《壓力傳感器》課件.ppt

1、第四章壓力傳感器、應(yīng)變傳感器電容式傳感器電容式傳感器壓力傳感器應(yīng)用于汽車、南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院、4.1壓力的概念和單位、國(guó)際單位制定義壓力單位：1N的力垂直于1m2面積均勻作用而形成的壓力為帕斯卡、縮寫波、符號(hào)Pa。緯度45的海面上0點(diǎn)的平均氣壓。南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，表4-1(繼續(xù))，標(biāo)準(zhǔn)重力加速度(980.655厘米/s2)下，0點(diǎn)1毫米高水銀柱底部的壓力。在標(biāo)準(zhǔn)重力加速度(980.655cm/s2)上，水流底部的壓力為4:1mm高。1 bar=1a t1 kgf/cm2 1 bar=0.1 MPa=100 kpa，1kg的力垂直作用于1 cm2面積的壓力。南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，L，L dL，2

2、r，2(r-dr)，電阻系數(shù)l:金屬線材長(zhǎng)度S:金屬線材截面面積，1，電阻變形效果，金屬線在外力下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，線材長(zhǎng)度相對(duì)變更，用表示。=線材長(zhǎng)度方向的變形或軸變形。橫截面積的相對(duì)變化。南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，dr/r是鋼絲半徑的相對(duì)變化，即徑向變形為R。S=R2，DS/S=2DR/R，R比例系數(shù)KS稱為線材的變形偵測(cè)系數(shù)。物理意義：?jiǎn)挝蛔冃我鸬碾娮柘鄬?duì)變化。KS包含兩部分。上一部分為(1 2)，由于材質(zhì)幾何尺寸的變化，普通金屬0.3導(dǎo)致(1 2) 1.6。后一部分是電阻率隨變形而發(fā)生的(稱為“壓力電阻效應(yīng)”)。對(duì)于金屬材料，前一周，KS 1 2；對(duì)于半導(dǎo)體，KS值主要由電阻率的相對(duì)變化決定

3、。實(shí)驗(yàn)表明，在鋼絲拉伸比限制范圍內(nèi)，電阻相對(duì)變化必須與軸方向成正比。通常KS在1.83.6范圍內(nèi)。南昌市大學(xué)科技學(xué)院，第二，壓力電阻效應(yīng)半導(dǎo)體晶體材料受到應(yīng)力作用后，電阻率發(fā)生了很大變化，這種現(xiàn)象稱為“壓力電阻效應(yīng)”。半導(dǎo)體材料，金屬材料，電阻相對(duì)變化量，南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，e通常比(1 2)大幾十倍或百倍，因此半導(dǎo)體材料電阻相對(duì)變化的主要原因是壓阻效應(yīng)，所以常識(shí)可能類似于中等壓阻系數(shù)。e楊氏模量應(yīng)力；應(yīng)變。常識(shí)表明，壓力電阻傳感器的工作原理基于壓力電阻效應(yīng)。南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，2，3，4，在這些部分中選擇的因此，必須根據(jù)使用條件和要求合理選擇。、(1)敏感柵格孔由金屬燈絲包圍。電阻變異的電阻

4、值為60，120，200等多種規(guī)格，120牙齒使用最多。應(yīng)變計(jì)長(zhǎng)度大小與測(cè)量變形的準(zhǔn)確度有關(guān)，應(yīng)變計(jì)測(cè)量的變形大小是應(yīng)變計(jì)長(zhǎng)度和柵格寬度所在區(qū)域內(nèi)的平均軸向響應(yīng)變量。澆口長(zhǎng)度、澆口寬度、南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院、敏感澆口材料的要求：變形檢測(cè)系數(shù)在大且測(cè)量的變形范圍內(nèi)保持恒定。電阻率高，穩(wěn)定，易于制作小圍欄長(zhǎng)度的變異。電阻溫度系數(shù)必須較小?？寡趸芰Ω?，耐腐蝕性強(qiáng)；可以在工作溫度范圍內(nèi)保持足夠的抗拉強(qiáng)度。加工性能良好，可拉絲或軋制成箔。容易焊接，鉛材料的熱電勢(shì)尺寸小。對(duì)變異的要求必須根據(jù)實(shí)際使用情況合理選擇。(2)底座和蓋子底座用于保持敏感澆口、指引線的幾何形狀和相對(duì)位置，蓋子用于保護(hù)敏感澆口和指引線

5、的形狀和相對(duì)位置以及敏感格柵。基準(zhǔn)的總長(zhǎng)度稱為基準(zhǔn)長(zhǎng)度，其寬度稱為基準(zhǔn)寬度。南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，(3)引線是從應(yīng)變板的敏感圍欄出來的細(xì)金屬線。引線材料的性能要求：電阻率低，電阻溫度系數(shù)小，抗氧化性能好，焊接方便。(4)粘合劑用于將敏感網(wǎng)格固定在底座上，并將蓋子貼在底座上。使用金屬應(yīng)變計(jì)時(shí)，必須使用粘合劑將應(yīng)變計(jì)基準(zhǔn)粘貼到零部件表面的特定方向和位置。這樣，組件受力后的曲面變形將傳遞到應(yīng)變計(jì)的基底和敏感澆口。常用粘合劑分為有機(jī)和無機(jī)物兩個(gè)茄子主要類別。有機(jī)粘結(jié)劑用于低溫、常溫和中溫。常用聚丙烯酸酯、酚醛樹脂、有機(jī)硅裴秀智、聚酰亞胺等。無機(jī)膠粘劑用于高溫，常用的是磷酸鹽、硅酸鹽、硼酸鹽等。南昌市大學(xué)

6、技術(shù)學(xué)院、4、溫度誤差和賠償1、溫度誤差環(huán)境溫度變化引起的電阻變化和詩篇變化引起的電阻變化幾乎是同一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此產(chǎn)生了很大的測(cè)量誤差。變送器的溫度誤差，也稱為熱輸出。環(huán)境溫度變化引起的電阻變化的兩個(gè)茄子主要因素：應(yīng)變電阻線(敏感門)具有一定的溫度系數(shù)。電阻絲材料與測(cè)試材料的線膨脹系數(shù)不同。南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，2，溫度賠償自身賠償方法和電路賠償方法1)自身賠償單絲自補(bǔ)償可變薄片雙絲組合自補(bǔ)償可變薄片2)橋梁電子電路補(bǔ)償方法，南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，在變形測(cè)量中使用兩個(gè)應(yīng)變計(jì)，一個(gè)附著在測(cè)試部件的表面，圖R1稱為工作應(yīng)變片。另一片與測(cè)試材料相同的校正塊，圖中的R2稱為校正變異。工作中，校正塊不承受變

7、形，僅隨溫度變形。R1t與R2t相同，因?yàn)镽1和R2接入橋的相鄰癌癥。根據(jù)電橋理論，輸出電壓USC與溫度無關(guān)。當(dāng)工作應(yīng)變計(jì)感覺到變形時(shí)，電橋會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電壓。南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，根據(jù)被測(cè)試部件經(jīng)受應(yīng)變的情況，不添加單獨(dú)的賠償塊，將補(bǔ)償貼在被測(cè)試部件上，不僅可以起到溫度賠償?shù)淖饔?，還可以提高輸出的靈敏度。圖中所示的貼紙。如果梁彎曲，應(yīng)變R1和R2的變形方向相反，向上拉，向下壓，絕對(duì)值相同，符號(hào)相反，將它們連接到橋的相鄰臂，可以改變輸出電壓。溫度變化時(shí)，應(yīng)變板R1和R2的電阻值變化的符號(hào)相同，大小等于，電橋沒有產(chǎn)生輸出，達(dá)到了賠償目的。隨著南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院、熱敏電阻補(bǔ)償法、溫度升高，應(yīng)變的靈

8、敏度下降，熱敏電阻Rt的電阻值降低，電橋的輸入電壓隨溫度升高而增加，從而提高電橋的輸出電壓。選擇分流電阻R5的值可以很好地補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)靈敏度對(duì)橋輸出的影響。1，單臂DC橋，5，測(cè)量電路，R1 R，南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，2，差動(dòng)橋：相鄰橋臂，電阻1增加，1減少，南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，3，全橋：4癌癥都是應(yīng)變片差動(dòng)變壓器是氣隙，南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，2 .結(jié)構(gòu)形式、南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院、4.3電容傳感器、電容傳感器的工作原理可以用平面電容器說明。平板電容器由兩個(gè)金屬極板，中間一層傳記介質(zhì)組成。忽略邊緣效應(yīng)時(shí)，電容器的傳記容量分為電容傳感器的三種茄子類型：可變極距、可變面積、可變介電常數(shù)。，1，工作原理，南昌

9、市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，2，結(jié)構(gòu)形式，1。變極型電容傳感器2。變面積傳感器，南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，3。在變介電常數(shù)型傳感器電容器陽極板之間插入其他介質(zhì)會(huì)改變電容器的容量，因此，由以下原理制成：南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，1橋電路，3，測(cè)量電路，南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，2，脈寬調(diào)制電路，原理，南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，順壓效果：部分電介質(zhì)為。這種將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象稱為純壓效應(yīng)，也稱為壓電效應(yīng)。逆壓電效應(yīng)：在電介質(zhì)極化的方向施加電場(chǎng)時(shí)，電介質(zhì)在一定方向發(fā)生機(jī)械變形，內(nèi)部發(fā)生機(jī)械應(yīng)力，這種電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能現(xiàn)象稱為“逆壓電效應(yīng)”，又稱傳記拉伸效應(yīng)。4.4壓電傳感器，1，定義，南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，演示石英晶體的壓電效應(yīng)，當(dāng)力

10、的方向改變時(shí)，電荷的極性發(fā)生變化，輸出電壓的頻率與動(dòng)態(tài)力的頻率相同。當(dāng)動(dòng)態(tài)力成為靜態(tài)力時(shí)，由于表面漏電，電荷迅速泄漏消失。南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，2，壓電材料類型：壓電鄭秀晶，石英等；壓電陶瓷，如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等；壓電半導(dǎo)體(例如硫化鋅、溴化等)。壓電材料特性要求：轉(zhuǎn)換性能需要大的壓電常數(shù)。機(jī)械性能。壓電元件是一種力元件，希望機(jī)械強(qiáng)度高，剛度高，以獲得寬線性范圍和高固有振動(dòng)頻率。電氣性能。為了減少外部分布電容影響，提高低頻特性，我們希望高電阻率和大介電常數(shù)。環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。溫度和濕度穩(wěn)定性好。時(shí)間穩(wěn)定性。壓電性能不隨時(shí)間變化。南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，5，壓電傳感器的特性，力傳感器，

11、力，壓力，加速度等雙向主動(dòng)傳感器體積小，輕型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作可靠，帶寬穩(wěn)定，南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，4.5壓力傳感器在汽車上的應(yīng)用，(1)進(jìn)氣壓力傳感器(2) 低壓開關(guān)(6)液壓輔助制動(dòng)系統(tǒng)的液壓傳感器(7)主動(dòng)懸架系統(tǒng)的控制閥壓力傳感器(8)制動(dòng)主南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，4.5.1汽車用壓力傳感器的種類和用途：檢測(cè)空氣過濾器是否堵塞，主要利用化油器規(guī)格車輛使用的壓力車檢測(cè)堵塞狀態(tài)。 工作原理：發(fā)生壓差時(shí)(AB)，在B鋼負(fù)壓的作用下，膜片推彈簧向下移動(dòng)，笛子彈簧開關(guān)通過。4.5.1.1真空開關(guān)、南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院、空氣過濾器堵塞時(shí)，B連接器為負(fù)壓，笛簧開關(guān)關(guān)閉，報(bào)警指示燈亮起。南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，4.5

12、.1.2檢測(cè)堵塞的連接傳感器，檢測(cè)進(jìn)氣機(jī)構(gòu)的聲壓，達(dá)到指定值后，傳感器內(nèi)的觸點(diǎn)關(guān)閉，打開警告燈，發(fā)出空氣過濾器堵塞的警告。南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，4.5.1.3液壓開關(guān)，無壓力操作中有觸點(diǎn)閉合壓力時(shí)觸點(diǎn)斷開。作用：用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油無油壓，用于液壓指示器的南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，4.5.1.4液壓傳感器，作用：具有液壓助力裝置的制動(dòng)系統(tǒng)的液壓壓氣機(jī)的壓力檢測(cè)，輸出油泵的關(guān)閉或分離信號(hào)，可以檢測(cè)油壓異常警報(bào)。，南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，4.5.1.5絕對(duì)壓力傳感器，角色：主動(dòng)懸架系統(tǒng)的液壓控制，南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，4.5.1.6相對(duì)壓力高壓傳感器，角色：汽車空調(diào)的制冷劑壓力檢測(cè)，南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，4 . 2

13、，在進(jìn)氣歧管上的安裝位置，南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，半導(dǎo)體進(jìn)氣道4.5.1.8真空傳感器工作原理：壓力變化波紋管變形差動(dòng)變壓器鐵芯移動(dòng)差動(dòng)變壓器的輸出端用于電壓電腦基本噴射量、南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院、4.5.1.9增壓傳感器、功能：檢測(cè)渦輪增壓器的增壓壓力，修改噴霧脈沖，控制增壓壓力。南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，4.5.1.10主缸壓力傳感器，作用：檢測(cè)主缸的輸出壓力。原理：制動(dòng)壓力膜片變形應(yīng)變應(yīng)變計(jì)電阻變化，南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，4.5.1.11低壓器用壓力傳感器，安裝在液壓元件上，用于檢測(cè)液壓元件的壓力。南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院、4.5.2半導(dǎo)體進(jìn)氣壓力傳感器、類型：絕對(duì)壓力差應(yīng)變壓力類型、表面壓縮類型內(nèi)部壓縮類型

14、、壓縮表面測(cè)量電阻形成平面、壓縮表面測(cè)量電阻平面形成相反、南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院、4.5.2、工作原理(壓力隔夜應(yīng)力測(cè)量電(1)壓力額定電壓：傳感器正常工作時(shí)的最佳電壓過載電壓：在不影響每個(gè)特性的范圍內(nèi)可添加的最大電壓：(2)輸出電壓特性傳感器輸出電壓：外部電壓和壓力時(shí)橋電路輸出部的電壓偏置電壓：外部壓力為0Pa時(shí)的輸出電壓(橋不平衡零電壓)控制電壓(指示傳感器的靈敏度):傳感器額定壓力準(zhǔn)確度和溫度特性準(zhǔn)確度：定義的域內(nèi)輸出電壓的上限和下限確定的最大偏差溫度特性：與硅和硅杯材料外觀相關(guān)的南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，4.5.3半導(dǎo)體微差壓力傳感器，4.5.3.1半導(dǎo)體微差壓力傳感器的工作原理，安裝：進(jìn)氣歧管的工作原理(壓力電阻效應(yīng)):壓力膜片應(yīng)力測(cè)量電阻電阻變化電橋輸出端電壓或電流(1)壓力檢測(cè)范圍大(2)，耐壓能力高(3)，差壓工作，對(duì)卡曼旋渦以外因素引起的壓力變化(相同成分)的靈敏度低。 (4)環(huán)境耐受性好。(5)半導(dǎo)體芯片的外殼和旋渦發(fā)生柱合并成一個(gè)，減少了體積。南昌市大學(xué)技術(shù)學(xué)院，