压力检测.pptx
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1、力学知识复习1.力:力是一个物体对另一物体的作用.单位:牛顿 N2.压力:物理学中把垂直压在物体上的力叫做压力。压力的方向与接触面垂直。单位:牛顿 N3.压强:物理学中把物体单位面积上受到的力叫做压强。单位是帕斯卡Pa,简称帕,1Pa=1N/,物理意义表示这个物体每平方米受到的压力为1N。在测量上所称的在测量上所称的压力压力就是物理学中的就是物理学中的压强。压强。4.应力:应力是物质抵抗外界负荷时单位面积所受的内力。单位:N/m2;Pa;MPa 力1000N面积0.001m2 1000/0.001 1000/0.001N/m2=1000000Pa=1000000Pa1MPa1MPa例如:例如:
2、5.应变:衡量变形(应变 应力力变化化)例如:长度1米的杆,被拉长为1.01米应变(1.01-1)/10.01固定应用:判断悬臂梁危险区域力危险部位危险部位危险部位危险部位3.1 压力的概念及单位压力的概念及单位n 一、压力的概念一、压力的概念:压力是垂直而均匀地作用在单压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力。大小由受力面积和垂直作用力的位面积上的力。大小由受力面积和垂直作用力的大小两个因素决定。表达式为:大小两个因素决定。表达式为:n 二二.压力的单位压力的单位 n 1.1.工程大气压工程大气压 2.2.标准大气压标准大气压 n 3.3.约定毫米汞柱约定毫米汞柱 4.约定毫米水柱约定毫米水柱
3、n常用的几种压力单位与帕斯卡的换算关系见常用的几种压力单位与帕斯卡的换算关系见表表3.1.13.1.1所示。所示。n三、压力的分类三、压力的分类 1.1.绝对压力绝对压力 2.2.环境大气压力环境大气压力 3.3.表压力表压力 4.4.真空度真空度 5.5.差差 压压 n上述各种压力的相互关系见图。上述各种压力的相互关系见图。3.2 应变式压力计应变式压力计 3.2.1 电阻应变效应电阻应变效应 电阻丝在外力作用下发生机械形变时,其电阻值发生变化,称为电阻应变效应。设有一根长度为L,截面积为S,电阻率为的电阻丝,未受力时的电阻值为:受力后:压力变化压力变化-机械变形机械变形-电阻变化电阻变化
4、3.2.2 3.2.2 电阻应变片电阻应变片 n 一、金属电阻应变片一、金属电阻应变片 金属电阻应变片分为金属丝式和箔式,图金属电阻应变片分为金属丝式和箔式,图3.2.23.2.2所示为金属丝式和金属箔式电阻应变片。所示为金属丝式和金属箔式电阻应变片。n常用的电阻应变丝的材料是康铜丝和镍铬合丝,用常用的电阻应变丝的材料是康铜丝和镍铬合丝,用薄纸作为基底的应变片称为纸基应变片;用有机聚薄纸作为基底的应变片称为纸基应变片;用有机聚合物作为基底的应变片称为胶基应变片。合物作为基底的应变片称为胶基应变片。n电阻应变片1、应变丝2、基底3、引线4、金属膜引线n二、半导体应变片二、半导体应变片 半导体受力
5、时,半导体受力时,电阻率电阻率发生变化,电阻率随应力变化的发生变化,电阻率随应力变化的关系称为半导体关系称为半导体压阻效应压阻效应。半导体应变片电阻的变化主要。半导体应变片电阻的变化主要是电阻率变化引起的,表示为是电阻率变化引起的,表示为 由于弹性系数由于弹性系数 E E=/,上式又可写为,上式又可写为 为提高灵敏度半导体应变片还有制成栅形的。为提高灵敏度半导体应变片还有制成栅形的。n3.2.3 3.2.3 电阻应变片的粘贴及温度补偿电阻应变片的粘贴及温度补偿 n一、应变片的粘贴一、应变片的粘贴:粘贴工艺包括被测试件表面处理,贴片,质量检查,焊接引线以及防护与屏蔽等。n二、温度误差及其补偿二、
6、温度误差及其补偿 n1.温度误差:温度误差是指环境温度变化引起应变片电阻变化。原因有两方面:一方面是应变片电阻丝的温度系数,另一方面是电阻丝材料与试件材料的线膨胀系数不同。n2.温度补偿 电桥补偿法如图。n3.2.43.2.4 转换电路转换电路n当当 R RL L=时,电桥输出电压为:时,电桥输出电压为:单臂电桥输出电压和电压灵敏度为单臂电桥输出电压和电压灵敏度为 n双臂电桥电路,一般接成差动电桥。其输出电压为双臂电桥电路,一般接成差动电桥。其输出电压为 n电桥四臂同时接入工作应变片,则构成全桥电路。其输出电压为电桥四臂同时接入工作应变片,则构成全桥电路。其输出电压为 n3.2.5 3.2.5
7、 应变式压力传感器应变式压力传感器 n一、膜式应变传感器一、膜式应变传感器 图是一种简单的平膜压力传感器,应变片贴在膜片的内表面。膜图是一种简单的平膜压力传感器,应变片贴在膜片的内表面。膜片感受压力时产生应变,使应变片有一定的电阻输出。片感受压力时产生应变,使应变片有一定的电阻输出。n二、测力式应变传感器二、测力式应变传感器 右图为一种带水冷的右图为一种带水冷的测力计式压力传感器。测力计式压力传感器。三、扩散硅型压力传感器三、扩散硅型压力传感器 图图(a)是一个杯型组合式测量元件是一个杯型组合式测量元件 图图(b)是膜片一个截面示意图是膜片一个截面示意图 3.33.3 压电式压力传感器压电式压
8、力传感器 n3.3.1 3.3.1 压电效应压电效应 n 某些电介质物体在某方向受压力或拉力作用产某些电介质物体在某方向受压力或拉力作用产生形变时,表面会产生电荷。外力撤消后,又回到生形变时,表面会产生电荷。外力撤消后,又回到不带电状态。这种现象称为压电效应。具有压电效不带电状态。这种现象称为压电效应。具有压电效应的物体称为压电材料,如天然的石英晶体,人造应的物体称为压电材料,如天然的石英晶体,人造的压电陶瓷等。的压电陶瓷等。n一、石英晶体的压电效应一、石英晶体的压电效应 图图3.3.13.3.1为天然结构的石英晶体外形和石英晶体切片。为天然结构的石英晶体外形和石英晶体切片。石英晶体石英晶体n
9、当切片在沿当切片在沿X X轴的方向上受到压力轴的方向上受到压力FxFx作用时,晶体作用时,晶体切片将产生厚度变形,并在与切片将产生厚度变形,并在与X X轴垂直的平面上产轴垂直的平面上产生电荷生电荷Qx,它的大小为:,它的大小为:n电荷的极性见图 n二、压电效应的物理解释 如图所示。n3.3.2 压电材料 n一、压电晶体 1.石英晶体 2.水溶性压电晶体 3.铌酸锂晶体 n二、压电陶瓷 1.钛酸钡压电陶瓷 2.锆钛酸铅系压电陶瓷 3.铌酸盐系压电陶瓷 4.铌镁酸铅压电陶瓷 n三、压电半导体 3.3.3 3.3.3 测量电路测量电路 n把压电晶体等效成一个电荷源与电容并联的等效电路。由于电容器上的
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