壓力檢測培訓(xùn)講義課件

第3章

壓力檢測

在測量上所稱的壓力就是物理學(xué)中的壓強(qiáng)，它是反映物質(zhì)狀態(tài)的一個(gè)參數(shù)；在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中是重要工藝參數(shù)之一。本章簡單介紹壓力的概念及單位，重點(diǎn)講解應(yīng)變式壓力計(jì)、壓電式壓力傳感器、電容式壓力傳感器和霍爾式壓力計(jì)等的測量原理及測壓方法。

第3章壓力檢測在測量上所稱的壓13.1壓力的概念及單位1、壓力的概念:壓力是垂直而均勻地作用在單位面積上的力。大小由受力面積和垂直作用力的大小兩個(gè)因素決定。表達(dá)式為：2、壓力的單位

（1）工程大氣壓（2）標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（3）約定毫米汞柱（4）約定毫米水柱常用的幾種壓力單位與帕斯卡的換算關(guān)系見表3.1.1所示。3.1壓力的概念及單位1、壓力的概念:壓力是垂直而23.1壓力的概念及單位3、壓力的分類1.絕對(duì)壓力2.環(huán)境大氣壓力3.表壓力4.真空度5.差壓

上述各種壓力的相互關(guān)系見圖。

3.1壓力的概念及單位3、壓力的分類33.2應(yīng)變式壓力計(jì)

3.2.1電阻應(yīng)變效應(yīng)

電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。

設(shè)有一根長度為L，截面積為S，電阻率為ρ的電阻絲，未受力時(shí)的電阻值為：受力后：

3.2應(yīng)變式壓力計(jì)3.2.1電阻應(yīng)變效應(yīng)43.2應(yīng)變式壓力計(jì)3.2.2電阻應(yīng)變片1、金屬電阻應(yīng)變片

金屬電阻應(yīng)變片分為金屬絲式和箔式，圖所示為金屬絲式和金屬箔式電阻應(yīng)變片。常用的電阻應(yīng)變絲的材料是康銅絲和鎳鉻合絲，用薄紙作為基底的應(yīng)變片稱為紙基應(yīng)變片；用有機(jī)聚合物作為基底的應(yīng)變片稱為膠基應(yīng)變片。

3.2應(yīng)變式壓力計(jì)3.2.2電阻應(yīng)變片53.2應(yīng)變式壓力計(jì)電阻應(yīng)變片1、應(yīng)變絲2、基底3、引線4、金屬膜引線3.2應(yīng)變式壓力計(jì)電阻應(yīng)變片1、應(yīng)變絲63.2應(yīng)變式壓力計(jì)2、半導(dǎo)體應(yīng)變片

半導(dǎo)體受力時(shí)，電阻率發(fā)生變化，電阻率隨應(yīng)力變化的關(guān)系稱為半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體應(yīng)變片電阻的變化主要是電阻率變化引起的，表示為

由于彈性系數(shù)E=σ/ε，上式又可寫為

為提高靈敏度半導(dǎo)體應(yīng)變片還有制成柵形的。

3.2應(yīng)變式壓力計(jì)2、半導(dǎo)體應(yīng)變片73.2應(yīng)變式壓力計(jì)3.2.3電阻應(yīng)變片的粘貼及溫度補(bǔ)償

1、應(yīng)變片的粘貼：粘貼工藝包括被測試件表面處理，貼片，質(zhì)量檢查，焊接引線以及防護(hù)與屏蔽等。

2、溫度誤差及其補(bǔ)償

（1）溫度誤差：溫度誤差是指環(huán)境溫度變化引起應(yīng)變片電阻變化。原因有兩方面：一方面是應(yīng)變片電阻絲的溫度系數(shù)，另一方面是電阻絲材料與試件材料的線膨脹系數(shù)不同。（2）溫度補(bǔ)償

電橋補(bǔ)償法如圖。

3.2應(yīng)變式壓力計(jì)3.2.3電阻應(yīng)變片的粘貼及溫度補(bǔ)償83.2應(yīng)變式壓力計(jì)3.2.4

轉(zhuǎn)換電路當(dāng)RL=∞時(shí)，電橋輸出電壓為：單臂電橋輸出電壓和電壓靈敏度為

雙臂電橋電路，一般接成差動(dòng)電橋。其輸出電壓為電橋四臂同時(shí)接入工作應(yīng)變片，則構(gòu)成全橋電路。其輸出電壓為

3.2應(yīng)變式壓力計(jì)3.2.4轉(zhuǎn)換電路93.2應(yīng)變式壓力計(jì)3.2.5應(yīng)變式壓力傳感器

1、膜式應(yīng)變傳感器

圖是一種簡單的平膜壓力傳感器，應(yīng)變片貼在膜片的內(nèi)表面。膜片感受壓力時(shí)產(chǎn)生應(yīng)變，使應(yīng)變片有一定的電阻輸出。

3.2應(yīng)變式壓力計(jì)3.2.5應(yīng)變式壓力傳感器103.2應(yīng)變式壓力計(jì)2、測力式應(yīng)變傳感器右圖為一種帶水冷的測力計(jì)式壓力傳感器。

3、擴(kuò)散硅型壓力傳感器

圖(a)是一個(gè)杯型組合式測量元件

圖(b)是膜片一個(gè)截面示意圖

3.2應(yīng)變式壓力計(jì)2、測力式應(yīng)變傳感器113.3薄膜應(yīng)變片

薄膜應(yīng)變片是用濺射或蒸發(fā)的方法將半導(dǎo)體或金屬敏感材料鍍?cè)趶椥曰系摹?/p>

3.3.1薄膜應(yīng)變片原理

電阻為：

設(shè)其應(yīng)變?yōu)棣牛娮柘鄬?duì)變化為：

對(duì)于半導(dǎo)體材料，上式可寫為：

3.3薄膜應(yīng)變片薄膜應(yīng)變片是用濺射或蒸發(fā)123.3

薄膜應(yīng)變片

3.3.2

薄膜應(yīng)變片的制作及應(yīng)用

1、濺射薄膜應(yīng)變片

主要成膜工藝有真空濺射和真空蒸鍍。真空濺射工藝大致流程為：基片預(yù)處理、濺射介質(zhì)層、濺射敏感層、蒸發(fā)Au、光刻電極、形成電橋、完成全部電連接、沉積鈍化膜。

2、蒸發(fā)薄膜應(yīng)變片

用真空蒸發(fā)工藝制作的薄膜應(yīng)變片其結(jié)構(gòu)同濺射應(yīng)變片基本相同。

3.3薄膜應(yīng)變片3.3.2薄膜應(yīng)變片的制作及應(yīng)用

1133.4

壓電式壓力傳感器

3.4.1

壓電效應(yīng)

某些電介質(zhì)物體在某方向受壓力或拉力作用產(chǎn)生形變時(shí)，表面會(huì)產(chǎn)生電荷。外力撤消后，又回到不帶電狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的物體稱為壓電材料，如天然的石英晶體，人造的壓電陶瓷等。

1、石英晶體的壓電效應(yīng)

圖為天然結(jié)構(gòu)的石英晶體外形和石英晶體切片

3.4壓電式壓力傳感器3.4.1壓電效應(yīng)143.4

壓電式壓力傳感器當(dāng)切片在沿X軸的方向上受到壓力Fx作用時(shí)，晶體切片將產(chǎn)生厚度變形，并在與X軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷Qx，它的大小為：

3.4壓電式壓力傳感器當(dāng)切片在沿X軸的方向上受到壓力Fx153.4

壓電式壓力傳感器電荷的極性見圖

3.4壓電式壓力傳感器電荷的極性見圖163.4

壓電式壓力傳感器2、壓電效應(yīng)的物理解釋如圖所示。

3.4壓電式壓力傳感器2、壓電效應(yīng)的物理解釋173.4

壓電式壓力傳感器3.4.2壓電材料1、壓電晶體（1）石英晶體（2）水溶性壓電晶體（3）鈮酸鋰晶體2、壓電陶瓷（1）鈦酸鋇壓電陶瓷2）鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷（3）鈮酸鹽系壓電陶瓷（4）鈮鎂酸鉛壓電陶瓷3、壓電半導(dǎo)體

3.4壓電式壓力傳感器3.4.2壓電材料183.4

壓電式壓力傳感器3.4.3測量電路把壓電晶體等效成一個(gè)電荷源與電容并聯(lián)的等效電路。由于電容器上的電壓Ua，電荷量Q，電容Ca的關(guān)系為Ua=Q/Ca，壓電晶體也可等效為一個(gè)電壓源和一個(gè)電容器的串聯(lián)電路。實(shí)際壓電傳感器輸出信號(hào)很微弱，且內(nèi)阻很高，需用前置放大器。前置放大器有兩個(gè)作用：一是放大壓電傳感器輸出的微弱信號(hào)，另一個(gè)是阻抗變換。

3.4壓電式壓力傳感器3.4.3測量電路193.4

壓電式壓力傳感器1、電壓放大器

圖示的是壓電傳感器接到電壓放大器的等效電路。

3.4壓電式壓力傳感器1、電壓放大器203.4

壓電式壓力傳感器2、電荷放大器

電荷放大器是有反饋電容的高增益運(yùn)算放大器，它的輸入信號(hào)是壓電傳感器產(chǎn)生的電荷。當(dāng)略去泄露電阻，且放大器輸入電阻趨于無窮大時(shí)，它的等效電路如圖所示。3.4壓電式壓力傳感器2、電荷放大器213.4

壓電式壓力傳感器3.4.4壓電壓力及力傳感器

1、壓電式三維測力傳感器

2、壓電式單向測力傳感器3.4壓電式壓力傳感器3.4.4壓電壓力及力傳感器223.4

壓電式壓力傳感器3、壓電式測量均勻壓力傳感器

4、消除振動(dòng)加速度影響的壓電傳感器3.4壓電式壓力傳感器3、壓電式測量均勻壓力傳感器233.5電容式壓力傳感器

3.5.1電容式傳感器的工作原理

電容式傳感器有三種基本類型：變極距型、變面積型、變介電常數(shù)型。

1、變極距型電容傳感器3.5電容式壓力傳感器3.5.1電容式傳感器的工作原243.5電容式壓力傳感器

2、變面積型電容傳感器

3、變介電常數(shù)型電容傳感器

3.5電容式壓力傳感器2、變面積型電容傳感器253.5電容式壓力傳感器

3.5.2

差動(dòng)電容傳感器在實(shí)際壓力測量中，常使用差動(dòng)點(diǎn)電容傳感器，不但提高了靈敏度，也改善了非線性。

3.5電容式壓力傳感器3.5.2差動(dòng)電容傳感器263.5電容式壓力傳感器

3.5.3測量電路

電橋電路、調(diào)頻電路、脈沖調(diào)寬電路和運(yùn)算放大器式電路等。

1、橋式電路

空載電壓為：3.5電容式壓力傳感器3.5.3測量電路273.5電容式壓力傳感器

2、緊耦合電橋電路緊耦合電橋理論可得此狀態(tài)下輸出電壓在兩L0非耦合情況下，輸出電壓為：

3.5電容式壓力傳感器2、緊耦合電橋電路283.5電容式壓力傳感器

3、差分脈沖調(diào)寬電路差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路屬脈沖調(diào)制電路。它利用對(duì)傳感器電容充放電使輸出脈沖的寬度隨電容量的變化而變化，再經(jīng)低通濾波器可得對(duì)應(yīng)被測量變化的直流信號(hào)。輸出的直流電壓與傳感器兩電容差值成正比。

3.5電容式壓力傳感器3、差分脈沖調(diào)寬電路293.5電容式壓力傳感器差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路各點(diǎn)電壓波形圖如示3.5電容式壓力傳感器差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路各點(diǎn)電壓波形圖如示303.5電容式壓力傳感器4、調(diào)頻電路將電容式傳感器接入高頻振蕩器的LC回路中，當(dāng)被測量使電容變化時(shí)，振蕩頻率也相應(yīng)變化，故稱為調(diào)頻電路。圖所示為調(diào)頻電路原理圖

3.5電容式壓力傳感器4、調(diào)頻電路313.5電容式壓力傳感器5、運(yùn)算放大器

將電容式傳感器接入運(yùn)算放大器中，作為電路的反饋元件構(gòu)成的測量電路如圖所示。

以Cx=εS/d代入，可得：上式表明，輸出電壓與d是線性關(guān)系。3.5電容式壓力傳感器5、運(yùn)算放大器323.5電容式壓力傳感器3.5.4電容式壓力傳感器1、電容式差壓傳感器2、變面積式壓力傳感器3、荷重傳感器

3.5電容式壓力傳感器3.5.4電容式壓力傳感器333.6

霍爾式壓力計(jì)

3.6.1霍爾效應(yīng)霍爾元件的特性常用靈敏度KH表示，即此時(shí)

3.6霍爾式壓力計(jì)3.6.1霍爾效應(yīng)343.6

霍爾式壓力計(jì)3.6.2霍爾式壓力計(jì)工作原理

3.6霍爾式壓力計(jì)3.6.2霍爾式壓力計(jì)工作原理353.6

霍爾式壓力計(jì)3.6.3霍爾式壓力計(jì)的誤差及補(bǔ)償霍爾式壓力計(jì)的誤差有兩部分，一是彈性元件的變換誤差；一是霍爾元件的變換誤差。

1、不等位電勢(shì)及補(bǔ)償

不等位電勢(shì)的產(chǎn)生有兩個(gè)原因，如圖所示。3.6霍爾式壓力計(jì)3.6.3霍爾式壓力計(jì)的誤差及補(bǔ)償363.6

霍爾式壓力計(jì)幾種補(bǔ)償電路

3.6霍爾式壓力計(jì)幾種補(bǔ)償電路373.6

霍爾式壓力計(jì)2、霍爾電勢(shì)的溫度系數(shù)主要是溫差電勢(shì)和靈敏度系數(shù)隨溫度變化兩種情況。3、溫度對(duì)內(nèi)阻的影響4、溫度補(bǔ)償霍爾元件輸入電阻和霍爾電勢(shì)的溫度系數(shù)均為正的效果較好的補(bǔ)償電路圖。實(shí)際測量中，要求較高時(shí)，常采用恒溫方法。3.6霍爾式壓力計(jì)2、霍爾電勢(shì)的溫度系數(shù)383.6

霍爾式壓力計(jì)3.6.4霍爾式壓力計(jì)

3.6霍爾式壓力計(jì)3.6.4霍爾式壓力計(jì)393.7

電子稱

3.7.1電子稱的原理

電子稱的核心部件是稱重傳感器。稱重傳感器把機(jī)械力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大處理后，或顯示，或輸入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。圖是一個(gè)比較簡單稱重系統(tǒng)框圖。

3.7電子稱3.7.1電子稱的原理403.7

電子稱3.7.2稱重傳感器原理圖是振弦式稱重傳感器的工作原理圖。3.7電子稱3.7.2稱重傳感器原理413.7

電子稱3.7.3電子稱的應(yīng)用

ICS-XXX-T系列電子皮帶配料稱3.7電子稱3.7.3電子稱的應(yīng)用423.8集成壓敏傳感器3.8.1硅電容式集成傳感器1、硅敏感電容器的工作原理

2、硅敏感電容器的測量電路3.8集成壓敏傳感器3.8.1硅電容式集成傳感器433.8集成壓敏傳感器3.8集成壓敏傳感器443.8集成壓敏傳感器3.8.2擴(kuò)散硅壓敏傳感器

擴(kuò)散硅壓敏傳感器將補(bǔ)償電路與硅壓敏元件構(gòu)成的全橋電路集成在一起，溫度補(bǔ)償效果很好。3.8集成壓敏傳感器3.8.2擴(kuò)散硅壓敏傳感器453.9

數(shù)字式壓力計(jì)3.9.1MPX壓力傳感器

MPX2000系列壓力傳感器如圖所示，其結(jié)構(gòu)原理如圖所示。

3.9數(shù)字式壓力計(jì)3.9.1MPX壓力傳感器463.9

數(shù)字式壓力計(jì)3.9.2測量電路

由溫度補(bǔ)償、放大和A/D轉(zhuǎn)換組成3.9數(shù)字式壓力計(jì)3.9.2測量電路473.9

數(shù)字式壓力計(jì)3.9數(shù)字式壓力計(jì)48壓力檢測培訓(xùn)講義課件49

50演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！51第3章

壓力檢測

在測量上所稱的壓力就是物理學(xué)中的壓強(qiáng)，它是反映物質(zhì)狀態(tài)的一個(gè)參數(shù)；在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中是重要工藝參數(shù)之一。本章簡單介紹壓力的概念及單位，重點(diǎn)講解應(yīng)變式壓力計(jì)、壓電式壓力傳感器、電容式壓力傳感器和霍爾式壓力計(jì)等的測量原理及測壓方法。

第3章壓力檢測在測量上所稱的壓523.1壓力的概念及單位1、壓力的概念:壓力是垂直而均勻地作用在單位面積上的力。大小由受力面積和垂直作用力的大小兩個(gè)因素決定。表達(dá)式為：2、壓力的單位

（1）工程大氣壓（2）標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（3）約定毫米汞柱（4）約定毫米水柱常用的幾種壓力單位與帕斯卡的換算關(guān)系見表3.1.1所示。3.1壓力的概念及單位1、壓力的概念:壓力是垂直而533.1壓力的概念及單位3、壓力的分類1.絕對(duì)壓力2.環(huán)境大氣壓力3.表壓力4.真空度5.差壓

上述各種壓力的相互關(guān)系見圖。

3.1壓力的概念及單位3、壓力的分類543.2應(yīng)變式壓力計(jì)

3.2.1電阻應(yīng)變效應(yīng)

電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。

設(shè)有一根長度為L，截面積為S，電阻率為ρ的電阻絲，未受力時(shí)的電阻值為：受力后：

3.2應(yīng)變式壓力計(jì)3.2.1電阻應(yīng)變效應(yīng)553.2應(yīng)變式壓力計(jì)3.2.2電阻應(yīng)變片1、金屬電阻應(yīng)變片

金屬電阻應(yīng)變片分為金屬絲式和箔式，圖所示為金屬絲式和金屬箔式電阻應(yīng)變片。常用的電阻應(yīng)變絲的材料是康銅絲和鎳鉻合絲，用薄紙作為基底的應(yīng)變片稱為紙基應(yīng)變片；用有機(jī)聚合物作為基底的應(yīng)變片稱為膠基應(yīng)變片。

3.2應(yīng)變式壓力計(jì)3.2.2電阻應(yīng)變片563.2應(yīng)變式壓力計(jì)電阻應(yīng)變片1、應(yīng)變絲2、基底3、引線4、金屬膜引線3.2應(yīng)變式壓力計(jì)電阻應(yīng)變片1、應(yīng)變絲573.2應(yīng)變式壓力計(jì)2、半導(dǎo)體應(yīng)變片

半導(dǎo)體受力時(shí)，電阻率發(fā)生變化，電阻率隨應(yīng)力變化的關(guān)系稱為半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體應(yīng)變片電阻的變化主要是電阻率變化引起的，表示為

由于彈性系數(shù)E=σ/ε，上式又可寫為

為提高靈敏度半導(dǎo)體應(yīng)變片還有制成柵形的。

3.2應(yīng)變式壓力計(jì)2、半導(dǎo)體應(yīng)變片583.2應(yīng)變式壓力計(jì)3.2.3電阻應(yīng)變片的粘貼及溫度補(bǔ)償

1、應(yīng)變片的粘貼：粘貼工藝包括被測試件表面處理，貼片，質(zhì)量檢查，焊接引線以及防護(hù)與屏蔽等。

2、溫度誤差及其補(bǔ)償

（1）溫度誤差：溫度誤差是指環(huán)境溫度變化引起應(yīng)變片電阻變化。原因有兩方面：一方面是應(yīng)變片電阻絲的溫度系數(shù)，另一方面是電阻絲材料與試件材料的線膨脹系數(shù)不同。（2）溫度補(bǔ)償

電橋補(bǔ)償法如圖。

3.2應(yīng)變式壓力計(jì)3.2.3電阻應(yīng)變片的粘貼及溫度補(bǔ)償593.2應(yīng)變式壓力計(jì)3.2.4

轉(zhuǎn)換電路當(dāng)RL=∞時(shí)，電橋輸出電壓為：單臂電橋輸出電壓和電壓靈敏度為

雙臂電橋電路，一般接成差動(dòng)電橋。其輸出電壓為電橋四臂同時(shí)接入工作應(yīng)變片，則構(gòu)成全橋電路。其輸出電壓為

3.2應(yīng)變式壓力計(jì)3.2.4轉(zhuǎn)換電路603.2應(yīng)變式壓力計(jì)3.2.5應(yīng)變式壓力傳感器

1、膜式應(yīng)變傳感器

圖是一種簡單的平膜壓力傳感器，應(yīng)變片貼在膜片的內(nèi)表面。膜片感受壓力時(shí)產(chǎn)生應(yīng)變，使應(yīng)變片有一定的電阻輸出。

3.2應(yīng)變式壓力計(jì)3.2.5應(yīng)變式壓力傳感器613.2應(yīng)變式壓力計(jì)2、測力式應(yīng)變傳感器右圖為一種帶水冷的測力計(jì)式壓力傳感器。

3、擴(kuò)散硅型壓力傳感器

圖(a)是一個(gè)杯型組合式測量元件

圖(b)是膜片一個(gè)截面示意圖

3.2應(yīng)變式壓力計(jì)2、測力式應(yīng)變傳感器623.3薄膜應(yīng)變片

薄膜應(yīng)變片是用濺射或蒸發(fā)的方法將半導(dǎo)體或金屬敏感材料鍍?cè)趶椥曰系摹?/p>

3.3.1薄膜應(yīng)變片原理

電阻為：

設(shè)其應(yīng)變?yōu)棣牛娮柘鄬?duì)變化為：

對(duì)于半導(dǎo)體材料，上式可寫為：

3.3薄膜應(yīng)變片薄膜應(yīng)變片是用濺射或蒸發(fā)633.3

薄膜應(yīng)變片

3.3.2

薄膜應(yīng)變片的制作及應(yīng)用

1、濺射薄膜應(yīng)變片

主要成膜工藝有真空濺射和真空蒸鍍。真空濺射工藝大致流程為：基片預(yù)處理、濺射介質(zhì)層、濺射敏感層、蒸發(fā)Au、光刻電極、形成電橋、完成全部電連接、沉積鈍化膜。

2、蒸發(fā)薄膜應(yīng)變片

用真空蒸發(fā)工藝制作的薄膜應(yīng)變片其結(jié)構(gòu)同濺射應(yīng)變片基本相同。

3.3薄膜應(yīng)變片3.3.2薄膜應(yīng)變片的制作及應(yīng)用

1643.4

壓電式壓力傳感器

3.4.1

壓電效應(yīng)

某些電介質(zhì)物體在某方向受壓力或拉力作用產(chǎn)生形變時(shí)，表面會(huì)產(chǎn)生電荷。外力撤消后，又回到不帶電狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的物體稱為壓電材料，如天然的石英晶體，人造的壓電陶瓷等。

1、石英晶體的壓電效應(yīng)

圖為天然結(jié)構(gòu)的石英晶體外形和石英晶體切片

3.4壓電式壓力傳感器3.4.1壓電效應(yīng)653.4

壓電式壓力傳感器當(dāng)切片在沿X軸的方向上受到壓力Fx作用時(shí)，晶體切片將產(chǎn)生厚度變形，并在與X軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷Qx，它的大小為：

3.4壓電式壓力傳感器當(dāng)切片在沿X軸的方向上受到壓力Fx663.4

壓電式壓力傳感器電荷的極性見圖

3.4壓電式壓力傳感器電荷的極性見圖673.4

壓電式壓力傳感器2、壓電效應(yīng)的物理解釋如圖所示。

3.4壓電式壓力傳感器2、壓電效應(yīng)的物理解釋683.4

壓電式壓力傳感器3.4.2壓電材料1、壓電晶體（1）石英晶體（2）水溶性壓電晶體（3）鈮酸鋰晶體2、壓電陶瓷（1）鈦酸鋇壓電陶瓷2）鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷（3）鈮酸鹽系壓電陶瓷（4）鈮鎂酸鉛壓電陶瓷3、壓電半導(dǎo)體

3.4壓電式壓力傳感器3.4.2壓電材料693.4

壓電式壓力傳感器3.4.3測量電路把壓電晶體等效成一個(gè)電荷源與電容并聯(lián)的等效電路。由于電容器上的電壓Ua，電荷量Q，電容Ca的關(guān)系為Ua=Q/Ca，壓電晶體也可等效為一個(gè)電壓源和一個(gè)電容器的串聯(lián)電路。實(shí)際壓電傳感器輸出信號(hào)很微弱，且內(nèi)阻很高，需用前置放大器。前置放大器有兩個(gè)作用：一是放大壓電傳感器輸出的微弱信號(hào)，另一個(gè)是阻抗變換。

3.4壓電式壓力傳感器3.4.3測量電路703.4

壓電式壓力傳感器1、電壓放大器

圖示的是壓電傳感器接到電壓放大器的等效電路。

3.4壓電式壓力傳感器1、電壓放大器713.4

壓電式壓力傳感器2、電荷放大器

電荷放大器是有反饋電容的高增益運(yùn)算放大器，它的輸入信號(hào)是壓電傳感器產(chǎn)生的電荷。當(dāng)略去泄露電阻，且放大器輸入電阻趨于無窮大時(shí)，它的等效電路如圖所示。3.4壓電式壓力傳感器2、電荷放大器723.4

壓電式壓力傳感器3.4.4壓電壓力及力傳感器

1、壓電式三維測力傳感器

2、壓電式單向測力傳感器3.4壓電式壓力傳感器3.4.4壓電壓力及力傳感器733.4

壓電式壓力傳感器3、壓電式測量均勻壓力傳感器

4、消除振動(dòng)加速度影響的壓電傳感器3.4壓電式壓力傳感器3、壓電式測量均勻壓力傳感器743.5電容式壓力傳感器

3.5.1電容式傳感器的工作原理

電容式傳感器有三種基本類型：變極距型、變面積型、變介電常數(shù)型。

1、變極距型電容傳感器3.5電容式壓力傳感器3.5.1電容式傳感器的工作原753.5電容式壓力傳感器

2、變面積型電容傳感器

3、變介電常數(shù)型電容傳感器

3.5電容式壓力傳感器2、變面積型電容傳感器763.5電容式壓力傳感器

3.5.2

差動(dòng)電容傳感器在實(shí)際壓力測量中，常使用差動(dòng)點(diǎn)電容傳感器，不但提高了靈敏度，也改善了非線性。

3.5電容式壓力傳感器3.5.2差動(dòng)電容傳感器773.5電容式壓力傳感器

3.5.3測量電路

電橋電路、調(diào)頻電路、脈沖調(diào)寬電路和運(yùn)算放大器式電路等。

1、橋式電路

空載電壓為：3.5電容式壓力傳感器3.5.3測量電路783.5電容式壓力傳感器

2、緊耦合電橋電路緊耦合電橋理論可得此狀態(tài)下輸出電壓在兩L0非耦合情況下，輸出電壓為：

3.5電容式壓力傳感器2、緊耦合電橋電路793.5電容式壓力傳感器

3、差分脈沖調(diào)寬電路差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路屬脈沖調(diào)制電路。它利用對(duì)傳感器電容充放電使輸出脈沖的寬度隨電容量的變化而變化，再經(jīng)低通濾波器可得對(duì)應(yīng)被測量變化的直流信號(hào)。輸出的直流電壓與傳感器兩電容差值成正比。

3.5電容式壓力傳感器3、差分脈沖調(diào)寬電路803.5電容式壓力傳感器差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路各點(diǎn)電壓波形圖如示3.5電容式壓力傳感器差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路各點(diǎn)電壓波形圖如示813.5電容式壓力傳感器4、調(diào)頻電路將電容式傳感器接入高頻振蕩器的LC回路中，當(dāng)被測量使電容變化時(shí)，振蕩頻率也相應(yīng)變化，故稱為調(diào)頻電路。圖所示為調(diào)頻電路原理圖

3.5電容式壓力傳感器4、調(diào)頻電路823.5電容式壓力傳感器5、運(yùn)算放大器

將電容式傳感器接入運(yùn)算放大器中，作為電路的反饋元件構(gòu)成的測量電路如圖所示。

以Cx=εS/d代入，可得：上式表明，輸出電壓與d是線性關(guān)系。3.5電容式壓力傳感器5、運(yùn)算放大器833.5電容式壓力傳感器3.5.4電容式壓力傳感器1、電容式差壓傳感器2、變面積式壓力傳感器3、荷重傳感器

3.5電容式壓力傳感器3.5.4電容式壓力傳感器843.6

霍爾式壓力計(jì)

3.6.1霍爾效應(yīng)霍爾元件的特性常用靈敏度KH表示，即此時(shí)

3.6霍爾式壓力計(jì)3.6.1霍爾效應(yīng)853.6

霍爾式壓力計(jì)3.6.2霍爾式壓力計(jì)工作原理

3.6霍爾式壓力計(jì)3.6.2