《应变式压力传感器》PPT课件

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1、第7讲　压力检测①PressureMeasurements压力的概念及单位应变式压力计格里克(Guericke)格里克是个博学多才的军人，从小就喜欢读书，爱好科学；莱比锡大学毕业．1621年又到耶拿大学攻读法律；1623年，再到莱顿大学钻研数学和力学．他1631年入伍，在军队中担任军械工程师，工作很出色．后来，投身政界，1646年当选为马德堡市市长．无论在军旅中，还是在市府内，都没停止科学探索．马德堡半球试验§3.1压力的概念及单位垂直作用在物体单位面积上的力叫作“压力”，其表达式为：式中：p为压力；F为作用力；S为作用面积

2、。国际单位制（SI）中定义压力的单位是：1N的力垂直作用在1m2面积上所形成的压力，称为1个“帕斯卡”，简称为“帕”，单位符号为Pa。几种通用的非法定的压力计量单位1工程大气压（单位符号为：at）（kgf/cm2）1kg的力垂直作用在1cm2面积上所形成的压力。2标准大气压（单位符号为：atm）最初规定在摄氏温度0℃、纬度45°、晴天时海平面上的大气压强为标准大气压，其值大约相当于76厘米汞柱高。但是汞的密度大小受温度的影响。为了确保标准大气压是一个定值，1954年第十届国际计量大会决议声明，规定标准大气压值为1标准大气压＝

3、101325牛顿／米2，即为101325帕斯卡（Pa)4约定毫米水柱（单位符号为：mmH2O）在标准重力加速度下，4℃时1mm高的水柱在1cm2的底面上所产生的压力。3约定毫米汞柱（单位符号为：mmHg）在标准重力加速度下，0℃时1mm高的水银柱在1cm2的底面上所产生的压力。托里拆利用1米长一端封闭的玻璃柱做的实验，注满水银后倒立在水银槽内，水银的高度为760mm，如果是水，应该是10.336m表压、绝对压力和负压（真空度）的关系§3.2应变式压力计StrainGauge一、电阻应变效应当电阻丝在外力作用下发生机械变形时，

4、其电阻值将发生变化，这种现象称为电阻应变效应。设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为ρ的金属丝，其电阻R为(1)一、电阻应变效应当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时，其l、S和ρ均发生变化，如图所示，因而导体的电阻随之发生变化。通过对式(1)两边取对数后再作微分，即可求得其电阻相对变化：(2)(1)对于半径为r的电阻丝，截面积S=2r2，则有令为电阻丝的轴向线应变为电阻丝的径向线应变根据材料力学为泊松系数整理可得可得电阻丝的灵敏度系数为灵敏系数K受两个因素影响：材料几何尺寸的变化，即1+2材料的电阻率发生的变化，即大量

5、实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即K为常数。对于金属导体或半导体，上式中右末项电阻率相对变化的受力效应是不一样的。对金属材料来说，电阻丝灵敏度系数表达式中1+2的值要比(d/)/大得多，显然，金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。金属材料的电阻相对变化与其线应变成正比。这就是金属材料的应变电阻效应。对金属或合金，一般K=1.7～3.6。金属材料的应变电阻效应半导体材料的压阻效应而半导体材料的(d/)/项的值比1+2大得多。压阻效应是指半导体材料，当某一轴向受外力作用时，其电阻率ρ

6、发生变化的现象。式中：π—半导体材料的压阻系数；σ—半导体材料的所受应变力；E—半导体材料的弹性模量；ε—半导体材料的应变。金属应变片式传感器的核心元件是金属应变片，它可将试件上的应变变化转换成电阻变化。电阻丝应变片是用直径为0.02～0.04mm具有高电阻率的电阻丝制成的。为了获得高的阻值，将电阻丝排列成栅网状，称为敏感栅，并粘贴在绝缘的基片上，电阻丝的两端焊接引线。敏感栅上面粘贴有保护用的覆盖层。二、电阻丝应变片的结构1典型应变计的结构及组成(a)丝式(b)箔式(c)半导体1敏感栅2基底3引线4盖层5粘结剂6电极(1)敏

7、感栅应变计中实现应变-电阻转换的敏感元件。它通常由直径为0.015～0.05mm的金属丝绕成栅状，或用金属箔腐蚀成栅状。图中l表示栅长，b表示栅宽。其电阻值一般在100Ω以上。(2)基底为保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置，通常用粘结剂将其固结在纸质或胶质的基底上。应变计工作时，基底起着把试件应变准确地传递给敏感栅的作用。为此，基底必须很薄，一般为0.02～0.04mm。有用专门的薄纸制成的基片称为纸基。有用粘结剂和有机树脂薄膜制成的胶基。(3)引线它起着敏感栅与测量电路之间的过渡连接和引导作用。通常取直径约0.1～0.15m

8、m的低阻镀锡铜线，并用钎焊与敏感栅端连接。(4)盖层用纸、胶作成覆盖在敏感栅上的保护层；起着防潮、防蚀、防损等作用。(5)粘结剂在制造应变计时，用它分别把盖层和敏感栅固结于基底；在使用应变计时，用它把应变计基底再粘贴在试件表面的被测部位。因此它也起着传递应变的作用。2金属丝式应变片金属丝式