教案8(船用自動(dòng)檢測傳感器)

1、一、船用溫度傳感器二、船用壓力傳感器三、船用液位傳感器課題八、船用自動(dòng)檢測傳感器課題八、船用自動(dòng)檢測傳感器 傳感器是船舶機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的信號(hào)探測器。通常散裝在機(jī)艙中各種機(jī)器上來監(jiān)測各機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。因此傳感器是監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的最重要元件之一。 一般來說傳感器是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測量電路三部分組成。敏感元件是泛指能直接感受、獲取被被測量量并能輸出與被測量有確定函數(shù)關(guān)系的其他物理量的元件，它是整個(gè)傳感器的核心元件；轉(zhuǎn)換元件的作用是把輸人非電量轉(zhuǎn)換成與輸入有確定關(guān)系的其他物理量的輸出，它是傳感器不可缺少的重要組成部分；測量電路的作用是把轉(zhuǎn)換元件（或敏感元件）輸出的電信導(dǎo)轉(zhuǎn)換成便于測量、顯示、

2、記錄、控制和處理的電信號(hào)再輸出。 船用的參數(shù)有：壓力、溫度、流量、液位和轉(zhuǎn)速等。傳感器有各種輸出形式以適應(yīng)各種用途。一、溫度傳感器一、溫度傳感器1、熱電阻溫度傳感器 熱電阻電阻體（最主要部分）絕緣套管接線盒作為熱電阻的材料要求：電阻溫度系數(shù)要大，以提高熱電阻的靈敏度；電阻率盡可能大，以便減小電阻體尺寸；熱容量要小，以便提高熱電阻的響應(yīng)速度；在測量范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能；電阻與溫度的關(guān)系最好接近于線性；應(yīng)有良好的可加工性，且價(jià)格便宜。 使用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅 鉑熱電阻主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)，廣泛應(yīng)用于溫度基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。銅熱電阻測量精度要求不高且溫度較低的場合，測量范圍一般

3、為50150。 鉑熱電阻 （目前最好材料）目前最好材料） 長時(shí)間穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)性可達(dá)10-4 K ，是目前測溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種溫度計(jì)。鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關(guān) 0100)100(RRW百度電阻比百度電阻比 W（100）越高，表示鉑絲純度越高，國際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)器的鉑電阻，W（100）1.3925目前技術(shù)水平已達(dá)到W（100）1.3930，工業(yè)用鉑電阻的純度W（100）為1.3871.390。 銅熱電阻應(yīng) 用：測量精度要求不高且溫度較低的場合測量范圍：50150優(yōu) 點(diǎn)：溫度范圍內(nèi)線性關(guān)系好，靈敏度比鉑電阻高，容易提純、加工，價(jià)格便宜，復(fù)制性能好。缺 點(diǎn)：易于氧化，一般只用于150以下的

4、低溫測量和沒有水分及無侵蝕性介質(zhì)的溫度測量。與鉑相比，銅的電阻率低，所以銅電阻的體積較大。)1 (0tRRt銅電阻的阻值與溫度之間的關(guān)系為銅電阻的阻值與溫度之間的關(guān)系為工業(yè)上使用的標(biāo)準(zhǔn)化銅熱電阻的工業(yè)上使用的標(biāo)準(zhǔn)化銅熱電阻的R0按國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)取按國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)取50和和100兩種，兩種，分度號(hào)分別為分度號(hào)分別為Cu50和和Cu100，相應(yīng)的分度表可查閱相關(guān)資料。相應(yīng)的分度表可查閱相關(guān)資料。 （3 3）熱電阻的結(jié)構(gòu)）熱電阻的結(jié)構(gòu)普通工業(yè)用熱電阻式溫度傳感器普通工業(yè)用熱電阻式溫度傳感器銅熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖 鉑熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖 （1）WZ 系列裝配式熱電阻 裝配式熱電阻溫度傳感器與顯示儀表配套，測量-2

5、00 600范圍內(nèi)的液體、氣體介質(zhì)以及固體表面等的溫度，廣泛用于石油、化工、機(jī)械、冶金、電力、 輕紡、食品、原子能、宇航等工 業(yè)部門和科技領(lǐng)域。 裝配式熱電阻通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。 （2）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻溫度傳感器通常和顯示儀表、記錄儀表、電子計(jì)算機(jī)等配套使用。直接測量各種生產(chǎn)過程中的-200500范圍內(nèi)液體，蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面溫度。特 點(diǎn) 熱響應(yīng)時(shí)間少，減小動(dòng)態(tài)誤差； 直徑小，長度不受限制； 測量精度高； 進(jìn)口薄膜電阻元件，性能可靠穩(wěn)定；（3）防爆熱電阻 通常和顯示儀表 、記錄儀表、電子計(jì)算機(jī)等配套使用。直接測量生產(chǎn)現(xiàn)場存在碳?xì)浠衔锏缺ǖ?50

6、0范 圍內(nèi)液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面溫度。 特點(diǎn) 壓簧式感溫元件，抗振性能 好； 測量范圍大； 毋須補(bǔ)償導(dǎo)線，節(jié)省費(fèi)用； 進(jìn)口薄膜電阻元件，性能可靠穩(wěn)定。工作原理 防爆熱電阻利用 間隙隔爆原理，設(shè)計(jì)具有足夠強(qiáng)度的接線盒等部件，將所有會(huì)產(chǎn)生火花、電弧和危險(xiǎn)溫度的零 部件都密封在接線盒腔內(nèi)，當(dāng)腔內(nèi)發(fā)生爆炸時(shí)，能通過接合面間隙熄火和冷卻，使爆炸后的火 焰和溫度傳不到腔外，從而進(jìn)行測溫。（4）軸承熱電阻 應(yīng)用 合于電廠帶有軸承設(shè)備的軸承及其它須防震場合測溫。 （5）隔爆鉑電阻 工業(yè)用隔爆鉑電阻是一種溫度傳感器。在工業(yè)自控系統(tǒng)中應(yīng)用極廣，通過溫度傳感器，可將 控制對象的溫度參數(shù)變成電信號(hào),傳遞給顯

7、示、記錄和調(diào)節(jié)儀表,對系統(tǒng)實(shí)行檢測、調(diào)節(jié)和控制。 在化工廠、生產(chǎn)現(xiàn)場常伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體、 蒸氣，如果使用普通的鉑電阻非常 不安全，極易引起環(huán)境氣體爆炸。因此，在這些場合必須使用隔爆熱電偶作溫度傳感器。原理結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu) 隔爆熱電阻和裝配式熱電阻的結(jié)構(gòu)、原理基本相同，所區(qū)別的是，隔爆產(chǎn)品的接線盒（外殼）在設(shè)計(jì)上采用防爆特殊的結(jié)構(gòu)，接線盒用高強(qiáng)度鋁合金壓鑄而成，并具有足夠的內(nèi)部空間、壁 厚和機(jī)械強(qiáng)度，橡膠密封圈的熱穩(wěn)定性符合國家防爆標(biāo)準(zhǔn)。所以，當(dāng)接線盒內(nèi)部的爆炸性混合氣體發(fā)生爆炸時(shí)，其內(nèi)壓不會(huì)破壞接線盒，而由此產(chǎn)生的熱能不能向外擴(kuò)散傳爆。（6）高精度溫度傳感器 高精度溫度傳感器其形為薄膜

8、鉑電阻，是用真空沉積的薄膜技術(shù)把膜濺射在陶瓷基片上。膜厚在2um以內(nèi)，用玻璃燒結(jié)料把Ni（或Pd）引線固定，經(jīng)激光調(diào)阻制成的薄膜元件。 2、半導(dǎo)體熱敏電阻、半導(dǎo)體熱敏電阻利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化的特性制成由金屬氧化物和化合物按不同的配方比例燒結(jié)優(yōu) 點(diǎn)： (1) 熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬大（49倍） (2) 電阻率大，體積小，熱慣性小，適于測量點(diǎn)溫、表面溫度及快速變化的溫度。 (3) 結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)械性能好。缺點(diǎn)：線性度較差，復(fù)現(xiàn)性和互換性較差。熱敏電阻分類：正溫度系數(shù)(PTC)負(fù)溫度系數(shù)(NTC) 臨界溫度系數(shù)(CTR)熱敏電阻典型特性熱敏電阻典型特性 PTC熱敏電阻正溫度系數(shù) 鈦酸鋇摻

9、合稀土元素?zé)Y(jié)而成 用途：彩電消磁，各種電器設(shè)備的過熱保護(hù)， 發(fā)熱源的定溫控制，限流元件。 CTR熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù) 以三氧化二釩與鋇、硅等氧化物，在磷、硅氧化 物的弱還原氣氛中混合燒結(jié)而成 用途：溫度開關(guān)。 NTC熱敏電阻很高的負(fù)電阻溫度系數(shù) 主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等過渡金屬氧化物 混合燒結(jié)而成 應(yīng)用：點(diǎn)溫、表面溫度、溫差、溫場等測量 自動(dòng)控制及電子線路的熱補(bǔ)償線路（1）智能型智能型PTC熱敏電阻熱敏電阻 智能型智能型PTC熱敏電阻熱敏電阻是由一個(gè)PTC熱敏電阻Rt和一個(gè)壓敏電阻Rv串聯(lián)而成的復(fù)合元件。啟動(dòng)時(shí)，電壓高于Rv壓敏電壓，Rv處于導(dǎo)通狀態(tài)，其預(yù)熱啟動(dòng)過程基本是由Rt來獨(dú)

10、立完成的。燈管啟動(dòng)點(diǎn)亮處于正常工作狀態(tài)后，Rv端電壓迅速降低到其壓敏電壓以下，Rv躍居高阻態(tài)，斷開Rt，從而使零功耗，零溫升預(yù)熱啟動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)。 （2）有機(jī)高分子）有機(jī)高分子PTC熱敏電阻熱敏電阻 有機(jī)PTC是由聚合物與導(dǎo)電粒子等所構(gòu)成,在經(jīng)過特殊加工后, 導(dǎo)電粒子在聚合物中構(gòu)成鏈狀導(dǎo)電通路。當(dāng)正常工作電流通過時(shí)，有機(jī)PTC呈低阻狀態(tài)；當(dāng)電路中有異常過電流通過時(shí)，大電流產(chǎn)生的熱量使聚合物迅速膨脹，切斷導(dǎo)電粒子構(gòu)成的導(dǎo)電通路，有機(jī)PTC呈高阻狀態(tài);當(dāng)電路中過電流消失后，聚合物冷卻，體積恢復(fù)正常，其中導(dǎo)電粒子又重新構(gòu)成導(dǎo)電通路，有機(jī)PTC又呈低阻狀態(tài)。故有機(jī)PTC又俗稱自復(fù)保險(xiǎn)絲。（3）玻璃型玻璃型

11、NTC熱敏電阻熱敏電阻 耐溫可達(dá)到300度，感溫精確主要應(yīng)用：家用電器，如空調(diào)，微波爐，電磁爐等 。（4）NTC溫度補(bǔ)償型熱敏電阻 特點(diǎn)：體積小，阻值范圍寬，響應(yīng)速度快主要應(yīng)用：家用電器等 （5）MF52E 型熱敏電阻器型熱敏電阻器 特點(diǎn)： 環(huán)氧封裝、小型化、高精度 可靠性高、響應(yīng)時(shí)間快 應(yīng)用范圍： 充電電池、充電器、電子體溫計(jì)、微波治療儀、溫控儀表、電子盥洗設(shè)備。 （6）NTC功率型熱敏電阻功率型熱敏電阻 使用在開關(guān)電源、電機(jī)、變壓器等設(shè)備，開機(jī)瞬間具有很高的浪涌電流，部分元件可能因此而損傷甚至失效，在電路中串入MF71型NTC熱敏電阻器， 可就以用很低的成本有效抑制浪涌電流。開機(jī)瞬間，熱敏

12、電阻處于“冷”態(tài)具有較高的阻值，對浪涌電流進(jìn)行有效抑制。隨后由于負(fù)載電流的作用使熱敏電阻自身發(fā)熱，阻值驟降10100倍，消耗功率減少。當(dāng)下次開機(jī)時(shí)，熱敏電阻器又自恢復(fù)成“冷態(tài)”，重復(fù)上述過程。3、熱電偶 熱電偶是把兩種不同的金屬一端焊接在一起放在被測量處，另一端兩根開口稱為“參比端”，放在外面，接電壓表。當(dāng)測量端與參比端的溫度不一樣，即存在溫差，參比端兩金屬端產(chǎn)生電勢，電勢因熱產(chǎn)生稱為熱電勢。柴油機(jī)排氣溫度采用熱電偶。 熱電極和金屬線外用絕緣套管包覆，再加金屬保護(hù)管保護(hù)伸入測量處。接線端有接線盒封閉，電纜從填料函進(jìn)入，打開接線盒蓋接線。 熱電偶傳感器和熱電阻傳感器傳遞出的是對應(yīng)溫度變化的模擬量

13、?？梢杂脕盹@示測量點(diǎn)的溫度，也可以用來檢測某一設(shè)定的限值。 兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組合成如圖所示閉合回路，若導(dǎo)體A和B的連接處溫度不同（設(shè)TT0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動(dòng)勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)。這種現(xiàn)象早在1821年首先由西拜克（Seeback）發(fā)現(xiàn),所以又稱西拜克效應(yīng)。熱電偶原理圖TT0AB(1)熱電偶的工作原理回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢，叫熱電勢。熱電勢由兩部分組成，即溫差電勢和接觸電勢。熱端冷端 普通型裝配式結(jié)構(gòu)普通型裝配式結(jié)構(gòu)（a）1接線柱；2接線座；3絕緣套管；4熱電極（b）1測量端；2熱電極；3絕緣套管；4保護(hù)管；5接線盒 柔性安裝型鎧裝結(jié)

14、構(gòu)柔性安裝型鎧裝結(jié)構(gòu)測量端的熱容量小，響應(yīng)速度快，繞性好，可彎曲，可以安裝在狹窄或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的測量場合，耐壓、耐振、耐沖擊 熱電偶安裝注意事項(xiàng)1. 插入深度要求測量端應(yīng)有足夠的插入深度，應(yīng)使保護(hù)套管的測量端超過管道中心線510mm。2. 注意保溫為防止傳導(dǎo)散熱產(chǎn)生測溫附加誤差，保護(hù)套管露在設(shè)備外部的長度應(yīng)盡量短，并加保溫層。3. 防止變形應(yīng)盡量垂直安裝。在有流速的管道中必須傾斜安裝，若需水平安裝時(shí)，則應(yīng)有支架支撐。（1）裝配熱電偶 工業(yè)用裝配式熱電偶作為測量溫度的變送器通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用.它可以直接測量各種生產(chǎn)過程中從0到1800范圍的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面

15、溫度。（2）鎧裝熱電偶 鎧裝熱電偶具有能彎曲、耐高壓、熱響應(yīng)時(shí)間快和堅(jiān)固耐用等許多優(yōu)點(diǎn)，它和工業(yè)用裝配式熱電偶一樣，作為測量溫度的變送器，通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用，同時(shí)亦可作為裝配式熱電偶的感溫元件。它可以直接測量名種生產(chǎn)過程中從 0800范圍內(nèi)的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面的溫度。 鎧裝熱電偶的工作原理是種不同成份的導(dǎo)體兩端經(jīng)焊接，形成回路，直接測溫端叫工作端，接線端子端叫冷端，也稱參比端。當(dāng)工作端和參比端存在溫差時(shí)，就會(huì)在回路中產(chǎn)生熱電流，接上顯示儀表，儀表上就會(huì)指示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢的對應(yīng)溫度值。 鎧裝熱電偶的熱電動(dòng)勢將隨著測量端溫度升高而增長，熱電動(dòng)勢的大

16、小只和熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)以及兩端溫差有關(guān)，和熱電極的長度、直徑無關(guān) 。 鎧裝熱電偶的結(jié)構(gòu)原理是是由導(dǎo)體、高絕緣氧化鎂、不銹鋼保護(hù)管，經(jīng)多次一體拉制而成。鎧裝熱電偶產(chǎn)品主要由接線盒、接線端子和鎧裝熱電偶組成基本結(jié)構(gòu)，并配以各種安裝固定裝置組成。 鎧裝熱電偶分絕緣式和接殼式兩種。（3）耐磨熱電偶 在某些特殊場合，如化工廠、冶煉廠、發(fā)電廠、水泥廠等，用普通熱電偶、熱電阻就極易損壞。因此，在這些場合就必須采用耐磨熱電偶（阻）。該熱電偶（阻）特別適用硫化床、磨煤機(jī)出口，一次，二 次風(fēng)煤及水泥行業(yè)測溫。 （4）防爆熱電偶 工業(yè)用隔爆熱電偶是一種溫度傳感器，在化學(xué)工業(yè)自控系統(tǒng)中應(yīng)用極廣，通過溫度傳感器，可將控制

17、對象的溫度參數(shù)變成電信號(hào)，傳遞給顯示、記錄和調(diào)節(jié)儀，對系統(tǒng)施行檢測、 調(diào)節(jié)和控制。 在化工廠，生產(chǎn)現(xiàn)場常伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體、蒸汽，如果使用普通的熱電偶非常不安全，極易引起環(huán)境氣體爆炸。因此，在這些場合必須使用隔爆熱電偶作溫度傳感器。4、熱膨脹式溫度傳感器玻璃液體溫度計(jì)簡稱玻璃溫度計(jì)，是一種直讀式儀表。水銀是玻璃溫度計(jì)最常用的液體，其凝固點(diǎn)為-38.9、測溫上限為538。玻璃溫度計(jì)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，價(jià)格低廉，測溫范圍較廣，安裝使用方便，現(xiàn)場直接讀數(shù)，一般無需能源，易破損，測溫值難自動(dòng)遠(yuǎn)傳記錄。WTG-100-CZ船用抗震水銀壓力式溫度計(jì)1、使用前應(yīng)進(jìn)行校驗(yàn)(可以采用標(biāo)準(zhǔn)液溫多支

18、比較法進(jìn)行校驗(yàn)或采用精度更高級(jí)的溫度計(jì)校驗(yàn))。 2、不允許使用溫度超過該種溫度計(jì)的最大刻度值的測量值。 3、溫度計(jì)有熱慣性，應(yīng)在溫度計(jì)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后讀數(shù)。讀數(shù)時(shí)應(yīng)在溫度凸形彎月面的最高切線方向讀取，目光直視。 4、水銀溫度計(jì)應(yīng)與被測工質(zhì)流動(dòng)方向相垂直或呈傾斜狀。 5、水銀溫度計(jì)常常發(fā)生水銀柱斷裂的情況。二、壓力傳感器 壓力傳感器的檢測敏感元件主要是彈性元件，例如彈簧管、波紋管和膜片等。在壓力的作用下彈性元件產(chǎn)生位移，再將位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 1、 常用壓力檢測儀表常用壓力檢測儀表（1）彈性壓力計(jì) 當(dāng)被測壓力作用于彈性元件時(shí)，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

19、測壓力的數(shù)值。 彈性壓力計(jì)的組成環(huán)節(jié)如圖所示: 彈性元件是核心部分，其作用是感受壓力并產(chǎn)生彈性變形，彈性元件采用何種形式要根據(jù)測量要求選擇和設(shè)計(jì)； 在彈性元件與指示機(jī)構(gòu)之間是變換放大機(jī)構(gòu)，其作用是將彈性元件的變形進(jìn)行變換和放大； 指示機(jī)構(gòu)(如指針與刻度標(biāo)尺)用于給出壓力示值；調(diào)整機(jī)構(gòu)用于調(diào)整零點(diǎn)和量程。1、彈性元件 同樣的壓力下，不同結(jié)構(gòu)、不同材料的彈性元件會(huì)產(chǎn)生不同的彈性變形。常用的彈性元件有彈簧管、波紋管、薄膜等，如表3-2所示。其中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、低壓或真空度的測量。類別名稱示 意 圖壓力測量范圍 kPa輸出特性動(dòng)態(tài)性質(zhì)最小最大時(shí)間常數(shù)

20、/s自振頻率/Hz薄膜式平薄膜010010510-510-210104波紋210-110102撓性211102波紋管式波紋210-110102彈簧管式單圈彈簧管010-10106102103多圈彈簧管010-2010510102 彈性元件常用的材料有銅合金、彈性合金、不銹鋼等，各適用于不同的測壓范圍和被測介質(zhì)。 通過各種傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)直接指示被測壓力值。這類直讀式測壓儀表有彈簧管壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì)、波紋波紋管差壓計(jì)管差壓計(jì)、膜盒式壓力計(jì)膜盒式壓力計(jì)等。 2、壓電式壓力傳感器壓電效應(yīng) 某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ?/p>

21、使它變形時(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)外力去掉后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)。壓電材料受力變形，在表面產(chǎn)生電荷正壓電效應(yīng) 壓電材料通電壓，材料變形逆壓電效應(yīng) 壓電材料 壓電晶體 壓電陶瓷石英晶體的壓電機(jī)理分析 石英的晶體結(jié)構(gòu)為六方晶體系，化學(xué)式為SiO2。 定義： x：兩平行柱面內(nèi)夾角等分線，垂直此軸壓電效應(yīng)最強(qiáng)。稱為電軸。 y ：垂直于平行柱面，在電場作用下變形最大，稱為機(jī)械軸。 z ：無壓電效應(yīng)，中心軸，也稱光軸。 它的介電常數(shù)和壓電常數(shù)的溫度穩(wěn)定性很好；工作溫度范圍很寬；機(jī)械強(qiáng)度高，可承受108Pa的壓力；在沖擊作用下，漂移也很??；彈性系數(shù)較大。石英晶體

22、優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)石英晶體未受外力作用時(shí), 正、負(fù)離子正好分布在正六邊形的頂角上, 形成三個(gè)互成120夾角的電偶極矩P1、 P2、P3, P1+P2+P3 = 0, 所以晶體表面不產(chǎn)生電荷, 即呈中性。 當(dāng)石英晶體受到沿x軸方向的壓力作用時(shí), 晶體沿x方向?qū)a(chǎn)生壓縮變形,正負(fù)電荷重心不再重合,在x軸的正方向出現(xiàn)正電荷, 電偶極矩在y方向上的分量仍為零, 不出現(xiàn)電荷.當(dāng)晶體受到沿y軸方向的壓力作用時(shí),在x軸上出現(xiàn)電荷, 它的極性為x軸正向?yàn)樨?fù)電荷。在y軸方向上不出現(xiàn)電荷。 如果沿z軸方向施加作用力, 因?yàn)榫w在x方向和y方向所產(chǎn)生的形變完全相同, 所以正負(fù)電荷重心保持重合, 電偶極矩矢量和等于零。這表明沿

23、z軸方向施加作用力, 晶體不會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)。 壓電陶瓷壓電晶體與壓電陶瓷的比較：壓電晶體與壓電陶瓷的比較：相同點(diǎn)：都是具有壓電效應(yīng)的壓電材料。不同點(diǎn)：石英的優(yōu)點(diǎn)是它的介電和壓電常數(shù)的溫度穩(wěn)定性好，適合做工作溫度范圍很寬的傳感器。極化后的壓電陶瓷，當(dāng)受外力變形后，由于電極矩的重新定位而產(chǎn)生電荷，壓電陶瓷的壓電系數(shù)是石英的幾十倍甚至幾百倍，但穩(wěn)定性不如石英好，居里點(diǎn)也低。 Fdq33壓電式傳感器的等效電路 壓電式傳感器是有源器件；聚集正負(fù)電荷的兩表面夠成電容。acQU 實(shí)際使用時(shí)還要考慮連接電纜的等效電容，后續(xù)電路中放大器的輸入電阻，輸入電容以及壓電傳感器的泄漏電阻。 壓電式傳感器的特點(diǎn)：高阻抗，

24、低能量。 接入高輸入阻抗前置放大器的作用：把傳感器的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗。 壓電式傳感器的輸出可以是電壓信號(hào)，也可以是電荷信號(hào)。 電壓放大器 電荷放大器3、電容式壓力傳感器 電容式壓力傳感器采用變電容測量原理，將由被測壓力引起的彈性元件的位移變形轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸淖兓脺y量電容的方法測出電容量，便可知道被測壓力的大小。 根據(jù)平行板電容器的電容量表達(dá)式 (3-9) 式中為電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；A為兩平行板相對面積；d 為兩平行板間距。dAC 由式(3-9)可知，改變A、d、其中任意一個(gè)參數(shù)都可以使電容量發(fā)生變化。 在實(shí)際測量中，大多采用保持其中兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變 A 或 d 一個(gè)參數(shù)的

25、方法，把參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化。故有變極距式電容壓力傳感器和變面積式電容壓力傳感器。 因此，電容量的變化與被測參數(shù)的大小成比例。差動(dòng)變極距式電容壓力傳感器 改變電容兩平行板間距 d 的測量方式有較高的靈敏度，但當(dāng)位移較大時(shí)非線性嚴(yán)重。采用差動(dòng)電容法可以改善非線性、提高靈敏度、并可減小因受溫度影響引起的不穩(wěn)定性。若d從d0 d0- d, 電容量C0 C0 +C, 則有00dAc( )r0) 111(0000dddAdAddAC00001ddCddCdd當(dāng)時(shí)，變極距式電容傳感器有近似線性關(guān)系，此時(shí)靈敏度10dd01ddCCK為了獲得高靈敏度，一般d0較小，但d0過小易引起電容器擊穿或短路，可

26、放置高介電常數(shù)材料如云母片dgd0圖5-4放置云母片的電容器000ddAcgg一般變極板間距離電容式傳感器的起始電容在 20100pF之間, 極板間距離在25200m的范圍內(nèi), 最大位移應(yīng)小于間距的1/10, 故在微位移測量中應(yīng)用最廣。對于云母，5 . 86g差動(dòng)平板式電容傳感器目的：目的：提高靈敏度減小非線性誤差.)()(1 /11302000001ddddddCddCC.)()(1 /11302000002ddddddCddCC.)( 2)( 2250300021ddddddCCCC非線性誤差：%100)(%100)/(2)/(220030dddddd靈敏度：02CCKdd35000002

27、2()2().2CddddCdddd變面積式電容壓力傳感器 圖所示為一種變面積式電容壓力傳感器。被測壓力作用在金屬膜片上，通過中心柱和支撐簧片，使可動(dòng)電極隨簧片中心位移而動(dòng)作。可動(dòng)電極與固定電極均是金屬同心多層圓筒，斷面呈梳齒形，其電容量由兩電極交錯(cuò)重疊部分的面積所決定。固定電極與外殼之間絕緣，可動(dòng)電極則與外殼導(dǎo)通。壓力引起的極間電容變化由中心柱引至適當(dāng)?shù)淖儞Q器電路，轉(zhuǎn)換成反映被測壓力的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出。變面積型電容傳感器變面積型電容傳感器圖5-5 變面積型電容傳感器原理圖axcc0圖5-6 電容式角位移傳感器原理圖0cc（1）YC 型船用壓力表型船用壓力表 YC型船用壓力表適用于在船舶及相關(guān)設(shè)

28、備上，除具有一般壓力表性能外，還具有良好的耐震性能，特別適用于機(jī)械震動(dòng)的船用條件下，測量對銅合金不起腐蝕作用，且不結(jié)晶，不沉淀的氣體、液體等介質(zhì)的壓力。度盤是主刻度以及指針前端涂有搜是永久性的發(fā)光劑。 YC型船用壓力表中的彈性敏感元件隨著壓力的變化而產(chǎn)生彈性變形。壓力表是采用了彈簧管（波登管），膜片，膜盒以及波紋管等敏感元件并且按此分類的。我們所測量的壓力一般看做是相對的壓力。一般的相對點(diǎn)是選為大氣壓力的。彈性元件是在介質(zhì)的壓力作用下產(chǎn)生的彈性變形，通過了壓力表的齒輪傳動(dòng)是機(jī)構(gòu)放大，壓力表會(huì)顯示出相對于大氣壓的相對值（或高或低）。 YC型船用壓力表要定期進(jìn)行檢修維護(hù)： 1、經(jīng)過一段時(shí)間的使用與

29、受壓，壓力表機(jī)芯難免會(huì)出現(xiàn)一些變形和磨損，壓力表就會(huì)產(chǎn)生各種誤差和故障。為了能夠保證它原有的準(zhǔn)確度而不使量值的傳遞失真，應(yīng)該及時(shí)的更換，以確保指示正確、安全可靠。 2、型船用壓力表要定期進(jìn)行清洗。這是因?yàn)閴毫Ρ淼膬?nèi)部不夠清潔，就可能會(huì)增加各機(jī)件磨損，從而影響到它的正常工作，嚴(yán)重的會(huì)使壓力表失靈、報(bào)廢。 3、在測壓部位安裝的壓力表，根據(jù) JJG52-1999 規(guī)定，它的檢定周期一般不超過半年。 4、測壓部位介質(zhì)波動(dòng)大，使用頻繁，準(zhǔn)確度要求較高，以及對安全因素要求較嚴(yán)的，可按具體情況將檢定周期適當(dāng)縮短。 （2）YPK-03-C 型壓力控制器 YPK-03-C型船用膜片壓力控制器適用于電動(dòng)機(jī)位式控制線路或信號(hào)報(bào)警線路，以便使水、油、氣體及蒸汽壓力保持給定值，具有調(diào)整動(dòng)作壓力值方便之優(yōu)點(diǎn)。 結(jié)構(gòu)原理 YPK-03-C有殼體，給定裝置和壓力傳送器三部分組成。 旋轉(zhuǎn)給定螺帽，將平衡彈簧整定在動(dòng)作壓力上限。當(dāng)被測介質(zhì)壓力高于動(dòng)作壓力上限時(shí)，介質(zhì)壓力通過管道接頭作用于膜片，頂動(dòng)圓盤，挺柱向上位移，壓縮彈簧帶動(dòng)爪板組啟動(dòng)微動(dòng)開關(guān)。 旋轉(zhuǎn)給定螺帽，將平衡彈簧整定在工作壓力下限，當(dāng)被介質(zhì)壓力低于動(dòng)作壓力下限時(shí)，則釋放微動(dòng)開關(guān)。