《压力传感器》PPT课件

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1、第四章压力传感器应变式传感器电感式传感器电容式传感器压电式传感器压力传感器在汽车上的应用4.1压力的概念及单位国际单位制中定义压力的单位：1N的力垂直均匀作用在1m2面积上，所形成的压力为1个帕斯卡，简称帕，符号Pa。在纬度45°的海平面上，0℃时的平均大气压。南昌大学科技学院表4-1（续）在标准重力加速度（980.655cm/s2）下，0℃时，1mm高水银柱底面上的压力。在标准重力加速度（980.655cm/s2）下，4℃时，1mm高水柱底面上的压力。1bar=1at≈1kgf/cm21bar=0.1MPa=100kPa1kg的力垂直作用在

2、1cm2面积上所形成的压力。南昌大学科技学院FFLL+dL2r2(r-dr)ρ:电阻系数l:金属导线长度S:金属导线截面积一、电阻应变效应当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。§4.2应变式传感器南昌大学科技学院——电阻的相对变化；——电阻率的相对变化；——金属丝长度相对变化，用ε表示，ε=称为金属丝长度方向上的应变或轴向应变；——截面积的相对变化。南昌大学科技学院dr/r为金属丝半径的相对变化，即径向应变为εr。S=πr2dS/S=2·dr/rεr=–με由材料力学知将微分dR、dρ改写成增

3、量ΔR、Δρ，则金属丝电阻的相对变化与金属丝的伸长或缩短之间存在比例关系。比例系数KS称为金属丝的应变灵敏系数。南昌大学科技学院物理意义：单位应变引起的电阻相对变化。KS由两部分组成：前一部分是（1+2μ），由材料的几何尺寸变化引起，一般金属μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6；后一部分为，电阻率随应变而引起的（称“压阻效应”）。对金属材料，以前者为主，则KS≈1+2μ；对半导体，KS值主要由电阻率相对变化所决定。实验表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成正比。通常KS在1.8～3.6范围内。二、压阻效应半导体晶体材料在受到应

4、力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象被称为“压阻效应”。对半导体材料对金属材料电阻相对变化量南昌大学科技学院由于πE一般都比（1+2μ）大几十倍甚至上百倍，因此引起半导体材料电阻相对变化的主要原因是压阻效应，所以上式可近似写成式中π——压阻系数；E——弹性模量；σ——应力；ε——应变。上式表明压阻传感器的工作原理是基于压阻效应。南昌大学科技学院2341电阻应变片结构示意图bl三、应变片的结构与材料由敏感栅1、基底2、盖片3、引线4和粘结剂等组成。这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。（1）敏

5、感栅由金属细丝绕成栅形。电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、200Ω等多种规格，以120Ω最为常用。应变片栅长大小关系到所测应变的准确度，应变片测得的应变大小是应变片栅长和栅宽所在面积内的平均轴向应变量。栅长栅宽南昌大学科技学院对敏感栅的材料的要求：①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数；②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片；③电阻温度系数要小；④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强；⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度；⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材；⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。对应变片要求必须根据实际使用情况，合理

6、选择。（2）基底和盖片基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。南昌大学科技学院（3）引线是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。对引线材料的性能要求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊接。（4）粘结剂用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后的表面应变传递给应变计的基底和敏感栅。常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低温、常温

7、和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸盐、硅酸、硼酸盐等。南昌大学科技学院四、温度误差及其补偿1、温度误差由于环境温度变化引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产生很大的测量误差，称为应变片的温度误差，又称热输出。因环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素：应变片的电阻丝(敏感栅)具有一定温度系数；电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。南昌大学科技学院2、温度补偿自补偿法和电路补偿法1）自补偿①单丝自补偿应变片②双丝组合式自补偿应变片2） 桥式电路补偿法南昌大学

8、科技学院测量应变时，使用两个应变片，一片贴在被测试件的表面，图中R1称为工作应变片。另一片贴在与被测试件材料相同的补偿块上，图中R2，称为补偿应变片。在工作过程中补