熱工測量及儀表-第5章-壓力儀表課件

第五章壓力測試技術(shù)5.1壓力的力學(xué)測量方法5.2壓力的電學(xué)測量方法5.3電阻應(yīng)變式壓力傳感器5.4壓阻式壓力傳感器5.5電感式壓力傳感器5.6壓電式壓力傳感器5.7壓力檢測儀表的安裝5.8傳感器的標(biāo)定第五章壓力測試技術(shù)5.1壓力的力學(xué)測量方法1格里克(Guericke)格里克是個博學(xué)多才的軍人，從小就喜歡讀書，愛好科學(xué)；萊比錫大學(xué)畢業(yè)．1621年又到耶拿大學(xué)攻讀法律；1623年，再到萊頓大學(xué)鉆研數(shù)學(xué)和力學(xué)．他1631年入伍，在軍隊(duì)中擔(dān)任軍械工程師，工作很出色．后來，投身政界，1646年當(dāng)選為馬德堡市市長．無論在軍旅中，還是在市府內(nèi)，都沒停止科學(xué)探索．格里克(Guericke)格里克是個博學(xué)多才的軍人，從小2馬德堡半球試驗(yàn)馬德堡半球試驗(yàn)3概述

垂直作用在單位面積上的力稱壓力。在國際單位制（SI）和我國法定計(jì)量單位中，壓力的單位是“帕斯卡”，簡稱“帕”，符號為“Pa”。

即1N的力垂直均勻作用在1m2的面積上所形成的壓力值為1Pa。概述垂直作用在單位面積上的力稱壓力。在國際4:表壓（Gaugepressure）:相對于大氣壓力的差壓。絕對壓力和大氣壓力之間的差壓,用符號Pg表示。正壓力（Positivepressure）：絕對壓力高于大氣壓力時的表壓，簡稱正壓。負(fù)壓力（Negativepressure）：絕對壓力低于大氣壓力時的表壓，簡稱負(fù)壓。真空度（Vacuum）：低于大氣壓力的絕對壓力,用符號Pv表示，Pv=|Pg|。絕對壓力（Absolutepressure）:相對于絕對真空所測得的壓力,用符號Pi表示。:表壓（Gaugepressure）:相對于大氣壓力的差5幾種通用的非法定的壓力計(jì)量單位1工程大氣壓（單位符號為：at）（kgf/cm2）1kg的力垂直作用在1cm2面積上所形成的壓力。2標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（單位符號為：atm）

最初規(guī)定在攝氏溫度0℃、緯度45°、晴天時海平面上的大氣壓強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，其值大約相當(dāng)于76厘米汞柱高。但是汞的密度大小受溫度的影響。為了確保標(biāo)準(zhǔn)大氣壓是一個定值，1954年第十屆國際計(jì)量大會決議聲明，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓＝101325牛頓／米2，即為101325帕斯卡（Pa)幾種通用的非法定的壓力計(jì)量單位1工程大氣壓（單位符號為：a64約定毫米水柱（單位符號為：mmH2O）在標(biāo)準(zhǔn)重力加速度下，4℃時1mm高的水柱在1cm2的底面上所產(chǎn)生的壓力。3約定毫米汞柱（單位符號為：mmHg）在標(biāo)準(zhǔn)重力加速度下，0℃時1mm高的水銀柱在1cm2的底面上所產(chǎn)生的壓力。托里拆利用1米長一端封閉的玻璃柱做的實(shí)驗(yàn)，注滿水銀后倒立在水銀槽內(nèi)，水銀的高度為760mm，如果是水，應(yīng)該是10.336m4約定毫米水柱（單位符號為：mmH2O）3約定毫米汞柱7

過去采用的壓力單位“工程大氣壓力”（kgf/cm2）、“毫米汞柱”（mmHg）、“毫米水柱”（mmH2O）、“物理大氣壓”（atm）、“巴”（bar）、“PSI”等均應(yīng)改成法定計(jì)量單位帕。1kgf/cm2=0.9807×105Pa1mmH2O=0.9807×10Pa1mmHg=1.332×102Pa1atm=1.01325×105Pa1bar=105Pa

1PSI=6.89×103PaPSI:磅/平方英寸，換算關(guān)系：1公斤力/平方厘米=14.223磅/平方英寸=0.1MPaBar:1巴(bar)=100,000帕(Pa)=10牛頓/平方厘米過去采用的壓力單位“工程大氣壓力”（kgf/8表壓、絕對壓力和負(fù)壓（真空度）的關(guān)系表壓、絕對壓力和負(fù)壓（真空度）的關(guān)系9壓力測量方法一、力學(xué)測量方法：液體壓力平衡、彈性力平衡二、電學(xué)測量方法：電位式、應(yīng)變式、電容式、電感式、電渦流、壓電式、壓阻式壓力測量方法10重力平衡方法：利用一定高度的工作液體產(chǎn)生的重力或砝碼的重量與被測壓力相平衡。彈性力平衡方法：利用彈性元件受壓力作用發(fā)生彈性變形而產(chǎn)生的彈性力與被測壓力相平衡。機(jī)械力平衡方法：將被測壓力經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)換成一個集中力，用外力與之平衡。物性測量方法：利用敏感元件將被測壓力直接轉(zhuǎn)換為各種電量。壓力測量方法（續(xù)）壓力測量方法（續(xù)）115.1.1液體壓力平衡利用液柱對液柱底面產(chǎn)生的靜壓力與被測壓力相平衡的原理，通過液柱高度來反映被測壓力的大小優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，有相當(dāng)高的準(zhǔn)確度，在本專業(yè)中應(yīng)用很廣泛缺點(diǎn)：量程受液柱高度的限制，體積大，玻璃管容易損壞及讀數(shù)不方便5.1壓力的力學(xué)測量方法5.1.1液體壓力平衡5.1壓力的力學(xué)測量方法12基本原理：流體靜力學(xué)原理

一般是采用充有水或水銀等液體的玻璃U形管、單管或斜管進(jìn)行壓力測量的?；驹恚毫黧w靜力學(xué)原理13采用水銀或水為工作液，用U形管或單管進(jìn)行測量，常用于低壓、負(fù)壓或壓力差的檢測被廣泛用于實(shí)驗(yàn)室壓力測量或現(xiàn)場鍋爐煙、風(fēng)道各段壓力、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)各段壓力的測量采用水銀或水為工作液，用U形管或單管進(jìn)行測量，常用于低壓、負(fù)14一、U形管壓力計(jì)△P=P1－P2=ρg(h1+h2)提高工作液密度將增加壓力的測量范圍，但靈敏度要降低。一、U形管壓力計(jì)△P=P1－P2提高工作液密度將增加壓力的測15熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表課件16靜止液體的壓力靜止液體的壓力17流量孔板的壓降流量孔板的壓降18測速管測速管19壓力測量在氣固兩相流中的應(yīng)用壓力測量在氣固兩相流中的應(yīng)用20完整的壓力測量系統(tǒng)完整的壓力測量系統(tǒng)21二、單管壓力計(jì)

由于U形管壓力計(jì)需兩次讀取液面高度，為使用方便，設(shè)計(jì)出一次讀取液面高度的單管壓力計(jì)。二、單管壓力計(jì)由于U形管壓力計(jì)需兩次讀取液22因則故由于D>>d，所以P=ρgh2

因23熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表課件24三、斜管微壓計(jì)

主要用于測量微小壓力、負(fù)壓和壓差，它將單管液柱壓力計(jì)的測量管傾斜放置，這樣可以提高靈敏度，減少讀數(shù)相對誤差。三、斜管微壓計(jì)主要用于測量微小壓力、負(fù)壓和壓25由于L>h，所以斜管壓力計(jì)比單管壓力計(jì)更靈敏，可以提高測量精度L—斜管內(nèi)液柱的長度；α—斜管傾斜角由于L>h，所以斜管壓力計(jì)比單管壓力計(jì)L—斜管內(nèi)液柱的長度；26傾斜角度越小，l越長，測量靈敏度就越高；但不可太小，否則液柱易沖散，讀數(shù)較困難，誤差增大。這種傾斜管液柱式壓力計(jì)可以測量到0.98Pa的微壓。為了進(jìn)一步提高微壓計(jì)的精確度，應(yīng)選用密度小的酒精作為工作液體。

傾斜角度越小，l越長，測量靈敏度就越高；但不可太小，否則液柱27熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表課件285.1.2彈性力平衡方法

用彈性傳感器（又稱彈性元件）組成的壓力測量儀表稱為彈性式壓力計(jì)。彈性元件受壓后產(chǎn)生的形變輸出（力或位移），可以通過傳動機(jī)構(gòu)直接帶動指針指示壓力（或壓差），也可以通過某種電氣元件組成變送器，實(shí)現(xiàn)壓力（或壓差）信號的遠(yuǎn)傳。

5.1.2彈性力平衡方法用彈性傳感器（29基本原理：當(dāng)被測壓力作用于彈性元件時，彈性元件便產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形(即機(jī)械位移)。根據(jù)變形量的大小，可以測得被測壓力的數(shù)值。彈性壓力計(jì)組成框圖基本原理：當(dāng)被測壓力作用于彈性元件時，彈性元件便彈性壓力計(jì)組30

彈性元件在彈性限度內(nèi)受壓后會產(chǎn)生變形，變形大小與被測壓力成正比關(guān)系。常用的有彈簧管、波紋管、薄膜等。同樣壓力下，不同結(jié)構(gòu)、不同材料的彈性元件產(chǎn)生不同的彈性變形。波紋膜片和波紋管多用于微壓和低壓測量；單圈和多圈彈簧管可用于高中低壓或真空度測量。彈性元件在彈性限度內(nèi)受壓后會產(chǎn)生變形，變形大31熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表課件32熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表課件33（1）波紋管

是一種表面有許多同心環(huán)狀波紋的薄壁圓筒。開口端焊接于固定基座上,并將流體通入管內(nèi)，在流體壓力作用下，密封的自由端會產(chǎn)生一定的位移。在彈性范圍內(nèi)，自由端的位移與作用壓力成線性關(guān)系。（1）波紋管34（2）波登管

是橫截面為空心橢圓形或扁圓形的金屬管。當(dāng)管的固定端通入有一定壓力的流體時，管內(nèi)外的壓力差(管外一般為大氣壓力)迫使管截面趨于圓形，這種變形導(dǎo)致波登管封閉的自由端產(chǎn)生線位移或角位移。（2）波登管35（3）彈簧管截面為非圓形（橢圓形或扁圓形），并彎成圓弧狀的空心管子一端為封閉（自由端），一端為開口（固定端）（3）彈簧管36彈簧管壓力計(jì)彈簧管式壓力計(jì)是工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用很廣泛的一種直讀式測壓儀表，以單圈彈簧管結(jié)構(gòu)應(yīng)用最多。其一般結(jié)構(gòu)如右圖所示。

被測壓力彈簧管位移通過拉桿使扇形齒輪偏轉(zhuǎn)嚙合的中心齒輪轉(zhuǎn)動指針同時偏轉(zhuǎn)指示出被測壓力。彈簧管壓力計(jì)結(jié)構(gòu)1-彈簧管；2-連桿；3-扇形齒輪；4-底座；5-中心齒輪；6-游絲；7-表盤；8-指針；9-接頭；10-橫斷面；11-靈敏度調(diào)整槽調(diào)放大比、量程調(diào)隙直接調(diào)零彈簧管壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)放大比、量程調(diào)隙直接調(diào)零37彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格低廉，使用范圍廣，測量范圍寬可測負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓精度有0.5、1.0、1.5、2.5等彈簧管壓力表38熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表課件39（4）彈性壓力計(jì)信號遠(yuǎn)傳方式彈性壓力計(jì)結(jié)構(gòu)上增加轉(zhuǎn)換部件實(shí)現(xiàn)信號的遠(yuǎn)傳。多采用電遠(yuǎn)傳方式，常見的轉(zhuǎn)換方式有電位計(jì)式、霍爾元件式、電感式、差動變壓器式等。

(a)電位器式(b)霍爾元件式彈性壓力計(jì)信號電遠(yuǎn)傳方式原理（4）彈性壓力計(jì)信號遠(yuǎn)傳方式(a)電位器式40（5）力平衡式壓力計(jì)采用反饋力平衡的原理，反饋力的平衡方式可以是彈性力平衡或電磁力平衡等。41（5）力平衡式壓力計(jì)4141彈性力平衡式壓力測量系統(tǒng)的原理示意圖彈性力平衡式壓力測量系統(tǒng)的原理示意圖42彈性式壓力計(jì)的誤差1．遲滯誤差相同壓力下，同一彈性元件正反行程的變形量不一樣，產(chǎn)生遲滯誤差。2．后效誤差彈性元件的變形落后于被測壓力的變化，引起彈性后效誤差。3．間隙誤差儀表的各種活動部件之間有間隙，示值與彈性元件的變形不可能完全對應(yīng)，引起間隙誤差。4．摩擦誤差儀表的活動部件運(yùn)動時，相互間存在摩擦力，產(chǎn)生摩擦誤差。5．溫度誤差環(huán)境溫度的變化會引起金屬材料彈性模量的變化，造成溫度誤差。彈性式壓力計(jì)的誤差1．遲滯誤差相同壓力下，同一彈性元件正43彈性式壓力計(jì)誤差的改善途徑1．用無遲滯誤差或遲滯誤差極小的“全彈性”材料和溫度誤差很小的“恒彈性”材料制造彈性元件。2．采用新的轉(zhuǎn)換技術(shù)，減少或取消中間傳動機(jī)構(gòu)，以減少間隙誤差和磨擦誤差。3．限制彈性元件的位移量，采用無干磨擦的彈性支承或磁懸浮支承等。4．采用合適的制造工藝，使材料的優(yōu)良性能得到充分的發(fā)揮。彈性式壓力計(jì)誤差的改善途徑1．用無遲滯誤差或遲滯誤差極小的44壓力儀表的校驗(yàn)常用的校驗(yàn)儀表是活塞式壓力計(jì)。校驗(yàn)就是將被校壓力表和標(biāo)準(zhǔn)壓力表通以相同壓力，比較它們的指示值，如果被校表對于標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)誤差不大于被校表的最大允許絕對誤差時，則認(rèn)為被校表合格。壓力儀表的校驗(yàn)常用的校驗(yàn)儀表是活塞式壓力計(jì)。校驗(yàn)就是將被校壓451-油杯；2-針閥；3-進(jìn)油閥；4-油缸；5-活塞；6-砝碼；7-托盤；8-聯(lián)接螺母；9-導(dǎo)管；10-手搖油泵；11-水平調(diào)節(jié)螺釘；12-底盤1-油杯；2-針閥；3-進(jìn)油閥；4-油缸；546熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表課件475.2壓力的電學(xué)測量方法壓力量的電測系統(tǒng)1.傳感器；2.測量回路；3.記錄或顯示器5.2壓力的電學(xué)測量方法壓力量的電測系統(tǒng)485.3電阻應(yīng)變式壓力傳感器電阻應(yīng)變測量系統(tǒng)①電阻應(yīng)變計(jì)——傳感元件；②電阻應(yīng)變儀——轉(zhuǎn)換部分，它將構(gòu)件表面的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻值的相對變化，并將應(yīng)變計(jì)電阻的相對變化(以電橋轉(zhuǎn)換的方式)轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號。③記錄儀器——記錄電阻應(yīng)變儀的輸出。5.3電阻應(yīng)變式壓力傳感器電阻應(yīng)變測量系統(tǒng)49應(yīng)變式壓力傳感器工作原理應(yīng)變片是基于應(yīng)變效應(yīng)工作的一種壓力敏感元件，當(dāng)應(yīng)變片受外力作用產(chǎn)生形變時，應(yīng)變片的電阻值也將發(fā)生相應(yīng)變化。應(yīng)變式壓力傳感器是由彈性元件、應(yīng)變片以及相應(yīng)的橋路組成的。應(yīng)變式壓力傳感器工作原理50熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表課件51一根金屬電阻絲,在其未受力時,原始電阻值為R=式中:ρ——電阻絲的電阻率;L——電阻絲的長度;S—電阻絲的截面積。應(yīng)變效應(yīng):導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料沿一定方向受力時,其阻值將發(fā)生變化,這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。工作原理一根金屬電阻絲,在其未受力時,原始電阻值為應(yīng)變52當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時,將伸長ΔL,橫截面積相應(yīng)減小ΔS,電阻率將因晶格發(fā)生變形等因素而改變Δρ,故引起電阻值相對變化量為式中ΔL/L是長度相對變化量,用應(yīng)變ε表示當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時,將伸長ΔL,橫53ΔS/S為圓形電阻絲的截面積相對變化量,即由材料力學(xué)可知,在彈性范圍內(nèi),金屬絲受拉力時,沿軸向伸長,沿徑向縮短,那么軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為式中:μ——電阻絲材料的泊松比,負(fù)號表示應(yīng)變方向相反。ΔS/S為圓形電阻絲的截面積相對變化量,即54通常把單位應(yīng)變能引起的電阻值變化稱為電阻絲的靈敏度系數(shù)。靈敏度系數(shù)受兩個因素影響:①受力后材料幾何尺寸的變化,即（1+2μ）;②受力后材料的電阻率發(fā)生的變化,即（Δρ/ρ）/ε。對金屬材料電阻絲來說,靈敏度系數(shù)表達(dá)式中（1+2μ）的值要比（（Δρ/ρ）/ε）大得多,而半導(dǎo)體材料的（（Δρ/ρ）/ε）項(xiàng)的值比（1+2μ）大得多。大量實(shí)驗(yàn)證明,在電阻絲拉伸極限內(nèi),電阻的相對變化與應(yīng)變成正比,即K為常數(shù)。通常把單位應(yīng)變能引起的電阻值變化稱為電阻絲的靈敏度系數(shù)。55用應(yīng)變片測量應(yīng)變或應(yīng)力時,根據(jù)上述特點(diǎn),在外力作用下,被測對象產(chǎn)生微小機(jī)械變形,應(yīng)變片隨著發(fā)生相同的變化,同時應(yīng)變片電阻值也發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)測得應(yīng)變片電阻值變化量ΔR時,便可得到被測對象的應(yīng)變值。根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系,得到應(yīng)力值σ為

σ=E·ε式中:σ——試件的應(yīng)力;ε——試件的應(yīng)變;E——試件材料的彈性模量。由此可知,應(yīng)力值σ正比于應(yīng)變ε,而試件應(yīng)變ε正比于電阻值的變化,所以應(yīng)力σ正比于電阻值的變化,這就是利用應(yīng)變片測量應(yīng)變的基本原理。用應(yīng)變片測量應(yīng)變或應(yīng)力時,根據(jù)上述特點(diǎn),56電阻應(yīng)變計(jì)測量特點(diǎn)①測量方法簡單，價格低廉；②靈敏度高，測量應(yīng)變的靈敏度可達(dá)l微應(yīng)變，即等于10-6～mm／mm，準(zhǔn)確度可達(dá)1％～2％；③頻率響應(yīng)好，可測量0～500000Hz的動態(tài)應(yīng)變,慣性極??；④測量應(yīng)變范圍大，量程寬；⑤可在高溫(800～1000℃)低溫(-100～-270℃)高壓液(高達(dá)上萬個大氣壓)、高速旋轉(zhuǎn)(幾千轉(zhuǎn)～幾萬轉(zhuǎn)／分)強(qiáng)磁場、核幅射等特殊條件下進(jìn)行測量。⑥輸出為電信號?？蛇h(yuǎn)距離傳輸信號或用計(jì)算機(jī)控制，也可用無線電發(fā)報方式進(jìn)行遙測。⑦用電阻應(yīng)變計(jì)作為傳感元件可制成各種傳感器。用于測量力、壓強(qiáng)、扭矩、加速度等物理量，應(yīng)用廣泛，應(yīng)用于傳感器的精度可達(dá)0.05％—1％。電阻應(yīng)變式壓力傳感器就是眾多電阻應(yīng)變計(jì)中的一種。電阻應(yīng)變計(jì)測量特點(diǎn)①測量方法簡單，價格低廉；57應(yīng)變式壓力變換的類形(1)．直接粘貼式變換應(yīng)變片直接粘貼在彈性元件上，反映彈性元件的變形。

圖3-21應(yīng)變式壓力變換的類形圖3-2158(2)．組合式變換電阻應(yīng)變片不直接貼在彈性元件上，而是貼在由彈性元件所帶動的彈性懸臂梁上。由彈性元件感受壓力。(2)．組合式變換59電阻應(yīng)變式壓力傳感器（1）結(jié)構(gòu)原理壓力使彈性敏感元件變形，導(dǎo)致敏感元件的電阻發(fā)生變化。通過電橋記錄電信號的變化，達(dá)到測壓的目的。分為粘貼式與非粘貼式兩種；特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，量程寬，應(yīng)用特殊場合。輸出信號小，對環(huán)境溫度反應(yīng)靈敏。電阻應(yīng)變式壓力傳感器（1）結(jié)構(gòu)原理60電阻應(yīng)變片的種類金屬應(yīng)變片組成金屬電阻應(yīng)變片半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片敏感柵、基片、覆蓋層和引線等部分敏感柵是應(yīng)變片的核心部分,它粘貼在絕緣的基片上,其上再粘貼起保護(hù)作用的覆蓋層,兩端焊接引出導(dǎo)線。金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵有絲式、箔式和薄膜式三種。電阻應(yīng)變片的種類金屬應(yīng)變片組成金屬電阻應(yīng)變片半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片61金屬應(yīng)變片式傳感器的核心元件是金屬應(yīng)變片，它可將試件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成電阻變化。

電阻絲應(yīng)變片是用直徑為0.02～0.04mm具有高電阻率的電阻絲制成的。為了獲得高的阻值，將電阻絲排列成柵網(wǎng)狀，稱為敏感柵，并粘貼在絕緣的基片上，電阻絲的兩端焊接引線。敏感柵上面粘貼有保護(hù)用的覆蓋層。金屬應(yīng)變片式傳感器的核心元件是金屬應(yīng)變片，它可將試件上的62熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表課件63(a)絲式(b)箔式(c)半導(dǎo)體1敏感柵2基底3引線4蓋層5粘結(jié)劑6電極(a)絲式(b)箔式(c)半導(dǎo)體1敏感柵64(1)敏感柵應(yīng)變計(jì)中實(shí)現(xiàn)應(yīng)變-電阻轉(zhuǎn)換的敏感元件。它通常由直徑為0.015～0.05mm的金屬絲繞成柵狀，或用金屬箔腐蝕成柵狀。圖中l(wèi)表示柵長，b表示柵寬。其電阻值一般在100Ω以上。(2)基底為保持敏感柵固定的形狀、尺寸和位置，通常用粘結(jié)劑將其固結(jié)在紙質(zhì)或膠質(zhì)的基底上。應(yīng)變計(jì)工作時，基底起著把試件應(yīng)變準(zhǔn)確地傳遞給敏感柵的作用。為此，基底必須很薄，一般為0.02～0.04mm。有用專門的薄紙制成的基片稱為紙基。有用粘結(jié)劑和有機(jī)樹脂薄膜制成的膠基。(1)敏感柵應(yīng)變計(jì)中實(shí)現(xiàn)應(yīng)變-電阻轉(zhuǎn)換的敏感元件。它通常65(3)引線它起著敏感柵與測量電路之間的過渡連接和引導(dǎo)作用。通常取直徑約0.1～0.15mm的低阻鍍錫銅線，并用釬焊與敏感柵端連接。(4)蓋層用紙、膠作成覆蓋在敏感柵上的保護(hù)層；起著防潮、防蝕、防損等作用。(5)粘結(jié)劑在制造應(yīng)變計(jì)時，用它分別把蓋層和敏感柵固結(jié)于基底；在使用應(yīng)變計(jì)時，用它把應(yīng)變計(jì)基底再粘貼在試件表面的被測部位。因此它也起著傳遞應(yīng)變的作用。(3)引線它起著敏感柵與測量電路之間的過渡連接和引導(dǎo)作用66金屬絲式應(yīng)變片有回線式和短接式二種，如圖所示?；鼐€式最為常用，制作簡單，性能穩(wěn)定，成本低，易粘貼，但其應(yīng)變橫向效應(yīng)較大。短接式應(yīng)變片兩端用直徑比柵線直徑大5～10倍的鍍銀絲短接。優(yōu)點(diǎn)是克服了橫向效應(yīng)，但制造工藝復(fù)雜。常用材料：康銅、鎳鉻鋁合金、鐵鉻鋁合金以及鉑、鉑烏合金等。金屬絲式應(yīng)變片有回線式和短接式二種，如圖所示。67熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表課件68電阻應(yīng)變效應(yīng)：當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時 其電阻值將發(fā)生變化F

Δl、ΔA、ΔρΔR金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)電阻應(yīng)變效應(yīng)：當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時F69電阻絲應(yīng)變效應(yīng)ε—材料的縱向應(yīng)變，即單位長度上的伸長量。μ—橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值，稱“泊松比”電阻絲應(yīng)變效應(yīng)ε—材料的縱向應(yīng)變，即單位長度上的伸長量。70高靈敏度系數(shù)電阻絲材料的要求①靈敏系數(shù)k0盡量大，以使變換器的輸出大。②靈敏系數(shù)k0在盡可能大的應(yīng)變范圍內(nèi)是常數(shù)，即電阻變化與應(yīng)變成線性關(guān)系.③具有足夠的熱穩(wěn)定性，電阻溫度系數(shù)要小，以減少溫度變化引起電阻變化所產(chǎn)生的誤差。④電阻率高。當(dāng)要求應(yīng)變片具有一定的電阻值時，使得線材的長度短，絲柵的尺寸小。⑤具有優(yōu)良的加工與焊接性能。高靈敏度系數(shù)電阻絲材料的要求①靈敏系數(shù)k0盡量大，以使變換器71金屬箔式應(yīng)變片加工制作它是利用照相制版或光刻技術(shù)將厚約0.003～0.01mm的金屬箔片制成所需圖形的敏感柵，也稱為應(yīng)變花。如圖。金屬箔式應(yīng)變片加工制作它是利用照相制版或光刻技術(shù)將厚約072優(yōu)點(diǎn)：①可制成多種復(fù)雜形狀尺寸準(zhǔn)確的敏感柵，其柵長l可做到0.2mm，以適應(yīng)不同的測量要求；②與被測件粘貼結(jié)面積大；③散熱條件好，允許電流大，提高了輸出靈敏度；④橫向效應(yīng)小。⑤蠕變和機(jī)械滯后小，疲勞壽命長優(yōu)點(diǎn)：73金屬薄膜應(yīng)變片它是薄膜技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法在薄的絕緣基片上形成厚度在0.1μm以下的金屬電阻材料薄膜的敏感柵，最后再加上保護(hù)層。優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)變靈敏系數(shù)大，允許電流密度大，工作范圍廣，可達(dá)－197～317℃缺點(diǎn)：難于控制電阻與溫度和時間的變化關(guān)系。金屬薄膜應(yīng)變片它是薄膜技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。采用真空蒸發(fā)或真74(1)準(zhǔn)備：①試件——在粘貼部位的表面，用砂布在與軸向成45°的方向交叉打磨至Ra為6.3μm→清洗凈打磨面→劃線，確定貼片坐標(biāo)線→均勻涂一薄層粘結(jié)劑作底；②應(yīng)變計(jì)——外表和阻值檢查→刻劃軸向標(biāo)記→清洗。(2)涂膠：在準(zhǔn)備好的試件表面和應(yīng)變計(jì)基底上均勻涂一薄層粘結(jié)劑。(1)準(zhǔn)備：75(3)貼片：將涂好膠的應(yīng)變計(jì)與試件，按坐標(biāo)線對準(zhǔn)貼上→用手指順軸向滾壓，去除氣泡和多余膠液→按固化條件固化處理。(4)復(fù)查：①貼片偏差應(yīng)在許可范圍內(nèi)；②阻值變化應(yīng)在測量儀器預(yù)調(diào)平范圍內(nèi)；③引線和試件間的絕緣電阻應(yīng)大于200MΩ。(3)貼片：765)接線：根據(jù)工作條件選擇好導(dǎo)線，然后通過中介接線片(柱)把應(yīng)變計(jì)引線和導(dǎo)線焊接，并加以固定。6)防護(hù)：在安裝好的應(yīng)變計(jì)和引線上涂以中性凡士林油、石蠟(短期防潮)；或石蠟—松香—黃油的混合劑(長期防潮)；或環(huán)氧樹脂、氯丁橡膠、清漆等(防機(jī)械劃傷)作防護(hù)用，以保證應(yīng)變計(jì)工作性能穩(wěn)定可靠。5)接線：77熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表課件78金屬電阻應(yīng)變片的典型結(jié)構(gòu)箔式應(yīng)變片金屬電阻應(yīng)變片的典型結(jié)構(gòu)箔式應(yīng)變片79電阻應(yīng)變片的工作特性1.應(yīng)變片靈敏度系數(shù)影響因素：電阻絲靈敏度系數(shù)、敏感柵尺寸、形狀、粘結(jié)劑、基底、應(yīng)變計(jì)粘貼位置及方向2.應(yīng)變片的溫度特性

溫度變化

電阻絲與試件的線膨脹系數(shù)變化電阻應(yīng)變片的工作特性1.應(yīng)變片靈敏度系數(shù)80電阻應(yīng)變式壓力傳感器（2）電阻應(yīng)變片的溫度效應(yīng)：由溫度變化引起的電阻變化；溫度補(bǔ)償方法：自補(bǔ)償法；橋路補(bǔ)償法：在電橋中加入補(bǔ)償片，補(bǔ)償溫度變化引起的電阻偏差。電阻應(yīng)變式壓力傳感器結(jié)構(gòu)懸鏈膜-應(yīng)變管式張絲式在火電廠的應(yīng)用稱重式給煤機(jī)汽車衡電阻應(yīng)變式壓力傳感器（2）電阻應(yīng)變片的溫度效應(yīng)：81橋路補(bǔ)償法橋路補(bǔ)償法82應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用一應(yīng)變式力傳感器柱（筒）式力傳感器應(yīng)變片接線要求：應(yīng)變片粘貼在彈性體外壁應(yīng)力分布均勻的中間部分，對稱粘貼多片。應(yīng)變片粘貼要求：采用電橋連接方式，橫向粘貼的應(yīng)變片起溫度補(bǔ)償?shù)淖饔?。作為各種電子秤與材料試驗(yàn)機(jī)的測力元件、發(fā)動機(jī)的推力測試、水壩壩體承載狀況監(jiān)測應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用一應(yīng)變式力傳感器柱（筒）式力傳感器應(yīng)變片接83荷重傳感器原理演示荷重傳感器上的應(yīng)變片在重力作用下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長。

荷重傳感器原理演示荷重傳感器84R1R2R3R4R5R6R7R8U0R1R3R5R7R4R2R8R6～U柱面展開圖電橋連線圖R1R2R3R4R5R6R7R8U0R1R3R5R7R4R285環(huán)式力傳感器R1R2hABFR環(huán)式傳感器結(jié)構(gòu)圖αα=39.5oMAB應(yīng)力分布圖R2應(yīng)變片所在的位置應(yīng)力為零，故R2應(yīng)變片起溫度補(bǔ)償作用。環(huán)式力傳感器R1R2hABFR環(huán)式傳感器結(jié)構(gòu)圖αα=39.586XRhPεtεr應(yīng)變變化圖εtεrR1R4R3R2應(yīng)變片粘貼應(yīng)變式壓力傳感器R1R4切向粘貼，R2R3在邊緣處徑向粘貼構(gòu)成全橋電路二主要用來測量流動介質(zhì)的動態(tài)和靜態(tài)壓力，如動力管道設(shè)備的進(jìn)出口氣體或液體的壓力、發(fā)動機(jī)內(nèi)部的壓力、槍管及炮管內(nèi)部的壓力、內(nèi)燃機(jī)管道的壓力等。XRhPεtεr應(yīng)變變化圖εtεrR1R4R3R2應(yīng)變片粘貼87膜片式壓力傳感器R1R4切向粘貼，R2R3在邊緣處徑向粘貼構(gòu)成全橋電路測量流動介質(zhì)的動態(tài)和靜態(tài)壓力，如動力管道設(shè)備的進(jìn)出口氣體或液體的壓力、發(fā)動機(jī)內(nèi)部的壓力、槍管及炮管內(nèi)部的壓力、內(nèi)燃機(jī)管道的壓力膜片式壓力傳感器R1R4切向粘貼，R2R3在邊緣處徑向粘貼88微壓傳感器電阻應(yīng)變片傳壓桿h感壓膜可以測量容器內(nèi)儲存的溶液重量及液位。微壓傳感器電阻應(yīng)變片傳壓桿h感壓膜可以測量容器內(nèi)儲存89應(yīng)變式容器內(nèi)液體重量傳感器三微壓傳感器電阻應(yīng)變片傳壓桿h感壓膜應(yīng)變式容器內(nèi)液體重量傳感器三微壓傳感器電阻應(yīng)變片傳壓桿h感壓90液位傳感器式中A1、A2——傳感器的傳輸系數(shù)；g——重力加速度(m/s2)；ρ——被測溶液的密度(Kg/m3)。溶液重量式中Q——容器內(nèi)感壓膜上面溶液的重量(N)；D——柱形容器的截面積(m2)。液位傳感器式中A1、A2——傳感器的傳輸系數(shù)；溶液重91投入式液位計(jì)壓阻式固態(tài)壓力傳感器用于投入式液位計(jì)：p1的進(jìn)氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導(dǎo)壓力而與液體相通。

投入式液位計(jì)壓阻式固態(tài)壓力傳感器用于投入式液位92投入式液位計(jì)外形（續(xù)）壓阻式固態(tài)壓力傳感器光柱顯示器

橡膠背壓管

投入式液位計(jì)外形（續(xù)）壓阻式光柱橡膠93投入式液位傳感器

投入式液位傳感器安裝方便，適應(yīng)于深度為幾米至幾十米，且混有大量污物、雜質(zhì)的水或其他液體的液位測量。

投入式液位傳感器

投入式液位傳感器安裝方便，適94應(yīng)變式加速度傳感器四工作原理：物體運(yùn)動的加速度與作用在它上面的力成正比，與物體的質(zhì)量成反。殼體內(nèi)充滿硅油調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)應(yīng)變式加速度傳感器四工作原理：物體運(yùn)動的加速度與作用在它上面95測量時，將傳感器殼體與被測對象剛性連接，當(dāng)被測物體以加速度a運(yùn)動時，質(zhì)量塊受到一個與加速度方向相反的慣性力作用，使懸臂梁變形，其上應(yīng)變片發(fā)生形變，阻值變化，電橋不在平衡改變輸出電壓，即可測出加速度a。測量原理不適用于頻率較高的振動和沖擊場合，頻率為10～60Hz范圍。注意事項(xiàng)測量時，將傳感器殼體與被測對象剛性連接，當(dāng)被測物體以加速度96汽車衡汽車衡97汽車衡（以下參考北京遠(yuǎn)亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料）汽車衡（以下參考北京遠(yuǎn)亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料）98汽車衡汽車衡汽車衡汽車衡99汽車衡稱重系統(tǒng)汽車衡稱重系統(tǒng)100稱重式皮帶給煤機(jī)稱重式皮帶給煤機(jī)1011為電磁振動給料機(jī)；2物料；3秤架；4力敏荷重傳感器5支點(diǎn)；6減速電機(jī)；7環(huán)行皮帶；8料倉。1為電磁振動給料機(jī)；2物料；3秤架；102通過放大器將測得的毫伏信號放大，再送入調(diào)節(jié)器，與物料流量給定值進(jìn)行比較后，通過控制裝置去自動調(diào)節(jié)給料機(jī)的給料量。當(dāng)實(shí)測流量低時，調(diào)節(jié)器使給料機(jī)增加給料量，直至實(shí)際流量與給定流量相等，調(diào)節(jié)器就保持不變，反之亦然。依次循環(huán)，達(dá)到物料連續(xù)計(jì)量與自動調(diào)節(jié)給料量的目的。通過放大器將測得的毫伏信號放大，再送入調(diào)節(jié)器，103應(yīng)變式力傳感器

應(yīng)變式力傳感器

應(yīng)變式力傳感器應(yīng)變式力傳感器104各種懸臂梁

各種懸臂梁105各種懸臂梁

FF固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜各種懸臂梁FF固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜106應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及變形應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及變形107應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置FR1R2R4應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置FR1R2R4108應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF109應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF110電子秤

磅秤超市打印秤遠(yuǎn)距離顯示電子秤磅秤超市打印秤遠(yuǎn)距離顯示111電子天平電子天平的精度可達(dá)十萬分之一電子天平電子天平的精度可達(dá)十萬分之一112人體秤

人體秤113吊鉤秤

便攜式吊鉤秤便攜式114應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程2~500N.m，耗電量≤10mA，有公制/英制單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動斷電等功能。應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、115壓阻式固態(tài)壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)信號處理電路壓阻式固態(tài)壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)信號116小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器高壓進(jìn)氣口低壓進(jìn)氣口絕對壓力傳感器小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器高壓進(jìn)氣口低壓進(jìn)氣口絕對壓力傳感器117小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）呼吸、透析和注射泵設(shè)備中用的壓力傳感器p1進(jìn)氣管p2進(jìn)氣管固態(tài)壓力傳感器小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）呼吸、透析和注射泵設(shè)備中用的壓118小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）表壓壓力傳感器p1進(jìn)氣管小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）表壓壓力傳感器p1進(jìn)氣管119材料應(yīng)變的測量斜拉橋上的斜拉繩應(yīng)變測試

材料應(yīng)變的測量斜拉橋上的斜拉繩應(yīng)變測試120熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表課件1215.4壓阻式壓力傳感器壓阻元件是基于壓阻效應(yīng)工作的一種壓力敏感元件，它指在半導(dǎo)體材料的基片上用基成電路工藝制成的擴(kuò)散電阻，當(dāng)它受外力作用時，其阻值由于電阻率的變化而改變。擴(kuò)散電阻正常工作需依附彈性元件，常用的是單晶體硅膜片。5.4壓阻式壓力傳感器122電阻的靈敏系數(shù)對于半徑為r的圓導(dǎo)體，A=πr2，ΔA/A=2Δr/r又由材料力學(xué)可知，在彈性范圍內(nèi)，

ε為導(dǎo)體的縱向應(yīng)變，其數(shù)值一般很小，常以微應(yīng)變度量；μ為電阻絲材料的泊松比，橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值，稱“泊松比”一般金屬μ=0.3~0.5；λ為壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)；σ為應(yīng)力值；E為材料的彈性模量；電阻的靈敏系數(shù)對于半徑為r的圓導(dǎo)體，A=πr2，ΔA/A=2123金屬電阻的靈敏系數(shù)材料的幾何尺寸變化引起的材料的電阻率ρ隨應(yīng)變引起的（壓阻效應(yīng)）金屬材料：k0以前者為主，則k0≈1+2μ=1.7~3.6半導(dǎo)體：k0值主要是由電阻率相對變化所決定金屬電阻的靈敏系數(shù)材料的幾何尺寸變化引起的金屬材料：k0以前124壓阻式壓力傳感器的測量特點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)簡單，可微型化。有效面積的直徑僅有零點(diǎn)幾毫米或更?。?2)精度高。實(shí)際精度可達(dá)0.1％--0.05％，最高可達(dá)0.01％?？煽啃愿?，廣泛用于宇航和航空工業(yè)中；(3)頻率響應(yīng)高。傳感器本身的固有頻率高，可達(dá)50---1500kHz。因此可以測幾千赫～幾十千赫以上的脈動壓力；(4)靈敏度高，其靈敏度系數(shù)比金屬絲應(yīng)變式壓力傳感器高50---100倍。分辨力高，可測僅有1--2mm水柱的微壓；(5)輸出電平大，可達(dá)200mV左右，有時可不加放大器直接測量其輸出信號。壓阻式壓力傳感器的測量特點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)簡單，可微型化。有效面125壓阻式壓力傳感器測量的主要缺點(diǎn)壓阻式壓力傳感器在測量中存在著測量較大應(yīng)變時，存在非線性較嚴(yán)重及電阻和靈敏度系數(shù)的溫度穩(wěn)定性差的不足，因此必須找到有效、可靠的溫度補(bǔ)償措施。壓阻式壓力傳感器測量的主要缺點(diǎn)壓阻式壓力傳感器在測量中存在126熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表課件127熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表課件128r＝0，εr、εt達(dá)最大值r=0.58r0，εr=0r=r0，εr達(dá)負(fù)的最大值r=r0，εt=0r＝0，εr、εt達(dá)最大值r=0.58r0，r=r0，εr達(dá)129壓阻式壓力傳感器輸出壓阻式壓力傳感器輸出1305.5電感式壓力傳感器單繞組電感變換器5.5電感式壓力傳感器單繞組電感變換器131差動式電感傳感器為了克服單繞組電感傳感器的缺陷，設(shè)計(jì)了差動式電感傳感器。即用兩只幾何尺寸完全相同、導(dǎo)磁體材料相同、上下線圈的電氣參數(shù)即線圈銅電阻，電感、匝數(shù)完全一致的單繞組電感傳感器組成。長處：靈敏度高，精度高；輸出信號大，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，壽命長。不足之處：因溫度影響造成測量誤差較大。不適合高頻脈動壓力的測量，常用于準(zhǔn)動態(tài)、頻率較低的壓力測量。差動式電感傳感器為了克服單繞組電感傳感器的缺陷，設(shè)計(jì)了差動式132電動差壓變送器電動差壓變送器133差壓變送器差壓變送器1345.6壓電式壓力傳感器一、壓電式壓力傳感器概述壓電效應(yīng)原理：壓電材料受壓時會在其表面產(chǎn)生電荷，其電荷量與所受的壓力成正比。壓電材料：單晶體、多晶體特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，小巧輕便，工作可靠，線性度好，頻率響應(yīng)高，量程范圍廣5.6壓電式壓力傳感器一、壓電式壓力傳感器概述135壓電?壓電式傳感器是以某些晶體受力后在其表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換原理的傳感器。

可測量能變換為力的各種物理量。壓電器件受力、表面形變電荷壓電?壓電式傳感器是以某些晶體受力后在其136壓電效應(yīng)分類順壓電效應(yīng)——將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象(加力變形產(chǎn)生電荷)逆壓電效應(yīng)——電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的現(xiàn)象。(施加電場電介質(zhì)產(chǎn)生變形應(yīng)力)壓電介質(zhì)正壓電效應(yīng)Q(E)電能T(S)機(jī)械能逆壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)分類順壓電效應(yīng)——將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象(加力137(1)壓電效應(yīng)(正壓電效應(yīng)）

電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力

產(chǎn)生變形

外力去掉，回到不帶電狀態(tài)

內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，表面產(chǎn)生電荷

壓電效應(yīng)動畫演示(1)壓電效應(yīng)(正壓電效應(yīng)）電介質(zhì)在沿一定方向上138當(dāng)對壓電材料施以物理壓力時，材料體內(nèi)之電偶極矩會因壓縮而變短，此時壓電材料為抵抗這變化會在材料相對的表面上產(chǎn)生等量正負(fù)電荷，以保持原狀。這種由于形變而產(chǎn)生電極化的現(xiàn)象稱為“正壓電效應(yīng)”。正壓電效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過程。

其中，為晶體的電極化率，單位是，

為壓電常數(shù)，單位是,為應(yīng)力，單位是。當(dāng)對壓電材料施以物理壓力時，材料體內(nèi)之電偶極矩會因壓縮而變短139未極化前：不具壓電性撤銷外電場加外電場E極化現(xiàn)象的理解：未極化前：不具壓電性撤銷外電場加外電場E極化現(xiàn)象的理解：140(2)逆壓電效應(yīng)極化方向上施加交變電場

產(chǎn)生機(jī)械變形

去外加電場，變形消失

逆壓電效應(yīng)動畫演示(2)逆壓電效應(yīng)極化方向上施加交變電場產(chǎn)生機(jī)械變形141可以證明，正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)中的系數(shù)是相等的，且具有正壓電效應(yīng)的材料必然具有逆壓電效應(yīng)。當(dāng)在壓電材料表面施加電場（電壓），因電場作用時電偶極矩會被拉長，壓電材料為抵抗變化，會沿電場方向伸長。這種通過電場作用而產(chǎn)生機(jī)械形變的過程稱為“逆壓電效應(yīng)”。逆壓電效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程。

其中，S為晶體的楊氏模量，dt為壓電常數(shù)，單位是，E為電場強(qiáng)度適量，單位是?？梢宰C明，正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)中的系數(shù)是相等的，且具有正壓142（1）壓電晶體石英晶體外形圖壓電晶體是一種單晶體。例如：石英晶體；酒石酸鉀鈉等

二、壓電材料1、常見壓電材料（1）壓電晶體石英晶體外形圖壓電晶體是一種單晶體。143天然形成的石英晶體外形圖換能器天然形成的石英晶體外形圖換能器144石英晶體一種天然晶體，壓電系數(shù)d11＝2.31×10－12C/N；莫氏硬度為7、熔點(diǎn)為1750℃、膨脹系數(shù)僅為鋼的1/30。優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換效率和轉(zhuǎn)換精度高、線性范圍寬、重復(fù)性好、固有頻率高、動態(tài)特性好、工作溫度高達(dá)550℃（壓電系數(shù)不隨溫度而改變）、工作濕度高達(dá)100%、穩(wěn)定性好。石英晶體一種天然晶體，壓電系數(shù)d11＝2.31×10－12C145石英晶體的壓電效應(yīng)X軸：電軸或1軸；Y軸：機(jī)械軸或2軸；Z軸：光軸或3軸?！翱v向壓電效應(yīng)”：沿電軸（X軸）方向的力作用下產(chǎn)生電荷“橫向壓電效應(yīng)”：沿機(jī)械軸（Y軸）方向的力作用下產(chǎn)生電荷在光軸（Z軸）方向時則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。石英晶體的壓電效應(yīng)X軸：電軸或1軸；“縱向壓電效應(yīng)”：沿146切片上電荷的符號與受力方向的關(guān)系圖（a）是在X軸方向受壓力，圖（b）是在X軸方向受拉力，圖（c）是在Y軸方向受壓力，圖（d）是在Y軸方向受拉力。切片上電荷的符號與受力方向的關(guān)系圖（a）是在X軸方向受壓力147石英晶體的壓電效應(yīng)（a）正負(fù)電荷是互相平衡的，所以外部沒有帶電現(xiàn)象。（b）在X軸方向壓縮，表面A上呈現(xiàn)負(fù)電荷、B表面呈現(xiàn)正電荷。（c）沿Y軸方向壓縮，在A和B表面上分別呈現(xiàn)正電荷和負(fù)電荷石英晶體的壓電效應(yīng)（a）正負(fù)電荷是互相平衡的，所以外部沒有148（2）壓電陶瓷壓電陶瓷是一種人工制造的多晶體。例如：鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、鈮酸鍶等

壓電陶瓷外形圖（2）壓電陶瓷壓電陶瓷是一種人工制造的多晶體。壓電陶瓷149壓電陶瓷的壓電效應(yīng)人工制造的多晶體，壓電機(jī)理與壓電晶體不同。壓電陶瓷的極化壓電陶瓷的壓電效應(yīng)人工制造的多晶體，壓電機(jī)理與壓電晶體不150陶瓷片極化壓電陶瓷片內(nèi)束縛電荷與電極上吸附的自由電荷示意圖自由電荷與陶瓷片內(nèi)的束縛電荷符號相反而數(shù)值相等，它起著屏蔽和抵消陶瓷片內(nèi)極化強(qiáng)度對外的作用，因此陶瓷片對外不表現(xiàn)極性。陶瓷片極化壓電陶瓷片內(nèi)束縛電荷與電極上吸附的自由電荷示意圖151壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)壓電陶瓷片上加上一個與極化反向平行的外力，陶瓷片將產(chǎn)生壓縮變形，原來吸附在極板上的自由電荷，一部分被釋放而出現(xiàn)放電現(xiàn)象。 當(dāng)壓力撤消后，陶瓷片恢復(fù)原狀，片內(nèi)的正、負(fù)電荷之間的距離變大，極化強(qiáng)度也變大，因此電極上又吸附部分自由電荷而出現(xiàn)充電現(xiàn)象。放電電荷的多少與外力的大小成比例關(guān)系

Q——電荷量；d33——壓電陶瓷的壓電系數(shù)；F——作用力。壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)壓電陶瓷片上加上一個與極化反向平行的外152常見壓電陶瓷（1）鈦酸鋇（BaTiO3）壓電陶瓷 具有較高的壓電系數(shù)和介電常數(shù)，機(jī)械強(qiáng)度不如石英。（2）鋯鈦酸鉛Pb（Zr·Ti）O3系壓電陶瓷（PZT） 壓電系數(shù)較高，各項(xiàng)機(jī)電參數(shù)隨溫度、時間等外界條件的變化小，在鋯鈦酸鉛的基方中添加一兩種微量元素，可以獲得不同性能的PZT材料。（3）鈮鎂酸鉛Pb(MgNb)O3-PbTiO3-PbZrO3壓電陶瓷（PMN） 具有較高的壓電系數(shù)，在壓力大至700kg/cm2仍能繼續(xù)工作，可作為高溫下的力傳感器。常見壓電陶瓷（1）鈦酸鋇（BaTiO3）壓電陶瓷153熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表課件154高分子壓電材料外形圖（3）有機(jī)壓電材料有機(jī)壓電材料屬于新一代的壓電材料。主要有壓電半導(dǎo)體和高分子壓電材料。

高分子壓電材料外形圖（3）有機(jī)壓電材料有機(jī)壓電材1552、壓電材料的主要特性指標(biāo)壓電常數(shù)彈性常數(shù)（剛度）介電常數(shù)機(jī)電耦合系數(shù)電阻居里點(diǎn)→壓電效應(yīng)強(qiáng)弱：靈敏度→固有頻率、動態(tài)特性

→固有電容、頻率下限

→機(jī)電轉(zhuǎn)換效率→泄漏電荷、改善低頻特性

→喪失壓電性的溫度2、壓電材料的主要特性指標(biāo)壓電常數(shù)彈性常數(shù)（剛度）介1563、選擇壓電材料的原則具有較大的壓電常數(shù)壓電元件機(jī)械強(qiáng)度高、剛度大并具有較高固有振動頻率。具有高的電阻率和較大的介電常數(shù)，以期減少電荷的泄露以及外部分布電容的影響，獲得良好的低頻特性。具有較高的居里點(diǎn)。（壓電性能破壞時的溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)）壓電材料的壓電特性不隨時間蛻變，有較好時間穩(wěn)定性。3、選擇壓電材料的原則具有較大的壓電常數(shù)157熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表課件158(a)等效為一個電荷源Q與一個電容Ca并聯(lián)的電路(b)等效成一個電源U=Q/Ca和一個電容Ca的串聯(lián)電路三、壓電式壓力傳感器工作原理(a)等效為一個電荷源Q與一個電容Ca并聯(lián)的電路三、壓電式159壓電式壓力傳感器測量原理壓電式壓力傳感器測量原理160壓電式壓力傳感器測量要求壓電傳感器的晶體可以看成為一個產(chǎn)生電荷的高內(nèi)阻發(fā)電元件，它把壓力的作用變換為電荷量。由于壓電元件的內(nèi)阻很高且輸出信號微弱，一般不能直接記錄和顯示。顯然不能用一般的低輸入阻抗儀表來進(jìn)行測量，否則，壓電晶片上的電荷就要通過測量電路的低輸入阻抗泄漏掉。只有當(dāng)測量電路的輸入阻抗較高，快速測量被測參數(shù)的變化，所測得的結(jié)果才接近電荷的實(shí)際變化。壓電式壓力傳感器測量要求壓電傳感器的晶體可以看成為一個產(chǎn)生電161組成：測量線路的組成包括前置放大器、輸出信號電纜要求：1.實(shí)現(xiàn)阻抗變換，將壓電晶片的高輸出阻抗變換成低輸出阻抗；2.將微弱的輸出信號實(shí)現(xiàn)放大。四、壓電式傳感器的測量電路四、壓電式傳感器的測量電路162壓電元件常用連接形式在實(shí)際使用中，如僅用單片壓電元件工作的話，要產(chǎn)生足夠的表面電荷就要很大的作用力，因此一般采用兩片或兩片以上壓電元件組合在一起使用。由于壓電元件是有極性的，因此連接方法有兩種：并聯(lián)連接和串聯(lián)連接。壓電元件常用連接形式163(a)(b)(a)(b)164（1）并聯(lián)：（2）串聯(lián)：（1）“并聯(lián)”，Q’=2Q，U’=U，C’=2C并聯(lián)接法輸出電荷大，本身電容大，時間常數(shù)大，適宜用在測量慢變信號并且以電荷作為輸出量的地方，（2）“串聯(lián)”Q’=Q，U’=2U，C’=C/2而串聯(lián)接法輸出電壓大，本身電容小。適宜用于以電壓作輸出信號，且測量電路輸入阻抗很高的地方。（1）并聯(lián)：（2）串聯(lián)：（1）“并聯(lián)”，Q’=2Q，165圖上從電路上看，這是并聯(lián)接法，類似兩個電容的并聯(lián)。所以，外力作用下正負(fù)電極上的電荷量增加了1倍，電容量也增加了1倍，輸出電壓與單片時相同。圖下從電路上看是串聯(lián)的，兩壓電片中間粘接處正負(fù)電荷中和，上、下極板的電荷量與單片時相同，總電容量為單片的一半，輸出電壓增大了1倍。

圖上從電路上看，這是并聯(lián)接法，類似兩個電容的并聯(lián)。所以166壓電式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路 壓電式傳感器要求負(fù)載電阻RL必須有很大的數(shù)值，才能使測量誤差小到一定數(shù)值以內(nèi)。 因此常先接入一個高輸入阻抗的前置放大器，然后再接一般的放大電路及其它電路。

測量電路關(guān)鍵在高阻抗的前置放大器。前置放大器兩個作用:把壓電式傳感器的微弱信號放大；把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出。壓電式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路 壓電式傳感器要求負(fù)載電阻RL必須167壓電傳感器在實(shí)際測量系統(tǒng)中的等效電路壓電傳感器在實(shí)際測量系統(tǒng)中的等效電路168（1）電壓放大器Ca：傳感器的電容Ra：傳感器的漏電阻Cc：連接電纜的等效電容Ri：放大器的輸入電阻Ci：放大器的輸入電容（1）電壓放大器Ca：傳感器的電容169前置放大器輸入電壓壓電元件的力F=Fmsinωt壓電元件的壓電系數(shù)為d11，產(chǎn)生的電荷為Q=d11·F。輸入電壓的幅值當(dāng)作用力是靜態(tài)力（ω=0）時，前置放大器的輸入電壓為零。原理上決定了壓電式傳感器不能測量靜態(tài)物理量。壓電式傳感器突出優(yōu)點(diǎn)：高頻響應(yīng)相當(dāng)好。前置放大器輸入電壓壓電元件的力F=Fmsinωt輸入電壓170①壓電式壓力傳感器不能測靜態(tài)力②壓電式壓力傳感器時間常數(shù)一定，傳感器的高頻響應(yīng)好。③測量低頻動態(tài)壓力，應(yīng)增大壓電式壓力傳感器的時間常數(shù)④壓電式壓力傳感器的時間常數(shù)τ與壓電式壓力傳感器的靈敏度ku的關(guān)系(C↑—τ↑但ku

↓）①壓電式壓力傳感器不能測靜態(tài)力171傳感器的低頻響應(yīng)范圍如果被測物理量是緩慢變化的動態(tài)量，而測量回路的時間常數(shù)又不大，則造成傳感器靈敏度下降。因此為了擴(kuò)大傳感器的低頻響應(yīng)范圍，就必須盡量提高回路的時間常數(shù)。但這不能靠增加測量回路的電容量來提高時間常數(shù)，因?yàn)閭鞲衅鞯碾妷红`敏度與電容成反比的，切實(shí)可行的辦法是提高測量回路的電阻。由于傳感器本身的絕緣電阻一般都很大，所以測量回路的電阻主要取決于前置放大器的輸入電阻。放大器的輸入電阻越大，測量回路的時間常數(shù)就越大，傳感器的低頻響應(yīng)也就越好。傳感器的低頻響應(yīng)范圍如果被測物理量是緩慢變化的動態(tài)量，而測172電壓放大器應(yīng)用限制壓電式傳感器在與電壓放大器配合使用時，連接電纜不能太長。電纜長，電纜電容Cc就大，電纜電容增大必然使傳感器的電壓靈敏度降低。電壓放大器與電荷放大器相比，電路簡單，元件少，價格便宜，工作可靠，但是電纜長度對傳感器測量精度的影響較大，在一定程度上限制了壓電式傳感器在某些場合的應(yīng)用。電壓放大器應(yīng)用限制壓電式傳感器在與電壓放大器配合使用時，連接173解決電纜問題的辦法將放大器裝入傳感器中，組成一體化傳感器。解決電纜問題的辦法將放大器裝入傳感器中，組成一體化傳感器。174（2）電荷放大器 壓電式傳感器另一種專用的前置放大器。 能將高內(nèi)阻的電荷源轉(zhuǎn)換為低內(nèi)阻的電壓源，而且輸出電壓正比于輸入電荷，因此，電荷放大器同樣也起著阻抗變換的作用，其輸入阻抗高達(dá)1010~1012Ω，輸出阻抗小于100Ω。 使用電荷放大器突出的一個優(yōu)點(diǎn)：在一定條件下，傳感器的靈敏度與電纜長度無關(guān)。（2）電荷放大器 壓電式傳感器另一種專用的前置放大器。175壓電傳感器與電荷放大器連接等效電路K是放大器的開環(huán)增益，（-K）表示放大器的輸出與輸入反相，若開環(huán)增益足夠高，則放大器的輸入端的電位接近“地”電位。壓電傳感器與電荷放大器連接等效電路K是放大器的開環(huán)增益，（176充電電壓接近等于放大器的輸出電壓幾點(diǎn)結(jié)論：1、電荷放大器的輸出電壓只與輸入電荷量和反饋電容有關(guān)，而與放大器的放大系數(shù)的變化或電纜電容等均無關(guān)系，2、只要保持反饋電容的數(shù)值不變，就可得到與電荷量Q變化成線形關(guān)系的輸出電壓。3、反饋電容Cf小，輸出就大，4、要達(dá)到一定的輸出靈敏度要求，就必須選擇適當(dāng)?shù)姆答侂娙荨?、輸出電壓與電纜電容無關(guān)條件：（1+K）Cf>>（Ca+Cc+Ci）充電電壓接近等于放大器的輸出電壓幾點(diǎn)結(jié)論：177

電荷放大器能將壓電傳感器輸出的電荷轉(zhuǎn)換為電壓（Q/U轉(zhuǎn)換器），但并無放大電荷的作用，只是一種習(xí)慣叫法。四通道電荷放大器外形電荷放大器外形電荷放大器能將壓電傳感器輸出的電荷轉(zhuǎn)換為電壓（Q/U轉(zhuǎn)換178五、壓電式傳感器的應(yīng)用壓電式力傳感器壓電式壓力傳感器壓電式加速度傳感器。。。。。。五、壓電式傳感器的應(yīng)用壓電式力傳感器179實(shí)例1：火炮堂內(nèi)壓力測試發(fā)射藥在堂內(nèi)燃燒形成壓力完成炮彈的發(fā)射。堂內(nèi)壓力的大小，不僅決定著炮彈的飛行速度，而且與火炮、彈丸的設(shè)計(jì)有著密切關(guān)系。實(shí)例1：火炮堂內(nèi)壓力測試發(fā)射藥在堂內(nèi)燃燒形成壓力完成炮彈180事故性碰撞：點(diǎn)火信號、電點(diǎn)火管、氣體發(fā)生劑、氣體、充氣、彈性體實(shí)例2：汽車安全氣囊系統(tǒng)事故性碰撞：點(diǎn)火信號、電點(diǎn)火管、氣體發(fā)生劑、實(shí)例2：汽車安全181實(shí)例4

：指套式電子血壓計(jì)實(shí)例3：壓電式血壓傳感器實(shí)例4：指套式電子血壓計(jì)實(shí)例3：壓電式血壓傳感器182實(shí)例5

：水深測量儀實(shí)例5：水深測量儀183實(shí)例6

：煤氣灶電子點(diǎn)火裝置

實(shí)例6：煤氣灶電子點(diǎn)火裝置184將高分子壓電電纜埋在公路上，可以獲取車型分類信息（包括軸數(shù)、軸距、輪距、單雙輪胎）、車速監(jiān)測、收費(fèi)站地磅、闖紅燈拍照、停車區(qū)域監(jiān)控、交通數(shù)據(jù)信息采集（道路監(jiān)控）及機(jī)場滑行道等。實(shí)例7

：交通檢測將高分子壓電電纜埋在公路上，可以獲取車型分類信息185實(shí)例8：氣體發(fā)生器輸出特性測試密封容器壓力測試法實(shí)例8：氣體發(fā)生器輸出特性測試密封容器壓力測試法186實(shí)例9：壓電式動態(tài)力傳感器在體育動態(tài)測量中的應(yīng)用壓電式步態(tài)分析跑臺壓電式縱跳訓(xùn)練分析裝置壓電傳感器測量雙腿跳的動態(tài)力實(shí)例9：壓電式動態(tài)力傳感器在體育動態(tài)測量中的應(yīng)用壓電式步態(tài)分1875.7壓力檢測儀表的安裝一、壓力檢測儀表的選擇1.儀表量程的選擇被測壓力較穩(wěn)定：最大工作壓力不應(yīng)超過儀表滿量程的3/4被測壓力波動較大或測脈動壓力：最大工作壓力不應(yīng)超過儀表滿量程的2/3為保證測量準(zhǔn)確度：最小工作壓力不應(yīng)低于滿量程的1/3優(yōu)先滿足最大工作壓力條件5.7壓力檢測儀表的安裝一、壓力檢測儀表的選擇1882.儀表精度的選擇

壓力檢測儀表的精度主要根據(jù)生產(chǎn)允許的最大誤差來確定，即要求實(shí)際被測壓力允許的最大絕對誤差應(yīng)小于儀表的基本誤差。2.儀表精度的選擇1893.儀表類型的選擇從被測介質(zhì)壓力大小來考慮被測介質(zhì)的性質(zhì)對儀表輸出信號的要求使用的環(huán)境3.儀表類型的選擇190壓力表的安裝1.取壓口的選擇在管道或煙道上取壓測量流動介質(zhì)的壓力測量液體介質(zhì)的管道上取壓壓力表的安裝1.取壓口的選擇1912.導(dǎo)壓管的鋪設(shè)

導(dǎo)壓管是傳遞壓力、壓差信號的。2.導(dǎo)壓管的鋪設(shè)1923.壓力、壓差計(jì)的安裝3.壓力、壓差計(jì)的安裝193壓力傳感器的安裝1.管子越細(xì)、頻率越高，則吸收效應(yīng)越顯著，壓力波的衰減也就越明顯。2.隨著傳壓管長的增加，系統(tǒng)的固有頻率就下降，即動態(tài)特性變差。直管無腔室管道系統(tǒng)壓力傳感器的安裝1.管子越細(xì)、頻率越高，則吸收效應(yīng)越顯著，壓194有空腔的傳壓管系統(tǒng)有空腔的傳壓管系統(tǒng)195熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表課件196增大ωn，測量系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的動態(tài)特性變好。若使ωn增大，則要使傳壓小管直徑d增加，而容腔體積V和傳壓小管長度L要減小d的增加，和V及L的減小，則會使阻尼比ξ減小。當(dāng)ξ減小到一定程度時，就會使系統(tǒng)的固有頻率ωn和被測壓力的頻率ω接近直至相等，嚴(yán)重時產(chǎn)生共振。增大ωn，測量系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的動態(tài)特性變好。若使ωn增大，則要使197熱工測量及儀表_第5章_壓力儀表課件198非諧振傳壓管系統(tǒng)消除共振，改善頻率響應(yīng)特性，擴(kuò)大測量動態(tài)壓力的頻率范圍非諧振傳壓管系統(tǒng)消除共振，改善頻率響應(yīng)特性，擴(kuò)大測量動態(tài)壓力199曲線1為容腔環(huán)節(jié)的頻率特性，它表征了壓力測量系統(tǒng)總的頻率特性；曲線1’是增加了傳壓小管直徑d、減小長度L和V，使環(huán)節(jié)的固有頻率增加，然而此舉使阻尼比ξ減少虛線1¨,采用非諧振傳壓管系統(tǒng)，改善了整個系統(tǒng)的頻率特性曲線1為容腔環(huán)節(jié)的頻率特性，它表征了壓力測量系統(tǒng)總的頻率特性200基本參數(shù)指標(biāo)環(huán)境參數(shù)指標(biāo)可靠性指標(biāo)其他指標(biāo)量程指標(biāo)：量程范圍、過載能力等靈敏度指標(biāo)：靈敏度、分辨力、滿量程輸出等精度有關(guān)指標(biāo)：精度、誤差、線性、滯后、重復(fù)性、靈敏度誤差、穩(wěn)定性

動態(tài)性能指標(biāo)：固定頻率、阻尼比、時間常數(shù)、頻率響應(yīng)范圍、頻率特性、臨界頻率、臨界速度、穩(wěn)定時間等

溫度指標(biāo)：工作溫度范圍、溫度誤差、溫度漂移、溫度系數(shù)、熱滯后等

抗沖振指標(biāo)：允許各向抗沖振的頻率、振幅及加速度、沖振所引入的誤差

其他環(huán)境參數(shù)：抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕等能力、抗電磁場干擾能力等工作壽命、平均無故障時間、保險期、疲勞性能、絕緣電阻、耐壓及抗飛弧等使用有關(guān)指標(biāo)：供電方式（直流、交流、頻率及波形等）、功率、各項(xiàng)分布參數(shù)值、電壓范圍與穩(wěn)定度等外形尺寸、重量、殼體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等安裝方式、饋線電纜等基本參數(shù)指標(biāo)環(huán)境參數(shù)指標(biāo)可靠性指標(biāo)其他指標(biāo)量程指標(biāo)：溫度2015.8傳感器的標(biāo)定標(biāo)定：通過試驗(yàn)建立傳感器輸入量與輸出量之間的關(guān)系。標(biāo)定曲線：試驗(yàn)求得的傳感器輸入量與輸出量之間的關(guān)系曲線（輸出特性曲線）。標(biāo)定方法：利用已知的標(biāo)準(zhǔn)值輸入到待標(biāo)定的傳感器中，傳感器得到相應(yīng)的輸出量，將輸出量與輸入的標(biāo)準(zhǔn)量繪制成曲線即得標(biāo)定曲線。按傳感器的種類和使用情況不同，其標(biāo)定方法也不同。荷重、應(yīng)力、壓力傳感器等的靜標(biāo)定方法是利用壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行標(biāo)定；它們更精確的標(biāo)定則是在壓力試驗(yàn)機(jī)上用專門的荷載標(biāo)定器標(biāo)定；位移傳感器的標(biāo)定則是采用標(biāo)準(zhǔn)量塊或位移標(biāo)定器。標(biāo)定要求：●標(biāo)定應(yīng)該在與其使用條件相似的狀態(tài)下進(jìn)行；●增加重復(fù)標(biāo)定的次數(shù)，以提高測試精度；●傳感器需定期標(biāo)定，一般以一年為期；●對重要的試驗(yàn)，需在試驗(yàn)前后的標(biāo)定誤差，在允許的范圍內(nèi)。5.8傳感器的標(biāo)定標(biāo)定：通過試驗(yàn)建立傳感器輸入量與輸出量202傳感器的標(biāo)定分為靜態(tài)標(biāo)定和動態(tài)標(biāo)定兩種。靜態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等。傳感器的動態(tài)標(biāo)定主要是研究傳感器的動態(tài)響應(yīng)。而與動態(tài)響應(yīng)有關(guān)的參數(shù)，一階傳感器只有一個時間常數(shù)τ、二階傳感器則有固有頻率ωn和阻尼比ζ兩個參數(shù);動態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器的動態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)、時間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。有時，根據(jù)需要也要對橫向靈敏度、溫度響應(yīng)、環(huán)境影響等進(jìn)行標(biāo)定。傳感器的標(biāo)定分為靜態(tài)標(biāo)定和動態(tài)標(biāo)定兩種。203選用傳感器的基本原則：1）根據(jù)實(shí)際需要，保證主要的參數(shù)。2）不必盲目追求單項(xiàng)指標(biāo)的全面優(yōu)異，主要關(guān)心其穩(wěn)定性和變化規(guī)律性。選用傳感器的基本原則：204靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件

沒有加速度、振動、沖擊（除非這些參數(shù)本身就是被測物理量）及環(huán)境溫度一般為室溫（20±5℃）、相對濕度不大于85%，大氣壓力為101±7kPa的情況。靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件沒有加速度、振動、沖擊（除非這些參數(shù)本身就是被205標(biāo)定儀器設(shè)備精度等級的確定對傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定傳感器的各項(xiàng)性能指標(biāo)，實(shí)際上也是確定傳感器的測量精度。標(biāo)定傳感器時，所用的測量儀器的精度至少要比被標(biāo)定的傳感器的精度高一個等級。這樣，通過標(biāo)定確定的傳感器的靜態(tài)性能指標(biāo)才是可靠的，所確定的精度才是可信的。標(biāo)定儀器設(shè)備精度等級的確定對傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確206加壓前的準(zhǔn)備關(guān)閉壓力計(jì)上的兩個閥門，開啟壓力臺上油杯的進(jìn)油閥。搖退壓力臺上的活塞螺桿，使壓力臺油缸中充進(jìn)油。關(guān)閉油杯的進(jìn)油閥，然后開啟壓力計(jì)上的閥門。搖進(jìn)活塞螺桿，直至壓力計(jì)上有壓力讀數(shù)為止。校驗(yàn)在測量范圍內(nèi)選取從0.5兆帕至5.5兆帕間隔0.5兆帕作為校驗(yàn)點(diǎn)，增壓至校驗(yàn)點(diǎn)后讀數(shù)，輕敲表殼后再讀數(shù)。增壓至5.5兆帕后再緩慢降壓至每一校驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)?；钊麎毫τ?jì)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)步驟加壓前的準(zhǔn)備活塞壓力計(jì)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)步驟207圖3.52壓力標(biāo)定曲線上述標(biāo)定方法不適合壓電式壓力測量系統(tǒng)，因?yàn)榛钊麎毫τ?jì)的加載過程時間太長，致使傳感器產(chǎn)生的電荷有泄漏，嚴(yán)重影響其標(biāo)定精度。所以，對壓電式測壓系統(tǒng)一般采用杠桿式壓力標(biāo)定機(jī)或彈簧測力計(jì)式壓力標(biāo)定機(jī)。為了保證壓力傳感器的測量準(zhǔn)確度，需定期檢定，檢定周期最長不超過一年。圖3.52壓力標(biāo)定曲線上述標(biāo)定方法不適合壓電式壓力測208

●杠桿式測力計(jì)標(biāo)定裝置，如圖所示，砝碼重量與壓力的關(guān)系W=pSb/a

●杠桿式測力計(jì)標(biāo)定裝置，如圖所示，砝碼重量與壓力的關(guān)系209●彈簧式測力計(jì)標(biāo)定裝置，如圖所示，p=F/S式中，F(xiàn)—測力計(jì)檢定表所測得的傳感器所受的力；S—傳感器的受力面積?！駨椈墒綔y力計(jì)標(biāo)定裝置，如圖所示，210壓力傳感器的動態(tài)標(biāo)定給傳感器加一個特性已知的校準(zhǔn)動壓信號作為激勵源，從而得到傳感器的輸出信號，經(jīng)計(jì)算分析、數(shù)據(jù)處理，即可確定傳感器的頻率特性。

壓力傳感器在標(biāo)定時廣泛采用激波管法方法。

激波管法三大特點(diǎn)： ⑴

壓力幅度范圍寬，便于改變壓力值； ⑵

頻率范圍寬(2kHz~2.5MHz)； ⑶

便于分析研究和數(shù)據(jù)處理。壓力傳感器的動態(tài)標(biāo)定給傳感器加一個特性已知的校準(zhǔn)動壓信號作為2111.激波管標(biāo)定裝置工作原理圖3.54激波管標(biāo)定裝置系統(tǒng)原理框圖1-高壓室2-低壓室3-膜片4-側(cè)面被標(biāo)定的傳感器5-底面被標(biāo)定的傳感器6、7-測速壓力傳感器8-測速前置級9-數(shù)字頻率計(jì)10-測壓前置級11-記錄裝置12-氣源13-氣壓表14-泄氣門1.激波管標(biāo)定裝置工作原理圖3.54激波管標(biāo)定裝置系212激波管標(biāo)定裝置系統(tǒng)激波管入射激波測速系統(tǒng)標(biāo)定測量系統(tǒng)氣源激波管標(biāo)定裝置系統(tǒng)激波管213激波管中壓力與波動情況

膜片爆破前的情況(b)膜片爆破后稀疏波反射前的情況稀疏波反射后的情況(d)反射激波的波動情況激波管中壓力與波動情況膜片爆破前的情況(b)膜片爆破214激波管標(biāo)定過程由激波管作為動態(tài)壓力源，產(chǎn)生一個階躍壓力來激勵被標(biāo)定的壓力傳感器，然后用適當(dāng)?shù)挠涗泝x器記下傳感器被激勵后的響應(yīng)過程，最后，根據(jù)這一響應(yīng)曲線求出傳感器的傳遞函數(shù)或頻率特性。激波管標(biāo)定過程由激波管作為動態(tài)壓力源，產(chǎn)生一個階躍壓力來激勵2152.正弦壓力發(fā)生器當(dāng)振動臺產(chǎn)生振動時，彈簧活塞塊就受到一個與振動臺頻率相同的加速度激勵，腔室內(nèi)的油受活塞塊作用產(chǎn)生壓力變化，從而使標(biāo)準(zhǔn)傳感器和被標(biāo)傳感器同時受到正弦變化的壓力作用。通過改變振動臺的振動頻率和幅度，就可實(shí)現(xiàn)動態(tài)標(biāo)定的目的，得到系統(tǒng)的幅頻特性。2.正弦壓力發(fā)生器當(dāng)振動臺產(chǎn)生振動時，彈簧活塞塊就受到一個216思考題電阻應(yīng)變式壓力傳感器與壓阻式壓力傳感器的區(qū)別？什么是正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？壓電傳感器能否用于靜態(tài)測量?電荷放大器和電壓放大器有何特點(diǎn)？非諧振傳壓管路的優(yōu)點(diǎn)？活塞壓力計(jì)的標(biāo)定原理?思考題電阻應(yīng)變式壓力傳感器與壓阻式壓力傳感器的區(qū)別？217演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！218第五章壓力測試技術(shù)5.1壓力的力學(xué)測量方法5.2壓力的電學(xué)測量方法5.3電阻應(yīng)變式壓力傳感器5.4壓阻式壓力傳感器5.5電感式壓力傳感器5.6壓電式壓力傳感器5.7壓力檢測儀表的安裝5.8傳感器的標(biāo)定第五章壓力測試技術(shù)5.1壓力的力學(xué)測量方法219格里克(Guericke)格里克是個博學(xué)多才的軍人，從小就喜歡讀書，愛好科學(xué)；萊比錫大學(xué)畢業(yè)．1621年又到耶拿大學(xué)攻讀法律；1623年，再到萊頓大學(xué)鉆研數(shù)學(xué)和力學(xué)．他1631年入伍，在軍隊(duì)中擔(dān)任軍械工程師，工作很出色．后來，投身政界，1646年當(dāng)選為馬德堡市市長．無論在軍旅中，還是在市府內(nèi)，都沒停止科學(xué)探索．格里克(Guericke)格里克是個博學(xué)多才的軍人，從小220馬德堡半球試驗(yàn)馬德堡半球試驗(yàn)221概述

垂直作用在單位面積上的力稱壓力。在國際單位制（SI）和我國法定計(jì)量單位中，壓力的單位是“帕斯卡”，簡稱“帕”，符號為“Pa”。

即1N的力垂直均勻作用在1m2的面積上所形成的壓力值為1Pa。概述垂直作用在單位面積上的力稱壓力。在國際222:表壓（Gaugepressure）:相對于大氣壓力的差壓。絕對壓力和大氣壓力之間的差壓,用符號Pg表示。正壓力（Positivepressure）：絕對壓力高于大氣壓力時的表壓，簡稱正壓。負(fù)壓力（Negativepressure）：絕對壓力低于大氣壓力時的表壓，簡稱負(fù)壓。真空度（Vacuum）：低于大氣壓力的絕對壓力,用符號Pv表示，Pv=|Pg|。絕對壓力（Absolutepressure）:相對于絕對真空所測得的壓力,用符號Pi表示。:表壓（Gaugepressure）:相對于大氣壓力的差223幾種通用的非法定的壓力計(jì)量單位1工程大氣壓（單位符號為：at）（kgf/cm2）1kg的力垂直作用在1cm2面積上所形成的壓力。2標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（單位符號為：atm）

最初規(guī)定在攝氏溫度0℃、緯度45°、晴天時海平面上的大氣壓強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，其值大約相當(dāng)于76厘米汞柱高。但是汞的密度大小受溫度的影響。為了確保標(biāo)準(zhǔn)大氣壓是一個定值，1954年第十屆國際計(jì)量大會決議聲明，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓＝101325牛頓／米2，即為101325帕斯卡（Pa)幾種通用的非法定的壓力計(jì)量單位1工程大氣壓（單位符號為：a2244約定毫米水柱（單位符號為：mmH2O）在標(biāo)準(zhǔn)重力加速度下，4℃時1mm高的水柱在1cm2的底面上所產(chǎn)生的壓力。3約定毫米汞柱（單位符號為：mmHg）在