认识压力传感器

项目二压力传感器及其仪表的安装与调试任务一认识压力传感器

1主要内容单元一认识压力传感器单元内容一、项目引入二、知识讲解

1、电阻应变式压力传感器2、电容式压力传感器3、电感式压力传感器4、压电式压力传感器5、扩散硅压力传感器

三、归纳总结

四、作业2学时1主要内容单元一认识压力传感器教学目标能力目标知识目标(1)掌握常用压力传感器(如电阻应变式、电感式、电容式、压电式、压阻式、差动变压器式)压力检测原理；(2)各种压力检测的方法。(1)能识别不同种类的压力传感器；(2)能区分常见压力传感器的检测方法、信号转换、应用场合、优缺点等。教学重点难点重点难点(1)常用压力传感器检测压力的方法；(2)不同类型压力传感器的认识。常见压力传感器工作原理，仪表信号采集与测量。1主要内容单元一认识压力传感器项目引入图示为电子称，是机械称(杆称）加装传感器，将机械信号转换为电信号并传输到计算机中，实现了物体重量的测量、计算和显示，实现了智能化。问题：电子称是如何实现机与电的有机结合的?（平行梁式称重传感器）电子称实物图电子称工作原理图1主要内容单元一认识压力传感器项目引入车床中用于动态切削力的测量1主要内容单元一认识压力传感器知识讲解

在生产过程中，压力检测与调节控制系统的应用非常广泛，例如锅炉蒸汽和水的压力监控；炼油厂减压蒸馏需要的低于大气的真空压力检测;在航空发动机试验研究中，为了研究发动机性能，必须测量过渡态的压力变化；电力系统中油路压力的测量和控制等。对压力监控是保证工艺要求、生产设备和人身安全，实现经济运行所必须的。

检测压力的传感器主要有电阻应变式传感器、电感式传感器、压电式传感器、电容式传感器、压阻式传感器。1单元一认识压力传感器一、电阻应变式压力传感器

1、认识几种应变式压力传感器

电阻应变式压力传感器常应用于称重和测力领域，是借助弹性敏感元件将力的变化转化为形变，然后利用电阻导体的应变将力转变成电阻值的变化，通过测量电路得到被测量——力的电信号，最后将电信号的变化值转化为对应的测力值。电阻应变式压力传感器主要由弹性元件、电阻应变片和测量电路组成。下图所示为几种常见的电阻应变式传感器。1主要内容单元一认识压力传感器一、电阻应变式压力传感器

1、认识几种应变式压力传感器一、电阻应变式压力传感器

1单元一认识压力传感器1、认识几种应变式压力传感器1主要内容单元一认识压力传感器一、电阻应变式压力传感器

电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械形变时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。由电工学可知，金属丝电阻R可用下式表示：式中ρ──电阻率，Ω·m；

l──电阻丝长度，m；

A──电阻丝截面积，m2。（2－1）

取一根细电阻丝，两端接上一台31/2位数字式欧姆表（分辨率为1/2000），记下其初始阻值（）。当我们用力将该电阻丝拉长时，会发现其阻值略有增加为（）。测量应力、应变、力的传感器就是利用类似的原理制作的。1单元一认识压力传感器一、电阻应变式传感器

2、理解应变效应

当沿金属丝的长度方向施加均匀力时，上式中ρ、r、l

都将发生变化，导致电阻值发生变化。即得到以下结论：金属丝受外力作用而伸长时，长度增加，而截面积减少，电阻值会增大；当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小，而截面增加，电阻值会减小。阻值变化通常较小。1单元一认识压力传感器一、电阻应变式压力传感器

2、电阻应变效应1主要内容单元一认识压力传感器一、电阻应变式压力传感器

2、电阻应变效应实验证明，电阻应变片的电阻应变εR=∆R/R与电阻应变片的纵向应变εx的关系在很大范围内是线性的，即式中∆R/R──电阻应变片的电阻应变；K──电阻丝的灵敏系数，表示电阻丝产生单位形变时电阻值相对变化的大小，是与金属材料有关的常数。K值越大，单位形变引起的电阻值相对变化越大，灵敏度也就越高；不同的金属材料有不同的灵敏系数，通常取值K=1.7～3.6。

εx为电阻丝的轴向应变量，εx=dl/l。（2－2）图2-1电阻应变片的结构简图

电阻应变片的典型结构如图2-1所示，由敏感栅、基底、覆盖层和引线等部分组成。1单元一认识压力传感器一、电阻应变式压力传感器

3、电阻应变片的结构、材料1主要内容单元一认识压力传感器一、电阻应变式压力传感器

4、电阻应变片的分类

按电阻应变片敏感栅材料不同，可分为金属应变片和半导体应变片两大类。如图2-2为几种不同类型的电阻应变片。图2-2电阻丝应变片结构形式.（a)丝式应变片；(b)箔式应变片；(c)半导体应变片1—基底；2—应变丝或半导体；3—引出线；4—焊接电极；5—外引线1主要内容单元一认识压力传感器一、电阻应变式压力传感器

4、电阻应变片的检测电路（1）直流电桥平衡条件当RL→∞时，电桥输出电压为图2-3直流电桥（2-3）（2-4）1主要内容单元一认识压力传感器一、电阻应变式压力传感器

4、电阻应变片的检测电路（2）单臂电桥

R1为电阻应变片，R2、R3、R4为电桥固定电阻，这就构成了单臂电桥。

(3-5)图2-4单臂电桥（2-5）1主要内容单元一认识压力传感器一、电阻应变式压力传感器

4、电阻应变片的检测电路（2）单臂电桥n=1时，为最大值

（2-6)（2-7)△R1设桥臂n=R2/R1，由于△R1远远小于R1，分母中△R1/R1可忽略，并考虑到平衡条件R1/R2=R3/R4，上式（2-5）可写为：1主要内容单元一认识压力传感器一、电阻应变式压力传感器

4、电阻应变片的检测电路

图2-5差动电桥(a)半桥;(b)全桥1主要内容单元一认识压力传感器一、电阻应变式压力传感器

（a)半桥输出电压为（2-8）

(2-9)（b）全桥差动电路（2-10）1主要内容单元一认识压力传感器一、电阻应变式压力传感器5、筒式压力传感器

当被测压力与应变管的内腔相通时，应变管部分产生应变，在薄壁筒上贴2片应变计做工作片，实心部分贴2片应变计做温度补偿应变片。没有压力作用时，这4片应变片构成的全桥处于平衡；当外部压力作用于应变管内腔时，圆管发生形变，使全桥失去平衡。这种压力传感器测量范围在106Pa～107Pa或更高的压力。其结构简单，制作方便，使用面宽，在测量火炮、炮弹、火箭的动态压力方面得到了广