压力传感器

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6.2 测量电路
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Cc传输电缆分布电容，Ri Ci 放大器输入阻抗、 容抗
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6.3 压电传感器应用
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电子称
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电子称原理图
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HL-8型传感器受力方式图
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HL-8型称重传感器参数
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1.2压力的定义
压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力 ，即物理学中常称的压强。工程上，习惯把压强 称为压力。由此定义，压力可表示为:
pF S
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2.压力的测量方法
• 重力与被测压力平衡的测量法
– 液柱式压力计
• 弹性力与被测压力平衡的测量法
– 敏感元件受压力作用产生弹性形变，进而由转换元件转换 成电信号进行测量的一类方法 – 各种弹簧管、弹性膜、波纹管等敏感元件
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应变式压力传感器分类
• • • •
1.应变管式 2.膜片式 3.应变梁式 4.组合式
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应变管式
又称应变筒式。它的弹性敏感元件为一端封 闭的薄壁圆筒，其另一端带有法兰与被测系 统连接。在筒壁上贴有2片或4片应变片，其 中一半贴在实心部分作为温度补偿片,另一半 作为测量应变片。当没有压力时 4片应变片组 成平衡的全桥式电路;当压力作用于内腔时,圆 筒变形成“腰鼓形”,使电桥失去平衡,输出与 压力成一定关系的电压。这种传感器还可以 利用活塞将被测压力转换为力传递到应变筒 上或通过垂链形状的膜片传递被测压力。
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双臂直流电桥
电桥平衡条件： UOUT=A(R1· R4 - R2· R3)=0 R1· R4 = R2· R3
U OUT U CD U CB U DB R2 R R4 R1 R R2 R R3 R4 R2 R R4 R1 R2 R3 R4 R R1 R2
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2.3物性测量方法
当被测压力作用于压电晶体时，压电晶体 会产生电势差，利用这个电势差可以进行 压力大小的测量
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传感器的定义
能感受规定的被测量并按照一定的规律转 换成可用信号的器件或装置，通常由敏感 元件和转换元件组成。
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传感器
传感器是一种检测装置，能感受到被测量 的信息，并能将检测感受到的信息，按一 定规律变换成为电信号或其他所需形式的 信息输出，以满足信息的传输、处理、存 储、显示、记录和控制等要求。它是实现 自动检测和自动控制的首要环节。
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3. 电阻应变式压力传感器
• 3.1、电阻应变片 • 3.2、测量电路
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3.1电阻应变片---工作原理
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电阻应变片---工作原理
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电阻应变片---工作原理
定义(dl/l)= 为材料的轴向应变，单位为 u 10-6mm/mm
=
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金属和半导体的压阻效应
河北联合大学轻工学院
压力传感器
信息科学与技术部1311实验室
贾永恒，李萌，李丽丽
MCU
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目录
• • • • • • 1 压力传感器 2 压力的测量方法 3 电阻应变式压力传感器 4 电感式压力传感器 5 电容式压力传感器 6 压电式压力传感器
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1.1压力
压力是工业生产过程中重要的工艺参数之 一，正确地测量和控制压力是保证工业生 产过程良好地运行，达到高产优质低耗及 安全生产的重要环节。
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弹性元件是核心部 分，其作用是感受压 力并产生弹性变形， 弹性元件采用何种形 式要根据测量要求选 择和设计；
弹簧管：
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波 纹 管 弹 或 波 簧 登 管 管
弹性膜片
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悬梁弹性体
柱筒弹性体
轮辐弹性体
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在弹性元件与指示机构之间是变换 放大机构，其作用是将弹性元件的变形 进行变换和放大； 指示机构(如指针与刻度标尺)用于 给出压力示值； 调整机构用于调整零点和量程。
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电阻应变片---主要特性
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3.2测量电路---直流电桥
电桥平衡条件： UOUT=A(R1· R4 - R2· R3)=0 R1· R4 = R2· R3
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假设：
，并考虑到电桥初始平衡条件 ，则上式可写成为：
省略去分母中的微量
优点：采用直流电桥，测量前，经调平，可以使输出信号 从零点开始变化。 缺点：单臂电桥的输入输出特性是非线性，采用较大R1值 可以减小非线性误差，但降低灵敏度。 改进办法：差分双臂电桥、四臂电桥
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压力传感器分类
常用压力传感器有：
电容式压力传感器、变磁阻式压力传感器 （变磁阻式传感器、差动变压器式压力传 感器）、霍耳式压力传感器、光纤式压力 传感器（见光纤传感器）、谐振式压力传 感器等。
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压力传感器
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Leabharlann Baidu
压力传感器的选型
1、品牌误区：进口的不一定是最好的，国产 的也不是都比进口的差，比如：皓鹰 2、精度误区：从某个角度来说：稳定性比产 品的精度更重要，精度选择应该是建立在 高稳定性的基础上的。 3、追求廉价：事实上，高品质的产品就决定 了它的价格会相对的高一些。 4、选择合适的量程、合适的精度、合适安装 方式、合适的输出方式。
• 电容式转速传感器
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6. 压电式压力传感器
• 3.6.1 压电效应及压电材料 • 3.6.2 测量电路 • 3.6.3 应用
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6.1压电效应及压电材料
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• 压电材料的特性参数 – 压电常数：衡量材料压电效应强弱的参数 – 弹性常数：即刚度，决定压电器件的固有频率和动态特性 – 介电常数：影响器件的固有电容，进而影响传感器的频率下 限 – 机电耦合系数：压电效应中，输出能量与收入能量之比的平 方根，衡量压电材料机电能量转换效率的一个重要参数 – 电阻：压电材料的绝缘电阻将减少电荷泄露，改善传感器的 低频特性 – 居里点：压电材料开始丧失压电性的温度
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4. 电感式压力传感器
• 4.1 电感式传感器分类 • 4.2 自感型 – 可变磁阻型 – 电涡流型 • 4.3 互感性
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4.1电感式传感器分类
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4.2 自感型---可变磁阻式
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4.3 互感型电感传感器
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压力传感器的使用
• 1、检查安装孔的尺寸、保持安装孔的清洁 ； • 2、正确安装、选择恰当的位置； • 3、仔细清洁、保持干燥； • 4、避免高低温干扰、高低频干扰、静电干 扰； • 5、防止压力过载
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应变式压力传感器
应变式压力传感器是 压力传感器中应用比 较多的一种传感器， 它一般用于测量较大 的压力，广泛应用于 测量管道内部压力、 内燃机燃气的压力、 压差和喷射压力、发 动机和导弹试验中的 脉动压力，以及各种 领域中的流体压力等 。
金属导体：
d CdV C (1 2 ) V
C---由材料及加工方式决定的常数
半导体：
d

E


E ---半导体材料的弹性模量 ---作用于材料的轴向应力
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电阻应变片---应变片结构
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电阻应变片---应变片结构
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电阻应变片---测量过程
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应变管式压力传感器特点及应用
应变管式压力传感器的结构简单、制造方 便、适用性强，在火箭弹、炮弹和火炮的 动态压力测量方面有广泛应用。
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膜片式应变式压力传感器
它的弹性敏感元件为周边固定圆形金属平 膜片。膜片受压力变形时，中心处径向应 变和切向应变均达到正的最大值，而边缘 处径向应变达到负的最大值，切向应变为 零。因此常把两个应变片分别贴在正负最 大应变处，并接成相邻桥臂的半桥电路以 获得较大灵敏度和温度补偿作用。
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压力传感器
将压力转换为电信号输出的传感器叫做压 力传感器。通常把压力测量仪表中的电测 式仪表称为压力传感器。 压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏 感元件（或应变计）组成。
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弹性、位移敏感元件
弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于 某个面积上并转换为位移或应变，然后由 位移敏感元件或应变计转换为与压力成一 定关系的电信号。有时把这两种元件的功 能集于一体，如压阻式传感器中的固态压 力传感器。
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5Kg称重传感器
• 1. 5kg传感器 • 满量程输出电压=激励电压*灵敏度1.0mv/v • 例如：供电电压是5V乘以灵敏1.0mv/v=满 量程5mv。相当于有5kg重力产生时候产生 5mv的电压。
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HX711模块
• 2. 711模块对产生的5mv电压进行采样。 • 概述：711模块A通道带有128倍信号增益 ，可以将5mv的电压放大128倍，然后采样 输出24bit AD转换的值，单片机通过制定时 序将24bit数据读出。
• 物性测量方法
– 敏感元件受压力作用进行产生物理特性变化，进而由转换 元件转换成电信号进行测量的一类方法 – 压阻式、压电式压力传感器
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2.1重力与被测压力平衡的测量法
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2.2弹性力与被测压力平衡的测量法
当被测压力作用于弹性元件时，弹性元件便产生 相应的弹性变形(即机械位移)。 根据变形量的大小，可以测得被测压力的数值。
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应变梁式压力传感器
测量较小压力时，可采用固定梁或等强度 梁的结构。一种方法是用膜片把压力转换 为力再通过传力杆传递给应变梁。图3中两 端固定梁的最大应变处在梁的两端和中点 ，应变片就贴在这些地方。这种结构还有 其他形式，例如可采用悬梁与膜片或波纹 管构成。
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组合式压力传感器特点及应用 • 在组合式应变压力传感器中，弹性敏感 元件可分为感受元件和弹性应变元件。 • 感受元件把压力转换为力传递到弹性应 变元件应变最敏感的部位，而应变片则贴 在弹性应变元件的最大应变处。 • 应变式压力传感器主要用来测量流动介 质动态或静态压力，例如动力管道设备的 进出口气体或液体的压力、内燃机管道压 力等等。
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悬梁式电阻应变片压力传感器
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柱筒式电阻应变片压力传感器
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轮辐式电阻应变片压力传感器
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电阻应变片的优点
• 灵敏度、精度高，性能稳定，误差小于1%
• 尺寸小，重量轻，测量速度快，即可用于 静态测量，又可用于动态测量 • 测量范围大，变形范围从1%-2% • 适应性强，可在高温、超低温、高压、水 下、强磁场以及辐射等恶劣环境下使用
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5 .电容式压力传感器
• 5.1 工作原理及特性 • 5.2 测量电路 • 5.3 应用
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5.1 工作原理及特性
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5.3 电容式传感器的应用
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电容式压力传感器
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电容式转速传感器