《压力的测量》PPT课件

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1、本章学习各种压力传感器的原理、应用。2021/9/151第四章压力的测量一、压力和差压压力：垂直均匀作用在单位面积上的力（压强）2021/9/152常用压力形式：绝对压力大气压力相对压力差压第一节压力的基本概念二、压力的单位国际单位为“帕斯卡”（牛顿/米2N/m2），简称“帕”（Pa）。除此之外，工程界长期使用许多不同的压力计量单位。如“工程大气压”、“标准大气压”、“毫米汞柱”，气象学中还用“巴”（bar）和“托”为压力单位。2021/9/153第一节压力的基本概念压力单位转换对照表2021/9/154一、液柱式压力计基于流体静力学原理，适用于低压

2、、负压或差压的测量。2021/9/155第二节传统压力测量法一般是采用充有水或水银等液体的玻璃U形管、单管或斜管进行压力测量的，其结构形式如图所示。(1)U形管压力计(2)单管压力计(3)斜管压力计二、弹性式压力表当被测压力作用于弹性元件时，弹性元件便产生相应的弹性变形(即机械位移)。根据变形量的大小，可以测得被测压力的数值。弹性压力计的组成环节如图4-3所示:弹性元件是核心部分，其作用是感受压力并产生弹性变形，弹性元件采用何种形式要根据测量要求选择和设计；变换放大机构，其作用是将弹性元件的变形进行变换和放大；指示机构(如指针与刻度标尺)用于给出压力

3、示值；调整机构用于调整零点和量程。图4-3弹性压力计组成框图(1)弹性元件同样的压力下，不同结构、不同材料的弹性元件会产生不同的弹性变形。常用的弹性元件有弹簧管、波纹管、薄膜等，如表4-2所示。其中波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量；单圈和多圈弹簧管可用于高、中、低压或真空度的测量。表4-2弹性元件的结构和特性类别名称示意图压力测量范围kPa输出特性动态性质最小最大时间常数/s自振频率/Hz薄膜式平薄膜0～100～10510-5～10-210～104波纹膜0～10-30～10310-2～10-110～102挠性膜0～10-50～10210-2～11

4、～102波纹管式波纹管0～10-30～10310-2～10-110～102弹簧管式单圈弹簧管0～10-10～106－102～103多圈弹簧管0～10-20～105－10～102弹性元件常用的材料有铜合金、弹性合金、不锈钢等，各适用于不同的测压范围和被测介质。通过各种传动放大机构直接指示被测压力值。这类直读式测压仪表有弹簧管压力计、波纹管差压计、膜盒式压力计等。(2)弹簧管压力计弹簧管式压力计是工业生产上应用很广泛的一种直读式测压仪表，以单圈弹簧管结构应用最多。其一般结构如图4-4所示。被测压力由接口引入，使弹簧管自由端产生位移，通过拉杆使扇形齿轮逆时

5、针偏转，并带动啮合的中心齿轮转动，与中心齿轮同轴的指针将同时顺时针偏转，并在面板的刻度标尺上指示出被测压力值。图4-4弹簧管压力计结构1-弹簧管；2-连杆；3-扇形齿轮；4-底座；5-中心齿轮；6-游丝；7-表盘；8-指针；9-接头；10-横断面；11-灵敏度调整槽通过调整螺钉可以改变拉杆与扇形齿轮的接合点位置，从而改变放大比，调整仪表的量程。转动轴上装有游丝，用以消除两个齿轮啮合的间隙，减小仪表的变差。直接改变指针套在转动轴上的角度，就可以调整仪表的机械零点。弹簧管压力计结构简单,使用方便，价格低廉，测压范围宽，应用十分广泛。一般弹簧管压力计的测压

6、范围为-105～109Pa；精确度最高可达±0.1％。三、差动变压器1.原理：将压力引起的位移变化转换成电感的变化。次级次级骨架初级衔铁次级次级初级螺管型差动变压器结构图两个次级线圈反相串联，并且在忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下,其等效电路。2.基本特性根据差动变压器等效电路。当次级开路时式中：U——初级线圈激励电压；ω——激励电压U的角频率；I1——初级线圈激励电流；r1、L1——初级线圈直流电阻和电感。..根据电磁感应定律，次级绕组中感应电势的表达式分别为由于次级两绕组反相串联，且考虑到次级开路，则由以上关系可得上式说明

7、，当激磁电压的幅值U和角频率ω、初级绕组的直流电阻r1及电感L1为定值时，差动变压器输出电压仅仅是初级绕组与两个次级绕组之间互感之差的函数。只要求出互感M1和M2对活动衔铁位移x的关系式，可得到螺线管式差动变压器的基本特性表达式。输出电压的有效值为分析……①活动衔铁处于中间位置时M1=M2=M故Uo=0②活动衔铁向上移动时M1=M+ΔM，M2=M-ΔM故与E2a同极性。.③活动衔铁向下移动时M1=M-ΔM，M2=M+ΔM故与E2b同极性。.3.差动变压器式传感器测量电路问题：（1）差动变压器的输出是交流电压(用交流电压表测量，只能反映衔铁位移的大

8、小，不能反映移动的方向);（2）测量值中将包含零点残余电压。衔铁位移x与电桥输出电压Uo有效值的关系曲线，如