《第3章力与压力的检测ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章力与压力的检测ppt课件.ppt（37页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第3章 力与压力的检测传感器与自动检测技术刘丽 主编第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测 本本 章章 小小 结结3.3 3.3 简易电子秤的制作与调试简易电子秤的制作与调试3.2 3.2 压电式传感器测量压力压电式传感器测量压力3.1 3.1 电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.1 电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力3.1.1压力检测的方法压力检测的方法 绝对压力绝对压力 被测介质作用在单位面积上的全部压力被测介质作用在单位面积上的全部压力 表压力表压力 绝对压力与大气压力之差绝对压力与大气压力之差 负压力或真空
2、度负压力或真空度 绝对压力值小于大气压力值时绝对压力值小于大气压力值时 弹性压力传感器弹性压力传感器 利用弹性压力敏感器检测压力变化利用弹性压力敏感器检测压力变化 应变式传感器应变式传感器 利用电阻应变片将被测量转换成电阻输出利用电阻应变片将被测量转换成电阻输出 压电式传感器压电式传感器 利用压电效应，将被测量转换成电荷输出利用压电效应，将被测量转换成电荷输出 电容式传感器电容式传感器 利用弹性电极在力作用下产生位移，使电容量变化利用弹性电极在力作用下产生位移，使电容量变化 其它压力传感器其它压力传感器 电感式、差动变压器式、电动式、电位计式、电感式、差动变压器式、电动式、电位计式、振动式、涡
3、流式、表面声波式等振动式、涡流式、表面声波式等压力传感器压力传感器 压压 力力第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.1 电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力3.1.2电阻应变效应电阻应变效应 应变效应应变效应 ：导体或半导体材料在外界力作用下产生：导体或半导体材料在外界力作用下产生机械变形，其电阻值发生变化的现象。机械变形，其电阻值发生变化的现象。 设一金属丝，没有受力时电阻的阻值为：设一金属丝，没有受力时电阻的阻值为： 当对金属丝的轴向方向施加均匀力时，则电阻值的相当对金属丝的轴向方向施加均匀力时，则电阻值的相对变化为：对变化为： 由力学知识可知：由力学知识可知： 因此
4、因此AlRAAllRR22llAA0)/21 ()21 (kllllllRR对金属材料而言，k0的大小以此为主，即受力后材料的几何尺寸变化所引起 对于半导体材料，k0的大小以此为主，即由材料的电阻率变化引起第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.1 电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力3.1.3电阻应变片结构类型及特性电阻应变片结构类型及特性 1. 电阻应变片的结构电阻应变片的结构 金属丝式金属丝式 金属电阻应变片金属电阻应变片 箔式箔式 薄膜式薄膜式 半导体应变片半导体应变片 电阻应变片电阻应变片 引线覆盖层基片电阻丝式敏感栅lb图3-2 金属丝式电阻应变片的结构 图3-
5、3 金属箔式应变片结构示意图 图3-4 半导体式应变片结构示意图第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.1 电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力3电阻应变片的粘贴技术电阻应变片的粘贴技术粘贴时，应严格按粘贴工艺要求进行。包括：粘贴时，应严格按粘贴工艺要求进行。包括： 1）粘合剂的选择）粘合剂的选择 2）应变片的检查）应变片的检查 3）试件的表面处理）试件的表面处理 4）确定贴片位置）确定贴片位置 5）粘贴应变片）粘贴应变片 6）固化处理）固化处理 7）粘贴质量检查）粘贴质量检查 8）引出线的固定与保护）引出线的固定与保护 第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.1
6、电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力4.电阻应变片的特性电阻应变片的特性（1）灵敏系数）灵敏系数K 应变片安装到试件表面后，在其轴线方向上的单向应力作用下，应变片应变片安装到试件表面后，在其轴线方向上的单向应力作用下，应变片阻值的相对变化与被测物表面上安装应变片区域的轴向应变之比。阻值的相对变化与被测物表面上安装应变片区域的轴向应变之比。 （2）几何尺寸：敏感栅的基长和基宽，应变片的基底长和基底宽。）几何尺寸：敏感栅的基长和基宽，应变片的基底长和基底宽。 敏感栅基长是指敏感栅在应变片纵轴方向的长度。敏感栅基长是指敏感栅在应变片纵轴方向的长度。 敏感栅基宽是指与应变片轴线相垂直的方向
7、上，应变片敏感栅外侧之间的距敏感栅基宽是指与应变片轴线相垂直的方向上，应变片敏感栅外侧之间的距离。离。 应变片的基底长和基底宽是指基片的长和宽。应变片的基底长和基底宽是指基片的长和宽。（3）初始电阻）初始电阻R0 指应变片未粘贴时在室温下测得的静态电阻值。常见的有指应变片未粘贴时在室温下测得的静态电阻值。常见的有60、120、200、350、600和和1000等类型，其中最常用的是等类型，其中最常用的是120的应变片。的应变片。（4）允许工作电流）允许工作电流 应变片的允许工作电流又称为最大工作电流，是指允许通过应变片而不应变片的允许工作电流又称为最大工作电流，是指允许通过应变片而不影响其工作
8、特性的最大电流值。影响其工作特性的最大电流值。（5）疲劳寿命）疲劳寿命 疲劳寿命是指粘贴在试件上的应变片，在恒幅交变应力作用系，连续工疲劳寿命是指粘贴在试件上的应变片，在恒幅交变应力作用系，连续工作直至疲劳损坏的循环次数。作直至疲劳损坏的循环次数。（6）应变极限）应变极限 应变片的应变极限是指在一定温度下，指示应变值与真是应变的相对差应变片的应变极限是指在一定温度下，指示应变值与真是应变的相对差值不超过规定值（一般为值不超过规定值（一般为10%）时的最大真是应变值。）时的最大真是应变值。第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.1 电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力3.1.
9、4电阻应变片的测量电路及温度补偿电阻应变片的测量电路及温度补偿 电阻应变式传感器是将力的变化转换为应变，再转电阻应变式传感器是将力的变化转换为应变，再转化为电阻值的变化，由于应变一般在化为电阻值的变化，由于应变一般在103000之间，之间，而应变片灵敏度也并不大，因此电阻值相对变化是很小的，而应变片灵敏度也并不大，因此电阻值相对变化是很小的，如果用一般测量电阻的仪表是难直接测出来，且误差很大。如果用一般测量电阻的仪表是难直接测出来，且误差很大。所以必须使用专门的电路来测量这种微弱的电阻变化，最所以必须使用专门的电路来测量这种微弱的电阻变化，最常用的电路桥式电路。常用的电路桥式电路。 第第3 3
10、章章 力与压力的检测力与压力的检测3.1 电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力1.直流电桥电路直流电桥电路电桥输出电压电桥输出电压U U0 0为为 443121RRRURRRUUiio平衡条件：平衡条件：R R1 1R R3 3 = R = R2 2R R4 4输出电压为输出电压为U U0 0=0=0当桥臂电阻发生变化，且当桥臂电阻发生变化，且RRi iRRi i，电，电桥负载电阻为无限大时，电桥输出电桥负载电阻为无限大时，电桥输出电压可近似表示为压可近似表示为iURRRRRRRRRRRRU)()(44332211221210一般采用全等臂形式，即一般采用全等臂形式，即R R1 1
11、=R=R2 2=R=R3 3=R=R4 4=R=R )(4443322110RRRRRRRRUUi第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.1 电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力（1）单臂工作方式如图所示如图所示, R, R1 1为应变片，其余为应变片，其余三个电阻为固定电阻。当应变三个电阻为固定电阻。当应变片电阻变化量为片电阻变化量为RR时，电桥时，电桥的输出电压为：的输出电压为：RRUUi40第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.1 电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力(2) 双臂半桥工作方式如图所示如图所示, R, R1 1、R R2 2为应变片
12、，为应变片，其余两个电阻为固定电阻。当其余两个电阻为固定电阻。当应变片电阻变化量为应变片电阻变化量为RR，即，即R R1 1=R+R=R+R， R R2 2=R=RRR时，电时，电桥的输出电压为：桥的输出电压为：RRUUi20第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.1 电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力 (3) 全桥工作方式如图所示，电桥的四个桥臂全如图所示，电桥的四个桥臂全为应变片，当应变片电阻变化为应变片，当应变片电阻变化量为量为RR，即，即R R1 1= R= R3 3=R+R=R+R， R R2 2=R=R4 4=R-R=R-R时，电桥的输出电时，电桥的输出电压为
13、：压为：RURUi0上述三种工作方式中，全桥的灵敏度最高，半桥次之，上述三种工作方式中，全桥的灵敏度最高，半桥次之，单臂电桥灵敏度最低。采用全桥或双臂半桥还能实现单臂电桥灵敏度最低。采用全桥或双臂半桥还能实现温度变化的自动补偿。温度变化的自动补偿。第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.1 电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力 实际使用中，R1、R2、R3、R4不可能严格相等，所以即使在未受力时，桥路的输出也不一定能为零，因此必须设置调零电路，如图所示。调节RP，最终可以使电桥趋于平衡，U0被预调到零位。这一过程称为直流平衡或电阻平衡。图中的R5是用于减小调节范围的限流电阻
14、。第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.1 电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力2.温度补偿温度补偿 （1）产生温度误差的原因）产生温度误差的原因 产生温度误差的原因主要来自两个方面：产生温度误差的原因主要来自两个方面： 一是因为温度变化而引起的应变片敏感栅的电阻变化一是因为温度变化而引起的应变片敏感栅的电阻变化及附加变形；及附加变形； 二是因为被测物体材料的线膨胀系数不同，是应变片二是因为被测物体材料的线膨胀系数不同，是应变片产生附加应变。因此在检测系统中有必要进行温度补偿，产生附加应变。因此在检测系统中有必要进行温度补偿，以减小或消除由此而产生的测量误差。以减小或消除
15、由此而产生的测量误差。第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.1 电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力(2)温度补偿的方法 自补偿法 通过合理选配敏感栅材料和结构参数来是实现温度补偿的。 桥路补偿法 选用两个相同的应变片，它们处于相同的温度场，R1处于受力状态，称为工作应变片，RB处于不受力状态，称为补偿应变片，如图所示。使用时，R1和RB接在电桥的相邻桥臂上，温度变化在R1和RB上产生的电阻变化大小相等，方向相反，正好相互抵消。R1R3RBR4UoR1RB(a)(b)R1工 作 应 变 片 ；RB补 偿 应 变 片FFU第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.1
16、电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力3.1.5电阻应变式传感器的应用电阻应变式传感器的应用 1应变式压力传感器的常见类型应变式压力传感器的常见类型 应变筒式应变筒式 膜片式膜片式 应变梁式应变梁式 组合式组合式 力传感器力传感器应变式压应变式压膜片R1R2R3R4trxhRp pR2R1R4R3rt图3-9 应变筒式传感器的结构图图3-10 膜片式压力传感器结构图3-11 应变梁式压力传感器结构图3-12 组合式压力传感器第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.1 电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力2压力变送器的选型和安装压力变送器的选型和安装（1）关于变送器
17、）关于变送器当传感器的输出为规定的当传感器的输出为规定的420mA等标准信号时，等标准信号时，则称为变送器。则称为变送器。变送器最典型的接线是四线制，两根电源线加上变送器最典型的接线是四线制，两根电源线加上两根电流输出线，总共要接两根电流输出线，总共要接4根线，称之为四线根线，称之为四线制变送器。当然，电流输出可以与电源公用一根制变送器。当然，电流输出可以与电源公用一根线，称之为三线制变送器。但是在实际使用中两线，称之为三线制变送器。但是在实际使用中两线制传感器得到越来越多的应用。线制传感器得到越来越多的应用。第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.1 电阻应变式传感器测量压力电阻应变
18、式传感器测量压力 两线制是指现场变送器与控制室仪表联系仅用两根导线，这两根线既两线制是指现场变送器与控制室仪表联系仅用两根导线，这两根线既是电源线，又是信号线。两线制与三线制和四线制，优点是：可节省是电源线，又是信号线。两线制与三线制和四线制，优点是：可节省大量电缆线和安装费用；抗干扰能力强；将大量电缆线和安装费用；抗干扰能力强；将4mA用于零电平，使判断用于零电平，使判断开路与短路或传感器损坏十分方便开路与短路或传感器损坏十分方便. 两线制电流变送器的输出为两线制电流变送器的输出为420 mA，通过精密电阻，通过精密电阻RL转换成的电转换成的电压信号或数字信号，如电阻为压信号或数字信号，如电
19、阻为250，则转换成，则转换成15 V的电压信号。的电压信号。第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.1 电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力（2）压力变送器的选型）压力变送器的选型被测介质被测介质 准确度等级准确度等级测量范围测量范围 工作温度范围工作温度范围（3）压力变送器的安装）压力变送器的安装第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.1 电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力3应变式力传感器与荷重传感器应变式力传感器与荷重传感器a a）柱式）柱式 b b）悬臂梁式）悬臂梁式 c c）环式）环式 弹性元件把被测量转换成应变量的变化，弹性元件上的应变片把
20、弹性元件把被测量转换成应变量的变化，弹性元件上的应变片把应变量变换成电阻量的变化，从而间接地测出力的大小。应变量变换成电阻量的变化，从而间接地测出力的大小。 应变片的布置和接桥方式，对于提高传感器的输出灵敏度和消除应变片的布置和接桥方式，对于提高传感器的输出灵敏度和消除有害因素的影响有很大关系。根据电桥的加减特性和弹性元件的受力有害因素的影响有很大关系。根据电桥的加减特性和弹性元件的受力性质，在贴片位置许可的情况下，贴性质，在贴片位置许可的情况下，贴2 28 8片应变片，其位置应是弹性片应变片，其位置应是弹性元件应变最大的地方。元件应变最大的地方。 第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测
21、3.1 电阻应变式传感器测量压力电阻应变式传感器测量压力4应变式加速度传感器应变式加速度传感器 由等强度梁、质量块、基座组成。测量时，基座固定振动体上，振由等强度梁、质量块、基座组成。测量时，基座固定振动体上，振动加速度使质量块产生惯性力，等强度在惯性力作用下产生弯曲变形。动加速度使质量块产生惯性力，等强度在惯性力作用下产生弯曲变形。因此，梁的应变在一定的频率范围内与振动体的加速度成正比。因此，梁的应变在一定的频率范围内与振动体的加速度成正比。 第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.2 压电式传感器测量压力压电式传感器测量压力3.2 压电式传感器测量压力压电式传感器测量压力3.2.1
22、压电效应及压电材料压电效应及压电材料 1.压电效应压电效应 某些电介质，当沿着一定方向对其施加作用力使其某些电介质，当沿着一定方向对其施加作用力使其变形时，其内部就会产生极化现象，筒式同时在它的两个变形时，其内部就会产生极化现象，筒式同时在它的两个表面上就会产生符号相反的电荷，当外力去掉后，其又重表面上就会产生符号相反的电荷，当外力去掉后，其又重新恢复到不带电状态，这种现象称为压电效应。当作用力新恢复到不带电状态，这种现象称为压电效应。当作用力方向改变时，电荷的极性也会发生改变。有时人们把这种方向改变时，电荷的极性也会发生改变。有时人们把这种机械能转化为电能的现象称为正压电效应。反之，在当电机
23、械能转化为电能的现象称为正压电效应。反之，在当电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生变形，这种介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生变形，这种现象称为逆压电效应。现象称为逆压电效应。 第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.2 压电式传感器测量压力压电式传感器测量压力2.压电材料的压电效应压电材料的压电效应（1）压电材料的特性参数）压电材料的特性参数 压电常数：它是衡量材料压电效应强弱的参数，直接关系到压电输出压电常数：它是衡量材料压电效应强弱的参数，直接关系到压电输出的灵敏度。的灵敏度。 弹性常数：压电材料的弹性常数、刚度决定了压电器件的固有频率和弹性常数：压电材料的弹性常数、
24、刚度决定了压电器件的固有频率和动态特性。动态特性。 介电常数：对于一定形状、尺寸的压电元件，其固有电容与介电常数介电常数：对于一定形状、尺寸的压电元件，其固有电容与介电常数有关，而固有电容有影响着压电传感器的频率下限。有关，而固有电容有影响着压电传感器的频率下限。 电阻：压电材料的绝缘电阻将减少电荷泄漏，从而改善压电传感器的电阻：压电材料的绝缘电阻将减少电荷泄漏，从而改善压电传感器的低频特性。低频特性。 居里点：压电材料开始丧失压电特性的温度。居里点：压电材料开始丧失压电特性的温度。（2）石英晶体的压电效应）石英晶体的压电效应第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测横向压电系数，d12=-
25、d113.2 压电式传感器测量压力压电式传感器测量压力z轴（纵向轴）x轴（电轴） ：经过棱线并垂直于光轴y轴（机械轴）：与电轴、光轴同时垂直zxyoxzyobzoxacy（a）晶体外形 （b）切割方向 （c）晶片11xxxQd F12xyyaQdFb当沿电轴方向有作用力当沿电轴方向有作用力F Fx x时，在与电轴垂直的平面上产生电荷。产生的电荷量为时，在与电轴垂直的平面上产生电荷。产生的电荷量为横向压电效应与晶片的几何尺寸有关，横向压电效应的方向与纵向压电效应相反。横向压电效应与晶片的几何尺寸有关，横向压电效应的方向与纵向压电效应相反。 纵向压电效应与晶片的尺寸无关，当改变作用力的方向时，在纵
26、向压电效应与晶片的尺寸无关，当改变作用力的方向时，在晶体表面产生的电荷极性相反。晶体表面产生的电荷极性相反。如果沿如果沿y y轴施加作用力轴施加作用力FyFy时，电荷仍出现在与时，电荷仍出现在与x x轴垂直的表面上，轴垂直的表面上，其电荷量为其电荷量为纵向压电系数 zxyoxzyobzoxacy压电晶体的长度 压电晶体的厚度 第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.2 压电式传感器测量压力压电式传感器测量压力（3）压电陶瓷 压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，它具有类似铁磁材料磁畴结构的电畴结构。压电陶瓷人工极化后，当沿极化方向施加作用力时，则在垂直于该方向的两个极化面上产生正负电荷，
27、其电荷量为 33Qd F（a）极化前 （b）极化后第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.2 压电式传感器测量压力压电式传感器测量压力（4）高分子压电材料）高分子压电材料 高分子压电材料具有很强的压电特性，同时还具有类似铁电晶体的迟滞特性和热释电特性，因此广泛应用于压力、加速度、温度检测中。它具有很好的柔性和加工性能，可制成不同厚度和形状各异的大面积有挠性的膜，适于制作大面积的传感阵列器件。 高分子压电传感器第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.2 压电式传感器测量压力压电式传感器测量压力3.2.23.2.2压电传感器的测量电路压电传感器的测量电路1.1.压电式传感器的等效电
28、路压电式传感器的等效电路 压电元件可看成一个电荷发生器，同时，也相当于一个电容器压电元件可看成一个电荷发生器，同时，也相当于一个电容器0raACd A A为压电片的面积，为压电片的面积，d d为压电片的厚度，为压电片的厚度，为压电材料的相对介电常数为压电材料的相对介电常数 CauaCaq（a）电压源 （b）电荷源 aaQuC第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.2 压电式传感器测量压力压电式传感器测量压力 压电传感器在实际使用时总要与测量仪器或测量电路相连接，因此还需考虑连接电缆的等效电容Cc，放大器的输入电阻Ri, 输入电容Ci以及压电传感器的泄漏电阻Ra。UaCaRaCcRiCi
29、RaCcRiCiCeQ（a）电压源 （b）电荷源第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.2 压电式传感器测量压力压电式传感器测量压力2.2.压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路 电荷放大器常作为压电传感器的输入电路，由一个反馈电容电荷放大器常作为压电传感器的输入电路，由一个反馈电容C Cf f和一个和一个高增益放大器组成。由于运算放大器输入阻抗极高，放大器输入端几乎没高增益放大器组成。由于运算放大器输入阻抗极高，放大器输入端几乎没有分流，故可略去有分流，故可略去R Ra a和和R Ri i并联电阻。可求出电荷放大器的输出电压并联电阻。可求出电荷放大器的输出电压AuoCiCaCe
30、CrQficaoCACCCAQu1-(1)faciA CCCCfoCQu-通常通常A=10A=104 410108 8，因此满足，因此满足故上式可表示为故上式可表示为 第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.2 压电式传感器测量压力压电式传感器测量压力3.2.3压电式传感器的应用压电式传感器的应用1压电传感器的基本结构压电传感器的基本结构 在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用多片压电晶片粘在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用多片压电晶片粘结在一起。其中最常用的是两片结构。由于压电元件上的电荷是有极结在一起。其中最常用的是两片结构。由于压电元件上的电荷是有极性的，因此接法有串
31、联和并联两种，一般是并联接法以提高灵敏度。性的，因此接法有串联和并联两种，一般是并联接法以提高灵敏度。由上可知，压电晶片并联可以增大输出电荷，提高灵敏度。具体使用时，由上可知，压电晶片并联可以增大输出电荷，提高灵敏度。具体使用时，两片晶片上必须有一定的预紧力，以保证压电元件在工作时始终受到压力，两片晶片上必须有一定的预紧力，以保证压电元件在工作时始终受到压力，同时可以消除两压电晶片之间因接触不良而引起的非线性误差，保证输出同时可以消除两压电晶片之间因接触不良而引起的非线性误差，保证输出与输入作用力之间的线性关系。但是这个预紧力不能太大，否则将影响其与输入作用力之间的线性关系。但是这个预紧力不能
32、太大，否则将影响其灵敏度。灵敏度。第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.2 压电式传感器测量压力压电式传感器测量压力2. 压电式测力传感器压电式测力传感器 压电式力传感器的结构图主要由石英晶片、电极、绝压电式力传感器的结构图主要由石英晶片、电极、绝缘套、传力上盖及基座等组缘套、传力上盖及基座等组成成 。1-1-传力上盖传力上盖 2-2-压电片压电片 3-3-电极电极 4-4-电极引出插头电极引出插头 5-5-绝缘材料绝缘材料 6-6-底座底座 YDS-78YDS-78型压电式单向动态力传感器型压电式单向动态力传感器第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.2 压电式传感器测量压
33、力压电式传感器测量压力3.集成压电式传感器集成压电式传感器 集成压电式传感器是一种高性能、低成本动态微压传感器，产集成压电式传感器是一种高性能、低成本动态微压传感器，产品采用压电薄膜作为换能材料，动态压力信号通过薄膜变成电荷量，品采用压电薄膜作为换能材料，动态压力信号通过薄膜变成电荷量，再经传感器内部放大电路转换成电压输出。再经传感器内部放大电路转换成电压输出。脉搏计外形脉搏计外形 第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.2 压电式传感器测量压力压电式传感器测量压力4.压电式加速度传感器 图中压缩型压电式加速度传感器主要由压电元件、质量图中压缩型压电式加速度传感器主要由压电元件、质量块
34、、预压弹簧、基座及外壳等组成。块、预压弹簧、基座及外壳等组成。（a a）原理图）原理图 （b b）传感器结构）传感器结构1 1基座基座 2 2引出电极引出电极 3 3压电晶片压电晶片 4 4质量块质量块 5 5弹簧弹簧 6 6壳体壳体压电式加速度传感器压电式加速度传感器第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.2 压电式传感器测量压力压电式传感器测量压力5. 5. 压电传感器在煤气灶电子点火装置应用压电传感器在煤气灶电子点火装置应用 煤气灶电子点火装置是利用压电陶瓷制成的，如图3-27所示。1-1-凸轮开关凸轮开关 2-2-冲击钻冲击钻 3-3-弹簧弹簧 4-4-压电陶瓷压电陶瓷 5-5
35、-高压导线高压导线 6-6-气阀气阀煤气灶电子点火装置煤气灶电子点火装置第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测3.3 简易电子秤的制作与调试简易电子秤的制作与调试3.3 简易电子秤的制作与调试3.4.1电子秤的制作目的 作为一种计量手段，称重技术广泛用于各个领域，采用应变电阻作为一种计量手段，称重技术广泛用于各个领域，采用应变电阻式称重传感器制作一种简易电子秤。式称重传感器制作一种简易电子秤。3.4.2 制作器件 CAS称重传感器称重传感器BCL、双运放集成电路、双运放集成电路LM358、A/D转换器转换器7106、液晶显示电路、电阻器等。液晶显示电路、电阻器等。3.4.3 电路制作 电
36、路由称重传感器、放大电路、电路由称重传感器、放大电路、AD转换和液晶显示电路等部分转换和液晶显示电路等部分组成，由图组成，由图3-28所示所示。3.4.4 电路调试 在调试过程中，应准备标准法码，其过程如下：在调试过程中，应准备标准法码，其过程如下： 首先在秤体自然下垂且无负载时调整首先在秤体自然下垂且无负载时调整RP1，RP1可引出表外调整。可引出表外调整。测量前先调整测量前先调整RP1，使显示器回零。，使显示器回零。 再调整再调整RP2，使秤体承担满量程重量时显示满量程值。，使秤体承担满量程重量时显示满量程值。 然后在秤钩下悬挂然后在秤钩下悬挂1千克的标准法码，观察显示器是否显示千克的标准
37、法码，观察显示器是否显示1.000，如有偏差，可调整如有偏差，可调整RP3值，使之准确显示值，使之准确显示1.000。 重新进行（重新进行（2）、（）、（3）步骤，使之均满足要求为止。）步骤，使之均满足要求为止。第第3 3章章 力与压力的检测力与压力的检测 小结小结应变式电阻传感器基于电阻应变效应。导体或半导体材料在受到外界力（拉力或压力）作用时产生机械变形，机械变形导致其阻值变化，这种因为形变而使其阻值发生变化的现象称为应变效应。电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成，敏感栅是应变片的核心部分。电阻应变片的主要性能指标有灵敏系数、几何尺寸、初始电阻、允许工作电流等。常用的电阻应变片
38、的测量电路为直流电桥，有三种工作方式，分别为单臂电桥、双臂电桥、全桥。电阻应变片在实际使用中会产生温度误差，温度误差主要是由于电阻材料阻值随着温度变化而引起，可以采用自补偿法和桥路补偿法来消除。压电式传感器基于压电效应。具有压电效应的压电材料有压电晶体、压电陶瓷和高分子压电材料。压电材料的主要特性指标有压电系数d、刚度H、介电常数、电阻R和居里点。压电元件的等效电路有电荷等效电路和电压等效电路，由于电荷放大器的输出电压仅与电荷量Q和反馈电容Cf有关,而与电缆电容Cc无关，所以压电传感器的测量转换电路用电荷放大器。由于压电元件的输出电荷Q 又与外力F成正比关系，从而压电传感器往往用于变化力、变化加速度、振动的测量，它不能用于静态力的测量。