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二、压电效应的物理解释 如图所示。
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3.3.2 压电材料 一、压电晶体
1.石英晶体
2.水溶性压电晶体
3.铌酸锂晶体
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
三、压电半导体
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3.3.3 测量电路
把压电晶体等效成一个电荷源与电容并联的等效电路。 由于电容器上的电压Ua，电荷量Q，电容Ca的关系为 Ua=Q/Ca，压电晶体也可等效为一个电压源和一个电容 器的串联电路。
实际压电传感器输出信号很微弱，且内阻很高，需用前 置放大器。
前置放大器有两个作用：一是放大压电传感器输出的微 弱信号，另一个是阻抗变换。
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一、电压放大器
图示的是压电传感器接到电压放大器的等效电路。
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二、电荷放大器 电荷放大器是有反馈电容的高增益运算放大器，它
的输入信号是压电传感器产生的电荷。当略去泄露 电阻，且放大器输入电阻趋于无穷大时，它的等效 电路如图所示。
单位：N/m2 ； Pa ；MPa
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例如：
力 1000N
面积 0.001m2
1000/0.001N/m2 =1000000Pa＝1MPa
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5.应变：衡量变形 （应变→应力变化）
例如：
长度1米的杆，被拉长为1.01米 应变＝（1.01-1）/1＝0.01
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应用：判断悬臂梁危险区域 力
危险部位
固定
3.5.1 电容式传感器的工作原理
电容式传感器有三种基本类型： 变极距型、变面积型、变介电常数型。
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一、变极距型电容传感器
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二、变面积型电容传感器
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三、变介电常数型电容传感器
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3.5.2 差动电容传感器
第三章 压力检测
在测量上所称的压力就是物理学中的压强，它是 反映物质状态的一个参数；在工业自动化生产过程中 是重要工艺参数之一。
本章简单介绍压力的概念及单位，重点讲解 应变式压力计 压电式压力传感器 电容式压力传感器 霍尔式压力计 的测量原理及测压方法。
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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 N
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3.3.4 压电传感器及其特点 一、压电式三维测力传感器 二、压电式单向测力传感器 三、压电式测量均匀压力传感器 四、消除振动加速度影响的压电传感器
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3.4 压磁式压力传感器
利用铁磁材料受力后导磁性能的变化，将 被测力转换为电信号。
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3.5 电容式压力传感器
将被测量（如尺寸、压力） 的变化转换成电容量的变化。
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三、压力的分类 1.绝对压力 2.环境大气压力 3.表压力 4.真空度 5.差 压
上述各种压力的相互关系见图。
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3.2 应变式压力计
3.2.1 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ρ 的电阻 丝，未受力时的电阻值为：
2.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 N
3.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。
在测量上所称的压力就是物理学中的压强。 4.应力：应力是物质抵抗外界负荷时单位面积所受的内力。
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电阻应变片
1、应变丝 2、基底 3、引线 4、金属膜引线
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二、半导体应变片 半导体受力时，电阻率发生变化，电阻率随应力变化
的关系称为半导体压阻效应。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
由于弹性系数 E =σ /ε ，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。
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危险部位
危险部位 危险部位
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3.1 压力的概念及单位
一、压力的概念: 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 的大小两个因素决定。表达式为：
二. 压力的单位

1.工程大气压 2.标准大气压

3.约定毫米汞柱
4.约定毫米水柱
常用的几种压力单位与帕斯卡的换算关系见表 3.1.1所示。
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3.2.3 电阻应变片的粘贴及温度补偿 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。 二、温度误差及其补偿 1.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。 2.温度补偿 电桥补偿法如图。
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二、测力式应变传感器
右图为一种带水冷的 测力计式压力传感器。
三、扩散硅型压力传感器 图(a)是一个杯型组合式测量元件 图(b)是膜片一个截面示意图
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3.3 压电式压力传感器
3.3.1 压电效应

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
不带电状态。这种现象称为压电效应。具有压电效
受力后：
压力变化->机械变形->电阻变化
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3.2.2 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 3.2.2所示为金属丝式和金属箔式电阻应变片。
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 合物作为基底的应变片称为胶基应变片。
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。
一、石英晶体的压电效应
图3.3.1为天然结构的石英晶体外形和石英晶体切片。
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石英晶体
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石英晶体
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当切片在沿X轴的方向上受到压力Fx作用时，晶体 切片将产生厚度变形，并在与X轴垂直的平面上产 生电荷Qx，它的大小为：20源自 电荷的极性见图13
3.2.4 转换电路
当 RL=∞时，电桥输出电压为： 单臂电桥输出电压和电压灵敏度为 双臂电桥电路，一般接成差动电桥。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
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3.2.5 应变式压力传感器
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 片感受压力时产生应变，使应变片有一定的电阻输出。