第3章 压力测量PPT.pptVIP

四．应变式压力传感器 应变式压力传感器是将应变片粘贴在感压弹性元件上构成的，它可将被测压力的变化转换成电阻的变化。 五、固态压力传感器 采用半导体应变压力测量原理，其敏感元件是用单晶硅制成的硅杯。 C型硅杯适用于压力传感器，E型硅杯适用于测量静压力。 被测压力和大气压力分别加在密封隔离膜片1、3上，通过硅油2把压力变化传递给半导体传感器4。 由于压阻效应，硅半导体应变电阻值发生变化，电桥取出信号，由测量电路转换成4～20mA，DC信号输出。 采用集成电路技术，单晶硅膜片集压敏元件和弹性元件于一身，直接在硅膜片上扩散形成应变测量桥路元件、温度补偿电路、输出放大电路和电源变换电路。 传感器体积小，静态特性和稳定性高。 六、应变测量中的电桥电路 将应变片作为 R1 接在电路中，调整其他电阻阻值，使电桥平衡。 当应变片阻值变化时，电桥失衡。输出 电桥平衡条件 半桥接法：相邻两个桥臂，一个受拉, 一个受压。 全桥接法；R1和R4增加，R2 和R3 减小。 电桥测量前应使电桥电路处于平衡状态，即电桥无输出。 应变片电阻值总有偏差，以及接触电阻、导线电阻等的存在，往往电桥不能平衡，因此需设置预调平衡电路。 3.4.3. 电感式压力传感器 1、结构和工作原理 l一线圈；2一铁芯；3一衔铁 衔铁3移动，气隙长度δ发生变化，绕制在铁芯2上的线圈1电感L发生变化，将位移变化转换成电感变化。 线圈匝数 磁路总磁阻 li—各段铁芯的长度； μi—铁芯的导磁系数； Si—各段铁芯的截面积； δ—气隙长度； μ0—空气的磁导率； S—气隙截面积。 2．自感式压力传感器 按照传感器敏感元件结构形式的不同，可分为：变气隙、变截面和螺管式三种。 其中螺管式量程最大，虽然灵敏度低，但结构简单、便于制作，应用比较广泛。 电感式压力传感器分为：自感式和互感式两类。 测量膜片3与柱形衔铁2刚性相连，电感线圈1电感量与衔铁2位置有关。 被测差压信号变化，测量膜片3位移，带动衔铁2运动，改变其插入螺管8深度，磁力线路径上磁阻变化，输出电感变化。 隔离膜片4比测量膜片3软得多，用来进行温度补偿，超压时紧贴在形状相同的基座10表面上，限制位移，实现单向超压保护。 测量室9空腔充满硅油，均匀传递压力；经节流孔流动，起阻尼作用。 温度传感器5测量电感线圈温度，对输出信号进行温度校正。 3．互感式压力传感器 1—初级线圈 2、3—次级线圈 4—衔铁 5—骨架 互感式也称变压器式；因其多做成差接式，又称差动变压器式。 利用线圈互感作用，将弹性元件的位移转换成感应电势差的变化。 弹性元件与导磁材料制成的活动衔铁4相连，带动其在线圈中移动。 改变初级线圈1与上、下次级线圈2、3间的耦合情况。 两个次级线圈按电势反相连接，传感器输出信号是两个次级线圈信号差，即e0=e1-e2。 衔铁位于线圈中间位置：初级线圈与上、下次级线圈间耦合情况相同，次级线圈感应电势e1和e2大小相等，相位相反，输出电势e0=0； 衔铁偏离中间位置：耦合情况不同，感应电势e1≠e2，输出电势e0≠0； 衔铁向上移动，e0O；衔铁向下移动，e00； 电势e0的大小反映衔铁偏离程度，从而反映被测压力信号的大小。 变换原理:将被测量的变化转化为电容量变化 两平行极板组成的电容器,它的电容量为: + + + d S ? 3.4.4. 电容式压力传感器 电容板面积S、板间距离d 或板间介质的介电常数ε发生变化时，都会引起电容的变化。 一)极距δ变化型 + + + + + + b)面积变化型 1角位移型 + + + 2 平面线位移型 3 柱面线位移型。 c) 介质变化型 水位 水位变化，导致ε变化。 电容式压力传感器分析举例 (1) 改变两极板的距离 输出的非线性失真不超过1%,灵敏度提高一倍! 当 被测压力作用于两侧隔离膜片1，通过硅油3把压力均匀传递给测量膜片5; 张紧的弹性膜片5作为差动式电容的动极板； 绝缘体4球形凹表面镀一层金属薄膜形成定极板6； 被测压差变化，测量膜片5变形位移，位移转变为电容极板的差动电容； 差动电容由两侧电容固定极板6检测，通过引线7送出。 (2) 改变两极板间有效工作面积 当极板受被测机械量作用移动 后，两极板间电容量的变化为: (3) 改变介电常数 两极板的间距为d ? 介电常数：空气１.00054，硅油2.7,水80, 　　　　　陶瓷103～４ * 1 、基本原理 压力作用 晶体表面产生电荷 产生电压或电流 特点：频率响应特性好 压电效应 压力消失 晶体表面电荷消失 无电压或电流 3.4.5 压电式压力传感器 压电效应：指某些材料在一定方向的外力作用下，发生压缩或延伸的机械变形，同时材料内部产生极化现象，在材料的两个相对表面上分别产生符号相反的电荷，形成电场，当