《压力测量及仪表》PPT课件

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1、第二章压力测量及仪表第一节压力测量的基本知识第二节弹性式压力表第三节霍尔式压力传感器第四节应变式压力传感器第五节扩散硅式压力传感器第六节电容式压力传感器第七节膜盒式压力（差压）变送器第八节压力测量仪表的应用第九节压力测量仪表实训一、概述在工程上将垂直而均匀作用在单位面积上的力称为压力，两个测量压力之间的差值称为压力差或压差，工程上习惯叫差压。在国际单位制和我国的法定计量单位中，压力的单位采用牛顿/米2(N/m2)，通常称为帕斯卡或简称帕(Pa)。帕(Pa)这个单位在实际应用中太小，不方便，目前我国生产的各种压力表都统一用kPa(103Pa)或MPa(106Pa)为压力或差压

2、的基本单位。在工程上，被测压力通常有绝对压力、表压和负压(真空度)之分。三者关系如图2.1所示。二、压力的检测方法和检测仪表（1）液柱式压力检测（P—h转换）（2）弹性式压力检测（P—χ转换）（3）电气式压力检测（P—U、P—R或P—C转换等）（4）活塞式压力检测（零位法，P—W=0）第二节弹性式压力表一、弹性元件弹性元件是弹性式压力表的测压敏感元件，弹性压力表的测量性能主要取决于弹性元件的弹性特性，与弹性元件的材料、形状、工艺等有关。不同的弹性元件测压范围也不同，工业上常用的弹性式压力表所使用的弹性元件主要有膜片、波纹管、弹簧管等，如图2.2所示。膜片：是一种圆形薄板或薄

3、膜，周边固定在壳体或基座上。波纹管：是一种具有同轴环状波纹，能沿轴向伸缩的压力弹性元件。当它受到轴向力作用时能产生较大弹簧管：是一根弯曲成圆弧形、横截面呈椭圆形或近乎椭圆形的空心管。二、弹簧管压力表的结构及工作原理弹簧管式压力表主要由弹簧管、传动机构、指示机构和表壳组成，如图2.3所示。图2.3弹簧管压力表1－弹簧管；2－拉杆；3－扇形齿轮；4－中心齿轮；5－指针；6－面板；7－游丝；8－调节螺钉；9－接头1.弹簧管压力表的结构和各部件作用弹簧管：是一个压力-位移的转换元件（可用符号表示为P→χ）。传动机构（又称机心）：其作用是将自由端所产生的位移传送并放大（可用符号表示为

4、χ→φ）。它由拉杆、扇形齿轮、中心齿轮、游丝等组成。拉杆：仅起传送位移的作用。游丝：用来克服因机械传动机构间的间隙而产生的仪表变差。调整螺钉：改变其位置，即可改变机械传动的放大系数，从而实现压力表量程的调整。指示机构：包括指针、刻度盘等。其主要作用是将位移φ通过指针转动指示出来，并在刻度盘上读取压力值。表壳（又称机座）：其主要作用是固定和保护仪表的零部件。2.弹簧管压力表的工作原理如图2.3所示，被测压力由接头9通入，迫使弹簧管1的自由端向右上方扩张，自由端的弹性变形位移通过拉杆2使扇形齿轮3作逆时针偏转，进而带动中心齿轮4作顺时针偏转，于是固定在中心齿轮上的指针5也作顺时

5、针偏转，从而在面板6的刻度标尺上显示出被测压力p的数值。三、弹簧管的材料及弹簧管压力表的特点弹簧管式压力表结构简单、使用方便、价格低廉，使用范围广，测量范围宽，可以测量负压、微压、低压、中压和高压，因此应用十分广泛。根据制造的要求，仪表精度最高可达0.15级。在生产中，常需要把压力控制在一定范围内，以保证生产正常进行。这就需采用带有报警或控制触点的压力表。将普通弹簧管式压力表增加一些附加装置，即成为此类压力表，如电接点信号压力表。第三节霍尔式压力传感器霍尔式压力计是利用霍尔元件基于霍尔效应原理实现压力-位移-霍尔电势转换的。一、霍尔效应设有一霍尔片（N型半导体薄片），在其Z

6、轴方向施加一个磁场，在Y轴方向通入电流，则在其X轴方向将产生电势，该电势就是霍尔电势VH，这一物理现象称为霍尔效应。因在N型（硅）半导体薄片的Y轴方向施加电场，则半导体薄片内的带电粒子将沿Y轴方向运动；又因半导体薄片同时处于磁场中，根据物理学原理，在磁场中运动的带电粒子必然要受到力的作用，故这些沿Y轴方向运动的粒子将偏转方向运动，如图2.5所示，带电粒子受力方向符合左手定则，从而造成霍尔片左端面电子过剩呈负电位，而右端面相应地显示出正电位，从而产生霍尔电势。图2.5霍尔效应原理霍尔电势VH的大小与霍尔片的材料、几何尺寸、所通过的电流（称控制电流）I、磁感应强度B等因素有关，

7、可用下式表示式中RH——霍尔系数；d——霍尔片厚度；b——霍尔片的电流通入端宽度；——霍尔片的电势导出端宽度；——霍尔片的形状系数KH——霍尔片的灵敏度系数二、霍尔式压力计的结构及工作原理如图2.6所示，它是由单圈弹簧管的自由端安装在半导体霍尔元件（也称霍尔片）上构成的。其工作原理为：利用弹簧管将被测压力转换为位移，再利用霍尔片和两对磁极相反的磁钢将位移转换为磁场，最后利用霍尔效应将磁场转换为霍尔电势，将上述信号能量形式的转换用符号可高度概括为P→χ→B→VH。2.6霍尔式压力计的结构示意图1.压力-霍尔片位移转换