化條件固化處理。(4)復(fù)查：貼片偏差應(yīng)在許可范圍內(nèi)；阻值變化應(yīng)在測量儀器預(yù)調(diào)平范圍內(nèi)；引線和試件間的絕緣電阻應(yīng)大于200M。,.,5)接線：根據(jù)工作條件選擇好導(dǎo)線，然后通過中介接線片(柱)把應(yīng)變計引線和導(dǎo)線焊接，并加以固定。6)防護(hù)：在安裝好的應(yīng)變計和引線上涂以中性凡士林油、石蠟(短期防潮)；或石蠟松香黃油的混合劑(長期防潮)；或環(huán)氧樹脂、氯丁橡膠、清漆等(防機(jī)械劃傷)作防護(hù)用，以保證應(yīng)變計工作性能穩(wěn)定可靠。,.,.,金屬電阻應(yīng)變片的典型結(jié)構(gòu),箔式應(yīng)變片,.,電阻應(yīng)變片的工作特性,1.應(yīng)變片靈敏度系數(shù)影響因素：電阻絲靈敏度系數(shù)、敏感柵尺寸、形狀、粘結(jié)劑、基底、應(yīng)變計粘貼位置及方向2.應(yīng)變片的溫度特性溫度變化電阻絲與試件的線膨脹系數(shù)變化,.,電阻應(yīng)變式壓力傳感器（2）,電阻應(yīng)變片的溫度效應(yīng)：由溫度變化引起的電阻變化；溫度補(bǔ)償方法：自補(bǔ)償法；橋路補(bǔ)償法：在電橋中加入補(bǔ)償片，補(bǔ)償溫度變化引起的電阻偏差。電阻應(yīng)變式壓力傳感器結(jié)構(gòu)懸鏈膜-應(yīng)變管式張絲式在火電廠的應(yīng)用稱重式給煤機(jī)汽車衡,.,橋路補(bǔ)償法,.,應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,一,應(yīng)變式力傳感器,柱（筒）式力傳感器,應(yīng)變片接線要求：,應(yīng)變片粘貼在彈性體外壁應(yīng)力分布均勻的中間部分，對稱粘貼多片。,應(yīng)變片粘貼要求：,采用電橋連接方式，橫向粘貼的應(yīng)變片起溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩?作為各種電子秤與材料試驗機(jī)的測力元件、發(fā)動機(jī)的推力測試、水壩壩體承載狀況監(jiān)測,.,荷重傳感器原理演示,荷重傳感器上的應(yīng)變片在重力作用下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長。,.,柱面展開圖,電橋連線圖,.,環(huán)式力傳感器,R2應(yīng)變片所在的位置應(yīng)力為零，故R2應(yīng)變片起溫度補(bǔ)償作用。,.,應(yīng)變式壓力傳感器,R1R4切向粘貼，R2R3在邊緣處徑向粘貼構(gòu)成全橋電路,二,主要用來測量流動介質(zhì)的動態(tài)和靜態(tài)壓力，如動力管道設(shè)備的進(jìn)出口氣體或液體的壓力、發(fā)動機(jī)內(nèi)部的壓力、槍管及炮管內(nèi)部的壓力、內(nèi)燃機(jī)管道的壓力等。,.,膜片式壓力傳感器,R1R4切向粘貼，R2R3在邊緣處徑向粘貼構(gòu)成全橋電路,測量流動介質(zhì)的動態(tài)和靜態(tài)壓力，如動力管道設(shè)備的進(jìn)出口氣體或液體的壓力、發(fā)動機(jī)內(nèi)部的壓力、槍管及炮管內(nèi)部的壓力、內(nèi)燃機(jī)管道的壓力,.,可以測量容器內(nèi)儲存的溶液重量及液位。,.,應(yīng)變式容器內(nèi)液體重量傳感器,三,.,液位傳感器,式中A1、A2傳感器的傳輸系數(shù)；g重力加速度(m/s2)；被測溶液的密度(Kg/m3)。,溶液重量,式中Q容器內(nèi)感壓膜上面溶液的重量(N)；D柱形容器的截面積(m2)。,.,投入式液位計,壓阻式固態(tài)壓力傳感器用于投入式液位計：p1的進(jìn)氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導(dǎo)壓力而與液體相通。,.,投入式液位計外形（續(xù)）,壓阻式固態(tài)壓力傳感器,光柱顯示器,橡膠背壓管,.,投入式液位傳感器投入式液位傳感器安裝方便，適應(yīng)于深度為幾米至幾十米，且混有大量污物、雜質(zhì)的水或其他液體的液位測量。,.,應(yīng)變式加速度傳感器,四,工作原理：,物體運動的加速度與作用在它上面的力成正比，與物體的質(zhì)量成反。,殼體內(nèi)充滿硅油調(diào)節(jié)阻尼系數(shù),.,測量時，將傳感器殼體與被測對象剛性連接，當(dāng)被測物體以加速度a運動時，質(zhì)量塊受到一個與加速度方向相反的慣性力作用，使懸臂梁變形，其上應(yīng)變片發(fā)生形變，阻值變化，電橋不在平衡改變輸出電壓，即可測出加速度a。,測量原理,不適用于頻率較高的振動和沖擊場合，頻率為1060Hz范圍。,注意事項,.,汽車衡,.,汽車衡（以下參考北京遠(yuǎn)亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料）,.,汽車衡,汽車衡,.,汽車衡稱重系統(tǒng),.,稱重式皮帶給煤機(jī),.,1為電磁振動給料機(jī)；2物料；3秤架；4力敏荷重傳感器5支點；6減速電機(jī)；7環(huán)行皮帶；8料倉。,.,通過放大器將測得的毫伏信號放大，再送入調(diào)節(jié)器，與物料流量給定值進(jìn)行比較后，通過控制裝置去自動調(diào)節(jié)給料機(jī)的給料量。當(dāng)實測流量低時，調(diào)節(jié)器使給料機(jī)增加給料量，直至實際流量與給定流量相等，調(diào)節(jié)器就保持不變，反之亦然。依次循環(huán)，達(dá)到物料連續(xù)計量與自動調(diào)節(jié)給料量的目的。,.,應(yīng)變式力傳感器,應(yīng)變式力傳感器,.,各種懸臂梁,.,各種懸臂梁,F,F,固定點,固定點,電纜,.,應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及變形,.,應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置,F,.,應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）,F,F,.,應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）,F,F,.,電子秤,磅秤,超市打印秤,遠(yuǎn)距離顯示,.,電子天平,電子天平的精度可達(dá)十萬分之一,.,人體秤,.,吊鉤秤,便攜式,.,應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手,可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程2500N.m，耗電量10mA，有公制/英制單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動斷電等功能。,.,壓阻式固態(tài)壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu),信號處理電路,.,小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器,高壓進(jìn)氣口,低壓進(jìn)氣口,絕對壓力傳感器,.,小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）,呼吸、透析和注射泵設(shè)備中用的壓力傳感器,p1進(jìn)氣管,p2進(jìn)氣管,固態(tài)壓力傳感器,.,小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）,表壓壓力傳感器,p1進(jìn)氣管,.,材料應(yīng)變的測量,斜拉橋上的斜拉繩應(yīng)變測試,.,.,5.4壓阻式壓力傳感器,壓阻元件是基于壓阻效應(yīng)工作的一種壓力敏感元件，它指在半導(dǎo)體材料的基片上用基成電路工藝制成的擴(kuò)散電阻，當(dāng)它受外力作用時，其阻值由于電阻率的變化而改變。擴(kuò)散電阻正常工作需依附彈性元件，常用的是單晶體硅膜片。,.,電阻的靈敏系數(shù),對于半徑為r的圓導(dǎo)體，A=r2，A/A=2r/r又由材料力學(xué)可知，在彈性范圍內(nèi)，,為導(dǎo)體的縱向應(yīng)變，其數(shù)值一般很小，常以微應(yīng)變度量；為電阻絲材料的泊松比，橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值，稱“泊松比”一般金屬=0.30.5；為壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)；為應(yīng)力值；E為材料的彈性模量；,.,金屬電阻的靈敏系數(shù),材料的幾何尺寸變化引起的材料的電阻率隨應(yīng)變引起的（壓阻效應(yīng)）,金屬材料：k0以前者為主，則k01+2=1.73.6半導(dǎo)體：k0值主要是由電阻率相對變化所決定,.,壓阻式壓力傳感器的測量特點,(1)結(jié)構(gòu)簡單，可微型化。有效面積的直徑僅有零點幾毫米或更??；(2)精度高。實際精度可達(dá)0.1-0.05，最高可達(dá)0.01。可靠性高，廣泛用于宇航和航空工業(yè)中；(3)頻率響應(yīng)高。傳感器本身的固有頻率高，可達(dá)50-1500kHz。因此可以測幾千赫幾十千赫以上的脈動壓力；(4)靈敏度高，其靈敏度系數(shù)比金屬絲應(yīng)變式壓力傳感器高50-100倍。分辨力高，可測僅有1-2mm水柱的微壓；(5)輸出電平大，可達(dá)200mV左右，有時可不加放大器直接測量其輸出信號。,.,壓阻式壓力傳感器測量的主要缺點,壓阻式壓力傳感器在測量中存在著測量較大應(yīng)變時，存在非線性較嚴(yán)重及電阻和靈敏度系數(shù)的溫度穩(wěn)定性差的不足，因此必須找到有效、可靠的溫度補(bǔ)償措施。,.,.,.,r0，r、t達(dá)最大值,r=0.58r0，r=0,r=r0，r達(dá)負(fù)的最大值,r=r0，t=0,.,壓阻式壓力傳感器輸出,.,5.5電感式壓力傳感器,單繞組電感變換器,.,差動式電感傳感器,為了克服單繞組電感傳感器的缺陷，設(shè)計了差動式電感傳感器。即用兩只幾何尺寸完全相同、導(dǎo)磁體材料相同、上下線圈的電氣參數(shù)即線圈銅電阻，電感、匝數(shù)完全一致的單繞組電感傳感器組成。長處：靈敏度高，精度高；輸出信號大，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，壽命長。不足之處：因溫度影響造成測量誤差較大。不適合高頻脈動壓力的測量，常用于準(zhǔn)動態(tài)、頻率較低的壓力測量。,.,電動差壓變送器,.,差壓變送器,.,5.6壓電式壓力傳感器,一、壓電式壓力傳感器概述壓電效應(yīng)原理：壓電材料受壓時會在其表面產(chǎn)生電荷，其電荷量與所受的壓力成正比。壓電材料：單晶體、多晶體特點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，小巧輕便，工作可靠，線性度好，頻率響應(yīng)高，量程范圍廣,.,壓電?,壓電式傳感器是以某些晶體受力后在其表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換原理的傳感器?？蓽y量能變換為力的各種物理量。,.,壓電效應(yīng)分類,順壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象(加力變形產(chǎn)生電荷)逆壓電效應(yīng)電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的現(xiàn)象。(施加電場電介質(zhì)產(chǎn)生變形應(yīng)力),.,(1)壓電效應(yīng)(正壓電效應(yīng)）,電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力,產(chǎn)生變形,外力去掉，回到不帶電狀態(tài),內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，表面產(chǎn)生電荷,壓電效應(yīng)動畫演示,.,當(dāng)對壓電材料施以物理壓力時，材料體內(nèi)之電偶極矩會因壓縮而變短，此時壓電材料為抵抗這變化會在材料相對的表面上產(chǎn)生等量正負(fù)電荷，以保持原狀。這種由于形變而產(chǎn)生電極化的現(xiàn)象稱為“正壓電效應(yīng)”。正壓電效應(yīng)實質(zhì)上是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過程。其中，為晶體的電極化率，單位是，為壓電常數(shù)，單位是,為應(yīng)力，單位是。,.,未極化前：不具壓電性,撤銷外電場,極化現(xiàn)象的理解：,.,(2)逆壓電效應(yīng),極化方向上施加交變電場,產(chǎn)生機(jī)械變形,去外加電場，變形消失,逆壓電效應(yīng)動畫演示,.,可以證明，正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)中的系數(shù)是相等的，且具有正壓電效應(yīng)的材料必然具有逆壓電效應(yīng)。,當(dāng)在壓電材料表面施加電場（電壓），因電場作用時電偶極矩會被拉長，壓電材料為抵抗變化，會沿電場方向伸長。這種通過電場作用而產(chǎn)生機(jī)械形變的過程稱為“逆壓電效應(yīng)”。逆壓電效應(yīng)實質(zhì)上是電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程。其中，S為晶體的楊氏模量，dt為壓電常數(shù)，單位是，E為電場強(qiáng)度適量，單位是。,.,（1）壓電晶體,石英晶體外形圖,壓電晶體是一種單晶體。,例如：石英晶體；酒石酸鉀鈉等,二、壓電材料,1、常見壓電材料,.,天然形成的石英晶體外形圖,換能器,.,石英晶體,一種天然晶體，壓電系數(shù)d112.311012C/N；莫氏硬度為7、熔點為1750、膨脹系數(shù)僅為鋼的1/30。優(yōu)點：轉(zhuǎn)換效率和轉(zhuǎn)換精度高、線性范圍寬、重復(fù)性好、固有頻率高、動態(tài)特性好、工作溫度高達(dá)550（壓電系數(shù)不隨溫度而改變）、工作濕度高達(dá)100%、穩(wěn)定性好。,.,石英晶體的壓電效應(yīng),X軸：電軸或1軸；Y軸：機(jī)械軸或2軸；Z軸：光軸或3軸。,“縱向壓電效應(yīng)”：沿電軸（X軸）方向的力作用下產(chǎn)生電荷“橫向壓電效應(yīng)”：沿機(jī)械軸（Y軸）方向的力作用下產(chǎn)生電荷在光軸（Z軸）方向時則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。,.,切片上電荷的符號與受力方向的關(guān)系,圖（a）是在X軸方向受壓力，圖（b）是在X軸方向受拉力，圖（c）是在Y軸方向受壓力，圖（d）是在Y軸方向受拉力。,.,石英晶體的壓電效應(yīng),（a）正負(fù)電荷是互相平衡的，所以外部沒有帶電現(xiàn)象。（b）在X軸方向壓縮，表面A上呈現(xiàn)負(fù)電荷、B表面呈現(xiàn)正電荷。（c）沿Y軸方向壓縮，在A和B表面上分別呈現(xiàn)正電荷和負(fù)電荷,.,（2）壓電陶瓷,壓電陶瓷是一種人工制造的多晶體。例如：鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、鈮酸鍶等,壓電陶瓷外形圖,.,壓電陶瓷的壓電效應(yīng),人工制造的多晶體，壓電機(jī)理與壓電晶體不同。,壓電陶瓷的極化,.,陶瓷片極化,壓電陶瓷片內(nèi)束縛電荷與電極上吸附的自由電荷示意圖,自由電荷與陶瓷片內(nèi)的束縛電荷符號相反而數(shù)值相等，它起著屏蔽和抵消陶瓷片內(nèi)極化強(qiáng)度對外的作用，因此陶瓷片對外不表現(xiàn)極性。,.,壓電陶瓷的正壓電效應(yīng),壓電陶瓷片上加上一個與極化反向平行的外力，陶瓷片將產(chǎn)生壓縮變形，原來吸附在極板上的自由電荷，一部分被釋放而出現(xiàn)放電現(xiàn)象。當(dāng)壓力撤消后，陶瓷片恢復(fù)原狀，片內(nèi)的正、負(fù)電荷之間的距離變大，極化強(qiáng)度也變大，因此電極上又吸附部分自由電荷而出現(xiàn)充電現(xiàn)象。,放電電荷的多少與外力的大小成比例關(guān)系,Q電荷量；d33壓電陶瓷的壓電系數(shù)；F作用力。,.,常見壓電陶瓷,（1）鈦酸鋇（BaTiO3）壓電陶瓷具有較高的壓電系數(shù)和介電常數(shù)，機(jī)械強(qiáng)度不如石英。（2）鋯鈦酸鉛Pb（ZrTi）O3系壓電陶瓷（PZT）壓電系數(shù)較高，各項機(jī)電參數(shù)隨溫度、時間等外界條件的變化小，在鋯鈦酸鉛的基方中添加一兩種微量元素，可以獲得不同性能的PZT材料。（3）鈮鎂酸鉛Pb(MgNb)O3-PbTiO3-PbZrO3壓電陶瓷（PMN）具有較高的壓電系數(shù)，在壓力大至700kg/cm2仍能繼續(xù)工作，可作為高溫下的力傳感器。,.,.,高分子壓電材料外形圖,（3）有機(jī)壓電材料,有機(jī)壓電材料屬于新一代的壓電材料。主要有壓電半導(dǎo)體和高分子壓電材料。,.,2、壓電材料的主要特性指標(biāo),壓電效應(yīng)強(qiáng)弱：靈敏度,固有頻率、動態(tài)特性,固有電容、頻率下限,機(jī)電轉(zhuǎn)換效率,泄漏電荷、改善低頻特性,喪失壓電性的溫度,.,3、選擇壓電材料的原則,具有較大的壓電常數(shù)壓電元件機(jī)械強(qiáng)度高、剛度大并具有較高固有振動頻率。具有高的電阻率和較大的介電常數(shù)，以期減少電荷的泄露以及外部分布電容的影響，獲得良好的低頻特性。具有較高的居里點。（壓電性能破壞時的溫度轉(zhuǎn)變點）壓電材料的壓電特性不隨時間蛻變，有較好時間穩(wěn)定性。,.,.,(a)等效為一個電荷源Q與一個電容Ca并聯(lián)的電路(b)等效成一個電源U=Q/Ca和一個電容Ca的串聯(lián)電路,三、壓電式壓力傳感器工作原理,.,壓電式壓力傳感器測量原理,.,壓電式壓力傳感器測量要求,壓電傳感器的晶體可以看成為一個產(chǎn)生電荷的高內(nèi)阻發(fā)電元件，它把壓力的作用變換為電荷量。由于壓電元件的內(nèi)阻很高且輸出信號微弱，一般不能直接記錄和顯示。顯然不能用一般的低輸入阻抗儀表來進(jìn)行測量，否則，壓電晶片上的電荷就要通過測量電路的低輸入阻抗泄漏掉。只有當(dāng)測量電路的輸入阻抗較高，快速測量被測參數(shù)的變化，所測得的結(jié)果才接近電荷的實際變化。,.,組成：測量線路的組成包括前置放大器、輸出信號電纜要求：1.實現(xiàn)阻抗變換，將壓電晶片的高輸出阻抗變換成低輸出阻抗；2.將微弱的輸出信號實現(xiàn)放大。,四、壓電式傳感器的測量電路,.,壓電元件常用連接形式,在實際使用中，如僅用單片壓電元件工作的話，要產(chǎn)生足夠的表面電荷就要很大的作用力，因此一般采用兩片或兩片以上壓電元件組合在一起使用。由于壓電元件是有極性的，因此連接方法有兩種：并聯(lián)連接和串聯(lián)連接。,.,(a),(b),.,（1）并聯(lián)：,（2）串聯(lián)：,（1）“并聯(lián)”，Q=2Q，U=U，C=2C并聯(lián)接法輸出電荷大，本身電容大，時間常數(shù)大，適宜用在測量慢變信號并且以電荷作為輸出量的地方，（2）“串聯(lián)”Q=Q，U=2U，C=C/2而串聯(lián)接法輸出電壓大，本身電容小。適宜用于以電壓作輸出信號，且測量電路輸入阻抗很高的地方。,.,圖上從電路上看，這是并聯(lián)接法，類似兩個電容的并聯(lián)。所以，外力作用下正負(fù)電極上的電荷量增加了1倍，電容量也增加了1倍，輸出電壓與單片時相同。圖下從電路上看是串聯(lián)的，兩壓電片中間粘接處正負(fù)電荷中和，上、下極板的電荷量與單片時相同，總電容量為單片的一半，輸出電壓增大了1倍。,.,壓電式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,壓電式傳感器要求負(fù)載電阻RL必須有很大的數(shù)值，才能使測量誤差小到一定數(shù)值以內(nèi)。因此常先接入一個高輸入阻抗的前置放大器，然后再接一般的放大電路及其它電路。測量電路關(guān)鍵在高阻抗的前置放大器。前置放大器兩個作用:把壓電式傳感器的微弱信號放大；把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出。,.,壓電傳感器在實際測量系統(tǒng)中的等效電路,.,（1）電壓放大器,Ca：傳感器的電容Ra：傳感器的漏電阻Cc：連接電纜的等效電容Ri：放大器的輸入電阻Ci：放大器的輸入電容,.,前置放大器輸入電壓,壓電元件的力F=Fmsint壓電元件的壓電系數(shù)為d11，產(chǎn)生的電荷為Q=d11F。,輸入電壓的幅值,當(dāng)作用力是靜態(tài)力（=0）時，前置放大器的輸入電壓為零。原理上決定了壓電式傳感器不能測量靜態(tài)物理量。壓電式傳感器突出優(yōu)點：高頻響應(yīng)相當(dāng)好。,.,壓電式壓力傳感器不能測靜態(tài)力壓電式壓力傳感器時間常數(shù)一定，傳感器的高頻響應(yīng)好。測量低頻動態(tài)壓力，應(yīng)增大壓電式壓力傳感器的時間常數(shù)壓電式壓力傳感器的時間常數(shù)與壓電式壓力傳感器的靈敏度ku的關(guān)系(C但ku）,.,傳感器的低頻響應(yīng)范圍,如果被測物理量是緩慢變化的動態(tài)量，而測量回路的時間常數(shù)又不大，則造成傳感器靈敏度下降。因此為了擴(kuò)大傳感器的低頻響應(yīng)范圍，就必須盡量提高回路的時間常數(shù)。但這不能靠增加測量回路的電容量來提高時間常數(shù)，因為傳感器的電壓靈敏度與電容成反比的，切實可行的辦法是提高測量回路的電阻。由于傳感器本身的絕緣電阻一般都很大，所以測量回路的電阻主要取決于前置放大器的輸入電阻。放大器的輸入電阻越大，測量回路的時間常數(shù)就越大，傳感器的低頻響應(yīng)也就越好。,.,電壓放大器應(yīng)用限制,壓電式傳感器在與電壓放大器配合使用時，連接電纜不能太長。電纜長，電纜電容Cc就大，電纜電容增大必然使傳感器的電壓靈敏度降低。電壓放大器與電荷放大器相比，電路簡單，元件少，價格便宜，工作可靠，但是電纜長度對傳感器測量精度的影響較大，在一定程度上限制了壓電式傳感器在某些場合的應(yīng)用。,.,解決電纜問題的辦法,將放大器裝入傳感器中，組成一體化傳感器。,.,（2）電荷放大器,壓電式傳感器另一種專用的前置放大器。能將高內(nèi)阻的電荷源轉(zhuǎn)換為低內(nèi)阻的電壓源，而且輸出電壓正比于輸入電荷，因此，電荷放大器同樣也起著阻抗變換的作用，其輸入阻抗高達(dá)10101012，輸出阻抗小于100。使用電荷放大器突出的一個優(yōu)點：在一定條件下，傳感器的靈敏度與電纜長度無關(guān)。,.,壓電傳感器與電荷放大器連接等效電路,K是放大器的開環(huán)增益，（-K）表示放大器的輸出與輸入反相，若開環(huán)增益足夠高，則放大器的輸入端的電位接近“地”電位。,.,充電電壓接近等于放大器的輸出電壓,幾點結(jié)論：1、電荷放大器的輸出電壓只與輸入電荷量和反饋電容有關(guān)，而與放大器的放大系數(shù)的變化或電纜電容等均無關(guān)系，2、只要保持反饋電容的數(shù)值不變，就可得到與電荷量Q變化成線形關(guān)系的輸出電壓。3、反饋電容Cf小，輸出就大，4、要達(dá)到一定的輸出靈敏度要求，就必須選擇適當(dāng)?shù)姆答侂娙荨?、輸出電壓與電纜電容無關(guān)條件：（1+K）Cf（Ca+Cc+Ci）,.,電荷放大器能將壓電傳感器輸出的電荷轉(zhuǎn)換為電壓（Q/U轉(zhuǎn)換器），但并無放大電荷的作用，只是一種習(xí)慣叫法。,四通道電荷放大器外形,電荷放大器外形,.,五、壓電式傳感器的應(yīng)用,壓電式力傳感器壓電式壓力傳感器壓電式加速度傳感器。,.,實例1：火炮堂內(nèi)壓力測試,發(fā)射藥在堂內(nèi)燃燒形成壓力完成炮彈的發(fā)射。堂內(nèi)壓力的大小，不僅決定著炮彈的飛行速度，而且與火炮、彈丸的設(shè)計有著密切關(guān)系。,.,事故性碰撞：點火信號、電點火管、氣體發(fā)生劑、氣體、充氣、彈性體,實例2：汽車安全氣囊系統(tǒng),.,實例4：指套式電子血壓計,實例3：壓電式血壓傳感器,.,實例5：水深測量儀,.,實例6：煤氣灶電子點火裝置,.,將高分子壓電電纜埋在公路上，可以獲取車型分類信息（包括軸數(shù)、軸距、輪距、單雙輪胎）、車速監(jiān)測、收費站地磅、闖紅燈拍照、停車區(qū)域監(jiān)控、交通數(shù)據(jù)信息采集（道路監(jiān)控）及機(jī)場滑行道等。,實例7：交通檢測,.,實例8：氣體發(fā)生器輸出特性測試,密封容器壓力測試法,.,實例9：壓電式動態(tài)力傳感器在體育動態(tài)測量中的應(yīng)用,壓電式步態(tài)分析跑臺,壓電式縱跳訓(xùn)練分析裝置,壓電傳感器測量雙腿跳的動態(tài)力,.,5.7壓力檢測儀表的安裝,一、壓力檢測儀表的選擇1.儀表量程的選擇被測壓力較穩(wěn)定：最大工作壓力不應(yīng)超過儀表滿量程的3/4被測壓力波動較大或測脈動壓力：最大工作壓力不應(yīng)超過儀表滿量程的2/3為保證測量準(zhǔn)確度：最小工作壓力不應(yīng)低于滿量程的1/3優(yōu)先滿足最大工作壓力條件,.,2.儀表精度的選擇壓力檢測儀表的精度主要根據(jù)生產(chǎn)允許的最大誤差來確定，即要求實際被測壓力允許的最大絕對誤差應(yīng)小于儀表的基本誤差。,.,3.儀表類型的選擇從被測介質(zhì)壓力大小來考慮被測介質(zhì)的性質(zhì)對儀表輸出信號的要求使用的環(huán)境,.,壓力表的安裝,1.取壓口的選擇在管道或煙道上取壓測量流動介質(zhì)的壓力測量液體介質(zhì)的管道上取壓,.,2.導(dǎo)壓管的鋪設(shè)導(dǎo)壓管是傳遞壓力、壓差信號的。,.,3.壓力、壓差計的安裝,.,壓力傳感器的安裝,1.管子越細(xì)、頻率越高，則吸收效應(yīng)越顯著，壓力波的衰減也就越明顯。2.隨著傳壓管長的增加，系統(tǒng)的固有頻率就下降，即動態(tài)特性變差。,直管無腔室管道系統(tǒng),.,有空腔的傳壓管系統(tǒng),.,.,增大n，測量系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的動態(tài)特性變好。若使n增大，則要使傳壓小管直徑d增加，而容腔體積V和傳壓小管長度L要減小d的增加，和V及L的減小，則會使阻尼比減小。當(dāng)減小到一定程度時，就會使系統(tǒng)的固有頻率n和被測壓力的頻率接近直至相等，嚴(yán)重時產(chǎn)生共振。,.,.,非諧振傳壓管系統(tǒng),消除共振，改善頻率響應(yīng)特性，擴(kuò)大測量動態(tài)壓力的頻率范圍,.,曲線1為容腔環(huán)節(jié)的頻率特性，它表征了壓力測量系統(tǒng)總的頻率特性；曲線1是增加了傳壓小管直徑d、減小長度L和V，使環(huán)節(jié)的固有頻率增加，然而此舉使阻尼比減少虛線1,采用非諧振傳壓管系統(tǒng)，改善了整個系統(tǒng)的頻率特性,.,基本參數(shù)指標(biāo),環(huán)境參數(shù)指標(biāo),可靠性指標(biāo),其他指標(biāo),量程指標(biāo)：量程范圍、過載能力等靈敏度指標(biāo)：靈敏度、分辨力、滿量程輸出等精度有關(guān)指標(biāo)：精度、誤差、線性、滯后、重復(fù)性、靈敏度誤差、穩(wěn)定性動態(tài)性能指標(biāo)：固定頻率、阻尼比、時間常數(shù)、頻率響應(yīng)范圍、頻率特性、臨界頻率、臨界速度、穩(wěn)定時間等,溫度指標(biāo)：工作溫度范圍、溫度誤差、溫度漂移、溫度系數(shù)、熱滯后等抗沖振指標(biāo)：允許各向抗沖振的頻率、振幅及加速度、沖振所引入的誤差其他環(huán)境參數(shù)：抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕等能力、抗電磁場干擾能力等,工作壽命、平均無故障時間、保險期、疲勞性能、絕緣電阻、耐壓及抗飛弧等,使用有關(guān)指標(biāo)：供電方式（直流、交流、頻率及波形等）、功率、各項分布參數(shù)值、電壓范圍與穩(wěn)定度等外形尺寸、重量、殼體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點等安裝方式、饋線電纜等,.,5.8傳感器的標(biāo)定,標(biāo)定：通過試驗建立傳感器輸入量與輸出量之間的關(guān)系。標(biāo)定曲線：試驗求得的傳感器輸入量與輸出量之間的關(guān)系曲線（輸出特性曲線）。標(biāo)定方法：利用已知的標(biāo)準(zhǔn)值輸入到待標(biāo)定的傳感器中，傳感器得到相應(yīng)的輸出量，將輸出量與輸入的標(biāo)準(zhǔn)量繪制成曲線即得標(biāo)定曲線。按傳感器的種類和使用情況不同，其標(biāo)定方法也不同。荷重、應(yīng)力、壓力傳感器等的靜標(biāo)定方法是利用壓力試驗機(jī)進(jìn)行