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电子信息工程教研室 信息采集技术 第3章 力学量检测技术 压力、力和转矩都是力作用的现象。 3.1 压力的测量 3.1.1压力的基本概念 1、压力的定义 压力是垂直地作用在单位面积上的力（压强）。 2、压力的表示方法 用于工程检测的是表压力和真空度。 电子信息工程教研室 信息采集技术 3、压力的计量单位 国家标准：帕斯卡（Pa) 4、压力检测的基本方法 （1）重力平衡法 （2）弹性力平衡法 （3）机械力平衡法 （4）物理测量方法 3.1.2 常用压力检测仪表 1、液柱式压力计 电子信息工程教研室 信息采集技术 2、弹性压力计 （1）弹性元件 弹簧管、波纹管、薄膜。 （2）弹簧管压力计（压力表） 工业中最常用。 3、力平衡式压力计 电子信息工程教研室 信息采集技术 4、压力传感器 能够测量压力并提供远传电信号的装置，统称为压力传感器。 （1）应变式压力传感器 利用应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化的特点。 通过粘有电阻应变片的弹性体在外力的作用下产生变形，应变片产生应变来工作。 电子信息工程教研室 信息采集技术 Δu0----电桥输出电压 u1----电桥输入电压 k ----应变片的灵敏度系数 μ----弹性材料的泊松比 F ----负荷力 A ----弹性体的工作面积 E ----弹性材料的弹性模量 电桥输出电压: Δu0=u1k(1+μ)F/2AE 电子信息工程教研室 信息采集技术 应变片压力传感器的特点： 1、应用和测量范围广，应变片可制成各种机械量的传感器（位移、扭矩、加速度）； 2、分辨力和灵敏度高,精度较高（优于0.03%/FS,最高0.005%/FS)； 3、结构轻小，对被试件影响小，对复杂环境适应性强（高温、高压、强磁场），频率响应好； 4、便于实现远距离、自动化测量，商品化，选用方便。 等效电路即为电阻。 （2）压阻式压力传感器 压阻效应：当对半导体材料施压应力时，除了产 生变形外，材料的电阻率也发生变化。 电子信息工程教研室 信息采集技术 压阻式压力传感器的特点： 1、灵敏度高、频率响应（动态响应）高； 2、测量范围宽：10Pa ～60MPa； 3、测量精度高，工作可靠，稳定性好，精度可达 ±0.2％～0.02％； 4、易于微小型化，可将传感器和计算机处理电路 做在一起，制成“智能型”传感器。 ΔR/R ≈Δρ/ρ=πσ 压阻效应的数学描述: ρ---电阻率;π---材料的压阻系数;σ---应力。 电子信息工程教研室 信息采集技术 （3）压电式压力传感器 压电效应：某些材料在受力后，在其特定表面产生电荷。 压电式压力传感器是以具有压电效应的器件为核心组成的传感器。 压电效应产生的电荷密度 σ=dT σ---电荷密度 d---压电常数矩阵 T---外应力张量 电子信息工程教研室 信息采集技术 压电效应具有自发电和可逆性，是一种典型的双向有源传感器件。 压电式传感器广泛用于测量力、压力、加速度、温度和红外线等物理量。 电子信息工程教研室 信息采集技术 压电式压力传感器的特点： 1、体积小、重量轻、结构简单、工作可靠； 2、测量范围宽，可测 100MPa以下的压力； 3、测量精度较高； 4、频率响应高，可达30Hz,是动态压力检测中常用的传感器，不适用于频率太低和缓慢变化的被测量，更不能测静态量。 5、是一种典型的机电转换元件。 压电元件的形状：圆形、长方形、环形、柱形和球形。 压电材料：压电晶体、压电陶瓷、压电半导体。