壓力儀表測量及概述課件

2.4壓力測量壓力的基本概念液柱式壓力計

U型管壓力計、單管壓力計、斜管式微壓計彈性式壓力計彈簧管式、膜片（盒）式、波紋管式電氣式壓力測量電容式壓力壓差變送器、霍爾壓力變送器、壓電式壓力傳感器、固體壓阻式壓力壓差傳感器壓力檢測儀表的選擇壓力

垂直作用于物體表面上的力壓強

垂直作用于單位面積物體表面上的力在建筑環(huán)境與設備的測試中，并不嚴格區(qū)分壓力和壓強。通常所說的壓力實際上是指壓強。壓差測量兩個壓力之差稱壓差表壓力

壓力儀表指示的壓力值

缺省情況下，所說的壓力值即指表壓力表壓力可正可負，為負時其絕對值稱為真空度。2.4.1概述PJPBPZ一、基本概念帕(Pa)

N/m2，國際單位兆帕(MPa)106Pa工程大氣壓，kgf/cm2，98070Pa約等于一個大氣壓（1.013e+5Pa)，“自來水壓頭是5公斤”，用的就是這個單位。mmH2O，9.81PammHg

，133Pa壓力單位2.4.2液柱式壓力計分類U型管壓力計單管壓力計斜管式微壓計特點：結構簡單，使用方便，準確度比較高，常用于測量低壓、負壓、差壓。缺點：體積大，讀數(shù)不方便，玻璃管易損壞。一．U型管壓力計假設被測的介質為氣體，可忽略被測介質的高度形成的靜壓值。根據(jù)流體靜力學原理可得：U型管內徑一般為5-20mm，為了減少毛細現(xiàn)象，管子內徑一般不少于10mm，P2P1U型管h1h20二．單管式壓力計

因為A1、A2為常數(shù)，這樣可通過一次讀數(shù)進行壓差測量。當A2/A1很小時，h1可忽略，公式簡化為：

PdPx直管h1h2三、斜管式微壓計P1P2斜管h1h2L主要用于測量微小的壓力、負壓和壓差。為了減少讀數(shù)的相對誤差，拉長液柱，將測量管傾斜放置。

2.4.3彈性式壓力計

一、概述原理：彈性壓力表是利用各種不同形狀彈性感壓元件在被測壓力的作用下，產生彈性變形制成的測壓儀表特點：結構簡單、牢固可靠、測壓范圍廣、使用方便、造價低廉、有足夠的精度，可遠傳常用彈性壓力表：膜片（盒）式波紋管式彈簧管式2．波紋管：開口端固定，封閉端的位移作為輸出，由于波紋管的位移相對較大，故靈敏度高，常用于測量較低的壓力（1.0-106Pa）精度等級1.5級。Px3．彈簧管：單圈彈簧管多圈彈簧管二．彈性元件及其特性彈簧管壓力計2.4.4電氣式壓力檢測一．電容式壓力傳感器：將彈性元件的位移轉變成電信號。運算放大器式電路最大特點：能克服變極距型電容傳感器的非線性Cx是傳感器電容C是固定電容u0是輸出電壓信號運算放大器式電路原理圖uC-ACx∑～u0由運算放大器工作原理可知結論：從原理上保證了變極距型電容式傳感器的線性。

uC-ACx∑～u0電容式差壓/壓力變送器二．壓電式壓力傳感器特點：結構簡單、緊湊，小巧輕便，工作可靠，具有線性度高量程范圍大等優(yōu)點。缺點：但是由于產生的電荷量少，因此后續(xù)需加高阻抗的直流放大器。由于晶體邊緣上存在漏電現(xiàn)象，因此不能用于穩(wěn)態(tài)測量。壓電式壓力傳感器結構二．壓電式壓力傳感器應變效應的理論基礎金屬導體的電阻定律(線材)2rA

=πr

2L其全微分：給出了總電阻的相對變化量與其它三個量的相對變化的關系。在力的作用下，L、A、ρ均可發(fā)生變化。1.應變式電阻傳感器材料的泊松比μ與

dL/L、dA/A

在力的作用下的相互關系得:A

=πr

2yxyyxrdrLdLemmeeee=-===則有，、徑向應變?yōu)樵O軸向應變?yōu)镵為靈敏系數(shù)c是一個與材料性質和加工方法有關的常數(shù)。xe-分類(按敏感柵的結構特點和構成材料進行分類)⑴．絲式⑵．箔式⑶．半導體式電阻應變片的結構及工作方式基本結構1-5工作方式(工作原理)應變片在使用時，用粘合劑粘在試件表面，用來測量試件表面的應變的。粘貼時需使柵絲的軸線沿應變方向。應變方向應變片與試件的粘結試件應變片注：當試件的應變方向不單一時，要使用多片。3、電阻應變片應變電阻的測量實際使用中均用電測法，即1．直流電橋法當負載電阻R

L→∞時，輸出電壓U01-6當負載電阻R

L為有限值時的輸出電壓U0實際使用中負載電阻R

L→∞雖然無法滿足，但下式很容易滿足：此時輸出電壓U0仍可表示為：電橋的平衡條件:這是我們熟知的：U0=0→R1R4-R2R3=0(2)半橋差動電路由于n

=

1所以輸出U

0為純線性，且靈敏度提高了一倍。1-7(2)全橋電路

輸出U

0為也純線性，且靈敏度又提高了一倍。1-84.應變式電阻傳感器的應用應變式壓力傳感器薄板式(膜片式)壓力傳感器當流體的壓強作用在薄板上，薄板就會產生形變(應變)，貼在另一側的應變片隨之形變(應變)，通過橋式等測量電路，可以測出與應變相對應的輸出電壓，從而得到壓力的大小。⑶貼片位置在εt=－εr的兩個半徑處分別粘貼２個于檢測徑向應變和切向應變的應變片，構成全差動電橋。R1R2R3R4等半徑貼片⒉筒式應變壓力傳感器DD0P筒式壓力傳感器性能特點：可用于高壓測量。結構特點：圓柱盲孔，環(huán)向應變。環(huán)向應變εp壁厚較薄時零應變用于溫度補償以上兩款壓力傳感器均是利用彈性元件將壓力轉變成應變，再用應變電阻（應變片）將這種應變轉變成電阻的變化，從而測得作用壓力的大小。金屬應變片的性能較為穩(wěn)定，工藝也較為成熟，但比較復雜，貼片的工藝水平對性能的影響較大，輸出較小。固態(tài)壓力傳感器

(1)結構利用半導體擴散技術，在n型硅基底(硅杯的圓形膜片)上擴散出4個p型電阻，利用其壓阻效應，構成敏感電橋，當壓力作用在薄片上，通過橋式等測量電路，可以測出與應變相對應的輸出電壓，從而得到壓力的大小。擴散電阻硅杯式固體壓力傳感器結構示意圖擴散電阻Si_n擴散電阻Si_n薄圓板受均勻壓力后的應力分布(2)受壓圓膜的應力分布徑向切向σ——單晶體的軸向應力π——單晶體的壓阻系數(shù)(不是圓周率)根據(jù)可知⒊擴散電阻位置薄圓板受均勻壓力后的應力分布R1R2R3R4在滿足：rt

rr

r1

r2的兩個半徑處（應力大小相等方向相反）擴散

4

個電阻構成全橋差動電路。2.4.5

壓力檢測儀表的選擇與校驗一．壓力檢測儀表的選擇①測壓范圍，②測試精度要求，③被測介質的物理化學性質。1.儀表量程選用為保證安全性，壓力較穩(wěn)定時，最大工作壓力不超過儀表量程的3/4，壓力波動較大時，最大工作壓力不超過儀表量程的2/3。為保證準確度，最小工作壓力不低于滿量程的1/3。

2．儀表精度的選擇

根據(jù)在測量時允許的最大測量誤差選擇儀表，可根據(jù)儀表的精度等級算出用該儀表測量可能引起的最大示值絕對誤差。另外在選擇儀表時不需一味追求高精度，只要滿足測量精度要求即可。彈簧管壓力表量程和精度系列我國目前彈簧管壓力表量程系列，1,1.6,2.5,