第三章力及压力测量应变片
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第三章 压力检测仪表
mm m dyn/cm2 lb/in2
常见压力传感器外形
工业压力变送器 数字压力变送器 通用压力变送器 隔离压力变送器 高温压力变送器 隔离压差变送器 隔离液位变送器 微压变送器 电容压力变送器 隔膜压力变送器 绝压变送器 双膜压差变送器
微型探针压力计 暖风空调压力计 湿式压力变送器 本安压力变送器
§3.1 概 述 一、测量过程与测量误差
1.测量过程：不论检测方法和仪表结构多么不同， 测量的实质都是将被测参数与其所对应的测量 单位进行比较的过程，而测量仪表是实现这种 比较的工具。尽管测量原理各式各样，但都是 将被测参数经过一次或多次能量的转换，最终 获得一种便于显示和传递的信号形式的过程。 例如：采用热电偶进行温度的测量 （温度－> 电流信号－>毫伏测量表指针偏转－>与温度标 尺进行比较）
示值之比，即：Y= Δ/ X0=(X-X0)/X0
二、检测仪表的性能指标
1. 准确度与允许误差
• 准确度（精度）：反映测量值与其真值的接近程度；
• 仪表的精度不仅与绝对误差（通常指各测量点绝对误 差中的最大值）有关，而且与仪表的测量范围有关， 因此，工业中不是用绝对误差来表示精度，而是用相 对百分误差δ或者允许误差δ允来表示， δ允越大，精度 越低，反之，精度越高。
OEM血压计
OEM压力芯片
压力计的分类与工作原理
工业压力计通常按敏感元件的类型及转换原 理的不同进行分类： • 液柱式压力计 • 活塞式压力计 • 弹性式压力计 • 电气式压力计
1. 液柱式压力计
测量原理： 根据流体静力学原理，将被测压力转换为液柱高度的 测量。 即：P=ρgh 所以 ： h=P / ρg
该类传感器利用电阻应变原理构成。（金属、半导体应变片两类） （1）当应变片产生压缩应变时，其阻值减小； （2）当应变片产生拉伸应变时，其阻值增加。 应变片式压力计将应变片阻值的变化，通过桥式电路转换 成相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他仪表显示出 被测压力的大小。
热工第3章 压力测量
U 改变铁芯与线圈之间的相对位置
差动变压器式（互感式）压力测量
次级线圈头尾对接 1：铁芯；2：初级线圈； 3：次级线圈；4：骨架
u=e1-e2
起始状态：铁芯处于中间e1=e2，u=0； 铁芯上移： e1↑e2↓，u>0； 铁芯下移： e1↓e2↑ ，u<0。
注意事项：
电源 i 、f 变大则灵敏度变大；但i 过大线 圈发热，f 过高则铁芯涡流损失变大。 由于两次级线圈不完全对称，S=0时有残存 电势。
3、仪表精确度的选取
按国家标准化系列规定生产，有： 0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，4七个等级。 通常（0.5~4.0)％精度压力表用于工业现场； 0.2％精度用于企事业单位作三等标准表。
[例3-1] 己知某测点压力约10MPa，要求其测量误差不超过 0.1MPa。试确定该测点用的压力表量程范围及精度等级？
4、保证仪表与取压口要在同一水平上 对于未预先调整仪表机械零位的压力 表，在使用中其读值应注意安装高度的 液柱修正。
[例3-3] 已知如图(a)和(b)的测压系统中，脉冲水密度 为ρ=988kg/m3，高度差H=10m，仪表指示压力 pd=40bar，大气压力为patm=1atm,试求图(a)和图(b)中 容器内介质绝对压力各为多少MPa？ 解：高度差压头 Hρg = 10×988×9.80665= 96889.7 Pa 对于图（a）: pabs= pd+ Hρg+patm = 40×105＋96889.7＋101325 ≈ 4.2 MPa 对于图（b）: pabs= pd -Hρg+patm = 40×105-96889.7＋101325 ≈ 4.0 MPa
热工测量仪表
教师： 朱红霞 Email： zhxia@
第三章过程检测技术误差及压力测量
引用 误 差:
δ=△max/ （x上 －x 下）=0.5%
三仪表的性能指标
1.精确度: 是衡量仪表准确程度的一个品质指标。数值上等于在规 定的正常情况下，仪表所允许的引用误差。
允
max x上 x下
100 %
k%
精确等级：将仪表允许的引用误差±号及%号去掉，和国家规 定的 精度等级比较后，确定仪表的精度等级 国家规定的精确度等级有：
。求出：
允
max x上 x下
100 %
k%
去掉%和±并与国家精度等级相比，取相等或高档的精度等级。
例3：
② 或判断现有的仪表精度等级是否满足工艺要求： 即仪表的量程N和精度等级都已知，判断仪表是否满足工艺要求。
先算出仪表的： △允max=N×δ% 再测出仪表的： △测max=X指－X0 再 比 较： △测max ≤ △允max 合格
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前言
●检测仪表：用来检测生产过程中工艺参数的技术工具。 ●感 传 器：将生产工艺参数转换为一定的便于传送的 信号（如气信号或电信号）的仪表。 ●变 送 器：当传感器的输出信号为单元组合仪表中规 定的标准信号时，如：气压信号（0.02～0.1MPa或电 压、电流信号（0～10mA或4～20mA） ，称为变送器
指
0
的 仪表的读数（标准表的指
示 值）
2 相对误差：某一点的绝对误 差与标准表在这一点的指示值 x0之比。
y x x0 100 %
x0
x0
3 引用误差：将绝对误差折合成仪表测量范围（量程范围）的百分 数
max 100 %
x上 x下
x上 ——仪表的测量上限 x下——仪表的测量下限
N——仪表的量程（x上－x下）
化工仪表自动化 【第三章】概述及压力检测及仪表
3.1 概述
测量工具不够准确
测量者的主观性
周围环境的影响等
3.1 概述
1.测量误差的定义 由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。 2.测量误差的表示方法
绝对误差
相对误差
xi：仪表指示值, xt：被测量的真值 由于真值无法得到 x：被校表的读数值， x x0 x0 ：标准表的读数值
导体也有霍尔效应，不过它们的霍尔电势远比半导 体的霍尔电势小得多。
3.2 压力检测及仪表
将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹 簧管压力传感器，如图3-10所示。 当被测压力引入后，在 被测压力作用下，弹簧管自由 端产生位移，因而改变了霍尔 片在非均匀磁场中的位置，使 所产生的霍尔电势与被测压力 成比例。 利用这一电势即可实 图3-10 霍尔片式压力传感器 现远距离显示和自动控制。
将检测的参数转换为一定的便 于传送的信号的仪表
变送器
传感器的输出为单元组合仪表 中规定的标准信号
3.1 概述
测量过程的实质： 将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。 测量仪表： 将被测参数经过一次或多次的信号能量变换，最终获得 一种便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式 显示。
第三章 检测仪表及传感器 3.2 压力检测及仪表
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1.压力的单位
压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。
F S 式中，p表示压力；F表示垂直作用力；S表示受力面积。 p
压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）
1Pa 1 N m2
1MPa 1106 Pa
3.2 压力检测及仪表
工程上除了（帕）外使用的压力单位还有：工 程大气压、物理大气压、汞柱、水柱等。 帕与汞柱和物理大气压的换算关系为：
第3-1章 电阻应变片(电阻应变测量技术)
L=150mm,室温、单向受力状态， 应变片丝栅方向与最大主应变方 向一致，采用砝码在梁一端施加
梁高 h=5mm
作 用 力 P=0.1KN ， 测 得 挠 度 为
P
1.5mm，实测量得电阻由120Ω
变为120.12Ω，求得应变片的实 梁长
际灵敏度K。
L=150mm
Sichuan University
25
§3-1 电阻应变片
4 应变片的参数和工作特性
（7）应变极限：应变片最大应变测量值。
一般规定：应变片显示的值与机械应变的相对误差达到 规定标准（一般10%）时的机械应变即为应变极限。此时， 认为应变片失去了工作能力。
（8）绝缘电阻：敏感栅及引线与被测试件之间的
电阻值。
应变片粘结层固化程度和是否受潮的标志。一般 >2M 欧，高精度测试>50M欧。
Sichuan University
29
§3-1 电阻应变片
5 应变片的选用与应变片粘结工艺
(2)应变片粘结工艺：
1 应变片检查:外观检查、电阻值检查 2 表面处理:刮刀除锈、砂布打磨、脱脂棉擦洗、吹风 机烘干 3 贴片与固化:画线、涂胶、用玻璃纸压、调整、补胶 4 粘贴质量检查:外观检查、电阻值检查、绝缘电阻检 查、连接电阻应变仪检查 5 连接导线:导线固定、导线焊接 6 防潮处理:凡士林、石蜡等
15
§3-1 电阻应变片
3 分类
（3）应变花: 在一个基底上有几个按一定角度排列的
敏感栅的应变片。
测量主应力方向未知条件下平面应力状态。 自补偿应变片：用于高低温和温差大的条件
Sichuan University
16
§3-1 电阻应变片
4 应变片的参数和工作特性
华科 工程测试技术 4压力测量
Kp -1
-0.5
Kp=1：临界点，为 滞止压力； kp=0：ps1=ps 压力探针： Xh：3-8D, Xs：8-15D d/D=0.3
v
0
0.5 1
Xh
0 1D 2D 3D 4D
Xh
D
Xs
3.2稳态压力测量
二、流体静压的测量与静压探针 1、壁面静压测量
测压孔轴线 与壁面垂直 d=0.5～ 1.5mm
2 2
h—液面高度差；d—玻璃管径； D—大容器直径。由于D>>d， 故d2/D2可以忽略，则
∆p ≈ hρg
3.2稳态压力测量
3、斜管压力计 测量微小的压力时，将单管压力计的玻璃管制成斜 管。大容器通入被测压力 p1 ，斜管通大气压力 p2 ， 则
∆p ≈ hρg = Lρg sin α
L—斜管内液柱的长度； α—斜管倾斜角。 由于L>h， 比单管压力计更灵敏
3.3动态压力测量
金属应变片的电阻R为
R = ρ ⋅l / A
ρl
上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数
代入
l dR = dl − 2 dA + dρ A A A R = ρ ⋅l / A
dρ dl dA dR = R − R +R l A ρ
ρ
3.3动态压力测量
dR dl dA dρ = − + R l A ρ
3.2稳态压力测量
1、弹簧管压力计
测压范围为-105~ +109 Pa； 精确度可达±0.1％。
3.2稳态压力测量
2、膜片/膜盒式压力计 单膜片测压元件主要用于低压的测量。金属膜片/ 橡胶膜片；平面/波纹；膜片/膜盒 优点是：可测微压和粘滞性介质压力。
-0.5
Kp=1：临界点，为 滞止压力； kp=0：ps1=ps 压力探针： Xh：3-8D, Xs：8-15D d/D=0.3
v
0
0.5 1
Xh
0 1D 2D 3D 4D
Xh
D
Xs
3.2稳态压力测量
二、流体静压的测量与静压探针 1、壁面静压测量
测压孔轴线 与壁面垂直 d=0.5～ 1.5mm
2 2
h—液面高度差；d—玻璃管径； D—大容器直径。由于D>>d， 故d2/D2可以忽略，则
∆p ≈ hρg
3.2稳态压力测量
3、斜管压力计 测量微小的压力时，将单管压力计的玻璃管制成斜 管。大容器通入被测压力 p1 ，斜管通大气压力 p2 ， 则
∆p ≈ hρg = Lρg sin α
L—斜管内液柱的长度； α—斜管倾斜角。 由于L>h， 比单管压力计更灵敏
3.3动态压力测量
金属应变片的电阻R为
R = ρ ⋅l / A
ρl
上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数
代入
l dR = dl − 2 dA + dρ A A A R = ρ ⋅l / A
dρ dl dA dR = R − R +R l A ρ
ρ
3.3动态压力测量
dR dl dA dρ = − + R l A ρ
3.2稳态压力测量
1、弹簧管压力计
测压范围为-105~ +109 Pa； 精确度可达±0.1％。
3.2稳态压力测量
2、膜片/膜盒式压力计 单膜片测压元件主要用于低压的测量。金属膜片/ 橡胶膜片；平面/波纹；膜片/膜盒 优点是：可测微压和粘滞性介质压力。
第三章压力测量
3 压力测量仪表的分类
★测量压力的仪表，按信号原理不同， 大致可分为四类：
➢液柱式：根据流体静力学原理，把被测 压力转换成液柱高度
➢弹性式：根据弹性元件受力变形的原理，
将被测压力转换成位移来实现测量的。
➢负压式（活塞式）：基于重力平衡原 理，主要为活塞压力计。根据水压机 液体传送压力的原理，将被测压力转 换成活塞面积上所加平衡砝码的质量。
★工业常有的敏感元件有3种：弹簧管（也叫波登
管）、膜片（膜盒）、波纹管。
2.1 弹簧管
• 弹簧管（也叫波登管） 敏感元件是一根弯成 270º圆弧，截面积显 椭圆形（或扁圆形）的 弹性空心C形管（金属 管）。
• 管子的自由端B封闭， 另一端A开口且与固定 在接头上。
★当被测介质从开口端进入并充满弹簧管 的整个内腔时，弹簧管椭圆截面在被测 压力的作用下将趋向圆形。由于弹簧管 的长度一定，弹簧管随着压力产生向外 挺直扩张变形，结果改变弹簧管的中心 角，使其自由端产生位移，带动指针旋 转。
1、原理:
弹性元件受外部压力作用后，通 过受压表表现为力的作用，其力F的大 小为：F＝AP A—弹性元件受力面积m2 C—弹性元件的刚度系数N/m X—弹性元件在外力F的作用下所产生 的位移，m
2、弹性元件
弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形，变 形大小与被测压力成正比关系。
弹性元件是弹性压力计的测压敏感元件。
★常用的有U形管压力计、单管压力计、 斜管压力计。
液柱压力计特点
●优点：结构简单、使用方便、准确度较高。
●缺点：量程受液柱高低的限制，玻璃管易碎， 只能就地显示，不能远传。
采用水银或水为工作液，用U形管或单管进行 测量，常用于低压、负压或压力差的检测
第3章-应变式传感器
10－5～ 1－02
10 ～ 140
F x
0～ 1－03 0～ 130
10－2～ 1－01
10 ～ 100
px
0～ 1－05 0～ 120
F, x px
10－2～ 1
1～ 100
第3章 应变式传感器
表3-2 常用弹性元件的结构和特性
类别 名称
平
波 纹 管 薄式
薄波 膜纹
管
波
膜纹
膜单
式圈
弹弹
挠簧 簧 性管
F x
x px px
px x
px F, x
px
x px
动态性质 时 间 常 数 /s 自 振 频 率 /Hz
10－5～ 1－02 10－2～ 1－01
10 ～ 140 10 ～ 100
10－2～ 1－01 —
10 ～ 100 10 0～ 1000
10－2～ 1
1～ 100
—
10 ～ 100
第3章 应变式传感器
第3章 应变式传感器
常用的粘结剂类型有硝化纤维素型、氰基丙稀酸型、聚酯 树脂型、环氧树脂型和酚醛树脂型等。
粘贴工艺包括被测件粘贴表面处理、贴片位置确定、涂底 胶、 贴片、干燥固化、贴片质量检查、引线的焊接与固定以及 防护与屏蔽等。粘结剂的性能及应变片的粘贴质量直接影响应 变片的工作特性，如零漂、蠕变、滞后、灵敏系数、线性以及 它们受温度变化影响的程度。可见，选择粘结剂和正确的粘结 工艺与应变片的测量精度有着极重要的关系。
d E
（3-10）
第3章 应变式传感器
dR
K R E
（3-12）
半导体应变片的灵敏系数比金属丝式高50～80倍， 但半导
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第三章力及压力测量应变片
金属丝式应变片使用最早，有纸基、胶基之分。由于金属丝式应 变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但 其价格便宜，多用于应变、应力的大批量、一次性试验。
箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成的。箔 的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。箔式应变片与片 基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量时的蠕变较 小，一致性较好，适合于大批量生产。 还可以对金属箔式应变片进行适当的热处理，使其线胀系数、电 阻温度系数以及被粘贴的试件的线胀系数三者相互抵消，从而将 温度影响减小到最小的程度，目前广泛用于各种应变式传感器中 。
第三章力及压力测量应变片
• 丝式应变片 丝式电阻片是用0.003mm-0.01mm的合
金丝绕成栅状制成的；
第三章力及压力测量应变片
箔式应变片
箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种 很薄的金属箔栅, 其厚度一般在0.003～0.01mm。其优 点是散热条件好, 允许通过的电流较大, 可制成各种所 需的形状, 便于批量生产。
第三章力及压力测量应变片
（4） 粘结剂
用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起 。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构 件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后的表面应变传 递给应变计的基底和敏感栅。
常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低 温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅 树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸盐 、硅酸、硼酸盐等。
料而言，由于其感受到应变时，电阻率 会产生很大的变化，所以灵敏度
比金属材料大几十倍。
第
与材料
由敏感栅1、基底2、盖片3、引线4和粘结剂等组成。 这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因 此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。
43
b
2
l
栅宽
1 电阻应变片结构示意图 栅长
第三章力及压力测量应变片
2、压力的表示
绝对压力PJ
大气压力PD
表压力PB 1 PB= PJ －PD
真空度PZ（负压）
PZ＝ PD－ PJ
0
表压
绝对 压力
大气压力线
1
负压
真空度
绝对压力的零线
绝对 压力
第三章力及压力测量应变片
二、应变式传感器
1、应变片的工作原理
我们可以做这样一个较简单的实验：取一根细电阻丝， 记下其初始阻值（图中为10.01）。当我们用力将该电 阻丝拉长时，会发现其阻值略有增加（增加到为 10.05）。测量应力、应变、力的传感器就是利用类似 的原理制作的。
第三章 压力及 力 检测
第三章力及压力测量应变片
压力的概念 和单位
压力及力的 测量
应变效应
应变式压力计
应变片
应变片温度补偿 与粘贴
压电式、压磁式、 电容式、霍尔式
第三章力及压力测量应变片
转换电路
应变式 力与压力传感器
1、压力的表示 2、应变片测力的原理 3、各种类型的应变片及其特点 4、应变片的温度误差及其补偿 5、应变片的应用电路
第三章力及压力测量应变片
（2） 基底和盖片
基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片 既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基 底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。
（3） 引线
是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。对引线材料的性 能要求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊 接。大多数敏感栅材料都可制作引线。
第三章力及压力测量应变片
实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量R R与材料力学中 的轴向应变x的关系在很大范围内是线性的，即
R R
Kx
K—电阻应变片的灵敏度
x — 称为电阻丝的轴向应变，也称纵向应变 x通常很小，在应变测
量中，也常将之称为微应变
对于不同的金属材料，K 略微不同，一般为2左右。而对半导体材
第三章力及压力测量应变片
第三章力及压力测量应变片
（1） 敏感栅
由金属细丝绕成栅形。电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、 200Ω等多种规格，以120Ω最为常用。
对敏感栅的材料的要求： ①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数； ②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片； ③电阻温度系数要小； ④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强； ⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度； ⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材； ⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。 对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。
第三章力及压力测量应变片
一、压力及其单位
1.什么是压力 垂直作用在单位面积上的力称压力。
在国际单位制（SI）和我国法定计量单位 中，压力的单位是“帕斯卡”，简称“帕”， 符号为“Pa”。
1Pa1N /m 21m kg 2m s21kgm 1s2
即1N的力垂直均匀作用在1m2的面积上所 形成的压力值为1Pa。
第三章力及压力测量应变片
• 用应变片测试应变时，将应变片粘 贴在试件表面。当试件受力变形后， 应变片上的电阻丝也随之变形，从 而使应变片电阻值发生变化，通过 测量转换电路最终转换成电压或电 流的变化。
第三章力及压力测量应变片
第三章力及压力测量应变片
三、应变片的种类
1、金属应变片（应变式压力传感器） （1）金属丝式 （2）箔式 （3）薄膜式 2、半导体应变片（压阻式压力传感器）
第三章力及压力测量应变片
其他压力单位： “工程大气压力”（kgf/cm2）、“毫米汞柱”
（气m压m” （Hga）t m、）“毫、米“ 巴水”柱（”b（amr ）mH、2 O“）P S、I ”“标）准、大 “PSI”（“磅力每平方英寸 ）
1 kgf/cm2 = 0.9807×105Pa 1mmH2O = 0.9807×10Pa 1 mmHg = 1.332×102Pa 1atm = 1.01325×105Pa 1bar=105Pa 1 PSI=6.89×103Pa
第三章力及压力测量应变片
设有一长度为、截面积为A、半径为r、电阻率为 的金属单丝，它的电阻值R可表示为
R
l A
l
r2
当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）时
，上式中、r、l都将发生变化，从而导致电阻值R发生
变化。
例如
（1）金属丝受拉时，l将变长、r变小，均导致R变大； （2）某些半导体受拉时,将变大，导致R变大。
金属丝式应变片使用最早，有纸基、胶基之分。由于金属丝式应 变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但 其价格便宜，多用于应变、应力的大批量、一次性试验。
箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成的。箔 的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。箔式应变片与片 基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量时的蠕变较 小，一致性较好，适合于大批量生产。 还可以对金属箔式应变片进行适当的热处理，使其线胀系数、电 阻温度系数以及被粘贴的试件的线胀系数三者相互抵消，从而将 温度影响减小到最小的程度，目前广泛用于各种应变式传感器中 。
第三章力及压力测量应变片
• 丝式应变片 丝式电阻片是用0.003mm-0.01mm的合
金丝绕成栅状制成的；
第三章力及压力测量应变片
箔式应变片
箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种 很薄的金属箔栅, 其厚度一般在0.003～0.01mm。其优 点是散热条件好, 允许通过的电流较大, 可制成各种所 需的形状, 便于批量生产。
第三章力及压力测量应变片
（4） 粘结剂
用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起 。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构 件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后的表面应变传 递给应变计的基底和敏感栅。
常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低 温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅 树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸盐 、硅酸、硼酸盐等。
料而言，由于其感受到应变时，电阻率 会产生很大的变化，所以灵敏度
比金属材料大几十倍。
第
与材料
由敏感栅1、基底2、盖片3、引线4和粘结剂等组成。 这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因 此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。
43
b
2
l
栅宽
1 电阻应变片结构示意图 栅长
第三章力及压力测量应变片
2、压力的表示
绝对压力PJ
大气压力PD
表压力PB 1 PB= PJ －PD
真空度PZ（负压）
PZ＝ PD－ PJ
0
表压
绝对 压力
大气压力线
1
负压
真空度
绝对压力的零线
绝对 压力
第三章力及压力测量应变片
二、应变式传感器
1、应变片的工作原理
我们可以做这样一个较简单的实验：取一根细电阻丝， 记下其初始阻值（图中为10.01）。当我们用力将该电 阻丝拉长时，会发现其阻值略有增加（增加到为 10.05）。测量应力、应变、力的传感器就是利用类似 的原理制作的。
第三章 压力及 力 检测
第三章力及压力测量应变片
压力的概念 和单位
压力及力的 测量
应变效应
应变式压力计
应变片
应变片温度补偿 与粘贴
压电式、压磁式、 电容式、霍尔式
第三章力及压力测量应变片
转换电路
应变式 力与压力传感器
1、压力的表示 2、应变片测力的原理 3、各种类型的应变片及其特点 4、应变片的温度误差及其补偿 5、应变片的应用电路
第三章力及压力测量应变片
（2） 基底和盖片
基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片 既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基 底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。
（3） 引线
是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。对引线材料的性 能要求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊 接。大多数敏感栅材料都可制作引线。
第三章力及压力测量应变片
实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量R R与材料力学中 的轴向应变x的关系在很大范围内是线性的，即
R R
Kx
K—电阻应变片的灵敏度
x — 称为电阻丝的轴向应变，也称纵向应变 x通常很小，在应变测
量中，也常将之称为微应变
对于不同的金属材料，K 略微不同，一般为2左右。而对半导体材
第三章力及压力测量应变片
第三章力及压力测量应变片
（1） 敏感栅
由金属细丝绕成栅形。电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、 200Ω等多种规格，以120Ω最为常用。
对敏感栅的材料的要求： ①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数； ②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片； ③电阻温度系数要小； ④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强； ⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度； ⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材； ⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。 对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。
第三章力及压力测量应变片
一、压力及其单位
1.什么是压力 垂直作用在单位面积上的力称压力。
在国际单位制（SI）和我国法定计量单位 中，压力的单位是“帕斯卡”，简称“帕”， 符号为“Pa”。
1Pa1N /m 21m kg 2m s21kgm 1s2
即1N的力垂直均匀作用在1m2的面积上所 形成的压力值为1Pa。
第三章力及压力测量应变片
• 用应变片测试应变时，将应变片粘 贴在试件表面。当试件受力变形后， 应变片上的电阻丝也随之变形，从 而使应变片电阻值发生变化，通过 测量转换电路最终转换成电压或电 流的变化。
第三章力及压力测量应变片
第三章力及压力测量应变片
三、应变片的种类
1、金属应变片（应变式压力传感器） （1）金属丝式 （2）箔式 （3）薄膜式 2、半导体应变片（压阻式压力传感器）
第三章力及压力测量应变片
其他压力单位： “工程大气压力”（kgf/cm2）、“毫米汞柱”
（气m压m” （Hga）t m、）“毫、米“ 巴水”柱（”b（amr ）mH、2 O“）P S、I ”“标）准、大 “PSI”（“磅力每平方英寸 ）
1 kgf/cm2 = 0.9807×105Pa 1mmH2O = 0.9807×10Pa 1 mmHg = 1.332×102Pa 1atm = 1.01325×105Pa 1bar=105Pa 1 PSI=6.89×103Pa
第三章力及压力测量应变片
设有一长度为、截面积为A、半径为r、电阻率为 的金属单丝，它的电阻值R可表示为
R
l A
l
r2
当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）时
，上式中、r、l都将发生变化，从而导致电阻值R发生
变化。
例如
（1）金属丝受拉时，l将变长、r变小，均导致R变大； （2）某些半导体受拉时,将变大，导致R变大。