现代检测与控制技术 教学课件 作者 张志君 于海晨 宋彤 编著现代测控技术 第4章课件.ppt

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1、现代测控技术电信学院先进控制技术研究所第四章压力检测压力检测方法2压力仪表的选用33概述314.1概述工程技术中所称的“压力”，实质上就是物理学中的“压强”，是指介质垂直均匀作用于单位面积上的力。压力常用字母p表示，其表达式为p=F/S式中F,S―分别为作用力和作用面积。工业生产过程中压力测量的三种情况1.绝对压力是指物体实际所承受的全部压力。4.1概述2.表压力表压力是一个相对压力，它以环境大气压力为参照点。实质上是绝对压力与环境大气压力的差压。它们之间的关系为p表压=p绝对一p大气在工程实际中，所说的压

2、力通常是指表压，即压力表上的读数.4.1概述3.负压（或真空度）则是指真空表上的读数。p真空=p大气一p绝对如果我们用pab表示绝对压力、用pe表示表压，用pv表示负压（或真空度）,用Patm表示环境大气压力，用△p表示任意两个压力之差，则它们之间的相互关系如图所示。4.1概述测量压力的仪表种类很多，按其转换原理可大致分为以下四种：1．液柱式压力表液柱式压力表是根据静力学原理，将被测压力转换成液柱高度来测量压力的。这类仪表包括U型管压力计、单管压力计、斜管压力计等。2．弹性式压力表弹性式压力表是根据弹性元件

3、受力变形的原理，将被测压力转换成元件的位移来测量压力的。常见的有弹簧管压力表、波纹管压力表、膜片（或膜盒）式压力表。4.1概述3．活塞式压力计活塞式压力计是利用流体静力学中的液压传递原理，将被测压力转换成活塞上所加珐码的重量进行压力测量的。这类测压仪表的测量精度很高，允许误差可小到0.05％一0.2%，所以普遍用作标准压力发生器或标准仪器对其他压力表或压力传感器进行校验和标定。4.1概述4．压力传感器和压力变送器压力传感器和压力变送器是利用物体某些物理特性，通过不同的转换元件将被测压力转换成各种电量信号，并

4、根据这些信号的变化来间接测量压力。根据转换元件的不同，压力传感器和压力变送器可分为电阻式、电容式、应变式、电感式、压电式、霍尔片式等多种形式。4.2压力检测方法弹性式压力测量元件测压原理：是利用弹性元件在被测压力作用下产生弹性变形的原理来度量被测压力的。当弹性元件受压力作用时会产生变形，于是输出位移或力；再把位移或力通过一定的元件转换成电量信号。弹性元件的特点：构造简单，价格便宜，测压范围宽，被测压力低至几帕，高达数百兆帕都可使用，测量精度也较高，在目前的测压仪表中占有统治地位。4.2压力检测方法常见测压元

5、件4.2压力检测方法单圈弹管簧测量元件是一个弯成圆弧形的空心管子。如图所示，其截面一般为扁圆形或椭圆形，管子自由端封闭，作为位移输出端，弹簧管的另一端固定，作为被测压力的输人端，当被测压力从输人端通人后，由于椭圆形截面在压力p的作用下将趋于圆形，因而弯成弧形的弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形。其自由端就从B移到B’。从而将压力变化转换成位移量，压力越大，位移量越大。4.2压力检测方法图3-164.2压力检测方法4.2压力检测方法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。可测负压--

6、-正高压一般弹簧管压力计的测压范围为-105~109Pa；精确度最高可达±0.1％。4.2压力检测方法波纹管：在波纹管中引入压力时，其自由端产生伸缩变形，可以得到较大的线位移，但压力－位移特性的线性不如弹簧管。4.2压力检测方法膜片：单膜片测压元件主要用于低压的测量，一般使用金属膜片，也有橡胶膜片。膜片式压力计的优点是：可测微压和粘滞性介质压力。膜片4.2压力检测方法膜盒：广泛应用于测量差压。硬芯：用于实现输出机械位移或力；硅油：用于传递压力和对膜片起过载保护作用；4.2压力检测方法电容式压力变送器电容式压

7、力变送器测压原理是利用转换元件将压力变化转换成电容变化，再通过检测电容的方法来测量压力的。电容式差压变送器的特点：结构简单（小型化、轻量化）、性能稳定、可靠，具有较高的精度。：4.2压力检测方法讨论差动平板电容器的工作原理，差动平板电容器共有三个极板，其中中间一个电极板为活动电极板，两端为固定电极板。电容器在初始状态下，活动极板正好位于两固定电极板的中间，如图(a）所示。此时上下两个电容容量完全相等，其差值为零。而每个电容的容量为4.2压力检测方法当受到外界作用，使中间的活动电极板产生一个微小的位移后，如图

8、(b）所示，其两个电容的差值为≈≈4.2压力检测方法由上式可知，差动平板电容器的电容变化量与活动电极的位移成正比。而且当位移较小时，近似满足线性关系。电容式压力变送器正是基于这一工作原理而设计的。电容式差压变送器由电容差压传感器和转换单元两大部分组成，如图3一19所示。4.2压力检测方法扩散硅压力变送器扩散硅压力变送器属应变式压力变送器。它是基于电阻应变原理测量压力的。当电阻体在外力作用下，产生机械变形时，其电阻