項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)課件

1、傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)第二學(xué)習(xí)周第二學(xué)習(xí)周 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)p 了解壓力測(cè)量的基本方法和力傳感器類(lèi)型；了解壓力測(cè)量的基本方法和力傳感器類(lèi)型；p 理解壓阻式傳感器的工作原理和類(lèi)型理解壓阻式傳感器的工作原理和類(lèi)型p 掌握電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理、基本特性和結(jié)構(gòu)類(lèi)型掌握電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理、基本特性和結(jié)構(gòu)類(lèi)型p 掌握壓電式傳感器的工作原理，等效電路和常用結(jié)構(gòu)形式掌握壓電式傳感器的工作原理，等效電路和常用結(jié)構(gòu)形式p 掌握壓電材料的類(lèi)型、特性和應(yīng)用主要特性參數(shù)掌握壓電材料的類(lèi)型、特性和應(yīng)用主要特性參數(shù)u 能夠根

2、據(jù)需要選擇合適的壓力傳感器進(jìn)行壓力測(cè)量電路設(shè)計(jì)能夠根據(jù)需要選擇合適的壓力傳感器進(jìn)行壓力測(cè)量電路設(shè)計(jì)u 學(xué)會(huì)壓力測(cè)量系統(tǒng)的制作與調(diào)試學(xué)會(huì)壓力測(cè)量系統(tǒng)的制作與調(diào)試學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)項(xiàng)目背景項(xiàng)目背景v 壓力在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中是重要的工藝參數(shù)之一，因此，正壓力在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中是重要的工藝參數(shù)之一，因此，正確地測(cè)量和控制壓力是保證生產(chǎn)過(guò)程良好地運(yùn)行，達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、低確地測(cè)量和控制壓力是保證生產(chǎn)過(guò)程良好地運(yùn)行，達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、低消耗和安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。消耗和安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。v 工業(yè)上壓力的檢測(cè)方法主要有液柱測(cè)壓法、彈性變形法和電測(cè)壓工業(yè)上壓力的檢測(cè)方法主要有液柱測(cè)

3、壓法、彈性變形法和電測(cè)壓力法。其中應(yīng)用較多的是電測(cè)壓力法，利用轉(zhuǎn)換元件（如某些機(jī)械和力法。其中應(yīng)用較多的是電測(cè)壓力法，利用轉(zhuǎn)換元件（如某些機(jī)械和電氣元件）直接把被測(cè)壓力變換為電信號(hào)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。根據(jù)轉(zhuǎn)換元電氣元件）直接把被測(cè)壓力變換為電信號(hào)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。根據(jù)轉(zhuǎn)換元件不同，主要有兩類(lèi)：件不同，主要有兩類(lèi)： v 1. 1. 彈性元件附加一些變換裝置，使彈性元件自由端的位移量轉(zhuǎn)彈性元件附加一些變換裝置，使彈性元件自由端的位移量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，如電阻式、電感式、電容式、霍爾片式、應(yīng)變式、換成相應(yīng)的電信號(hào)，如電阻式、電感式、電容式、霍爾片式、應(yīng)變式、振弦式等；振弦式等；v 2. 2. 非彈性元件組成

4、的快速測(cè)壓元件，主要利用某些物體的某一非彈性元件組成的快速測(cè)壓元件，主要利用某些物體的某一物理性質(zhì)與壓力有關(guān)，如壓電式、壓阻式、壓磁式等。物理性質(zhì)與壓力有關(guān)，如壓電式、壓阻式、壓磁式等。v 本項(xiàng)目中重點(diǎn)介紹利用電阻應(yīng)變式傳感器、壓阻式傳感器、壓電本項(xiàng)目中重點(diǎn)介紹利用電阻應(yīng)變式傳感器、壓阻式傳感器、壓電式傳感器的工作原理和應(yīng)用。式傳感器的工作原理和應(yīng)用。項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)知識(shí)分布網(wǎng)絡(luò)重量檢測(cè)任務(wù)實(shí)施知識(shí)拓展相關(guān)知識(shí)電阻應(yīng)變片的原理及類(lèi) 型應(yīng)變片的主要特性應(yīng)變式傳感器測(cè)量電路傳感器選型測(cè)量電路設(shè)計(jì)模擬調(diào)試電阻應(yīng)變式的溫度誤差及補(bǔ)償方法電阻應(yīng)變式傳感器的典

5、型應(yīng)用項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)【任務(wù)描述任務(wù)描述】 隨著技術(shù)的進(jìn)步，由電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應(yīng)隨著技術(shù)的進(jìn)步，由電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)用到各行各業(yè), ,實(shí)現(xiàn)了對(duì)物料的快速、準(zhǔn)確的稱(chēng)量，特別是隨著微處理機(jī)的出實(shí)現(xiàn)了對(duì)物料的快速、準(zhǔn)確的稱(chēng)量，特別是隨著微處理機(jī)的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度化的不斷提高，稱(chēng)重傳感器已成為過(guò)程控制中現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度化的不斷提高，稱(chēng)重傳感器已成為過(guò)程控制中的一種必需的裝置，從以前不能稱(chēng)重的大型罐、料斗等重量計(jì)測(cè)以及吊車(chē)秤、的一種必需的裝置，從以前不能稱(chēng)重的大型罐、料斗等重量計(jì)測(cè)以及吊車(chē)秤、汽車(chē)秤等計(jì)測(cè)

6、控制，到混合分配多種原料的配料系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝中的自動(dòng)檢汽車(chē)秤等計(jì)測(cè)控制，到混合分配多種原料的配料系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝中的自動(dòng)檢測(cè)和粉粒體進(jìn)料量控制等，都應(yīng)用了稱(chēng)重傳感器。本任務(wù)要求利用電阻應(yīng)變測(cè)和粉粒體進(jìn)料量控制等，都應(yīng)用了稱(chēng)重傳感器。本任務(wù)要求利用電阻應(yīng)變片設(shè)計(jì)稱(chēng)重儀，技術(shù)要求片設(shè)計(jì)稱(chēng)重儀，技術(shù)要求: :量程量程0 02kg2kg，精度，精度0.001kg0.001kg。任務(wù)任務(wù)2.1重量檢測(cè)重量檢測(cè)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 2.1.1 電阻應(yīng)變片的原理及類(lèi)型電阻應(yīng)變片的原理及類(lèi)型 1應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)【相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí)】 電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)電

7、阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng), , 即在金屬導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變即在金屬導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)形時(shí), , 它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。 一根金屬電阻絲，在其未受力時(shí)，原始電阻值為：一根金屬電阻絲，在其未受力時(shí)，原始電阻值為：SLR式中式中金屬絲的電阻率，單位金屬絲的電阻率，單位mm； L L金屬絲的長(zhǎng)度，單位金屬絲的長(zhǎng)度，單位m m； S S金屬絲的截面積，單位金屬絲的截面積，單位m m2 2。項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)任務(wù)任務(wù)2.1重量檢測(cè)重量檢測(cè)圖圖2-1 2-1 金屬電阻絲的應(yīng)變效應(yīng)金屬電阻絲的應(yīng)變效應(yīng)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè) 如圖如圖2-12-1所示，當(dāng)金屬絲受

8、到拉力所示，當(dāng)金屬絲受到拉力F F作用時(shí)，將伸長(zhǎng)作用時(shí)，將伸長(zhǎng)LL，橫截面積，橫截面積相應(yīng)減小相應(yīng)減小SS，電阻率將因晶格發(fā)生變形等因素而改變，電阻率將因晶格發(fā)生變形等因素而改變，故引起，故引起電阻值相對(duì)變化量為：電阻值相對(duì)變化量為：SSLLRR式中式中L/LL/L是長(zhǎng)度相對(duì)變化量，用應(yīng)變是長(zhǎng)度相對(duì)變化量，用應(yīng)變表示；表示； S/SS/S為圓形金屬絲的截面積相對(duì)變化量；為圓形金屬絲的截面積相對(duì)變化量； /為圓形金屬絲的電阻率相對(duì)變化量。為圓形金屬絲的電阻率相對(duì)變化量。 任務(wù)任務(wù)2.1重量檢測(cè)重量檢測(cè)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè) 由材料力學(xué)可知，在彈性范圍內(nèi)，金屬絲受拉力時(shí)，沿軸向伸長(zhǎng)，由材料

9、力學(xué)可知，在彈性范圍內(nèi)，金屬絲受拉力時(shí)，沿軸向伸長(zhǎng)，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：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：LLrrSS2LLrr式中：式中：金屬絲材料的泊松比，負(fù)號(hào)表示與軸向應(yīng)變方向相反。金屬絲材料的泊松比，負(fù)號(hào)表示與軸向應(yīng)變方向相反。 任務(wù)任務(wù)2.1重量檢測(cè)重量檢測(cè)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)可得：可得：)21 (RR 通常把單位應(yīng)變能引起的電阻值變化稱(chēng)為金屬絲的靈敏度系數(shù)通常把單位應(yīng)變能引起的電阻值變化稱(chēng)為金屬絲的靈敏度系數(shù)K Ks s。其。其物理意義是單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化量，其表達(dá)式為：物理意義是單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化量，其表

10、達(dá)式為：)21 (sK任務(wù)任務(wù)2.1重量檢測(cè)重量檢測(cè)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè) 由上式可知，因應(yīng)變導(dǎo)致金屬絲電阻值的變化，由兩項(xiàng)組成：第由上式可知，因應(yīng)變導(dǎo)致金屬絲電阻值的變化，由兩項(xiàng)組成：第一項(xiàng)（一項(xiàng)（1+21+2）表示由于幾何尺寸改變引起的電阻變化；另一項(xiàng)）表示由于幾何尺寸改變引起的電阻變化；另一項(xiàng)( (/)/)/表示單位軸向應(yīng)變引起電阻率的變化。表示單位軸向應(yīng)變引起電阻率的變化。對(duì)于大多數(shù)金屬材料電阻絲而言：對(duì)于大多數(shù)金屬材料電阻絲而言： 21因此，有因此，有 21S 表明：加載后，金屬絲的電阻值隨著其軸向幾何尺寸變化（伸表明：加載后，金屬絲的電阻值隨著其軸向幾何尺寸變化（伸長(zhǎng)或縮短

11、）而發(fā)生相應(yīng)的變化長(zhǎng)或縮短）而發(fā)生相應(yīng)的變化。 任務(wù)任務(wù)2.1重量檢測(cè)重量檢測(cè)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè) 常用的應(yīng)變片可分為兩類(lèi)：金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片。常用的應(yīng)變片可分為兩類(lèi)：金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片。 圖圖2-2 2-2 金屬電阻絲的應(yīng)變效應(yīng)金屬電阻絲的應(yīng)變效應(yīng)11引線(xiàn)引線(xiàn) 22覆蓋片覆蓋片 33基底基底 44敏感柵敏感柵 金屬應(yīng)變片由金屬應(yīng)變片由引線(xiàn)引線(xiàn)、覆蓋片覆蓋片、基底基底和和敏感柵敏感柵等部分組成，如圖等部分組成，如圖2-2 2-2 所示。所示。圖中，圖中，l為應(yīng)變片的標(biāo)距或工作基長(zhǎng)，為應(yīng)變片的標(biāo)距或工作基長(zhǎng)，b為為應(yīng)變片的工作寬度，應(yīng)變片的工作寬度，bl為應(yīng)

12、變片的規(guī)格。為應(yīng)變片的規(guī)格。（應(yīng)變片規(guī)格一般以使用面積或電阻值（應(yīng)變片規(guī)格一般以使用面積或電阻值來(lái)表示）來(lái)表示）任務(wù)任務(wù)2.1重量檢測(cè)重量檢測(cè)2.應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)類(lèi)型應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)類(lèi)型項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè) 金屬絲式應(yīng)變片是將金屬絲式應(yīng)變片是將 =0.01=0.010.05mm0.05mm金屬絲彎曲繞成柵狀后，金屬絲彎曲繞成柵狀后，用粘合劑貼在基底上而成。用粘合劑貼在基底上而成。（1 1）金屬絲式應(yīng)變片）金屬絲式應(yīng)變片 箔式應(yīng)變片中的箔柵是由厚度為箔式應(yīng)變片中的箔柵是由厚度為0.0010.0010.01mm0.01mm的金屬箔片通過(guò)的金屬箔片通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的各種圖形的敏感柵，如圖光

13、刻、腐蝕等工藝制成的各種圖形的敏感柵，如圖2-32-3所示。所示。（2 2）金屬箔式應(yīng)變片）金屬箔式應(yīng)變片圖圖2-3 2-3 金屬箔式應(yīng)變片金屬箔式應(yīng)變片任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)（3 3）薄膜式應(yīng)變片）薄膜式應(yīng)變片 薄膜應(yīng)變片是采用真空濺射或薄膜應(yīng)變片是采用真空濺射或真空蒸鍍等方法在薄的絕緣基片上真空蒸鍍等方法在薄的絕緣基片上形成形成0.1m0.1m以下的金屬電阻薄膜的以下的金屬電阻薄膜的敏感柵，最后再加上保護(hù)層。敏感柵，最后再加上保護(hù)層。項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 如圖如圖2-42-4所示，敏感柵在縱向的長(zhǎng)度所示，敏感柵在縱向的長(zhǎng)度l l，稱(chēng)為應(yīng)變片的標(biāo)距，也稱(chēng)，稱(chēng)為應(yīng)變片的標(biāo)

14、距，也稱(chēng)柵長(zhǎng)；敏感柵在橫向的寬度柵長(zhǎng)；敏感柵在橫向的寬度b b，稱(chēng)為應(yīng)變片的柵寬；柵長(zhǎng)與柵寬的乘，稱(chēng)為應(yīng)變片的柵寬；柵長(zhǎng)與柵寬的乘積積b bl l，稱(chēng)為應(yīng)變片的工作面積。，稱(chēng)為應(yīng)變片的工作面積。任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)v2.1.2 應(yīng)變片的主要特性應(yīng)變片的主要特性 1應(yīng)變片幾何尺寸應(yīng)變片幾何尺寸圖圖2-4 2-4 敏感柵的幾何尺寸敏感柵的幾何尺寸項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)2.2.應(yīng)變片電阻值（應(yīng)變片電阻值（R R0 0） 應(yīng)變片在未粘貼及未受外力作用的情況下，于室溫條件下測(cè)定應(yīng)變片在未粘貼及未受外力作用的情況下，于室溫條件下測(cè)定的電阻值（原始電阻值），稱(chēng)為應(yīng)變片的電阻值，目前已標(biāo)準(zhǔn)

15、化，常的電阻值（原始電阻值），稱(chēng)為應(yīng)變片的電阻值，目前已標(biāo)準(zhǔn)化，常用電阻應(yīng)變片的電阻值主要有用電阻應(yīng)變片的電阻值主要有6060、120120、350350、500500和和10001000等多種規(guī)格，其中以等多種規(guī)格，其中以120120最為常用。最為常用。任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)3.3.靈敏度系數(shù)靈敏度系數(shù) 應(yīng)變片一般制成絲柵狀后，其應(yīng)變效應(yīng)與單絲是不同的，即電應(yīng)變片一般制成絲柵狀后，其應(yīng)變效應(yīng)與單絲是不同的，即電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)K K和金屬絲靈敏系數(shù)和金屬絲靈敏系數(shù)K Ks s是不相同的。一般認(rèn)為，是不相同的。一般認(rèn)為，K K不不等于等于

16、K Ks s且恒小于且恒小于K Ks s。因此電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)。因此電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)K K須通過(guò)抽樣重新實(shí)驗(yàn)測(cè)須通過(guò)抽樣重新實(shí)驗(yàn)測(cè)定，取平均定，取平均K K值標(biāo)注在應(yīng)變片的包裝袋上，故又稱(chēng)標(biāo)稱(chēng)靈敏系數(shù)。值標(biāo)注在應(yīng)變片的包裝袋上，故又稱(chēng)標(biāo)稱(chēng)靈敏系數(shù)。 實(shí)驗(yàn)證明，在一定的應(yīng)變范圍內(nèi)，應(yīng)變片靈敏系數(shù)實(shí)驗(yàn)證明，在一定的應(yīng)變范圍內(nèi)，應(yīng)變片靈敏系數(shù)K K是常數(shù)。是常數(shù)。 任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)4.4.橫向效應(yīng)橫向效應(yīng) 沿應(yīng)變片軸向的應(yīng)變必然引起應(yīng)變片電阻的相應(yīng)變化，而沿沿應(yīng)變片軸向的應(yīng)變必然引起應(yīng)變片電阻的相應(yīng)變化，而沿垂直于應(yīng)變片軸向的橫向應(yīng)變，也會(huì)引起其電阻

17、的相應(yīng)變化，從而使垂直于應(yīng)變片軸向的橫向應(yīng)變，也會(huì)引起其電阻的相應(yīng)變化，從而使應(yīng)變片靈敏系數(shù)應(yīng)變片靈敏系數(shù)K K降低的現(xiàn)象稱(chēng)為橫向效應(yīng)。降低的現(xiàn)象稱(chēng)為橫向效應(yīng)。 圖圖2-5 2-5 應(yīng)變片橫向效應(yīng)應(yīng)變片橫向效應(yīng)任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)5.5.機(jī)械滯后，零漂及蠕變機(jī)械滯后，零漂及蠕變 應(yīng)變片粘貼在被測(cè)試件上，當(dāng)溫應(yīng)變片粘貼在被測(cè)試件上，當(dāng)溫度恒定時(shí)，其加載特性曲線(xiàn)（正程）度恒定時(shí)，其加載特性曲線(xiàn)（正程）和卸載特性曲線(xiàn)（逆程）不重合，即和卸載特性曲線(xiàn)（逆程）不重合，即為為機(jī)械滯后機(jī)械滯后。 圖圖2-6 2-6 機(jī)械滯后機(jī)械滯后任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)

18、對(duì)于已粘貼好的應(yīng)變片，在溫度保對(duì)于已粘貼好的應(yīng)變片，在溫度保持恒定時(shí)，不承受應(yīng)變作用時(shí)，應(yīng)變片持恒定時(shí)，不承受應(yīng)變作用時(shí)，應(yīng)變片的電阻值隨時(shí)間增加而變化的特性，這的電阻值隨時(shí)間增加而變化的特性，這種現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)變片的零點(diǎn)漂移，簡(jiǎn)稱(chēng)為種現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)變片的零點(diǎn)漂移，簡(jiǎn)稱(chēng)為零漂零漂。 如果在一定溫度下，使應(yīng)變片承受恒定的機(jī)械應(yīng)變，其電阻值隨時(shí)如果在一定溫度下，使應(yīng)變片承受恒定的機(jī)械應(yīng)變，其電阻值隨時(shí)間增加而變化的特性稱(chēng)為間增加而變化的特性稱(chēng)為蠕變?nèi)渥儭?項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)6.6.溫度效應(yīng)溫度效應(yīng) 由溫度變化引起的應(yīng)變片電阻變化，從而產(chǎn)生虛假應(yīng)變的現(xiàn)象，由溫度變

19、化引起的應(yīng)變片電阻變化，從而產(chǎn)生虛假應(yīng)變的現(xiàn)象，稱(chēng)為應(yīng)變片的稱(chēng)為應(yīng)變片的溫度效應(yīng)溫度效應(yīng)。 項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)常見(jiàn)電阻應(yīng)變式傳感器：常見(jiàn)電阻應(yīng)變式傳感器：項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 2.1.3 應(yīng)變式傳感器測(cè)量電路應(yīng)變式傳感器測(cè)量電路 任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè) 在壓力、力、加速度等非電量的檢測(cè)中，由其產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)變所引在壓力、力、加速度等非電量的檢測(cè)中，由其產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)變所引起的應(yīng)變片的電阻變化范圍很小，難以直接用電測(cè)儀器作精確測(cè)量，通起的應(yīng)變片的電阻變化范圍很小，難以直接用電測(cè)儀器作精確測(cè)量，通常采用電橋電路將電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流

20、后放大測(cè)量。常采用電橋電路將電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流后放大測(cè)量。 在應(yīng)變式傳感器中，最常用的是橋式電路，有關(guān)電橋電路在前面任在應(yīng)變式傳感器中，最常用的是橋式電路，有關(guān)電橋電路在前面任務(wù)務(wù)1.31.3中已詳細(xì)介紹。在三種電橋電路中，全橋四臂工作方式的靈敏度中已詳細(xì)介紹。在三種電橋電路中，全橋四臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低，采用四臂全橋（或雙臂半最高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低，采用四臂全橋（或雙臂半橋）還能實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償。橋）還能實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償。項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 1. 傳感器選型傳感器選型任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)【任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施】v 電

21、阻應(yīng)變片是稱(chēng)重儀的關(guān)鍵部件，由于電阻應(yīng)變片的種類(lèi)和型號(hào)較電阻應(yīng)變片是稱(chēng)重儀的關(guān)鍵部件，由于電阻應(yīng)變片的種類(lèi)和型號(hào)較多，因此，應(yīng)根據(jù)電路的具體要求來(lái)選擇適合的電阻應(yīng)變片。本設(shè)計(jì)中多，因此，應(yīng)根據(jù)電路的具體要求來(lái)選擇適合的電阻應(yīng)變片。本設(shè)計(jì)中選用選用E350-2AAE350-2AA箔式電阻應(yīng)變片，其常態(tài)阻值為箔式電阻應(yīng)變片，其常態(tài)阻值為350350。將應(yīng)變片采用合理。將應(yīng)變片采用合理的粘貼方法粘貼在稱(chēng)重儀的橋臂中央位置，如圖的粘貼方法粘貼在稱(chēng)重儀的橋臂中央位置，如圖2-72-7所示，使應(yīng)變片的變所示，使應(yīng)變片的變形與橋臂變形一致，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。形與橋臂變形一致，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。項(xiàng)目二項(xiàng)目二

22、壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)圖圖2-7 2-7 電阻應(yīng)變式稱(chēng)重儀結(jié)構(gòu)圖電阻應(yīng)變式稱(chēng)重儀結(jié)構(gòu)圖任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 2. 測(cè)量電路設(shè)計(jì)測(cè)量電路設(shè)計(jì)任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè) 電阻應(yīng)變式稱(chēng)重儀電路原理如圖電阻應(yīng)變式稱(chēng)重儀電路原理如圖2-82-8所示。所示。圖圖2-8 2-8 電阻應(yīng)變式稱(chēng)重儀電路原理圖電阻應(yīng)變式稱(chēng)重儀電路原理圖 項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 3. 模擬調(diào)試模擬調(diào)試任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè) 在調(diào)試過(guò)程中，應(yīng)準(zhǔn)備在調(diào)試過(guò)程中，應(yīng)準(zhǔn)備1kg1kg及及2kg2kg標(biāo)準(zhǔn)法碼各一。其過(guò)程如下：標(biāo)準(zhǔn)法碼各一。其過(guò)程如下： （1 1）按照電路圖，將

23、各元件焊接到實(shí)驗(yàn)板上，并檢查正確性；）按照電路圖，將各元件焊接到實(shí)驗(yàn)板上，并檢查正確性； （2 2）首先在稱(chēng)重托盤(pán)無(wú)負(fù)載時(shí)調(diào)整）首先在稱(chēng)重托盤(pán)無(wú)負(fù)載時(shí)調(diào)整R RP1P1，使顯示器準(zhǔn)確顯示零；，使顯示器準(zhǔn)確顯示零； （3 3）再調(diào)整）再調(diào)整R RP2P2，使托盤(pán)承擔(dān)滿(mǎn)量程重量，使托盤(pán)承擔(dān)滿(mǎn)量程重量( (本電路選滿(mǎn)量程為本電路選滿(mǎn)量程為2kg)2kg)時(shí)顯示滿(mǎn)量程值；時(shí)顯示滿(mǎn)量程值； （4 4）然后在托盤(pán)上放置）然后在托盤(pán)上放置1kg1kg的標(biāo)準(zhǔn)法碼，觀(guān)察顯示器是否顯示的標(biāo)準(zhǔn)法碼，觀(guān)察顯示器是否顯示1.0001.000，如有偏差，可調(diào)整，如有偏差，可調(diào)整R RP3P3值，使之準(zhǔn)確顯示值，使之準(zhǔn)確顯

24、示1.0001.000； （5 5）重新進(jìn)行（）重新進(jìn)行（2 2）、（）、（4 4）步驟，使之均滿(mǎn)足要求為止；）步驟，使之均滿(mǎn)足要求為止； （6 6）最后準(zhǔn)確測(cè)量）最后準(zhǔn)確測(cè)量R RP2P2、R RP3P3的電阻值，并用固定精密電阻予以代替。的電阻值，并用固定精密電阻予以代替。R RP1P1可引出表外調(diào)整。測(cè)量前先調(diào)整可引出表外調(diào)整。測(cè)量前先調(diào)整R RP1P1，使顯示器回零。，使顯示器回零。項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 1. 1. 電阻應(yīng)變式傳感器的溫度誤差及補(bǔ)償方法電阻應(yīng)變式傳感器的溫度誤差及補(bǔ)償方法 正如前面的分析，金屬電阻絲應(yīng)變片均對(duì)溫度變化十分敏感，因正如前面的分析，金屬電阻絲應(yīng)變

25、片均對(duì)溫度變化十分敏感，因而溫度變化將引起電橋測(cè)量誤差，為消除溫度誤差，可采取如下溫度而溫度變化將引起電橋測(cè)量誤差，為消除溫度誤差，可采取如下溫度補(bǔ)償措施：補(bǔ)償措施：v 1 1）單絲自補(bǔ)償）單絲自補(bǔ)償 這種方法是通過(guò)精心選配敏感柵材料電阻溫度系數(shù)這種方法是通過(guò)精心選配敏感柵材料電阻溫度系數(shù)及線(xiàn)膨脹系及線(xiàn)膨脹系數(shù)數(shù)s s，試件材料線(xiàn)膨脹系數(shù)，試件材料線(xiàn)膨脹系數(shù)g g參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱輸出補(bǔ)償。參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱輸出補(bǔ)償。 若要使應(yīng)變片在溫度變化若要使應(yīng)變片在溫度變化tt時(shí)的熱輸出值為零，必須使時(shí)的熱輸出值為零，必須使任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)【知識(shí)拓展知識(shí)拓展】0)(sgK項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢

26、測(cè)v 2 2）雙絲自補(bǔ)償）雙絲自補(bǔ)償 采用這種補(bǔ)償方法的應(yīng)變片，其敏感柵是由兩種不同溫度系數(shù)采用這種補(bǔ)償方法的應(yīng)變片，其敏感柵是由兩種不同溫度系數(shù)（一種為正值，一種為負(fù)值）的金屬電阻絲串接而成的，電路原理圖（一種為正值，一種為負(fù)值）的金屬電阻絲串接而成的，電路原理圖如圖如圖29c29c所示。利用兩種具有不同符號(hào)的電阻溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)乃尽＠脙煞N具有不同符號(hào)的電阻溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膽?yīng)變片結(jié)構(gòu)如圖應(yīng)變片結(jié)構(gòu)如圖2-9 a2-9 a所示，它是將兩種具有不同溫度系數(shù)的電阻絲所示，它是將兩種具有不同溫度系數(shù)的電阻絲串聯(lián)繞制成敏感柵。串聯(lián)繞制成敏感柵。 任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)（a a）絲繞式

27、）絲繞式 （b) b) 短接式短接式 （C C）電路圖）電路圖圖圖2-9 2-9 雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變片雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變片項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè) 這種應(yīng)變片的自補(bǔ)償條件要求粘貼在某種試件上的兩段敏感柵，這種應(yīng)變片的自補(bǔ)償條件要求粘貼在某種試件上的兩段敏感柵，隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻增量大小相等，符號(hào)相反，即隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻增量大小相等，符號(hào)相反，即RR1t1t= =RR2t2t。 雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片的另一種形式是用兩種同符號(hào)溫度系數(shù)雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片的另一種形式是用兩種同符號(hào)溫度系數(shù)的合金絲串接成敏感柵，在兩段電阻絲柵的合金絲串接成敏感柵，在兩段電阻絲柵R R1 1和和R R2 2

28、的串接處焊出引線(xiàn)并的串接處焊出引線(xiàn)并接入電橋，如圖接入電橋，如圖2-9 b2-9 b所示。適當(dāng)調(diào)節(jié)所示。適當(dāng)調(diào)節(jié)R R1 1與與R R2 2的長(zhǎng)度比和外接電阻的長(zhǎng)度比和外接電阻R RB B的的值，使兩臂由于溫度變化而引起的電阻變化相等或接近，使之滿(mǎn)足條值，使兩臂由于溫度變化而引起的電阻變化相等或接近，使之滿(mǎn)足條件件任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)BttRRRRR2211項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v3 3）橋路補(bǔ)償）橋路補(bǔ)償 常用的橋路補(bǔ)償法是利用電橋電路的和差原理常用的橋路補(bǔ)償法是利用電橋電路的和差原理來(lái)進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償，如圖來(lái)進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償，如圖2-102-10。任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢

29、測(cè)重量檢測(cè)圖圖2-10 2-10 橋路補(bǔ)償橋路補(bǔ)償項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 2. 2. 電阻應(yīng)變式傳感器的典型應(yīng)用電阻應(yīng)變式傳感器的典型應(yīng)用 電阻應(yīng)變式傳感器還可用來(lái)測(cè)量應(yīng)變以外的物理量，例如力、扭電阻應(yīng)變式傳感器還可用來(lái)測(cè)量應(yīng)變以外的物理量，例如力、扭矩、加速度和壓力等。把應(yīng)變片帖貼到彈性敏感元件上，使彈性敏感矩、加速度和壓力等。把應(yīng)變片帖貼到彈性敏感元件上，使彈性敏感元件的應(yīng)變與被測(cè)量成比例關(guān)系。元件的應(yīng)變與被測(cè)量成比例關(guān)系。任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)1 1）應(yīng)變式力傳感器）應(yīng)變式力傳感器v （1 1）柱式力傳感器）柱式力傳感器項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v （2 2）環(huán)式

30、力傳感器）環(huán)式力傳感器任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)（a)a)環(huán)式力傳感器結(jié)構(gòu)圖環(huán)式力傳感器結(jié)構(gòu)圖 （b)b)環(huán)式力傳感器應(yīng)力分布圖環(huán)式力傳感器應(yīng)力分布圖圖圖2-12 2-12 環(huán)式力傳感器結(jié)構(gòu)圖及應(yīng)力分布圖環(huán)式力傳感器結(jié)構(gòu)圖及應(yīng)力分布圖項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v （3 3）懸臂梁式力傳感器）懸臂梁式力傳感器任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)（a)a)等強(qiáng)度梁結(jié)構(gòu)圖等強(qiáng)度梁結(jié)構(gòu)圖 （b)b)等截面梁結(jié)構(gòu)圖等截面梁結(jié)構(gòu)圖圖圖2-13 2-13 懸臂粱式力傳感器懸臂粱式力傳感器 項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 2 2）應(yīng)變式壓力傳感器）應(yīng)變式壓力傳感器任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè)（a)

31、 a) 應(yīng)變變化圖應(yīng)變變化圖 （b) b) 應(yīng)變片粘貼應(yīng)變片粘貼圖圖2-14 2-14 膜片式壓力傳感器膜片式壓力傳感器項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 3 3）應(yīng)變式加速度傳感器）應(yīng)變式加速度傳感器任務(wù)任務(wù)2.1 重量檢測(cè)重量檢測(cè) 圖圖2-152-15為應(yīng)變式加速度傳感器為應(yīng)變式加速度傳感器原理圖。原理圖。 當(dāng)被測(cè)物做水平加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)被測(cè)物做水平加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)被測(cè)加速度根據(jù)被測(cè)加速度a a的方向，把傳感器的方向，把傳感器固定在被測(cè)部位由于質(zhì)量塊的慣固定在被測(cè)部位由于質(zhì)量塊的慣性性: :F F= =mama，懸臂梁彎曲變形，通過(guò)應(yīng)，懸臂梁彎曲變形，通過(guò)應(yīng)變片測(cè)出懸臂梁的應(yīng)變量。當(dāng)振動(dòng)頻

32、變片測(cè)出懸臂梁的應(yīng)變量。當(dāng)振動(dòng)頻率小于傳感器的固有振動(dòng)頻率時(shí)，懸率小于傳感器的固有振動(dòng)頻率時(shí)，懸臂梁的應(yīng)變量與加速度成正比。臂梁的應(yīng)變量與加速度成正比。 圖圖2-15 2-15 應(yīng)變式加速度傳感器應(yīng)變式加速度傳感器 1-1-應(yīng)變片應(yīng)變片 2-2-基座基座 3-3-彈性懸臂梁彈性懸臂梁 4-4-質(zhì)量塊質(zhì)量塊項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)【任務(wù)描述任務(wù)描述】 汽車(chē)的行駛離不開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作，發(fā)動(dòng)機(jī)的工汽車(chē)的行駛離不開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作是靠爆燃燃油產(chǎn)生的能，而汽油爆燃就需要潔凈作是靠爆燃燃油產(chǎn)生的能，而汽

33、油爆燃就需要潔凈的空氣助燃，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的大小決定了汽油爆燃的空氣助燃，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的大小決定了汽油爆燃的充分性。目前，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)是檢測(cè)的充分性。目前，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)是檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量大小的最常用檢測(cè)方法之一，對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量大小的最常用檢測(cè)方法之一，對(duì)于了解發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率、燃油與空氣混合比或是于了解發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率、燃油與空氣混合比或是改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能均需要測(cè)定發(fā)動(dòng)改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能均需要測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量。機(jī)進(jìn)氣量。 本任務(wù)主要利用壓阻式壓力計(jì)來(lái)完成發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)本任務(wù)主要利用壓阻式壓力計(jì)來(lái)完成發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)和制作。氣量檢測(cè)電路的設(shè)

34、計(jì)和制作。任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v2.2.1 半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)【相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí)】 對(duì)一塊半導(dǎo)體沿某一軸向施加一定的應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，它的電對(duì)一塊半導(dǎo)體沿某一軸向施加一定的應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，它的電阻率會(huì)發(fā)生一定的變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為阻率會(huì)發(fā)生一定的變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。 對(duì)于半導(dǎo)體材料而言，由材料幾何尺寸變化而引起電阻的變化很對(duì)于半導(dǎo)體材料而言，由材料幾何尺寸變化而引起電阻的變化很小，可忽略不計(jì)，而小，可忽略不計(jì)，而

35、/一項(xiàng)很大，也就是說(shuō)，半導(dǎo)體材料電阻的一項(xiàng)很大，也就是說(shuō)，半導(dǎo)體材料電阻的變化主要由變化主要由半導(dǎo)體材料電阻率的變化所造成的半導(dǎo)體材料電阻率的變化所造成的，這就是壓阻式傳感器，這就是壓阻式傳感器的工作原理。的工作原理。 項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè) 壓阻式傳感器電阻的變化表示為：壓阻式傳感器電阻的變化表示為：ERRll式中：式中： 半導(dǎo)體晶體縱向體壓阻系數(shù)；半導(dǎo)體晶體縱向體壓阻系數(shù)； 應(yīng)力；應(yīng)力； 半導(dǎo)體材料彈性模量；半導(dǎo)體材料彈性模量； 應(yīng)變。應(yīng)變。lE項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 2.2.2 壓阻式傳感器的結(jié)構(gòu)與特性壓阻式傳

36、感器的結(jié)構(gòu)與特性 1 1壓阻式傳感器結(jié)構(gòu)壓阻式傳感器結(jié)構(gòu)任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè) 根據(jù)敏感柵形成的方法不同，壓阻式傳感器主要有三種不同類(lèi)型：根據(jù)敏感柵形成的方法不同，壓阻式傳感器主要有三種不同類(lèi)型：體型、薄膜型和擴(kuò)散型三種。體型、薄膜型和擴(kuò)散型三種。 圖圖2-16 2-16 半導(dǎo)體應(yīng)變片結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體應(yīng)變片結(jié)構(gòu)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 2.2.壓阻式傳感器特性壓阻式傳感器特性 1 1） 應(yīng)變應(yīng)變- -電阻特性電阻特性 任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè) 以硅片以硅片N N型應(yīng)變片為例，由圖型應(yīng)變片為例，由圖2-172-17可知，

37、導(dǎo)體應(yīng)變片應(yīng)變電阻特可知，導(dǎo)體應(yīng)變片應(yīng)變電阻特性，在數(shù)百微應(yīng)變內(nèi)呈線(xiàn)性，在較大的應(yīng)變范圍內(nèi)則出現(xiàn)非線(xiàn)性。性，在數(shù)百微應(yīng)變內(nèi)呈線(xiàn)性，在較大的應(yīng)變范圍內(nèi)則出現(xiàn)非線(xiàn)性。圖圖2-17 2-17 硅片的應(yīng)變硅片的應(yīng)變- -電阻特性曲線(xiàn)電阻特性曲線(xiàn)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè) 2 2）電阻）電阻- -溫度特性溫度特性 任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè) 粘貼在試件上的體型半導(dǎo)體應(yīng)變片也和金屬絲電阻應(yīng)變片一樣，粘貼在試件上的體型半導(dǎo)體應(yīng)變片也和金屬絲電阻應(yīng)變片一樣，溫度引起的電阻變化為溫度引起的電阻變化為tStRRRRRRsgttt)()()()(21式中：式中：敏感柵電阻溫度系

38、數(shù)；敏感柵電阻溫度系數(shù)； g g試件材料線(xiàn)膨脹系數(shù)；試件材料線(xiàn)膨脹系數(shù)； s s敏感柵材料線(xiàn)膨脹系數(shù)；敏感柵材料線(xiàn)膨脹系數(shù)； S S敏感柵靈敏系數(shù)；敏感柵靈敏系數(shù)； tt溫度變化值。溫度變化值。項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 2.2.3 2.2.3 壓阻式傳感器的測(cè)量電路壓阻式傳感器的測(cè)量電路 1 1恒流源供電電橋恒流源供電電橋 任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè) 恒流源供電的全橋差動(dòng)電路見(jiàn)圖恒流源供電的全橋差動(dòng)電路見(jiàn)圖2-182-18。圖圖2-18 2-18 恒流源供電的全橋差動(dòng)電路恒流源供電的全橋差動(dòng)電路項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè) 電橋的輸出為：電橋的輸出為

39、： 任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)RIRRRIRRRIUUTTBD)(21)(210 可見(jiàn)，電橋的輸出電壓與電阻變化成正比，與恒流源電流成正比，但可見(jiàn)，電橋的輸出電壓與電阻變化成正比，與恒流源電流成正比，但與溫度無(wú)關(guān)，因此測(cè)量不受溫度的影響。與溫度無(wú)關(guān)，因此測(cè)量不受溫度的影響。 項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 2 2零點(diǎn)與靈敏度溫度補(bǔ)償零點(diǎn)與靈敏度溫度補(bǔ)償 由于溫度變化，將引起零漂和靈敏度漂移。零漂產(chǎn)生的原因是擴(kuò)由于溫度變化，將引起零漂和靈敏度漂移。零漂產(chǎn)生的原因是擴(kuò)散電阻的阻值隨溫度變化而變化。靈敏度漂移是因?yàn)閴鹤柘禂?shù)隨溫度散電阻的阻值隨溫度變化而變化。靈敏度

40、漂移是因?yàn)閴鹤柘禂?shù)隨溫度的變化而變化。的變化而變化。 采用圖采用圖2-192-19所示的零漂和靈敏度漂移補(bǔ)償電路，可以有效地解決所示的零漂和靈敏度漂移補(bǔ)償電路，可以有效地解決零漂和靈敏度漂移問(wèn)題。零漂和靈敏度漂移問(wèn)題。任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)圖圖2-19 2-19 零漂和靈敏度漂移補(bǔ)償電路零漂和靈敏度漂移補(bǔ)償電路項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 1. 1. 傳感器選型傳感器選型 壓阻式傳感器是整個(gè)壓力計(jì)的關(guān)鍵部件，由于壓阻式傳感器的種壓阻式傳感器是整個(gè)壓力計(jì)的關(guān)鍵部件，由于壓阻式傳感器的種類(lèi)和型號(hào)較多，因此，應(yīng)根據(jù)電路的具體要求來(lái)選擇適合的壓阻式傳類(lèi)和型號(hào)較

41、多，因此，應(yīng)根據(jù)電路的具體要求來(lái)選擇適合的壓阻式傳感器。本任務(wù)選用感器。本任務(wù)選用MPX2050GPMPX2050GP硅壓阻式傳感器，其額定壓力范圍為硅壓阻式傳感器，其額定壓力范圍為0 00.5kg/cm20.5kg/cm2或或0 01kg/cm21kg/cm2（過(guò)壓值為（過(guò)壓值為2 2倍最大值），外加基準(zhǔn)是倍最大值），外加基準(zhǔn)是1.5mA1.5mA直流電源，額定輸出電壓為直流電源，額定輸出電壓為10010030mV30mV，失調(diào)電壓為，失調(diào)電壓為3mV3mV，壓阻傳感，壓阻傳感器電橋電阻為器電橋電阻為4700470030%30%。任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)【

42、任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施】項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 2. 2. 測(cè)量電路設(shè)計(jì)測(cè)量電路設(shè)計(jì) 本任務(wù)中采用的壓阻式傳感器位于進(jìn)氣道（距進(jìn)氣閥座本任務(wù)中采用的壓阻式傳感器位于進(jìn)氣道（距進(jìn)氣閥座230mm230mm處），安裝位置如圖處），安裝位置如圖2-202-20所示，其測(cè)量電路原理圖如圖所示，其測(cè)量電路原理圖如圖2-212-21所示。所示。任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)圖圖2-20 2-20 傳感器布置簡(jiǎn)圖傳感器布置簡(jiǎn)圖項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)圖圖2-21 2-21 壓阻式傳感器測(cè)量電路原理圖壓阻式傳感

43、器測(cè)量電路原理圖項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 3. 3. 模擬調(diào)試模擬調(diào)試 （1 1）按照電路圖）按照電路圖2-212-21所示，將各元件焊接到實(shí)驗(yàn)板上，并檢查所示，將各元件焊接到實(shí)驗(yàn)板上，并檢查正確性（考慮到是實(shí)驗(yàn)室模擬測(cè)試，可利用電風(fēng)扇對(duì)于力敏傳感器的正確性（考慮到是實(shí)驗(yàn)室模擬測(cè)試，可利用電風(fēng)扇對(duì)于力敏傳感器的作用來(lái)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣量的檢測(cè)）；作用來(lái)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣量的檢測(cè)）； （2 2）將）將A A3 3運(yùn)算放大器輸出端運(yùn)算放大器輸出端U UOUTOUT與毫伏表連接，接通電源與毫伏表連接，接通電源U UREFREF； （3 3）用電風(fēng)扇對(duì)力敏傳感器施加氣場(chǎng)壓力，因?yàn)榱γ魝?/p>

44、感器的核）用電風(fēng)扇對(duì)力敏傳感器施加氣場(chǎng)壓力，因?yàn)榱γ魝鞲衅鞯暮诵氖窃谝粔K圓形膜片上安裝著心是在一塊圓形膜片上安裝著4 4個(gè)阻值相等的半導(dǎo)體電阻構(gòu)成電橋，個(gè)阻值相等的半導(dǎo)體電阻構(gòu)成電橋，此時(shí)在電風(fēng)扇作用下，膜片兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，此時(shí)在電風(fēng)扇作用下，膜片兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，4 4個(gè)電阻阻值發(fā)生變化，個(gè)電阻阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出相應(yīng)電壓，毫伏表有指示，說(shuō)明電路正確電橋失去平衡，輸出相應(yīng)電壓，毫伏表有指示，說(shuō)明電路正確任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 1.1.壓阻式傳感器的典型應(yīng)用壓阻式傳感器的典型應(yīng)用 1 1）擴(kuò)散型壓阻式壓力傳感器）擴(kuò)

45、散型壓阻式壓力傳感器任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)【知識(shí)拓展知識(shí)拓展】 圖圖2-22 2-22 壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-1-低壓腔低壓腔 2-2-高壓腔高壓腔 2-2-硅杯硅杯 4-4-引線(xiàn)引線(xiàn) 5-5-硅膜片硅膜片項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)2 2）壓阻式加速度傳感器）壓阻式加速度傳感器 壓阻式加速度傳感器，它的懸臂梁直接用單晶硅制成，在硅懸梁壓阻式加速度傳感器，它的懸臂梁直接用單晶硅制成，在硅懸梁的自由端裝有敏感質(zhì)量塊，在梁的根部，四個(gè)擴(kuò)散電阻安裝在其兩面，的自由端裝有敏感質(zhì)量塊，在梁的根部，四個(gè)擴(kuò)散電阻安裝在其兩面，如圖如圖2-

46、232-23所示。所示。任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè) 圖圖2-23 2-23 壓阻式加速度傳感器壓阻式加速度傳感器1-1-基座基座 2-2-擴(kuò)散電阻擴(kuò)散電阻 2-2-質(zhì)量塊質(zhì)量塊 4-4-硅梁硅梁項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 2.2.電位器式傳感器及其應(yīng)用電位器式傳感器及其應(yīng)用 1 1）工作原理）工作原理任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè) 當(dāng)被測(cè)量發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)電刷觸點(diǎn)在電阻元件上產(chǎn)生移動(dòng)，該當(dāng)被測(cè)量發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)電刷觸點(diǎn)在電阻元件上產(chǎn)生移動(dòng)，該觸點(diǎn)與電阻元件間的電阻值就會(huì)發(fā)生變化，即可實(shí)現(xiàn)位移觸點(diǎn)與電阻元件間的電阻值就會(huì)發(fā)生變

47、化，即可實(shí)現(xiàn)位移( (被測(cè)量被測(cè)量) )與與電阻之間的線(xiàn)性轉(zhuǎn)換。電阻之間的線(xiàn)性轉(zhuǎn)換。對(duì)于金屬絲式電位器，由對(duì)于金屬絲式電位器，由sLR 可知，當(dāng)電阻絲直徑與材質(zhì)一定時(shí)，電阻阻值將隨導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度的變可知，當(dāng)電阻絲直徑與材質(zhì)一定時(shí)，電阻阻值將隨導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度的變化而變化?；兓ｍ?xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 2 2）結(jié)構(gòu)類(lèi)型）結(jié)構(gòu)類(lèi)型 電位器式傳感器的種類(lèi)很多，按輸出電位器式傳感器的種類(lèi)很多，按輸出輸入關(guān)系可分為：線(xiàn)性和輸入關(guān)系可分為：線(xiàn)性和非線(xiàn)性；按結(jié)構(gòu)形式可分為：非線(xiàn)性；按結(jié)構(gòu)形式可分為：線(xiàn)繞式線(xiàn)繞式、薄膜式薄膜式和和光電式光電式等。目前常用等。目前常用的以單圈線(xiàn)繞電位器居多，如圖的以單圈線(xiàn)繞電位

48、器居多，如圖2-242-24所示。所示。任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè) （a)a)直線(xiàn)位移型直線(xiàn)位移型 （b)b)角位移型角位移型 （c)c)非線(xiàn)性型非線(xiàn)性型圖圖2-24 2-24 電位器式傳感器電位器式傳感器項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 3 3）電位器式傳感器的應(yīng)用）電位器式傳感器的應(yīng)用 （1 1）電位器式位移傳感器）電位器式位移傳感器任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)圖圖2-25 2-25 推桿式位移傳感器推桿式位移傳感器圖圖2-262-26替換桿式位移傳感器替換桿式位移傳感器 1-1-外殼外殼 2-2-電位器電位器 2-2-滑動(dòng)

49、件滑動(dòng)件 4-4-銷(xiāo)子銷(xiāo)子 5-5-替換桿替換桿項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)（2 2）電位器式加速度傳感器）電位器式加速度傳感器任務(wù)任務(wù)2.2 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣壓力檢測(cè)圖圖2-27 2-27 替換桿式位移傳感器替換桿式位移傳感器1-1-慣性質(zhì)量慣性質(zhì)量 2-2-片彈簧片彈簧 2-2-電位器電位器 4-4-電刷電刷 5-5-阻尼器阻尼器 6-6-殼體殼體項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)任務(wù)任務(wù)2.3 大氣壓檢測(cè)大氣壓檢測(cè)知識(shí)分布網(wǎng)絡(luò)大氣壓檢測(cè)任務(wù)實(shí)施知識(shí)拓展相關(guān)知識(shí)壓電傳感器工作原理壓電材料壓電傳感器測(cè)量電路傳感器選型測(cè)量電路設(shè)計(jì)模擬調(diào)試玻璃破碎報(bào)警裝置壓電式振動(dòng)加速度傳感器

50、壓電式測(cè)力傳感器項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè) 在大氣層中的物體，都要受到空氣分子撞擊產(chǎn)生的壓力，這個(gè)壓在大氣層中的物體，都要受到空氣分子撞擊產(chǎn)生的壓力，這個(gè)壓力稱(chēng)為大氣壓力。氣壓是隨大氣高度而變化的。海拔愈高，大氣壓力力稱(chēng)為大氣壓力。氣壓是隨大氣高度而變化的。海拔愈高，大氣壓力愈??；兩地的海拔相差愈懸殊，其氣壓差也愈大。氣象科學(xué)上的氣壓，愈??；兩地的海拔相差愈懸殊，其氣壓差也愈大。氣象科學(xué)上的氣壓，是指單位面積上所受大氣柱的重量是指單位面積上所受大氣柱的重量( (大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)) )，也就是大氣柱在單位，也就是大氣柱在單位面積上所施加的壓力。天氣的變化與大氣壓力、濕度和溫度有關(guān)，特面積上所

51、施加的壓力。天氣的變化與大氣壓力、濕度和溫度有關(guān)，特別是與氣壓的關(guān)系更為密切。一般講，氣壓升高預(yù)示天氣變晴，氣壓別是與氣壓的關(guān)系更為密切。一般講，氣壓升高預(yù)示天氣變晴，氣壓下降預(yù)示天氣變陰或有雨，因此我們可以通過(guò)對(duì)大氣壓力的監(jiān)測(cè)來(lái)預(yù)下降預(yù)示天氣變陰或有雨，因此我們可以通過(guò)對(duì)大氣壓力的監(jiān)測(cè)來(lái)預(yù)報(bào)天氣。報(bào)天氣。 本任務(wù)利用壓電傳感器來(lái)檢測(cè)大氣壓力的變化，從而預(yù)沒(méi)天氣變本任務(wù)利用壓電傳感器來(lái)檢測(cè)大氣壓力的變化，從而預(yù)沒(méi)天氣變化趨勢(shì)，對(duì)預(yù)報(bào)天氣等有十分重要的意義?；厔?shì)，對(duì)預(yù)報(bào)天氣等有十分重要的意義。任務(wù)任務(wù)2.3 大氣壓檢測(cè)大氣壓檢測(cè)【任務(wù)描述任務(wù)描述】項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 2.3.1

52、2.3.1 壓電傳感器工作原理壓電傳感器工作原理 1 1壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)任務(wù)任務(wù)2.3 大氣壓檢測(cè)大氣壓檢測(cè)【相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí)】 某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)表面上便產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)表面上便產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)。電能壓電元件機(jī)械能圖圖2- 28 2- 28 壓電效應(yīng)可逆性壓電效應(yīng)可逆性項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)2 2壓電效應(yīng)機(jī)理壓電效應(yīng)機(jī)

53、理 任務(wù)任務(wù)2.3 大氣壓檢測(cè)大氣壓檢測(cè) 天然結(jié)構(gòu)的石英晶體呈六角形晶柱，如圖天然結(jié)構(gòu)的石英晶體呈六角形晶柱，如圖2-29a2-29a所示。石英晶體化學(xué)所示。石英晶體化學(xué)式為式為SiOSiO2 2，是單晶體結(jié)構(gòu)，它是一個(gè)正六面體。，是單晶體結(jié)構(gòu)，它是一個(gè)正六面體。 （a a）晶體外形）晶體外形 （b b）晶體切割）晶體切割 （c c） 石英晶片石英晶片圖圖2-29 2-29 石英晶體石英晶體項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè) 石英晶體的壓電效應(yīng)與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，產(chǎn)生極化現(xiàn)象的機(jī)理可石英晶體的壓電效應(yīng)與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，產(chǎn)生極化現(xiàn)象的機(jī)理可用圖用圖2-302-30來(lái)說(shuō)明。石英晶體的化學(xué)式為來(lái)說(shuō)明。石英

54、晶體的化學(xué)式為SiOSiO2 2，它的每個(gè)晶胞中有，它的每個(gè)晶胞中有3 3個(gè)個(gè)硅離子和硅離子和6 6個(gè)氧離子，個(gè)氧離子，1 1個(gè)硅離子和個(gè)硅離子和2 2個(gè)氧離子交替排列個(gè)氧離子交替排列( (氧原子是成對(duì)氧原子是成對(duì)出現(xiàn)的出現(xiàn)的) )。沿光軸看去，可以等效地認(rèn)為如圖。沿光軸看去，可以等效地認(rèn)為如圖2-30a2-30a的正六邊形排列結(jié)的正六邊形排列結(jié)構(gòu)。構(gòu)。任務(wù)任務(wù)2.3 大氣壓檢測(cè)大氣壓檢測(cè) （a a）晶體不受力）晶體不受力 （b b）晶體受）晶體受x x向壓力（向壓力（c c）晶體受）晶體受y y向壓力向壓力圖圖2- 29 2- 29 石英晶體壓電效應(yīng)機(jī)理石英晶體壓電效應(yīng)機(jī)理項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力

55、檢測(cè)壓力檢測(cè) 石英晶體具有以下結(jié)構(gòu)特性：石英晶體具有以下結(jié)構(gòu)特性： （1 1）沿）沿X X軸、軸、Y Y 軸方向作用力時(shí)，可產(chǎn)生壓電效應(yīng)。沿軸方向作用力時(shí)，可產(chǎn)生壓電效應(yīng)。沿Z Z 軸方向軸方向施力，無(wú)壓電效應(yīng)。施力，無(wú)壓電效應(yīng)。 （2 2）不論沿）不論沿X X 軸方向還是軸方向還是Y Y 軸方向作用力，正、負(fù)電荷等效中軸方向作用力，正、負(fù)電荷等效中心只在心只在X X 軸方向移動(dòng)，此為極化方向，即電荷只產(chǎn)生在垂直于軸方向移動(dòng)，此為極化方向，即電荷只產(chǎn)生在垂直于X X軸的軸的兩平面上。兩平面上。 （3 3）沿）沿Y Y 軸方向作用拉力與沿軸方向作用拉力與沿X X 軸方向作用壓力，晶胞結(jié)構(gòu)變軸方向

56、作用壓力，晶胞結(jié)構(gòu)變形相同，因而產(chǎn)生的電荷極性相同。形相同，因而產(chǎn)生的電荷極性相同。任務(wù)任務(wù)2.3 大氣壓檢測(cè)大氣壓檢測(cè)項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 2.3.2 2.3.2 壓電材料壓電材料 1 1壓電材料特性壓電材料特性任務(wù)任務(wù)2.3 大氣壓檢測(cè)大氣壓檢測(cè) 壓電材料的主要特性參數(shù)有：壓電材料的主要特性參數(shù)有： （1 1）壓電常數(shù)壓電常數(shù)d d：是衡量材料壓電效應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù)：是衡量材料壓電效應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù), , 它直接關(guān)系到它直接關(guān)系到壓電輸出的靈敏度。壓電輸出的靈敏度。 （2 2）居里點(diǎn)居里點(diǎn)：壓電材料開(kāi)始喪失壓電特性的溫度稱(chēng)為居里點(diǎn)溫度。：壓電材料開(kāi)始喪失壓電特性的溫度稱(chēng)為居里點(diǎn)溫度。

57、（3 3）介電常數(shù)介電常數(shù)r r：它決定固有電容的大小。：它決定固有電容的大小。 （4 4）電阻率電阻率：絕緣電阻將減少電荷泄漏：絕緣電阻將減少電荷泄漏, , 從而改善壓電傳感器的低從而改善壓電傳感器的低頻特性。頻特性。 （5 5）剛度剛度：剛度大，機(jī)械強(qiáng)度高，固有頻率高、線(xiàn)性范圍寬、動(dòng)態(tài)：剛度大，機(jī)械強(qiáng)度高，固有頻率高、線(xiàn)性范圍寬、動(dòng)態(tài)性能好。性能好。項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)v 2 2常見(jiàn)的壓電材料常見(jiàn)的壓電材料 1 1）石英晶體）石英晶體任務(wù)任務(wù)2.3 大氣壓檢測(cè)大氣壓檢測(cè) 石英晶體的突出石英晶體的突出優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是性能非常穩(wěn)定，是性能非常穩(wěn)定，它它2020200200的溫度范圍內(nèi)，壓電

58、常數(shù)的變的溫度范圍內(nèi)，壓電常數(shù)的變化率是化率是-0.00016/-0.00016/。石英晶體居里點(diǎn)為。石英晶體居里點(diǎn)為575 575 ，還具有自振頻率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、機(jī)械，還具有自振頻率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、機(jī)械強(qiáng)度高、絕緣性能好、遲滯小、重復(fù)性好、強(qiáng)度高、絕緣性能好、遲滯小、重復(fù)性好、線(xiàn)性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。線(xiàn)性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。 其其缺點(diǎn)缺點(diǎn)是靈敏度低、壓電常數(shù)小是靈敏度低、壓電常數(shù)?。╠ d1111=2.31=2.311010-12-12C/NC/N），因此石英晶體大多），因此石英晶體大多只在標(biāo)準(zhǔn)傳感器、高精度傳感器或使用溫度只在標(biāo)準(zhǔn)傳感器、高精度傳感器或使用溫度較高的傳感器中用作壓電元件。較高的傳感器

59、中用作壓電元件。天然形成的石英晶體外形天然形成的石英晶體外形項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)2 2）壓電陶瓷）壓電陶瓷 壓電陶瓷的壓電效應(yīng)機(jī)理如圖壓電陶瓷的壓電效應(yīng)機(jī)理如圖2-312-31所示，晶粒內(nèi)有許多自發(fā)晶化所示，晶粒內(nèi)有許多自發(fā)晶化的電疇，它有一定的極化方向，但是在極化處理之前，這些電疇雜亂的電疇，它有一定的極化方向，但是在極化處理之前，這些電疇雜亂分布，自發(fā)極化效應(yīng)相互抵消，不具有壓電性質(zhì)，如圖分布，自發(fā)極化效應(yīng)相互抵消，不具有壓電性質(zhì)，如圖2-31a2-31a所示。所示。 當(dāng)在陶瓷上施加外加電場(chǎng)時(shí)，電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，趨向于當(dāng)在陶瓷上施加外加電場(chǎng)時(shí)，電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，趨向于

60、按外電場(chǎng)方向排列，從而使材料得到極化，按外電場(chǎng)方向排列，從而使材料得到極化，如圖如圖2-31b2-31b所示。所示。任務(wù)任務(wù)2.3 大氣壓檢測(cè)大氣壓檢測(cè) （a a）未極化）未極化 （b b）電極化）電極化圖圖2-312-31壓電陶瓷的極化壓電陶瓷的極化項(xiàng)目二項(xiàng)目二 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè) 3 3）壓電高分子材料）壓電高分子材料 高分子材料屬于有機(jī)分子半結(jié)晶或結(jié)高分子材料屬于有機(jī)分子半結(jié)晶或結(jié)晶聚合物，其壓電效應(yīng)較復(fù)雜，不僅要考晶聚合物，其壓電效應(yīng)較復(fù)雜，不僅要考慮晶格中均勻的內(nèi)應(yīng)變對(duì)壓電效應(yīng)的貢獻(xiàn)，慮晶格中均勻的內(nèi)應(yīng)變對(duì)壓電效應(yīng)的貢獻(xiàn)，還要考慮高分子材料中作非均勻內(nèi)應(yīng)變所還要考慮高分子材料中作非均勻