第三章 力及压力测量-应变片

(
R3
R4 R
R R4
R
)
R Ui R
Ui K
桥式电路输出电压计算公式
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课程回顾——
重点： 应变式传感器测量电路——桥式电路 做一做：计算教材中关于应变式电阻
输出电压的计算题目
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电桥平衡被打破 （R1+∆R）R3≠R2R4 UO=f（∆R）
Ui R 4R
差动半桥
R1+∆R
5
R2-∆R
Uo
Ui 2
R R
差动全桥
R1+∆R R4-∆R
6
R2-∆R
R3+∆R
Uo
Ui
R R差动全桥来自R1+∆RR2-∆R
R4-∆R
R3+∆R
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U0 Ub Ud
U
i
(
R1
R1 R
R R2
R
)
U
i
项目五 力的检测
任务三 电子秤压力的检测
应变式压力传感器测量电路
1
应变式压力传感器工作原理
受力件受 力产生机
械变形
应变片产生 应变效应
应变片电 阻值变化
测量转换电 路电压变化
无无法法直直接接测测量量！！
2
应变片在悬臂梁上的粘贴 R+∆R
R-∆R
3
单臂电桥
R1+∆R
4
电桥平衡条件 R1R3=R2R4 UO=0

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压力测量仪表的分类
4.活塞式压力计 它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转 换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。 优点 测量精度很高，允许误差可小到0.05%～0.02%。
缺点
结构较复杂，价格较贵。
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二、液柱式压力计为压力测量信号。
电源、振荡
电容式差压变送器的结构可以有效地保护测量膜片，当差压过大并超
过允许测量范围时，测量膜片将平滑地贴靠在玻璃凹球面上，因此不易
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损坏，过载后的恢复特性很好，这样大大提高了过载承受能力。
电感式压力传感器

电感式传感器是利用磁性材料和空气导磁率不同，压
力作用在膜片上靠膜片改变空气气隙大小，去改变固
则要求水平安放，然后校正压力计的零点，可移动刻度标尺。或
加注工作液体，使零位对好。

（2）被测压力不能超过压力计的测量范围．否则就会使工作液
体冲走，注意压力不能突然加大。

（3）由于工作液体在玻璃管内壁产生毛细现象、因此，一般应 按图所示的方法读取示数。 （4）若工作液体为水时可在水中加入一点红墨水或其它颜色， 便于观察。 （5）要定期进行检定，检定周期一般为二年。
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测量原理：通过转换元件把压力转换成电信号输 出，然后对电信号进行测量。

分类：主要有电容式、电感式和电阻式三种，另
外还有电磁感应、压阻效应、压电效应和光电效
应式
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扩散硅杯式差压变送器
电容式压力变送器

电容式压力变送器是一种开环
检测仪表，具有结构简单、过
载能力强、可靠性好、测量精 度高等优点。
通过放大机构才能指示出来。

弹簧管自由端将随压力的增大而向外伸张。反之，若管内压力小 于管外压力，则自由端将随负压的增大而向内弯曲。利用弹簧管

应变片结构：由应变敏感元件、基片和覆盖层、引出线三部分组成。应变敏感元件一般由金属丝、金属箔（高电阻系数材料）组成，它把机械应变转化成电阻的变化。基片和覆盖层起固定和保护敏感元件、传递应变和电气绝缘作用。 金属箔的厚度通常为0.002～ 0.008mm。应变片厚度小、工 作电流大、寿命长、易批量生 产，在应力测量中应用广泛。 绕线式应变片由一根高电阻系 数的电阻丝排成栅型，电阻为 60 ～120Ω。
2
3.1压力传感器
扩散型压阻式压力传感器特点：
3.1压力传感器
压阻式加速度传感器： 它的悬臂梁直接用单晶硅制成，四个扩散电阻扩散在器根部两面。
恒压源：
A
D
B
C
输出电压与 成正比，输出电压受环境温度的影响.
恒流源：
输出电压与 成正比，环境温度的变化对其没有影响.
测量电路：
四个电阻的配置位置：
按膜片上径向应力σr 和切向应力 σt 分布情况确定。
设计时适当安排电子的位置，可以组成差点电桥。
3
2
1
4
优点：体积小，结构比较简单，动态响应也好，灵敏度高，测出十几帕德微压，长期稳定性好，之后和蠕变小，频率响应高，便于生产，成本低。
1
测量准确度受到非线性和温度的影响，智能压阻式压力传感器利用微处理器对费线性和温度进行补偿。
上式表明压阻传感器的工作原理是基于压阻效应的。
扩散硅压阻式传感器的基片是半导体单晶硅，单晶硅是各向异性材料，取向不同其特性不一样，而取向是用晶向表示的，所谓晶向就是晶面的法线方向。
3.1压力传感器
优点：
灵敏系数高，k =30～ 175（而电阻丝其值约在 1.6～ 3.6 之间)； 机械滞后小、横向效应小及本身体积小。

传感器的被测压力可达25Mpa。
传感器的固有频率在25000Hz以上， 有较好的动态性能．适用于快速变化 的压力测量。传感器的非线性及滞后 误差小于额定压力的1％。
压阻式压力计
半导体的压阻效应 单晶硅的基片上扩散出P，电阻条的电阻率产生很 大变化，引起电阻的变化。 单晶硅材料的弹性性能很好, 其转换的 滞后与蠕变很小, 所以转换精度较高。 优点：体积小、重量轻、灵敏度高、响 应速度快等。
2）取压口位置应使压力信号走向合理，以避免发生气 塞、水塞或流入污物： 测量带有灰尘、颗粒、沉淀物物料的压力时，垂直和倾 斜的设备管道上，取源部件应倾斜向上安装。水平管道 上宜顺物料流束成锐角安装。气体压力 管道上半部 液体压力 管道的下半部与管道的水平中心线成0～45° 的范围。 蒸汽压力 上半部下半部与管道的水平中心线成0～45° 的范围。
3）取压口应无机械振动或振动，不至于引起测量系统 的损坏 4）测量差压，两个取压口应在同一水平面上。以避免 产生固定的系统误差。 5）导压管最好不伸入被测对象内部。取压口的位置不 应超过设备或管道的内壁。当一定要插入对象内部时， 其管口平面应严格与流动方向平行。其它放置会得出错 误的测量结果。 6）温度高于60度的液体、蒸汽或可凝性气体的压力测 量，就地压力表的取源部件应带有冷凝管。
解：一般可选用弹簧管式压力计。因为所测压力的变化较 为平稳, 所以被测最大压力不应超过仪表测量上限值的 2/3，即
测量仪表的上限为0.75MPa 但在标准系列中无0.75MPa的测量范围, 我们应该选大于 而且接近于0.75MPa的值，因此所选测量范围为 0～ 1MPa。
3.仪表精度级的选取
根据工艺生产允许的最大绝对误差选定的仪表量程, 计 算出仪表允许的最大引用误差，在国家规定的精度等级 中确定仪表的精度。 我国压力表精度等级为： 0.005、0.02、0.1、0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、 2.5、4.0 0.35以上为校验用标准表