人因工程第八章课件

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1、第八章 习题8-1某压力表的指示压力（表压力）为1.3Kpa，当时当地的大气压力正好为0.1Mpa，求该被测压力的绝对压力。 注：1Mpa = 106Pa,0.1Mpa = 100Kpa解：绝对压力= 大气压力+表压力= 100Kpa+1.3Kpa= 101.3KPa8-2在图8-2所示的斜管微压计中，计算在刻度比为0.4时对应的读数管的斜度。解：sin= h2/L = 0.4 = sin = 23.5788-3列出你所知道的压力表的名称，指出它们用在什么地方。压力表中常用弹簧管式、波纹管式、膜片和膜盒式压力表。1、弹簧管式：如图8-4a是C形弹簧管（亦称波登管），自由端位移l=KP,适用测量

2、范围7Mpa100Mpa 2、波纹筒式：如图8-5a，位移x与所加压力P的关系式：x = KN，测量范围最大范围01Mpa，最小范围010-6Mpa。3、膜片与膜盒：中、低压力传感器多采用周边固定的圆形平膜片作为敏感元件，在小变形条件压力P与膜片中心位移xm的关系式：最低阶固有频率式中：P膜片一侧所受的流体压力（Pa）E膜片材料的弹性模量（N/m2）h膜片厚度（m）膜片材料的泊松比R膜片半径（m）f0真空中膜片的最低的因有同频率（HZ）膜片材料的密度（Kg/m3）8-4图8-9是电容式差压变送器测量室结构图，用式（8-7）作为输出公式时，是否真的能从原理上彻底解决输出的非线性问题？为什么？解：

3、电容式差动式变送器采用了作为输出，从原理上是解决了平板式差动电容输出的非线性问题。而该电容传感器并非是平板式，则是由一空柔度金属薄板制成。所以这个结构虽然非线性得到改善，但输出线性度仍然不能令人满意。8-5硅杯式压力传感器的主要优点是什么？硅杯式压力传感器将温度补偿电路和信号变换电路一起做在硅杯上，构成所谓灵巧传感器。单晶硅在500以下没有弹性滞后和蠕变，也排除了粘贴应变片引起的问题。因此，经过仔细温度补偿的硅杯压力传感器具有很高的准确度，可达0.10.2。还具有体积小，动态响应快等优点。8-6负荷式压力计主要用途是什么？产生压力的方法有哪些？ 负荷式压力计主要用于压力表（压力传感器）的检定或

4、标定。产生压力的方法有二种：一是将砝码的重力作用在面积已知的活塞上，从而产生已知压力；二是用示值比较法，即关闭通往油杯等处的阀门，形成一个密闭的压力系统后顺时针方向转动手柄，即可在油路中产生压力。8-7设计一种能耐高温，耐腐蚀的压力传感器。从设计要求上能耐高温和耐腐蚀的压力传感器，其压敏元件材料只有硅片最好，压敏元件是由N型单晶硅膜片上位置，采用扩散法形成四个P型压敏电阻，它们构成电桥的四个桥臂，组成机电转换器的一个整体，消除了两体结构的蠕变和迟滞现象。这种压力传感器具有精确度高、体积小的优点。在N型硅膜片位置用扩散法形成四个P型压敏电阻。首先对硅杯形的膜片在P压力作用下进行应力分析。要求：膜

5、片中心位移远小于其膜片厚度，在P力作用下其表面应力分布：径向应力：r= (N/m2)切向应力：t= (N/m2)式中：P作用在膜片上的压力 （Pa） r1膜片半径 （m） r膜片的任意点半径 (m) t膜片的厚度 (m) 泊桑比 “-”承受压力表面的应力分布 “+”另一表面的应力分布当r由0 r1时r的变化情况：r=0；r=t=r=0.827r1; r= t=0r=r1 r= t=由半导体压阻理论可知： 纵向电阻变化率：=纵+横式中：、纵向与横向压阻系数 （m2/N） 纵、横纵向与横向承受的应力 （N/m2）关于半导体压阻元件的、与在晶体中的取向有关。P型在111 最大，100 最小；N型在1

6、11 最步，100 最大。径向位置：=r+t 切向位置：=t+r在（001）晶面上：r=0.827r1,晶向110处，则t=0，=-，=r，=r，故=-，若Rr=Rt=R ，U0=U=Ur=U(v) = UU0P注明：晶向，晶面系数解对硅晶体取其一晶胞为六面体100x轴晶向系数010y轴晶向系数001z轴晶向系数在100和010的对角线上的晶向系数110，若x轴反向的晶向系数为T00，在T00和010的对角线上的晶向系数T10,在100与010形成的晶面（001）称x轴与y轴形成平面的晶面系数。8-8欲测量液体压力，拟采用电阻应变片式，电感式，电容式和压电式传感器，分别画出可行方案原理图，并对

7、它们的动态特性进行比较。 一、平膜电阻应变式压力传感器电阻应变式传感器已是使用方便、适应性强、比较方便的器件。从应变曲线图可知，当r=0处，由于r为max+正值，则R1=R4=R+R，当r/r10.577处，由于r为一值，则R2=R-R。这样就使应变电桥工作在推挽状态输出。二、膜片电感式压力传感器测量膜片是一个波纹膜片，它与可变电感的磁芯相连。在测量膜片与电感传感器前、后用两个隔离膜片隔开。中间充满填充液，一般采用几cm3的硅油或氟化碳润滑剂。在Px作用下，使测量膜片变形并与相连的磁芯移动，这就改变了两个线圈的电感，使电感电桥有电压输出U0。若测量系统引入一个补偿环节，可以减少敏感元件的非线性

8、和温度的影响。差动式电感传感器，具有测量精确度高，线性范围大，稳定性好和使用方便等特点。三、平膜电容式压力传感器当周边刚性固定的平膜片受到均匀压力Px作用时，膜片中心位移Y0与Px的关系式：当 非线性误差可达3%；当非线性度小于0.5%若时，则与膜片中心的距离为时，相应位移的关系式：式中：-是被测压力-膜片半径-膜片厚度-膜片材料的弹性模量-泊桑比:为窄环带面积与固定电极之间的电容量-膜片被始位置与固定电极的距离（m）当 即 时：将代入 可见 电容传感器主机振荡混频鉴频器 本机振荡调频法测量电容原理图四、压阻式压力传感器（硅杯式压力传感器）压力敏感元件是一块N型单晶硅膜片，在硅片上选定位置上，采用扩散法形成四个P型压敏电阻，它们构成电桥的四臂，这样使得压敏元件和机电转换器组成一整体，消除了两体结构的蠕变和迟滞现象。因此这种传感器具有精度高、体积小的优点。在P作用下，表面应力分布如上图。径向应力 ()切向应力 ()当时，则当时，则 当 则 径向位置 切向位置 在(001)晶面上 晶向T10处 则; 故若 则 39