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《传感器与信号检测技术课件_(共8章)第3章_力学量传感器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、3.0基本概念3.1电阻应变式传感器3.2压电式传感器3.3电容式传感器3.4电感式传感器第3章力学量传感器返回主目录3.0基本概念一、应力、应变应力：元件内力与截面比σ＝N/S应变：产生的形变，单位长度的形变。拉压虎克定理：弹性模量E=为常量。是测力的理论基础。即σ与ε成正比σ=Eε,若知道了ε，就可求出应力σ。这样测力就变成了测形变（应变）。※测力原理：力弹性元件应力、应变应变片电信号输出二、压力压力是重要的工业参数之一,正确测量和控制压力对保证生产工艺过程的安全性和经济性有重要意义。压力及差压的测量还广泛地应用在流量和液位的测
2、量中。压力有几种不同表示方法(1)绝对压力指作用于物体表面积上的全部压力,其零点以绝对真空为基准,又称总压力或全压力,一般用大写符号P表示(2)大气压力指地球表面上的空气柱重量所产生的压力,以P0表示。(3)表压力绝对压力与大气压力之差,一般用p表示。测压仪表一般指示的压力都是表压力,表压力又称相对压力。当绝对压力小于大气压力,则表压力为负压,负压又可用真空度表示,负压的绝对值称为真空度。如测炉膛和烟道气的压力均是负压。(4)差压任意两个压力之差称为差压。如静压式液位计和差压式流量计就是利用测量差压的大小知道液位和流体流量的大小。测
3、量压力的传感器很多,如应变式、电容式、差动变压器、霍尔、压电等传感器等都能用来测量压力。下面介绍几种工程上常用的测压传感器或测压仪表。二．液柱式压力计液柱式压力计是以流体静力学原理来测量压力的。它们一般采用水银或水为工作液,用U型管或单管进行测量,常用于低压、负压或压力差的测量。图11-24所示的U形管内装有一定数量的液体,U形管一侧通压力p1,另一侧通压力p2。当p1=p2时,左右两管的液体高度相等。当p14、。如把压力p1一侧改为通大气P0,则式（12-2）可改写为p2=ρgh（11-23）如果把U形管的一个管换成大直径的杯,即可变成如图11-25所示的单管或斜管。测压原理与U形管相同,只是因为杯径比管径大得多,杯内液位变化可略去不计,使计算及读数更为简易。三．弹性元件分为测力和测压力两类。材料：合金钢，弹簧钢◎变换力弹性元件1.等截面圆柱体沿轴向加作用力F，其轴向和径向均产生应变，再利用传感器把应变转换成电信号。类型：空心1～10KN实心10KN以上的力特点：加工方便，截面大，测力大，灵敏度低。2.等截面圆环式特点：较高的灵敏度，加
5、工难，测力小3.等截面悬臂梁等截面，变强度。沿长度方向上各处应变不相同。灵敏度高。◎转换压力的弹性元件采用不同材料、不同形状的弹性元件作为感压元件,可以适用于不同场合、不同范围的压力测量。目前广泛使用的弹性元件有弹簧管、波纹管和膜片膜盒等。1.弹簧管空心薄壁管，形如儿童玩具“吹管”把压力转换成位移，再利用传感器将位移转换成电信号。2.波纹管同心环状，薄壁圆管。把压力转换成位移，同上。测力102～107Pa直径12㎜～160㎜3.膜片膜盒同心环状波纹薄片周围封装即为膜盒。把压力转换成位移，同上。厚度0.05～0.5㎜，波纹分锯齿、正弦、梯形
6、波。金属弹性元件都具有不完全弹性,即在所加作用力去除后,弹性元件会表现残余变形、弹性后效和弹性滞后等现象,这将会造成测量误差。弹性元件特性与选用的材料和负载的最大值有关,要减小这方面的误差,应注意选用合适的材料,加工成形后进行适当的热处理等。四．测压力的弹性元件应用采用不同材料、不同形状的弹性元件作为感压元件,可以适用于不同场合、不同范围的压力测量。目前广泛使用的弹性元件有弹簧管、波纹管和膜片等。1.弹性式压力表是以弹性元件受压后所产生的弹性变形作为测量基础的。它结构简单,价格低廉,现场使用和维修都很方便,又有较宽的压力测量范围,因此在工
7、程中获得了非常广泛的应用。图11-27为利用弹性形变测压原理图。活塞缸的活塞底部加有柱状螺旋弹簧,弹簧一端固定,当通入被测压力p时,弹簧被压缩并产生一弹性力与被测压力平衡,在弹性形变的限度内,弹簧被压缩后产生的弹性位移量Δx与被测压力Δp的关系符合胡克定律,表示为（11-24）式中C为弹簧的刚度系数;A为活塞的有效面积。当C、A为定值时,测量压力就变为测量弹性元件的位移量Δx。金属弹性元件都具有不完全弹性,即在所加作用力去除后,弹性元件会表现残余变形、弹性后效和弹性滞后等现象,这将会造成测量误差。弹性元件特性与选用的材料和负载的最大
8、值有关,要减小这方面的误差,应注意选用合适的材料,加工成形后进行适当的热处理等。2．弹簧管压力表弹簧管压力表在弹性式压力表中更是历史悠久,应用广泛。弹簧管压力表中压力敏感元件
