压力检测PPT课件

U 4

R1 R

R2 R

R3 R

R4 R

UO

UK 4
1
2
3
4
电桥输出与应变近似成线性关系。 16
①电桥单臂工作：
设R1为工作片（补偿片接相邻桥臂）Байду номын сангаас有
UO

U 4

R R
温度补偿？
为提高灵敏度、改善非线性及得到温度补偿，实践 中常用半桥差动电路或全桥差动电路。
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3.1 压力的概念及单位
一、压力的概念:压力是垂直而均匀地作用在单位面
积上的力。大小由受力面积的大小和垂直作用力的大
小决定。表达式为： 二、压力的单位
P F S
SI单位：帕斯卡（Pa）。
工程领域常用单位：① 工程大气压（at）；② 标准 大气压（atm）；③ 约定毫米汞柱（mmHg）；④约 定毫米水柱（mmH2O）。
“温度误差及其补偿”见后。
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3.2 应变式压力计
箔式应变片和薄膜应变片常制作成应变花
商品应变片R：
60、120、350、600、1000Ω。 12
3.2 应变式压力计
3.2.3 应变片的粘贴及温度补偿
一、应变片的粘贴 粘贴工艺包括被测试件表面处理、贴片、质量检查、
焊接引线、防护与屏蔽等。（参考传感器技术手册）
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3.2 应变式压力计
②半桥差动电路：
③全桥差动电路：
U
温度补偿？
UO

U 2

R R
U
温度补偿？
UO

U

R R 18
2. 交流电桥
为克服直流放大器的零漂问题，应变电桥常采用交流电 桥（调幅？）。 图示为交流电桥和半桥差动应变交流电桥的一般形式。 应变片的引线分布电容（交流电源！）使得两桥臂应变 片呈复阻抗特性，即相当于应变片并联了一个电容。
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一般采用等臂电桥，即R1= R2= R3=R4=R 。有
UO
U
R(R1 R2 R3 R4 ) R1R4 R2R3 (2R R1 R2 )(2R R3 R4 )
当 Ri R (i 1,2,3,4) 时，略去高阶小量，有
UO
5
3.2 应变式压力计
3.2.1 金属应变片
金属应变片的工作原理是基于金属的应变效应。 金属丝的电阻值随外力作用发生机械形变（拉伸或压
缩）而相应改变，称为金属材料的电阻应变效应。 一段长度为L，截面积为S，电阻率为ρ的金属丝，受
力前后的电阻值的变化：
R L
S
R L S R LS
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交流电桥输出：
U O

Z1Z4 Z2Z3 U (Z1 Z2 )(Z3 Z4 )
交流电桥平衡条件：
Z1Z4 Z2Z3
Z1

R1
//
1
jC1
半桥差动应变交流电桥桥臂阻抗：Z2


金属应变片的结构：
1-敏感栅 2-基底（厚0.02~0.04mm） 3-引线 4-金属膜引线
直径0.02~0.04mm
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3.2 应变式压力计
3.2.2 半导体应变片（压阻式传感器）
半导体应变片（压阻式传感器）的工作原理是基于半
导体的压阻效应。单晶半导体材料在沿某一轴向受外
力作用时，电阻率发生显著变化，称为半导体的压阻
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3.2 应变式压力计
（轴向）应变 径向应变
L L
r r r
r
r

μ

L L
泊松系数

R [(1 2μ) ] (1 2μ) K
R

E
应力
弹性模量 （Kg/mm2）
R (P) f
R
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3.2 应变式压力计
二、温度误差及其补偿 1.温度误差
温度误差是指环境温度变化引起应变片电阻变化。原 因有两方面：一方面是应变片电阻丝的温度系数，另 一方面是电阻丝材料与试件材料的线膨胀系数不同。
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3.2 应变式压力计
F
R1
RB
R1
F
RB
2. 温度补偿
电桥补偿法如图。①一工作片,一补偿片；②两个均
为工作片(条件?优点?) 。
常用单位与帕斯卡的换算关系（[2]p.189）。
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3.1 压力的概念及单位
三、压力的分类 ① 绝对压力 ② 大气压力 ③ 表压力 ④差压 ⑤真空度
（真空度）
上述各种压力的相互关系
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压力检测常用弹性元件：
弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围 不同时，所用的弹性元件也不一样。
(a)、(b)弹簧管式； (c)膜片式；(d)膜盒式； (e)波纹 （波登）管式。
效应。半导体应变片电阻的变化主要是电阻率变化引
起的，即
R R

(1 2)




l
又 E ，故
R R
l
l E

K
半导体压阻 系数
半导体应变片主要有体 型（如图）和扩散型 （见扩散型压阻式压力 传感器）两类。
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3.2 应变式压力计
与金属应变片相比，半导体应变片的主要优点 是灵敏度高（1~2个量级）；主要缺点是温度 误差大，必须有补偿措施。
金属应变片分为丝式应变片、箔式应变片和薄 膜应变片三类，结构与特点见[1]p.34-35。
常用的应变丝的材料是康铜丝和镍铬合金丝。 丝式应变片和箔式应变片的结构如图示。 用薄纸作为基底的应变片称为纸基应变片；用
有机聚合物作为基底的应变片称为胶基应变片。
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3.2 应变式压力计
厚0.001~0.01mm
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3.2 应变式压力计
3.2.4 测量电路
1. 直流电桥
当RL 时（电压跟随器？）
UO

R1R4 R2 R3 U (R1 R2 )( R3 R4 )
UO
U
(R1 R1)( R4 R4 ) (R2 R2 )( R3 R3 ) (R1 R1 R2 R2 )( R3 R3 R4 R4 )
第3章 压力检测
压力的概念及单位 应变式压力计 压电式压力传感器 电容式压力传感器 霍尔式压力计 数字式压力计
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第3章 压力检测
工程领域所谓压力即物理学中的压强。是很 多生产过程重要的工艺参数之一，是很多生产过 程自动化（过程控制）常见的测控对象之一。
本章简要介绍压力的概念及单位，重点讲解 应变式压力计、压电式压力传感器、电容式压力 传感器、霍尔式压力计等的结构、原理及应用。