第二章压力检测.pptVIP

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四、其它压力测量仪表

1、扩散硅压力(差压)测量扩散硅压力(差压)变送器是电阻应变式变送器的一种。它采用IC技术,在半导体材料硅基片上用扩散工艺形成应变电阻,用作压力(差压)测量敏感元件。由于单晶硅材料的弹性性能很好,其弹性滞后和蠕变很小,压阻效应又很大,因此测压的精度高,动态特性好,工作可靠,可以测量几十千赫的脉动压力。第61页,共85页,星期日,2025年,2月5日一、霍尔式压力传感器

在单簧管的自由端要装半导体霍尔元件而组成,根据半导体材料的霍尔效应来测量压力的。压力→位移→霍尔电势当被测压力引入后,弹簧管的自由端产生位移,因而改变了霍尔片在非均匀磁场中的位置,将机械位移转换成霍尔电势,以便将压力信号进行远传和显示。第29页,共85页,星期日,2025年,2月5日1、霍尔效应(Hall-effect)如图2-9所示,当控制电流I垂直于外磁场(磁感应强度为B)方向通过半导体薄片时,在薄片垂直于电流和磁场方向的两侧表面之间产生电位差的现象,称霍尔效应。其形成的电动势称霍尔电动势(UH)。霍尔电动势的产生是由于运动载流子在磁场中受到洛仑兹力而在薄片两侧分列形成电子、正电荷的积累所致。当电子积累所形成的电场对载流子的作用力FE与洛仑兹力FL相等时,电子积累达到平衡,霍尔电动势为:第30页,共85页,星期日,2025年,2月5日图2-9霍尔效应原理图第31页,共85页,星期日,2025年,2月5日式中KH:霍尔系数d:霍尔片厚度b:霍尔片的电流通入端宽度L:霍尔片的电势导出端长度f():霍尔片的形状系数(2-3)第32页,共85页,星期日,2025年,2月5日RH:霍尔常数,,单位为毫伏/毫安-千高斯,一般I=3~20mA,B约为几千高斯,UH约为几十毫伏。由于半导体材料的霍尔系数远大于金属的霍尔系数,因此霍尔片主要由Si、Ge、InAs等半导体材料制成。利用霍尔效应可进行位移、转速、压力、磁场、电流等参数的检测。第33页,共85页,星期日,2025年,2月5日2.霍尔效应在压力传感器中的应用如图2-10所示。弹簧管自由端位移使霍尔片处于线性非均匀磁场中不同位置时,由于B不同,可得到与弹簧自由端位移成比例的霍尔电势,实现了位移—电势的线性转换。霍尔片(半导体材料)对温度变化比较敏感,需要采取恒温或温度补偿措施,以削弱温度变化对传感器的输出特性的影响。第34页,共85页,星期日,2025年,2月5日图2-10基于霍尔效应的压力测量第35页,共85页,星期日,2025年,2月5日图2-11磁感应强度分布曲线(2-4)第36页,共85页,星期日,2025年,2月5日K:位移传感器输出灵敏度则对上式积分对压力传感器则:问:位移(压力)的方向如何反映?(2-5)(2-6)(2-7)第37页,共85页,星期日,2025年,2月5日霍尔电动势的极性反映了位移(压力)的方向。磁场梯度越均匀,输出线性度越好磁场梯度越大,灵敏度越高第38页,共85页,星期日,2025年,2月5日二、应变式压力传感器(electric-resistancestraingauge)压力→电阻1、应变片原理应变片由金属或半导体材料制成的电阻体。图2-12电阻应变片第39页,共85页,星期日,2025年,2月5日(2-8)(2-9)(2-10)(2-11)第40页,共85页,星期日,2025年,2月5日(2-12)第41页,共85页,星期日,2025年,2月5日半导体材料受压力引起电阻变化称压阻效应。由半导体材料压阻效应可知(2-13)第42页,共85页,星期日,2025年,2月5日(2-14)(2-15)第43页,共85页,星期日,2025年,2月5日(2-16)第44页,共85页,星期日,2025年,2月5日通常,K=2,机械应变变则:第45页,共85页,星期日,2025年,2月5日2.测量电路图2-13应变式压力传感器测量桥路第46页,

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