传感器与检测技术第5章压力传感器

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1、第5章压力检测技术5.1概述5.2弹性压力检测技术5.3电阻式传感器及其在压力检测中的应用5.4电容式传感器及其在压力检测中的应用5.5压电式传感器及其在压力检测中的应用5.6电感式传感器及其在压力检测中的应用5.7其它压力传感器的应用5.8压力检测仪表的使用与校准内容提要在本章中，通过对压力检测方法的分析，引出弹性压力检测技术，介绍了弹性元件的结构、外形和测压原理，为重点介绍压力的电测技术奠定基础。通过本章学习，掌握电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器和压电式传感器的结构特性和工作原理，学会它们在压力检测中的应用。5.1概述5.1.1压力的概念及单位压力：是指一定介

2、质垂直作用于单位面积上的力。压力的表示方法：绝对压力、表压力、负压力或真空度。绝对压力：是指被测介质作用在单位面积上的全部压力，用PA表示。用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。大气压力：地面上的空气柱所产生的平均压力，用P0表示。用来测量大气压力的仪表叫气压表。绝对压力与大气压力之差称为表压力，用PI表示。即PI＝PA—P0（5-1）当绝对压力值PA小于大气压力值P0时，表压力为负值，所测值称为负压力或称真空压，它的绝对值称为真空度。图5-1各种压力之间的关系压力的单位压力在国际单位制中的单位是牛顿/平方米（N/m2），通常称为帕斯卡或简称帕（Pa）。工业上一般采用千帕

3、（kPa）或兆帕（MPa）作为压力的单位。多种压力单位换算关系如下：1帕（Pa）＝1牛顿/平方米（N/m2）1巴（bar）＝1达因/平方厘米（dyn/cm2）＝105Pa1工程大气压≈1干克力/平方厘米（kgf/cm2）≈98kPa1标准大气压＝760毫米水银柱＝101325Pa1毫米水银柱＝133.322Pa1毫米水柱＝9.80665Pa真空度测量中常以“托”（Torr）为单位，1托（Torr）＝l毫米水银柱。5.1.2压力检测的方法根据不同工作原理分为如下几种：（1）重力平衡方法利用一定高度的工作液体产生的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理，将被测压力转换为液柱高

4、度或平衡砝码的重量来测量。例如液柱式压力计和活塞式压力计。（2）弹性力平衡方法利用弹性元件受压力作用发生弹性变形而产生的弹性力与被测压力相平衡的原理，将压力转换成位移，通过测量弹性元件位移变形的大小测出被测压力。5.1.2压力检测的方法（3）机械力平衡方法是将被测压力经变换元件转换成一个集中力，用外力与之平衡，通过测量平衡时的外力测知被测压力。力平衡式仪表可以达到较高精度，但是结构复杂。（4）物性测量方法利用敏感元件在压力的作用下，其某些物理特性发生与压力成确定关系变化的原理，将被测压力直接转换为各种电量来测量。如应变式、压电式、电容式压力传感器等等。5.1.3常用压力检

5、测仪表1.液柱式压力计以流体静力学原理为基础。一般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图5-2液柱式压力计2.弹性压力计图5-3弹性压力计组成框图5.2弹性压力检测技术5.2.1弹性敏感器5.2.2机械式弹簧管压力表5.2.1弹性压力敏感器1.弹性压力敏感器弹性压力传感器：压力变化→位移变化→电量变化常见的弹性压力敏感器有：弹簧管波纹管膜片弹簧管式波纹管式单圈弹簧管多圈弹簧管波纹管测量范围0～981MPa测量范围0～98.1MPa测量范围0～0.981MPa薄膜式平薄膜波纹膜挠性膜测量范围0～98.1MPa测量范围0～0.981MPa测量范围0～0.

6、0981MPa2.弹性元件的外形与测压原理（1）弹簧管压力→弹簧管自由端角位移（a）C型弹簧管结构（b）弹簧管的截面形状图5-4C型弹簧管在一定压力范围内，弹簧管自由端产生位移量d与压力P成正比，即（2）波纹管波纹管是一种带同心环状波形皱纹的薄壁圆管，一端开口，另一端封闭，将开口端固定，封闭端处于自由状态，如图5-5所示。图5-5波纹管在通入一定压力的流体后，波纹管将伸长，在一定压力范围内伸长量即自由端位移y与压力P成正比，即（3）膜片与膜盒膜片是用金属或非金属制成的圆形薄片。（a）：断面是平的，称为平膜片；（b）：断面呈波纹状，称为波纹膜片；（c）：两个膜片边缘对焊起来

7、，构成膜盒；（d）：几个膜盒连接起来，组成膜盒组。5.2.2机械式弹簧管压力表1.机械式弹簧管压力图5-7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－调整螺钉（或滑销）；9－接头2.弹簧管材料及压力表色标弹簧管的材料是根据被测介质的化学性质和被测压力的高低来决定的。当压力P＜20MPa时采用磷青铜材料，当压力P＞20MPa时采用不锈钢或合金钢材料。当测量氨气压力时，必须采用能够耐腐蚀的不锈钢弹簧管；测量乙炔压力时，不得用铜质材料弹簧管；测量氧气压力时，则严禁沾有油脂的工艺管道设