《流体参量测》PPT课件.ppt

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1、第十章流体参量测量压力测量和流量测量是工程测试领域中的一个重要的物理量。第一节压力的测量压力的定义流体或固体垂直作用在单位面积（S）上的力（F）称为压力（p），也称压强。而工程上则习惯于称其为压力。压力单位是Pa(帕)，1Pa=1N/m2.1个标准大气压=101325Pa=1.01325工程大气压工程中常采用的压力有绝对压力（pa）、表压力（pg）、真空（pv）和差压等几种。压力的分类压力：静态压力和动态压力静态压力：不随时间变化或变化非常缓慢的压力。动态压力：随时间变化的压力。压力测量方法静态压力测量：一般采用压力表、压力变送器进行测量。

2、动态压力测量:弹性变形测压法,将敏感元件感受压力而产生的弹性变形量转换为电量再进行测量。一、压力测量的弹性元件压力测量弹性元件通常有波登管、膜片、波纹管等。▲利用弹性敏感元件的应力应变特性弹性敏感元件在被测压力作用下产生应力、应变，利用应力、应变来测量压力的，如应变式压力传感器等；▲利用弹性敏感元件的压力集中力特性弹性敏感元件将被测压力转换成集中力，利用测量集中力来测量压力的，如压电式压力传感器；▲利用弹性敏感元件的压力位移特性将被测压力转换为弹性敏感元件的位移来测量的，如电容式压力传感器；波纹管波登管波登管二、常用压力传感器1.应变式压力

3、传感器(1)膜片应变式压力传感器的主要元件是含有半导体应变片的特殊膜片，利用压阻效应工作。该传感器的弹性敏感元件是周边固定的平圆膜片，在上面粘贴一个组合应变片，当膜片在被测压力作用下发生弹性变形时，应变片也发生相应的变化，从而使应变片的阻值发生变化，由四个电阻组成的电桥就有相应的输出信号。εr、εt—径向、切向应变；p—被测流体压力(Pa)；E—材料弹性模量(N/m2)；μ—材料泊桑比；h—膜片厚度(m)；R—膜片半径(m)；r—膜片任意位置的半径(m)。工作过程被测压力作用膜片膜片应变电阻应变片电阻变化电量的输出粘外接电路（2）筒式应变压

4、力传感器膜片式压力传感器是作为腔体的密封元件。可以在膜片表面粘贴应变片测量应变。膜片式压力传感器一般膜片式压力传感器是作为腔体的密封元件。膜片中心在流体压力作用下产生位移，可以用位移传感器测量该位移。式中E—材料的弹性模量(N/m2)；μ—材料的泊桑比；h—膜片厚度(m)；R—膜片半径(m)yc—膜片中心位移(m)。当yc/h<1/3时，(yc/h)3<<(yc/h)，故可忽略高次项，p与yc近似成线性关系。2、压阻式压力传感器压阻式传感器的结构如图所示。其核心部分是一圆形的硅膜片。在沿某晶向切割的N型硅膜片上扩散四个阻值相等的P型电阻，构

5、成平衡电桥。硅膜片周边用硅杯固定，其下部是与被测系统相连的高压腔，上部为低压腔，通常与大气相通。在被测压力作用下，膜片产生应力和应变，P型电阻产生压阻效应，其电阻发生相对变化。3压电式压力传感器膜片式压电传感器因此，在性能稳定性和勤务性上都大大优于活塞式结构，目前正在逐渐取代后者。由于膜片质量小，和压电元件相比，刚度也很小，如果提供合适的预紧力，传感器的固有频率可达100kHz以上。膜片式压电测压传感器结构示意图。它用金属膜片代替活塞，膜片起着传递压力、实现预压和密封三个作用。膜片用微束等离子焊和本体焊接，整个结构是密封的。活塞式压电传感器

6、活塞式压电压力传感器的结构示意图。该传感器主要由传感器本体、活塞、砧盘、晶体、导电片、引出导线等组成。传感器在装配时用顶螺丝给晶片组件一定的预紧力，以保证活塞、砧盘、晶片、导电片之间压紧，避免受冲击时因有间隙而使晶片损坏，并可提高传感器的固有频率。测量时，传感器通过螺纹安装到测压孔上，锥面起密封作用。被测压力作用在活塞的端面上，并通过活塞的另一头把压力传送到压电晶体上。测气体压力的电感传感器(自感型)电感式压力传感器电感式压力传感器一般由两部分组成，一部分是弹性元件，用来感受压力并把压力转换成位移量，另一部分是由线圈和衔铁组成的电感式传感器

7、。可分为自感型和差动变压器型。图为其结构原理图。为由膜盒与变气隙自感传感器构成的压力传感器，流体压力使膜盒变形，从而推动固定在膜盒自由端的衔铁上移引起电感变化。被测压力作用膜片电感变化(δ)外接电路电量的输出差动变压器式微压传感器图为膜盒与差动变压器构成的微压力传感器。衔铁固定在膜盒的自由端。无压力时，衔铁在差动变压器线圈的中部，输出电压为零，当被测压力通过接头输入膜盒后，膜盒变形推动衔铁移动，使差动变压器输出正比与被测压力的电压。测压系统的定度（标定）静态标定和动态标定静态标定的目的:确定系统静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等

8、。动态标定的目的:确定系统的动态特性参数，如频率响应函数、时间常数、固有频率及阻尼比等。1、测压系统的静态标定常用的静压发生装置有：活塞式压力发生器、杠杆式压力发生器及弹簧测力计