传感器与检测技术(3)

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1、压力检测目录5.1压力单位及压力检测方法5.2常用压力检测仪表5.3测压仪表的使用及压力检测系统5.1压力单位及压力测量压力:垂直均匀地作用于单位面积上的力。5.1.1压力的单位1“帕斯卡”：1牛顿力垂直均匀地作用在1平方米面积上所形成的压力。符号为Pa。5.1.2压力的几种表示方法1）绝对压力：被测介质作用在容器表面积上的全部压力。2）大气压力：由地球表面空气柱重量形成的压力。3）表压力：绝对压力和大气压力之差。4）真空度：绝对压力小于大气压力时的表压力的绝对值。5）差压：设备中两处的压力之差。5.1.3.1重力平衡方法1）液柱式压力计：基于液体

2、静力学原理。5.1.3压力检测的主要方法及分类优点：结构简单，读数直观。缺点：就地测量，测量上限不超过0.1MPa-0.2MPa。Δp=p1-p1=ρgh2）负荷式压力计基于重力平衡原理压力转换成砝码重量来测量。优点：性能稳定，测量范围大。用作压力校验仪表。5.1.3.2机械力平衡方法被测压力经变换元件转换成集中力→外力与集中力平衡→测外力大小。5.1.3.3弹性力平衡方法被测压力使弹性元件变形→测量元件变形程度。5.1.3.4物性测量方法压力作用下，测压元件某些物理特性变化。1）电测式压力计2）其他新型压力计，如集成式压力计、光纤压力计等5.2

3、常用压力检测仪表5.2.1弹性压力计弹性压力计的组成框图核心：弹性元件。原理：弹性元件在弹性限度内受压变形，其变形大小与外力成比例。用指针或刻度尺给出压力示值感受压力，产生变形(核心部分)调整仪表的零点和量程将弹性元件的变形进行变换和放大5.2.1弹性压力计5.2.1.1测压弹性元件1）弹性膜片：外缘固定，圆形片状。弹性特性由中心位移与压力的关系表示，线性关系良好。2）波纹管壁面具有多个同心环状波纹，一端封闭，封闭端的位移和压力在一定范围内呈线性关系。3）弹簧管横截面呈非园形（椭圆形或扁形），弯成园弧形的空心管。对于单圈弹簧管,中心角变化量Δθ比较

4、小,要提Δθ，可采用多圈弹簧管。开口端通入被测压力→非圆横截面在压力p作用下将趋向圆形→使弹簧管有伸直的趋势而产生力矩→使弹簧管的自由端产生位移,同时改变中心角。5.2.1.2弹簧管压力计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-灵敏度调整槽工作原理测压范围：-105~109Pa5.2.1.3波纹管差压计双波纹管差压计结构示意1—高压波纹管；2—补偿波纹管；3—连杆；4—挡板；5—摆杆；6—扭力管；7—芯轴；8—保护阀；9—填充液；10—低压波纹管；11—量程弹簧；12—阻

5、尼阀；13—阻尼环；14—轴承改变量程弹簧的弹性力可调整仪表量程。5.2.1.4弹性测压计信号的远传方式弹性元件的变形或位移转换为电信号输出，即可实现远距离信号传送。1）电位器式应用：滑线电位器。特点：简单，有良好线性输出，结构可靠性差。2）霍尔元件式霍尔效应磁场磁力线与薄片垂直1-2通电流i3-4感生电动势霍尔系数薄片厚度5.2.2力平衡式压力计原理：反馈力平衡力平衡式压力计的基本框图5.2.3压力传感器5.2.3.1应变式压力传感器一、应变效应当应变元件在外力作用下发生机械变形时其电阻值将发生变化的现象。F→Δl、ΔS、Δρ→ΔR对于半径为r的

6、圆导体，其中我们定义：轴向应变单位则可知，径向线应变：μ为电阻丝材料的泊松比，一般金属μ=0.3~0.5；λ：压阻系数，与材质有关；σ：应力值；E：材料的弹性模量；而代入可知：材料的电阻相对变化与线应变成正比。一般金属材料：K以前者为主，则K≈1+2μ=2~6半导体：K值主要是由电阻率相对变化所决定。应变元件种类1．丝式应变片1—基底；2—电阻丝；3—覆盖层；4—引线2．箔式应变片在绝缘基底上，将厚度为0.003～0.01mm电阻箔材，利用照相制板或光刻腐蚀的方法，制成适用于各种需要的形状。3．薄膜应变片薄膜应变片采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电

7、阻材料在基底上制成一层各种形状的敏感栅，敏感栅的厚度在0.1m以下。薄膜应变片具有灵敏系数高，易实现工业化生产的特点，是一种很有前途的新型应变片。弹性元件的形式几种应变式测量的结构示意应变片的测量电路作用：将阻抗参数变为电流或电压。R4R3R1R2UU0膜片PR1R2R3R4εrεt双臂应变电桥单臂应变电桥全臂应变电桥工作臂直流电桥：R交流电桥:R、L、C电源应变电桥的分类不平衡桥式：偏差测量法（动态）平衡桥式：零位测量法（静态）工作方式应变片测量电桥(直流电桥)初始平衡条件：或此时（1）应变片单臂工作直流电桥相对灵敏度:n取多少灵敏度最高?输出

8、电压:（2）应变片双臂直流电桥（半桥）且相邻桥R1,R2必须有对称变化。前提要求：R1=R2,R3=R4输出电压:相对灵敏