压力传感器

膜片受压力变形时

2019-10-25 21:41

  河北结合大学轻工学院 压力传感器 消息科学与技巧部1311尝试室 贾万世,李萌,李丽丽 MCU 1 目次 ? ? ? ? ? ? 1 压力传感器 2 压力的丈量形式 3 电阻应变式压力传感器 4 电感式压力传感器 5 电容式压力传感器 6 压电式压力传感器 传感器 2 1.1压力 压力是工业坐蓐流程中紧张的工艺参数之 一,准确地丈量和把持压力是包管工业生 产流程优良地运转,抵达高产优质低耗及 和平坐蓐的紧张合键。 传感器 3 1.2压力的界说 压力是笔直而匀称地效用正在单元面积上的力 ,即物理学中常称的压强。工程上,习气把压强 称为压力。由此界说,压力可吐露为: p?F S 传感器 4 2.压力的丈量形式 ? 重力与被测压力均衡的丈量法 – 液柱式压力计 ? 弹性力与被测压力均衡的丈量法 – 敏锐元件受压力效用发生弹性形变,进而由转换元件转换 成电信号举行丈量的一类形式 – 种种弹簧管、弹性膜、波纹管等敏锐元件 ? 物性丈量形式 – 敏锐元件受压力效用举行发生物理性子蜕变,进而由转换 元件转换成电信号举行丈量的一类形式 – 压阻式、压电式压力传感器 传感器 5 2.1重力与被测压力均衡的丈量法 传感器 6 2.2弹性力与被测压力均衡的丈量法 当被测压力效用于弹性元件时,弹性元件便发生 相应的弹性变形(即板滞位移)。 遵照变形量的巨细,能够测得被测压力的数值。 传感器 7 弹性元件是主旨部 分,其效用是感触压 力并发生弹性变形, 弹性元件采用何种形 式要遵照丈量请求选 择和策画; 弹簧管: 传感器 8 波 纹 管 弹 或 波 簧 登 管 管 弹性膜片 传感器 9 吊颈弹性体 柱筒弹性体 轮辐弹性体 传感器 10 正在弹性元件与指示机构之间是变换 放大机构,其效用是将弹性元件的变形 举行变换和放大; 指示机构(如指针与刻度标尺)用于 给出压力示值; 安排机构用于安排零点和量程。 传感器 11 2.3物性丈量形式 当被测压力效用于压电晶体时,压电晶体 会发生电势差,应用这个电势差能够举行 压力巨细的丈量 传感器 12 传感器的界说 能感触规则的被丈量并根据必然的法则转 换成可用信号的器件或装备,常常由敏锐 元件和转换元件构成。 传感器 13 传感器 传感器是一种检测装备,能感触到被丈量 的消息,并能将检测感触到的消息,按一 定法则变换成为电信号或其他所需花样的 消息输出,以满意消息的传输、处罚、存 储、显示、记实和把持等请求。它是实行 主动检测和主动把持的首要合键。 传感器 14 压力传感器 将压力转换为电信号输出的传感器叫做压 力传感器。常常把压力丈量仪外中的电测 式仪外称为压力传感器。 压力传感器凡是由弹性敏锐元件和位移敏 感元件(或应变计)构成。 传感器 15 弹性、位移敏锐元件 弹性敏锐元件的效用是使被测压力效用于 某个面积上并转换为位移或应变,然后由 位移敏锐元件或应变计转换为与压力成一 定联系的电信号。有时把这两种元件的功 能集于一体,如压阻式传感器中的固态压 力传感器。 传感器 16 压力传感器分类 常用压力传感器有: 电容式压力传感器、变磁阻式压力传感器 (变磁阻式传感器、差动变压器式压力传 感器)、霍耳式压力传感器、光纤式压力 传感器(睹光纤传感器)、谐振式压力传 感器等。 传感器 17 压力传感器 传感器 18 压力传感器的选型 1、品牌误区:进口的纷歧定是最好的,邦产 的也不是都比进口的差,譬喻:皓鹰 2、精度误区:从某个角度来说:安静性比产 品的精度更紧张,精度采取该当是设置正在 高安静性的根基上的。 3、探索便宜:实情上,高品格的产物就肯定 了它的价钱会相对的高少少。 4、采取适当的量程、适当的精度、适当装配 形式、适当的输出形式。 传感器 19 压力传感器的操纵 ? 1、查抄装配孔的尺寸、保留装配孔的洁净 ; ? 2、准确装配、采取适当的名望; ? 3、认真洁净、保留干燥; ? 4、避免坎坷温作梗、坎坷频作梗、静电干 扰; ? 5、防御压力过载 传感器 20 应变式压力传感器 应变式压力传感器是 压力传感器中使用比 较众的一种传感器, 它凡是用于丈量较大 的压力,普遍使用于 丈量管道内部压力、 内燃机燃气的压力、 压差和喷射压力、发 动机和导弹试验中的 脉动压力,以及种种 周围中的流体压力等 。 传感器 21 应变式压力传感器分类 ? ? ? ? 1.应变管式 2.膜片式 3.应变梁式 4.组合式 传感器 22 应变管式 又称应变筒式。它的弹性敏锐元件为一端封 闭的薄壁圆筒,其另一端带有法兰与被测系 统衔尾。正在筒壁上贴有2片或4片应变片,其 中一半贴正在实心部门行动温度储积片,另一半 行动丈量应变片。当没有压力时 4片应变片组 成均衡的全桥式电途;当压力效用于内腔时,圆 筒变造成“腰饱形”,使电桥失落均衡,输出与 压力成必然联系的电压。这种传感器还能够 应用活塞将被测压力转换为力通报到应变筒 上或通过垂链样子的膜片通报被测压力。 传感器 23 应变管式压力传感器特色及使用 应变管式压力传感器的布局简陋、造造方 便、合用性强,正在火箭弹、炮弹和火炮的 动态压力丈量方面有普遍使用。 传感器 24 膜片式应变式压力传感器 它的弹性敏锐元件为周边固定圆形金属平 膜片。膜片受压力变形时,核心处径向应 变和切向应变均抵达正的最大值,而边沿 处径向应变抵达负的最大值,切向应变为 零。因而常把两个应变片离别贴正在正负最 大应变处,并接成相邻桥臂的半桥电途以 取得较大矫捷度和温度储积效用。 传感器 25 应变梁式压力传感器 丈量较小压力时,可采用固定梁或等强度 梁的布局。一种形式是用膜片把压力转换 为力再通过传力杆通报给应变梁。图3中两 端固定梁的最大应变处正在梁的两头和中点 ,应变片就贴正在这些地方。这种布局另有 其他花样,比如可采用吊颈与膜片或波纹 管组成。 传感器 26 组合式压力传感器特色及使用 ? 正在组合式应变压力传感器中,弹性敏锐 元件可分为感触元件和弹性应变元件。 ? 感触元件把压力转换为力通报到弹性应 变元件应变最敏锐的部位,而应变片则贴 正在弹性应变元件的最大应变处。 ? 应变式压力传感器紧要用来丈量活动介 质动态或静态压力,比如动力管道修立的 进出语气体或液体的压力、内燃机管道压 力等等。 传感器 27 3. 电阻应变式压力传感器 ? 3.1、电阻应变片 ? 3.2、丈量电途 传感器 28 3.1电阻应变片---事务道理 传感器 29 电阻应变片---事务道理 传感器 30 电阻应变片---事务道理 界说(dl/l)= 为质料的轴向应变,单元为 u 10-6mm/mm = 传感器 31 传感器 32 金属和半导体的压阻效应 金属导体: d? CdV ? ? C (1 ? 2 ? )? ? V C---由质料及加工形式肯定的常数 半导体: d? ? ? ?? ? ?E? ? ? E ---半导体质料的弹性模量 ---效用于质料的轴向应力 传感器 33 传感器 34 电阻应变片---应变片布局 传感器 35 电阻应变片---应变片布局 传感器 36 电阻应变片---丈量流程 传感器 37 吊颈式电阻应变片压力传感器 传感器 38 柱筒式电阻应变片压力传感器 传感器 39 轮辐式电阻应变片压力传感器 传感器 40 电阻应变片的所长 ? 矫捷度、精度高,机能安静,偏差小于1% ? 尺寸小,重量轻,丈量速率疾,即可用于 静态丈量,又可用于动态丈量 ? 丈量边界大,变形边界从1%-2% ? 适当性强,可正在高温、超低温、高压、水 下、强磁场以及辐射等阴毒情况下操纵 传感器 41 电阻应变片---紧要性子 传感器 42 传感器 43 3.2丈量电途---直流电桥 电桥均衡前提: UOUT=A(R1· R4 - R2· R3)=0 R1· R4 = R2· R3 传感器 44 假设: ,并商讨到电桥初始均衡前提 ,则上式可写成为: 省略去分母中的微量 所长:采用直流电桥,丈量前,经调平,能够使输出信号 从零点入手蜕变。 欠缺:单臂电桥的输入输出性子口舌线值 能够减小非线性偏差,但下降矫捷度。 纠正手腕:差分双臂电桥、四臂电桥 传感器 45 双臂直流电桥 电桥均衡前提: UOUT=A(R1· R4 - R2· R3)=0 R1· R4 = R2· R3 U OUT ? U CD ? U CB ? U DB R2 ? ?R R4 ? ? R1 ? ?R ? R2 ? ?R R3 ? R4 R2 ? ?R R4 ? ? R1 ? R2 R3 ? R4 ?R ? R1 ? R2 传感器 46 4. 电感式压力传感器 ? 4.1 电感式传感器分类 ? 4.2 自感型 – 可变磁阻型 – 电涡流型 ? 4.3 互感性 传感器 47 4.1电感式传感器分类 传感器 48 4.2 自感型---可变磁阻式 传感器 49 传感器 50 传感器 51 传感器 52 传感器 53 传感器 54 传感器 55 4.3 互感型电感传感器 传感器 56 传感器 57 5 .电容式压力传感器 ? 5.1 事务道理及性子 ? 5.2 丈量电途 ? 5.3 使用 传感器 58 5.1 事务道理及性子 传感器 59 传感器 60 传感器 61 传感器 62 传感器 63 5.3 电容式传感器的使用 传感器 64 传感器 65 电容式压力传感器 传感器 66 传感器 67 电容式转速传感器 ? 电容式转速传感器 传感器 68 6. 压电式压力传感器 ? 3.6.1 压电效应及压电质料 ? 3.6.2 丈量电途 ? 3.6.3 使用 传感器 69 6.1压电效应及压电质料 传感器 70 传感器 71 ? 压电质料的性子参数 – 压电常数:权衡质料压电效应强弱的参数 – 弹性常数:即刚度,肯定压电器件的固有频率和动态性子 – 介电常数:影响器件的固有电容,进而影响传感器的频率下 限 – 机电耦合系数:压电效应中,输出能量与收入能量之比的平 方根,权衡压电质料机电能量转换服从的一个紧张参数 – 电阻:压电质料的绝缘电阻将删除电荷泄漏,革新传感器的 低频性子 – 居里点:压电质料入手失掉压电性的温度 传感器 72 6.2 丈量电途 传感器 73 Cc传输电缆漫衍电容,Ri Ci 放大器输入阻抗、 容抗 传感器 74 6.3 压电传感器使用 传感器 75 传感器 76 传感器 77 传感器 78 电子称 传感器 79 电子称道理图 传感器 80 传感器 81 传感器 82 HL-8型传感器受力形式图 传感器 83 HL-8型称重传感器参数 传感器 84 5Kg称重传感器 ? 1. 5kg传感器 ? 满量程输出电压=驱策电压*矫捷度1.0mv/v ? 比如:供电电压是5V乘以矫捷1.0mv/v=满 量程5mv。相当于有5kg重力发生时间发生 5mv的电压。 传感器 85 HX711模块 ? 2. 711模块对发生的5mv电压举行采样。 ? 概述:711模块A通道带有128倍信号增益 ,能够将5mv的电压放大128倍,然后采样 输出24bit AD转换的值,单片机通过造守时 序将24bit数据读出。 传感器 86 传感器 87