項目二 壓力檢測

1、傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術項目二項目二 壓力檢測壓力檢測項目二項目二 壓力檢測壓力檢測第二學習周第二學習周 檢測技術基礎知識檢測技術基礎知識p 了解壓力測量的基本方法和力傳感器類型；了解壓力測量的基本方法和力傳感器類型；p 理解壓阻式傳感器的工作原理和類型理解壓阻式傳感器的工作原理和類型p 掌握電阻應變式傳感器的工作原理、基本特性和結構類型掌握電阻應變式傳感器的工作原理、基本特性和結構類型p 掌握壓電式傳感器的工作原理，等效電路和常用結構形式掌握壓電式傳感器的工作原理，等效電路和常用結構形式p 掌握壓電材料的類型、特性和應用主要特性參數掌握壓電材料的類型、特性和應用主要特性參數u 能夠根

2、據需要選擇合適的壓力傳感器進行壓力測量電路設計能夠根據需要選擇合適的壓力傳感器進行壓力測量電路設計u 學會壓力測量系統(tǒng)的制作與調試學會壓力測量系統(tǒng)的制作與調試學習目標學習目標項目二項目二 壓力檢測壓力檢測項目背景項目背景v 壓力在工業(yè)自動化生產過程中是重要的工藝參數之一，因此，正壓力在工業(yè)自動化生產過程中是重要的工藝參數之一，因此，正確地測量和控制壓力是保證生產過程良好地運行，達到優(yōu)質高產、低確地測量和控制壓力是保證生產過程良好地運行，達到優(yōu)質高產、低消耗和安全生產的重要環(huán)節(jié)。消耗和安全生產的重要環(huán)節(jié)。v 工業(yè)上壓力的檢測方法主要有液柱測壓法、彈性變形法和電測壓工業(yè)上壓力的檢測方法主要有液柱測

3、壓法、彈性變形法和電測壓力法。其中應用較多的是電測壓力法，利用轉換元件（如某些機械和力法。其中應用較多的是電測壓力法，利用轉換元件（如某些機械和電氣元件）直接把被測壓力變換為電信號來進行測量的。根據轉換元電氣元件）直接把被測壓力變換為電信號來進行測量的。根據轉換元件不同，主要有兩類：件不同，主要有兩類： 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換成相應的電信號，如電阻式、電感式、電容式、霍爾片式、應變式、換成相應的電信號，如電阻式、電感式、電容式、霍爾片式、應變式、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壓元件，主要利用某些物體的某一物理性質與壓力有關，如壓電式、壓阻式、壓磁式等。物理性質與壓力有關，如壓電式、壓阻式、壓磁式等。v 本項目中重點介紹利用電阻應變式傳感器、壓阻式傳感器、壓電本項目中重點介紹利用電阻應變式傳感器、壓阻式傳感器、壓電式傳感器的工作原理和應用。式傳感器的工作原理和應用。項目二項目二 壓力檢測壓力檢測任務任務2.1 重量檢測重量檢測知識分布網絡重量檢測任務實施知識拓展相關知識電阻應變片的原理及類 型應變片的主要特性應變式傳感器測量電路傳感器選型測量電路設計模擬調試電阻應變式的溫度誤差及補償方法電阻應變式傳感器的典

5、型應用項目二項目二 壓力檢測壓力檢測【任務描述任務描述】 隨著技術的進步，由電阻應變式稱重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應隨著技術的進步，由電阻應變式稱重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應用到各行各業(yè)用到各行各業(yè), ,實現(xiàn)了對物料的快速、準確的稱量，特別是隨著微處理機的出實現(xiàn)了對物料的快速、準確的稱量，特別是隨著微處理機的出現(xiàn)，工業(yè)生產過程自動化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為過程控制中現(xiàn)，工業(yè)生產過程自動化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為過程控制中的一種必需的裝置，從以前不能稱重的大型罐、料斗等重量計測以及吊車秤、的一種必需的裝置，從以前不能稱重的大型罐、料斗等重量計測以及吊車秤、汽車秤等計測

6、控制，到混合分配多種原料的配料系統(tǒng)、生產工藝中的自動檢汽車秤等計測控制，到混合分配多種原料的配料系統(tǒng)、生產工藝中的自動檢測和粉粒體進料量控制等，都應用了稱重傳感器。本任務要求利用電阻應變測和粉粒體進料量控制等，都應用了稱重傳感器。本任務要求利用電阻應變片設計稱重儀，技術要求片設計稱重儀，技術要求: :量程量程0 02kg2kg，精度，精度0.001kg0.001kg。任務任務2.1重量檢測重量檢測項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 2.1.1 電阻應變片的原理及類型電阻應變片的原理及類型 1應變效應應變效應任務任務2.1 重量檢測重量檢測【相關知識相關知識】 電阻應變片的工作原理是基于應變效應電

7、阻應變片的工作原理是基于應變效應, , 即在金屬導體產生機械變即在金屬導體產生機械變形時形時, , 它的電阻值相應發(fā)生變化。它的電阻值相應發(fā)生變化。 一根金屬電阻絲，在其未受力時，原始電阻值為：一根金屬電阻絲，在其未受力時，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金屬絲的長度，單位金屬絲的長度，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。項目二項目二 壓力檢測壓力檢測任務任務2.1重量檢測重量檢測圖圖2-1 2-1 金屬電阻絲的應變效應金屬電阻絲的應變效應項目二項目二 壓力檢測壓力檢測 如圖如圖2-12-1所示，當金屬絲受

8、到拉力所示，當金屬絲受到拉力F F作用時，將伸長作用時，將伸長LL，橫截面積，橫截面積相應減小相應減小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，故引起電阻值相對變化量為：電阻值相對變化量為：SSLLRR式中式中L/LL/L是長度相對變化量，用應變是長度相對變化量，用應變表示；表示； S/SS/S為圓形金屬絲的截面積相對變化量；為圓形金屬絲的截面積相對變化量； /為圓形金屬絲的電阻率相對變化量。為圓形金屬絲的電阻率相對變化量。 任務任務2.1重量檢測重量檢測項目二項目二 壓力檢測壓力檢測 由材料力學可知，在彈性范圍內，金屬絲受拉力時，沿軸向伸長，由材料

9、力學可知，在彈性范圍內，金屬絲受拉力時，沿軸向伸長，沿徑向縮短，那么軸向應變和徑向應變的關系可表示為：沿徑向縮短，那么軸向應變和徑向應變的關系可表示為：LLrrSS2LLrr式中：式中：金屬絲材料的泊松比，負號表示與軸向應變方向相反。金屬絲材料的泊松比，負號表示與軸向應變方向相反。 任務任務2.1重量檢測重量檢測項目二項目二 壓力檢測壓力檢測可得：可得：)21 (RR 通常把單位應變能引起的電阻值變化稱為金屬絲的靈敏度系數通常把單位應變能引起的電阻值變化稱為金屬絲的靈敏度系數K Ks s。其。其物理意義是單位應變所引起的電阻相對變化量，其表達式為：物理意義是單位應變所引起的電阻相對變化量，其表

10、達式為：)21 (sK任務任務2.1重量檢測重量檢測項目二項目二 壓力檢測壓力檢測 由上式可知，因應變導致金屬絲電阻值的變化，由兩項組成：第由上式可知，因應變導致金屬絲電阻值的變化，由兩項組成：第一項（一項（1+21+2）表示由于幾何尺寸改變引起的電阻變化；另一項）表示由于幾何尺寸改變引起的電阻變化；另一項( (/)/)/表示單位軸向應變引起電阻率的變化。表示單位軸向應變引起電阻率的變化。對于大多數金屬材料電阻絲而言：對于大多數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（伸長或縮短

11、）而發(fā)生相應的變化長或縮短）而發(fā)生相應的變化。 任務任務2.1重量檢測重量檢測項目二項目二 壓力檢測壓力檢測 常用的應變片可分為兩類：金屬電阻應變片和半導體電阻應變片。常用的應變片可分為兩類：金屬電阻應變片和半導體電阻應變片。 圖圖2-2 2-2 金屬電阻絲的應變效應金屬電阻絲的應變效應11引線引線 22覆蓋片覆蓋片 33基底基底 44敏感柵敏感柵 金屬應變片由金屬應變片由引線引線、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為應變片的標距或工作基長，為應變片的標距或工作基長，b為為應變片的工作寬度，應變片的工作寬度，bl為應

12、變片的規(guī)格。為應變片的規(guī)格。（應變片規(guī)格一般以使用面積或電阻值（應變片規(guī)格一般以使用面積或電阻值來表示）來表示）任務任務2.1重量檢測重量檢測2.應變片的結構類型應變片的結構類型項目二項目二 壓力檢測壓力檢測 金屬絲式應變片是將金屬絲式應變片是將 =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）金屬絲式應變片）金屬絲式應變片 箔式應變片中的箔柵是由厚度為箔式應變片中的箔柵是由厚度為0.0010.0010.01mm0.01mm的金屬箔片通過的金屬箔片通過光刻、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）金屬箔式應變片）金屬箔式應變片圖圖2-3 2-3 金屬箔式應變片金屬箔式應變片任務任務2.1 重量檢測重量檢測（3 3）薄膜式應變片）薄膜式應變片 薄膜應變片是采用真空濺射或薄膜應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，最后再加上保護層。敏感柵，最后再加上保護層。項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 如圖如圖2-42-4所示，敏感柵在縱向的長度所示，敏感柵在縱向的長度l l，稱為應變片的標距，也稱，稱為應變片的標

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

15、化，常的電阻值（原始電阻值），稱為應變片的電阻值，目前已標準化，常用電阻應變片的電阻值主要有用電阻應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。任務任務2.1 重量檢測重量檢測項目二項目二 壓力檢測壓力檢測3.3.靈敏度系數靈敏度系數 應變片一般制成絲柵狀后，其應變效應與單絲是不同的，即電應變片一般制成絲柵狀后，其應變效應與單絲是不同的，即電阻應變片靈敏系數阻應變片靈敏系數K K和金屬絲靈敏系數和金屬絲靈敏系數K Ks s是不相同的。一般認為，是不相同的。一般認為，K K不不等于等于

16、K Ks s且恒小于且恒小于K Ks s。因此電阻應變片靈敏系數。因此電阻應變片靈敏系數K K須通過抽樣重新實驗測須通過抽樣重新實驗測定，取平均定，取平均K K值標注在應變片的包裝袋上，故又稱標稱靈敏系數。值標注在應變片的包裝袋上，故又稱標稱靈敏系數。 實驗證明，在一定的應變范圍內，應變片靈敏系數實驗證明，在一定的應變范圍內，應變片靈敏系數K K是常數。是常數。 任務任務2.1 重量檢測重量檢測項目二項目二 壓力檢測壓力檢測4.4.橫向效應橫向效應 沿應變片軸向的應變必然引起應變片電阻的相應變化，而沿沿應變片軸向的應變必然引起應變片電阻的相應變化，而沿垂直于應變片軸向的橫向應變，也會引起其電阻

17、的相應變化，從而使垂直于應變片軸向的橫向應變，也會引起其電阻的相應變化，從而使應變片靈敏系數應變片靈敏系數K K降低的現(xiàn)象稱為橫向效應。降低的現(xiàn)象稱為橫向效應。 圖圖2-5 2-5 應變片橫向效應應變片橫向效應任務任務2.1 重量檢測重量檢測項目二項目二 壓力檢測壓力檢測5.5.機械滯后，零漂及蠕變機械滯后，零漂及蠕變 應變片粘貼在被測試件上，當溫應變片粘貼在被測試件上，當溫度恒定時，其加載特性曲線（正程）度恒定時，其加載特性曲線（正程）和卸載特性曲線（逆程）不重合，即和卸載特性曲線（逆程）不重合，即為為機械滯后機械滯后。 圖圖2-6 2-6 機械滯后機械滯后任務任務2.1 重量檢測重量檢測

18、對于已粘貼好的應變片，在溫度保對于已粘貼好的應變片，在溫度保持恒定時，不承受應變作用時，應變片持恒定時，不承受應變作用時，應變片的電阻值隨時間增加而變化的特性，這的電阻值隨時間增加而變化的特性，這種現(xiàn)象稱為應變片的零點漂移，簡稱為種現(xiàn)象稱為應變片的零點漂移，簡稱為零漂零漂。 如果在一定溫度下，使應變片承受恒定的機械應變，其電阻值隨時如果在一定溫度下，使應變片承受恒定的機械應變，其電阻值隨時間增加而變化的特性稱為間增加而變化的特性稱為蠕變蠕變。 項目二項目二 壓力檢測壓力檢測任務任務2.1 重量檢測重量檢測6.6.溫度效應溫度效應 由溫度變化引起的應變片電阻變化，從而產生虛假應變的現(xiàn)象，由溫度變

19、化引起的應變片電阻變化，從而產生虛假應變的現(xiàn)象，稱為應變片的稱為應變片的溫度效應溫度效應。 項目二項目二 壓力檢測壓力檢測任務任務2.1 重量檢測重量檢測常見電阻應變式傳感器：常見電阻應變式傳感器：項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 2.1.3 應變式傳感器測量電路應變式傳感器測量電路 任務任務2.1 重量檢測重量檢測 在壓力、力、加速度等非電量的檢測中，由其產生的機械應變所引在壓力、力、加速度等非電量的檢測中，由其產生的機械應變所引起的應變片的電阻變化范圍很小，難以直接用電測儀器作精確測量，通起的應變片的電阻變化范圍很小，難以直接用電測儀器作精確測量，通常采用電橋電路將電阻變化轉換成電壓或電流

20、后放大測量。常采用電橋電路將電阻變化轉換成電壓或電流后放大測量。 在應變式傳感器中，最常用的是橋式電路，有關電橋電路在前面任在應變式傳感器中，最常用的是橋式電路，有關電橋電路在前面任務務1.31.3中已詳細介紹。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）還能實現(xiàn)溫度自補償。橋）還能實現(xiàn)溫度自補償。項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 1. 傳感器選型傳感器選型任務任務2.1 重量檢測重量檢測【任務實施任務實施】v 電

21、阻應變片是稱重儀的關鍵部件，由于電阻應變片的種類和型號較電阻應變片是稱重儀的關鍵部件，由于電阻應變片的種類和型號較多，因此，應根據電路的具體要求來選擇適合的電阻應變片。本設計中多，因此，應根據電路的具體要求來選擇適合的電阻應變片。本設計中選用選用E350-2AAE350-2AA箔式電阻應變片，其常態(tài)阻值為箔式電阻應變片，其常態(tài)阻值為350350。將應變片采用合理。將應變片采用合理的粘貼方法粘貼在稱重儀的橋臂中央位置，如圖的粘貼方法粘貼在稱重儀的橋臂中央位置，如圖2-72-7所示，使應變片的變所示，使應變片的變形與橋臂變形一致，提高測量的準確性。形與橋臂變形一致，提高測量的準確性。項目二項目二

22、壓力檢測壓力檢測圖圖2-7 2-7 電阻應變式稱重儀結構圖電阻應變式稱重儀結構圖任務任務2.1 重量檢測重量檢測項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 2. 測量電路設計測量電路設計任務任務2.1 重量檢測重量檢測 電阻應變式稱重儀電路原理如圖電阻應變式稱重儀電路原理如圖2-82-8所示。所示。圖圖2-8 2-8 電阻應變式稱重儀電路原理圖電阻應變式稱重儀電路原理圖 項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 3. 模擬調試模擬調試任務任務2.1 重量檢測重量檢測 在調試過程中，應準備在調試過程中，應準備1kg1kg及及2kg2kg標準法碼各一。其過程如下：標準法碼各一。其過程如下： （1 1）按照電路圖，將

23、各元件焊接到實驗板上，并檢查正確性；）按照電路圖，將各元件焊接到實驗板上，并檢查正確性； （2 2）首先在稱重托盤無負載時調整）首先在稱重托盤無負載時調整R RP1P1，使顯示器準確顯示零；，使顯示器準確顯示零； （3 3）再調整）再調整R RP2P2，使托盤承擔滿量程重量，使托盤承擔滿量程重量( (本電路選滿量程為本電路選滿量程為2kg)2kg)時顯示滿量程值；時顯示滿量程值； （4 4）然后在托盤上放置）然后在托盤上放置1kg1kg的標準法碼，觀察顯示器是否顯示的標準法碼，觀察顯示器是否顯示1.0001.000，如有偏差，可調整，如有偏差，可調整R RP3P3值，使之準確顯示值，使之準確顯

24、示1.0001.000； （5 5）重新進行（）重新進行（2 2）、（）、（4 4）步驟，使之均滿足要求為止；）步驟，使之均滿足要求為止； （6 6）最后準確測量）最后準確測量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可引出表外調整。測量前先調整可引出表外調整。測量前先調整R RP1P1，使顯示器回零。，使顯示器回零。項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 1. 1. 電阻應變式傳感器的溫度誤差及補償方法電阻應變式傳感器的溫度誤差及補償方法 正如前面的分析，金屬電阻絲應變片均對溫度變化十分敏感，因正如前面的分析，金屬電阻絲應變

25、片均對溫度變化十分敏感，因而溫度變化將引起電橋測量誤差，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量誤差，為消除溫度誤差，可采取如下溫度補償措施：補償措施：v 1 1）單絲自補償）單絲自補償 這種方法是通過精心選配敏感柵材料電阻溫度系數這種方法是通過精心選配敏感柵材料電阻溫度系數及線膨脹系及線膨脹系數數s s，試件材料線膨脹系數，試件材料線膨脹系數g g參數來實現(xiàn)熱輸出補償。參數來實現(xiàn)熱輸出補償。 若要使應變片在溫度變化若要使應變片在溫度變化tt時的熱輸出值為零，必須使時的熱輸出值為零，必須使任務任務2.1 重量檢測重量檢測【知識拓展知識拓展】0)(sgK項目二項目二 壓力檢測壓力檢

26、測v 2 2）雙絲自補償）雙絲自補償 采用這種補償方法的應變片，其敏感柵是由兩種不同溫度系數采用這種補償方法的應變片，其敏感柵是由兩種不同溫度系數（一種為正值，一種為負值）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的電阻溫度系數進行補償的所示。利用兩種具有不同符號的電阻溫度系數進行補償的應變片結構如圖應變片結構如圖2-9 a2-9 a所示，它是將兩種具有不同溫度系數的電阻絲所示，它是將兩種具有不同溫度系數的電阻絲串聯(lián)繞制成敏感柵。串聯(lián)繞制成敏感柵。 任務任務2.1 重量檢測重量檢測（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 雙絲自補償應變片雙絲自補償應變片項目二項目二 壓力檢測壓力檢測 這種應變片的自補償條件要求粘貼在某種試件上的兩段敏感柵，這種應變片的自補償條件要求粘貼在某種試件上的兩段敏感柵，隨溫度變化而產生的電阻增量大小相等，符號相反，即隨溫度變化而產生的電阻增量大小相等，符號相反，即RR1t1t= =RR2t2t。 雙絲組合式自補償應變片的另一種形式是用兩種同符號溫度系數雙絲組合式自補償應變片的另一種形式是用兩種同符號溫度系數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、的串接處焊出引線并的串接處焊出引線并接入電橋，如圖接入電橋，如圖2-9 b2-9 b所示。適當調節(jié)所示。適當調節(jié)R R1 1與與R R2 2的長度比和外接電阻的長度比和外接電阻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，使之滿足條件件任務任務2.1 重量檢測重量檢測BttRRRRR2211項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v3 3）橋路補償）橋路補償 常用的橋路補償法是利用電橋電路的和差原理常用的橋路補償法是利用電橋電路的和差原理來進行溫度誤差補償，如圖來進行溫度誤差補償，如圖2-102-10。任務任務2.1 重量檢

29、測重量檢測圖圖2-10 2-10 橋路補償橋路補償項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 2. 2. 電阻應變式傳感器的典型應用電阻應變式傳感器的典型應用 電阻應變式傳感器還可用來測量應變以外的物理量，例如力、扭電阻應變式傳感器還可用來測量應變以外的物理量，例如力、扭矩、加速度和壓力等。把應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。把應變片帖貼到彈性敏感元件上，使彈性敏感元件的應變與被測量成比例關系。元件的應變與被測量成比例關系。任務任務2.1 重量檢測重量檢測1 1）應變式力傳感器）應變式力傳感器v （1 1）柱式力傳感器）柱式力傳感器項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v （2 2）環(huán)式

30、力傳感器）環(huán)式力傳感器任務任務2.1 重量檢測重量檢測（a)a)環(huán)式力傳感器結構圖環(huán)式力傳感器結構圖 （b)b)環(huán)式力傳感器應力分布圖環(huán)式力傳感器應力分布圖圖圖2-12 2-12 環(huán)式力傳感器結構圖及應力分布圖環(huán)式力傳感器結構圖及應力分布圖項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v （3 3）懸臂梁式力傳感器）懸臂梁式力傳感器任務任務2.1 重量檢測重量檢測（a)a)等強度梁結構圖等強度梁結構圖 （b)b)等截面梁結構圖等截面梁結構圖圖圖2-13 2-13 懸臂粱式力傳感器懸臂粱式力傳感器 項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 2 2）應變式壓力傳感器）應變式壓力傳感器任務任務2.1 重量檢測重量檢測（a)

31、 a) 應變變化圖應變變化圖 （b) b) 應變片粘貼應變片粘貼圖圖2-14 2-14 膜片式壓力傳感器膜片式壓力傳感器項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 3 3）應變式加速度傳感器）應變式加速度傳感器任務任務2.1 重量檢測重量檢測 圖圖2-152-15為應變式加速度傳感器為應變式加速度傳感器原理圖。原理圖。 當被測物做水平加速度運動時，當被測物做水平加速度運動時，根據被測加速度根據被測加速度a a的方向，把傳感器的方向，把傳感器固定在被測部位由于質量塊的慣固定在被測部位由于質量塊的慣性性: :F F= =mama，懸臂梁彎曲變形，通過應，懸臂梁彎曲變形，通過應變片測出懸臂梁的應變量。當振動頻

32、變片測出懸臂梁的應變量。當振動頻率小于傳感器的固有振動頻率時，懸率小于傳感器的固有振動頻率時，懸臂梁的應變量與加速度成正比。臂梁的應變量與加速度成正比。 圖圖2-15 2-15 應變式加速度傳感器應變式加速度傳感器 1-1-應變片應變片 2-2-基座基座 3-3-彈性懸臂梁彈性懸臂梁 4-4-質量塊質量塊項目二項目二 壓力檢測壓力檢測任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測項目二項目二 壓力檢測壓力檢測【任務描述任務描述】 汽車的行駛離不開發(fā)動機的工作，發(fā)動機的工汽車的行駛離不開發(fā)動機的工作，發(fā)動機的工作是靠爆燃燃油產生的能，而汽油爆燃就需要潔凈作是靠爆燃燃油產生的能，而汽

33、油爆燃就需要潔凈的空氣助燃，發(fā)動機進氣量的大小決定了汽油爆燃的空氣助燃，發(fā)動機進氣量的大小決定了汽油爆燃的充分性。目前，汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測是檢測的充分性。目前，汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測是檢測汽車發(fā)動機進氣量大小的最常用檢測方法之一，對汽車發(fā)動機進氣量大小的最常用檢測方法之一，對于了解發(fā)動機的充氣效率、燃油與空氣混合比或是于了解發(fā)動機的充氣效率、燃油與空氣混合比或是改善發(fā)動機的動力性能、經濟性能均需要測定發(fā)動改善發(fā)動機的動力性能、經濟性能均需要測定發(fā)動機進氣量。機進氣量。 本任務主要利用壓阻式壓力計來完成發(fā)動機進本任務主要利用壓阻式壓力計來完成發(fā)動機進氣量檢測電路的設計和制作。氣量檢測電路的設

34、計和制作。任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v2.2.1 半導體材料的壓阻效應半導體材料的壓阻效應任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測【相關知識相關知識】 對一塊半導體沿某一軸向施加一定的應力而產生應變時，它的電對一塊半導體沿某一軸向施加一定的應力而產生應變時，它的電阻率會發(fā)生一定的變化，這種現(xiàn)象稱為阻率會發(fā)生一定的變化，這種現(xiàn)象稱為半導體的壓阻效應半導體的壓阻效應。 對于半導體材料而言，由材料幾何尺寸變化而引起電阻的變化很對于半導體材料而言，由材料幾何尺寸變化而引起電阻的變化很小，可忽略不計，而小，可忽略不計，而

35、/一項很大，也就是說，半導體材料電阻的一項很大，也就是說，半導體材料電阻的變化主要由變化主要由半導體材料電阻率的變化所造成的半導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。 項目二項目二 壓力檢測壓力檢測任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測 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： 半導體晶體縱向體壓阻系數；半導體晶體縱向體壓阻系數； 應力；應力； 半導體材料彈性模量；半導體材料彈性模量； 應變。應變。lE項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 2.2.2 壓阻式傳感器的結構與特性壓阻式傳

36、感器的結構與特性 1 1壓阻式傳感器結構壓阻式傳感器結構任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測 根據敏感柵形成的方法不同，壓阻式傳感器主要有三種不同類型：根據敏感柵形成的方法不同，壓阻式傳感器主要有三種不同類型：體型、薄膜型和擴散型三種。體型、薄膜型和擴散型三種。 圖圖2-16 2-16 半導體應變片結構半導體應變片結構項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 2.2.壓阻式傳感器特性壓阻式傳感器特性 1 1） 應變應變- -電阻特性電阻特性 任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測 以硅片以硅片N N型應變片為例，由圖型應變片為例，由圖2-172-17可知，

37、導體應變片應變電阻特可知，導體應變片應變電阻特性，在數百微應變內呈線性，在較大的應變范圍內則出現(xiàn)非線性。性，在數百微應變內呈線性，在較大的應變范圍內則出現(xiàn)非線性。圖圖2-17 2-17 硅片的應變硅片的應變- -電阻特性曲線電阻特性曲線項目二項目二 壓力檢測壓力檢測 2 2）電阻）電阻- -溫度特性溫度特性 任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測 粘貼在試件上的體型半導體應變片也和金屬絲電阻應變片一樣，粘貼在試件上的體型半導體應變片也和金屬絲電阻應變片一樣，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；敏感柵電阻溫度系數； g g試件材料線膨脹系數；試件材料線膨脹系數； s s敏感柵材料線膨脹系數；敏感柵材料線膨脹系數； S S敏感柵靈敏系數；敏感柵靈敏系數； tt溫度變化值。溫度變化值。項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 2.2.3 2.2.3 壓阻式傳感器的測量電路壓阻式傳感器的測量電路 1 1恒流源供電電橋恒流源供電電橋 任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測 恒流源供電的全橋差動電路見圖恒流源供電的全橋差動電路見圖2-182-18。圖圖2-18 2-18 恒流源供電的全橋差動電路恒流源供電的全橋差動電路項目二項目二 壓力檢測壓力檢測 電橋的輸出為：電橋的輸出為

39、： 任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測RIRRRIRRRIUUTTBD)(21)(210 可見，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，電橋的輸出電壓與電阻變化成正比，與恒流源電流成正比，但與溫度無關，因此測量不受溫度的影響。與溫度無關，因此測量不受溫度的影響。 項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 2 2零點與靈敏度溫度補償零點與靈敏度溫度補償 由于溫度變化，將引起零漂和靈敏度漂移。零漂產生的原因是擴由于溫度變化，將引起零漂和靈敏度漂移。零漂產生的原因是擴散電阻的阻值隨溫度變化而變化。靈敏度漂移是因為壓阻系數隨溫度散電阻的阻值隨溫度變化而變化。靈敏度

40、漂移是因為壓阻系數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償電路，可以有效地解決所示的零漂和靈敏度漂移補償電路，可以有效地解決零漂和靈敏度漂移問題。零漂和靈敏度漂移問題。任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測圖圖2-19 2-19 零漂和靈敏度漂移補償電路零漂和靈敏度漂移補償電路項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 1. 1. 傳感器選型傳感器選型 壓阻式傳感器是整個壓力計的關鍵部件，由于壓阻式傳感器的種壓阻式傳感器是整個壓力計的關鍵部件，由于壓阻式傳感器的種類和型號較多，因此，應根據電路的具體要求來選擇適合的壓阻式傳類和型號較

41、多，因此，應根據電路的具體要求來選擇適合的壓阻式傳感器。本任務選用感器。本任務選用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（過壓值為（過壓值為2 2倍最大值），外加基準是倍最大值），外加基準是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，失調電壓為，失調電壓為3mV3mV，壓阻傳感，壓阻傳感器電橋電阻為器電橋電阻為4700470030%30%。任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測【

42、任務實施任務實施】項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 2. 2. 測量電路設計測量電路設計 本任務中采用的壓阻式傳感器位于進氣道（距進氣閥座本任務中采用的壓阻式傳感器位于進氣道（距進氣閥座230mm230mm處），安裝位置如圖處），安裝位置如圖2-202-20所示，其測量電路原理圖如圖所示，其測量電路原理圖如圖2-212-21所示。所示。任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測圖圖2-20 2-20 傳感器布置簡圖傳感器布置簡圖項目二項目二 壓力檢測壓力檢測任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測圖圖2-21 2-21 壓阻式傳感器測量電路原理圖壓阻式傳感

43、器測量電路原理圖項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 3. 3. 模擬調試模擬調試 （1 1）按照電路圖）按照電路圖2-212-21所示，將各元件焊接到實驗板上，并檢查所示，將各元件焊接到實驗板上，并檢查正確性（考慮到是實驗室模擬測試，可利用電風扇對于力敏傳感器的正確性（考慮到是實驗室模擬測試，可利用電風扇對于力敏傳感器的作用來模擬發(fā)動機進氣系統(tǒng)進氣量的檢測）；作用來模擬發(fā)動機進氣系統(tǒng)進氣量的檢測）； （2 2）將）將A A3 3運算放大器輸出端運算放大器輸出端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）用電風扇對力敏傳感器施加氣場壓力，因為力敏傳

44、感器的核）用電風扇對力敏傳感器施加氣場壓力，因為力敏傳感器的核心是在一塊圓形膜片上安裝著心是在一塊圓形膜片上安裝著4 4個阻值相等的半導體電阻構成電橋，個阻值相等的半導體電阻構成電橋，此時在電風扇作用下，膜片兩側產生壓力差，此時在電風扇作用下，膜片兩側產生壓力差，4 4個電阻阻值發(fā)生變化，個電阻阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出相應電壓，毫伏表有指示，說明電路正確電橋失去平衡，輸出相應電壓，毫伏表有指示，說明電路正確任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 1.1.壓阻式傳感器的典型應用壓阻式傳感器的典型應用 1 1）擴散型壓阻式壓力傳感器）擴

45、散型壓阻式壓力傳感器任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測【知識拓展知識拓展】 圖圖2-22 2-22 壓阻式壓力傳感器結構簡圖壓阻式壓力傳感器結構簡圖1-1-低壓腔低壓腔 2-2-高壓腔高壓腔 2-2-硅杯硅杯 4-4-引線引線 5-5-硅膜片硅膜片項目二項目二 壓力檢測壓力檢測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量塊，在梁的根部，四個擴散電阻安裝在其兩面，的自由端裝有敏感質量塊，在梁的根部，四個擴散電阻安裝在其兩面，如圖如圖2-

46、232-23所示。所示。任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測 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-擴散電阻擴散電阻 2-2-質量塊質量塊 4-4-硅梁硅梁項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 2.2.電位器式傳感器及其應用電位器式傳感器及其應用 1 1）工作原理）工作原理任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測 當被測量發(fā)生變化時，通過電刷觸點在電阻元件上產生移動，該當被測量發(fā)生變化時，通過電刷觸點在電阻元件上產生移動，該觸點與電阻元件間的電阻值就會發(fā)生變化，即可實現(xiàn)位移觸點與電阻元件間的電阻值就會發(fā)生變

47、化，即可實現(xiàn)位移( (被測量被測量) )與與電阻之間的線性轉換。電阻之間的線性轉換。對于金屬絲式電位器，由對于金屬絲式電位器，由sLR 可知，當電阻絲直徑與材質一定時，電阻阻值將隨導線長度的變可知，當電阻絲直徑與材質一定時，電阻阻值將隨導線長度的變化而變化?；兓?。項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 2 2）結構類型）結構類型 電位器式傳感器的種類很多，按輸出電位器式傳感器的種類很多，按輸出輸入關系可分為：線性和輸入關系可分為：線性和非線性；按結構形式可分為：非線性；按結構形式可分為：線繞式線繞式、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繞電位器居多，如圖的以單圈線繞電位

48、器居多，如圖2-242-24所示。所示。任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測 （a)a)直線位移型直線位移型 （b)b)角位移型角位移型 （c)c)非線性型非線性型圖圖2-24 2-24 電位器式傳感器電位器式傳感器項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 3 3）電位器式傳感器的應用）電位器式傳感器的應用 （1 1）電位器式位移傳感器）電位器式位移傳感器任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測圖圖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

49、件滑動件 4-4-銷子銷子 5-5-替換桿替換桿項目二項目二 壓力檢測壓力檢測（2 2）電位器式加速度傳感器）電位器式加速度傳感器任務任務2.2 汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測汽車發(fā)動機吸氣壓力檢測圖圖2-27 2-27 替換桿式位移傳感器替換桿式位移傳感器1-1-慣性質量慣性質量 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-殼體殼體項目二項目二 壓力檢測壓力檢測任務任務2.3 大氣壓檢測大氣壓檢測知識分布網絡大氣壓檢測任務實施知識拓展相關知識壓電傳感器工作原理壓電材料壓電傳感器測量電路傳感器選型測量電路設計模擬調試玻璃破碎報警裝置壓電式振動加速度傳感器

50、壓電式測力傳感器項目二項目二 壓力檢測壓力檢測 在大氣層中的物體，都要受到空氣分子撞擊產生的壓力，這個壓在大氣層中的物體，都要受到空氣分子撞擊產生的壓力，這個壓力稱為大氣壓力。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。氣象科學上的氣壓，愈小；兩地的海拔相差愈懸殊，其氣壓差也愈大。氣象科學上的氣壓，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( (大氣壓強大氣壓強) )，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，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，特別是與氣壓的關系更為密切。一般講，氣壓升高預示天氣變晴，氣壓別是與氣壓的關系更為密切。一般講，氣壓升高預示天氣變晴，氣壓下降預示天氣變陰或有雨，因此我們可以通過對大氣壓力的監(jiān)測來預下降預示天氣變陰或有雨，因此我們可以通過對大氣壓力的監(jiān)測來預報天氣。報天氣。 本任務利用壓電傳感器來檢測大氣壓力的變化，從而預沒天氣變本任務利用壓電傳感器來檢測大氣壓力的變化，從而預沒天氣變化趨勢，對預報天氣等有十分重要的意義?；厔?，對預報天氣等有十分重要的意義。任務任務2.3 大氣壓檢測大氣壓檢測【任務描述任務描述】項目二項目二 壓力檢測壓力檢測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壓電效應壓電效應任務任務2.3 大氣壓檢測大氣壓檢測【相關知識相關知識】 某些電介質，當沿著一定方向對其施力而使它變形時，內部就產生某些電介質，當沿著一定方向對其施力而使它變形時，內部就產生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上便產生符號相反的電荷，當外力去掉極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上便產生符號相反的電荷，當外力去掉后，又重新恢復到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為后，又重新恢復到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應壓電效應。電能壓電元件機械能圖圖2- 28 2- 28 壓電效應可逆性壓電效應可逆性項目二項目二 壓力檢測壓力檢測2 2壓電效應機理壓電效應機

53、理 任務任務2.3 大氣壓檢測大氣壓檢測 天然結構的石英晶體呈六角形晶柱，如圖天然結構的石英晶體呈六角形晶柱，如圖2-29a2-29a所示。石英晶體化學所示。石英晶體化學式為式為SiOSiO2 2，是單晶體結構，它是一個正六面體。，是單晶體結構，它是一個正六面體。 （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目二項目二 壓力檢測壓力檢測 石英晶體的壓電效應與其內部結構有關，產生極化現(xiàn)象的機理可石英晶體的壓電效應與其內部結構有關，產生極化現(xiàn)象的機理可用圖用圖2-302-30來說明。石英晶體的化學式為來說明。石英

54、晶體的化學式為SiOSiO2 2，它的每個晶胞中有，它的每個晶胞中有3 3個個硅離子和硅離子和6 6個氧離子，個氧離子，1 1個硅離子和個硅離子和2 2個氧離子交替排列個氧離子交替排列( (氧原子是成對氧原子是成對出現(xiàn)的出現(xiàn)的) )。沿光軸看去，可以等效地認為如圖。沿光軸看去，可以等效地認為如圖2-30a2-30a的正六邊形排列結的正六邊形排列結構。構。任務任務2.3 大氣壓檢測大氣壓檢測 （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 石英晶體壓電效應機理石英晶體壓電效應機理項目二項目二 壓力

55、檢測壓力檢測 石英晶體具有以下結構特性：石英晶體具有以下結構特性： （1 1）沿）沿X X軸、軸、Y Y 軸方向作用力時，可產生壓電效應。沿軸方向作用力時，可產生壓電效應。沿Z Z 軸方向軸方向施力，無壓電效應。施力，無壓電效應。 （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、負電荷等效中軸方向作用力，正、負電荷等效中心只在心只在X X 軸方向移動，此為極化方向，即電荷只產生在垂直于軸方向移動，此為極化方向，即電荷只產生在垂直于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，晶胞結構變軸方向

56、作用壓力，晶胞結構變形相同，因而產生的電荷極性相同。形相同，因而產生的電荷極性相同。任務任務2.3 大氣壓檢測大氣壓檢測項目二項目二 壓力檢測壓力檢測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任務2.3 大氣壓檢測大氣壓檢測 壓電材料的主要特性參數有：壓電材料的主要特性參數有： （1 1）壓電常數壓電常數d d：是衡量材料壓電效應強弱的參數：是衡量材料壓電效應強弱的參數, , 它直接關系到它直接關系到壓電輸出的靈敏度。壓電輸出的靈敏度。 （2 2）居里點居里點：壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居里點溫度。：壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居里點溫度。

57、（3 3）介電常數介電常數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，機械強度高，固有頻率高、線性范圍寬、動態(tài)：剛度大，機械強度高，固有頻率高、線性范圍寬、動態(tài)性能好。性能好。項目二項目二 壓力檢測壓力檢測v 2 2常見的壓電材料常見的壓電材料 1 1）石英晶體）石英晶體任務任務2.3 大氣壓檢測大氣壓檢測 石英晶體的突出石英晶體的突出優(yōu)點優(yōu)點是性能非常穩(wěn)定，是性能非常穩(wěn)定，它它2020200200的溫度范圍內，壓電

58、常數的變的溫度范圍內，壓電常數的變化率是化率是-0.00016/-0.00016/。石英晶體居里點為。石英晶體居里點為575 575 ，還具有自振頻率高、動態(tài)響應好、機械，還具有自振頻率高、動態(tài)響應好、機械強度高、絕緣性能好、遲滯小、重復性好、強度高、絕緣性能好、遲滯小、重復性好、線性范圍寬等優(yōu)點。線性范圍寬等優(yōu)點。 其其缺點缺點是靈敏度低、壓電常數小是靈敏度低、壓電常數?。╠ 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準傳感器、高精度傳感器或使用溫度只在標準傳感器、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目二項目二 壓力檢測壓力檢測2 2）壓電陶瓷）壓電陶瓷 壓電陶瓷的壓電效應機理如圖壓電陶瓷的壓電效應機理如圖2-312-31所示，晶粒內有許多自發(fā)晶化所示，晶粒內有許多自發(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)極化效應相互抵消，不具有壓電性質，如圖分布，自發(fā)極化效應相互抵消，不具有壓電性質，如圖2-31a2-31a所示。所示。 當在陶瓷上施加外加電場時，電疇的極化方向發(fā)生轉動，趨向于當在陶瓷上施加外加電場時，電疇的極化方向發(fā)生轉動，趨向于

60、按外電場方向排列，從而使材料得到極化，按外電場方向排列，從而使材料得到極化，如圖如圖2-31b2-31b所示。所示。任務任務2.3 大氣壓檢測大氣壓檢測 （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目二項目二 壓力檢測壓力檢測 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分子半結晶或結高分子材料屬于有機分子半結晶或結晶聚合物，其壓電效應較復雜，不僅要考晶聚合物，其壓電效應較復雜，不僅要考慮晶格中均勻的內應變對壓電效應的貢獻，慮晶格中均勻的內應變對壓電效應的貢獻，還要考慮高分子材料中作非均勻內應變所還要考慮高分子材料中作非均勻