5壓力檢測(cè)PPT演示課件

1、5 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)contents5.1 壓力單位及壓力檢測(cè)方法壓力單位及壓力檢測(cè)方法5.2 常用壓力檢測(cè)儀表常用壓力檢測(cè)儀表5.3 測(cè)壓儀表的使用及壓力檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)壓儀表的使用及壓力檢測(cè)系統(tǒng)5.1.1 壓力的單位壓力的單位v 定義：垂直均勻地作用在單位面積上的力，用定義：垂直均勻地作用在單位面積上的力，用p表示。表示。v 即物理學(xué)中定義的壓強(qiáng)。即物理學(xué)中定義的壓強(qiáng)。v 1牛頓力垂直均勻地作用在牛頓力垂直均勻地作用在1平方米面積上所形成的壓力為平方米面積上所形成的壓力為1“帕斯卡帕斯卡”，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱“帕帕”，符號(hào)為，符號(hào)為pa。v pa帕斯卡為壓力法定單位，還用有千帕（帕斯卡為壓力法定單位，還

2、用有千帕（k pa）、兆帕）、兆帕（ m pa ）v 其他壓力單位有工程大氣壓、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、毫米水銀柱、其他壓力單位有工程大氣壓、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、毫米水銀柱、毫米水柱等，需進(jìn)行換算。毫米水柱等，需進(jìn)行換算。5.1.2 壓力的幾種表示方法壓力的幾種表示方法v 絕對(duì)壓力：被測(cè)介質(zhì)作用在容器表面積上的全部壓力絕對(duì)壓力：被測(cè)介質(zhì)作用在容器表面積上的全部壓力v 大氣壓力：由地球表面空氣柱重量形成的壓力大氣壓力：由地球表面空氣柱重量形成的壓力v 表壓力：絕對(duì)壓力和大氣壓力之差表壓力：絕對(duì)壓力和大氣壓力之差v 真空度：絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，表壓力為負(fù)值（負(fù)壓真空度：絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，表壓力為負(fù)值（負(fù)壓力

3、），其絕對(duì)值稱為真空度力），其絕對(duì)值稱為真空度v 差壓：設(shè)備中兩處的壓力之差差壓：設(shè)備中兩處的壓力之差 實(shí)際應(yīng)用時(shí)可通過(guò)測(cè)差壓，間接測(cè)量流量、物位實(shí)際應(yīng)用時(shí)可通過(guò)測(cè)差壓，間接測(cè)量流量、物位bidpppipdpzdippp圖示各種壓力表示法之間的關(guān)系圖示各種壓力表示法之間的關(guān)系絕對(duì)零壓力絕對(duì)零壓力絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力大氣壓力大氣壓力表壓力表壓力絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力負(fù)壓力負(fù)壓力(真空度真空度)差壓差壓pb= pi-pdpz=pdpi絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力5.1.3 壓力檢測(cè)的主要方法及分類壓力檢測(cè)的主要方法及分類v 重力平衡方法：重力平衡方法： 液柱式壓力計(jì)：基于液體靜力學(xué)原理液柱式壓力計(jì)：基于液體靜力學(xué)原理

4、。基于液體靜力學(xué)原理，被測(cè)壓力與一定高度的工作液基于液體靜力學(xué)原理，被測(cè)壓力與一定高度的工作液體產(chǎn)生的重力平衡，被測(cè)壓力可轉(zhuǎn)換成液柱高度。如體產(chǎn)生的重力平衡，被測(cè)壓力可轉(zhuǎn)換成液柱高度。如u形管形管壓力計(jì)。壓力計(jì)。(1)：適用于低壓、負(fù)壓和壓力差的測(cè)量，上限：適用于低壓、負(fù)壓和壓力差的測(cè)量，上限0.10.2mpa；精度達(dá)；精度達(dá)0.02%0.15%，可用作標(biāo)準(zhǔn)儀器；，可用作標(biāo)準(zhǔn)儀器；(2)(2)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低；：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低； (3)(3)：不易遠(yuǎn)傳，填充液為水銀，有毒，且玻璃管易碎：不易遠(yuǎn)傳，填充液為水銀，有毒，且玻璃管易碎. .5.1.3 壓力檢測(cè)的主要方法及分類壓力檢測(cè)的主要方法及

5、分類v 重力平衡方法：重力平衡方法： 負(fù)荷式壓力計(jì)負(fù)荷式壓力計(jì)基于重力平衡原理。如：活塞壓力計(jì)，將被測(cè)基于重力平衡原理。如：活塞壓力計(jì)，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為平衡重物的重量來(lái)測(cè)量。壓力轉(zhuǎn)換為平衡重物的重量來(lái)測(cè)量。(1)基本特點(diǎn)基本特點(diǎn)：適用于測(cè)量正壓、負(fù)壓和絕對(duì)壓力，測(cè)壓上限：適用于測(cè)量正壓、負(fù)壓和絕對(duì)壓力，測(cè)壓上限高高,多用作校驗(yàn)儀表；多用作校驗(yàn)儀表；(2)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量范圍寬測(cè)量范圍寬,如單活塞壓力計(jì)測(cè)量范圍達(dá)如單活塞壓力計(jì)測(cè)量范圍達(dá)0.042500mpa、精度高、精度高( 0.01%)、性能穩(wěn)定可靠、性能穩(wěn)定可靠;(3)缺點(diǎn)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。5.1.3 壓力檢測(cè)

6、的主要方法及分類壓力檢測(cè)的主要方法及分類v機(jī)械力平衡方法機(jī)械力平衡方法將被測(cè)壓力經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)換成一個(gè)集中力，用將被測(cè)壓力經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)換成一個(gè)集中力，用外力與之平衡，通過(guò)測(cè)量外力得到被測(cè)壓力外力與之平衡，通過(guò)測(cè)量外力得到被測(cè)壓力。(1)(1)基本特點(diǎn)基本特點(diǎn)：多用于電動(dòng)和氣動(dòng)組合儀表中多用于電動(dòng)和氣動(dòng)組合儀表中；(2)(2)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可達(dá)較高的精度；可達(dá)較高的精度；(3)(3)缺點(diǎn)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。5.1.3 壓力檢測(cè)的主要方法及分類壓力檢測(cè)的主要方法及分類v彈性力平衡方法彈性力平衡方法利用彈性元件彈性變形的特性，變形產(chǎn)生的彈利用彈性元件彈性變形的特性，變形產(chǎn)生的

7、彈性力與被測(cè)壓力相平衡，測(cè)變形即可知壓力。性力與被測(cè)壓力相平衡，測(cè)變形即可知壓力。彈簧管式壓力計(jì)、波紋管差壓計(jì)等彈簧管式壓力計(jì)、波紋管差壓計(jì)等。 (1)(1)基本特點(diǎn)基本特點(diǎn)：可測(cè)壓力、負(fù)壓、絕對(duì)壓力和壓差；：可測(cè)壓力、負(fù)壓、絕對(duì)壓力和壓差；(2)(2)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：類型多，類型多，。 5.1.3 壓力檢測(cè)的主要方法及分類壓力檢測(cè)的主要方法及分類v物性測(cè)量方法物性測(cè)量方法 原理：在壓力作用下，測(cè)壓元件的某些物理特性原理：在壓力作用下，測(cè)壓元件的某些物理特性會(huì)隨之發(fā)生變化的特性，會(huì)隨之發(fā)生變化的特性，壓阻效應(yīng)、壓電效應(yīng)壓阻效應(yīng)、壓電效應(yīng)。v分類分類 電測(cè)式壓力計(jì)電測(cè)式壓力計(jì) 壓力變成電量，測(cè)電量知壓

8、力壓力變成電量，測(cè)電量知壓力 其他新型壓力計(jì)，如集成式壓力計(jì)、光纖壓力計(jì)等其他新型壓力計(jì)，如集成式壓力計(jì)、光纖壓力計(jì)等5.2 常用壓力檢測(cè)儀表常用壓力檢測(cè)儀表v 5.2.1 彈性壓力計(jì)彈性壓力計(jì)v 原理：彈性元件在彈性限度內(nèi)受壓變形，其變形大小與外原理：彈性元件在彈性限度內(nèi)受壓變形，其變形大小與外力成比例。力成比例。彈性壓力計(jì)的組成框圖彈性壓力計(jì)的組成框圖受力變形受力變形位移信號(hào)變換位移信號(hào)變換顯示顯示調(diào)整儀表零點(diǎn)和量程調(diào)整儀表零點(diǎn)和量程5.2.1 彈性壓力計(jì)彈性壓力計(jì)v 測(cè)壓彈性元件測(cè)壓彈性元件v 工作原理：感受液體或氣體的壓力或壓力差，輸出位移工作原理：感受液體或氣體的壓力或壓力差，輸出位

9、移v 1）彈性膜片：外緣固定，圓形片狀，中心位移與壓力的）彈性膜片：外緣固定，圓形片狀，中心位移與壓力的關(guān)系表示，彈性特性具有良好線性關(guān)系。關(guān)系表示，彈性特性具有良好線性關(guān)系。v 2）波紋管：壁面具有多個(gè)同心環(huán)狀波紋，一端封閉，封）波紋管：壁面具有多個(gè)同心環(huán)狀波紋，一端封閉，封閉端的位移和壓力在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系閉端的位移和壓力在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系v 3）彈簧管：圓弧狀，不等軸截面金屬管，自由端位移）彈簧管：圓弧狀，不等軸截面金屬管，自由端位移 單圈彈簧管單圈彈簧管 多圈彈簧管多圈彈簧管 膜片膜片 膜盒膜盒 波紋管波紋管測(cè)壓彈性元件測(cè)壓彈性元件彈性特性彈性特性是中心位移與壓力的關(guān)系。是中心

10、位移與壓力的關(guān)系。平膜片平膜片波紋膜片波紋膜片撓性膜片撓性膜片測(cè)力彈測(cè)力彈簧簧彈性特性是彈性特性是封閉端位移與壓力在封閉端位移與壓力在一定的范圍內(nèi)成線性關(guān)系一定的范圍內(nèi)成線性關(guān)系。（1 1）使用應(yīng)在線性段，可內(nèi)加螺旋彈簧改善特性）使用應(yīng)在線性段，可內(nèi)加螺旋彈簧改善特性（2 2）用波紋管作彈性元件的壓力計(jì)，一般用于測(cè)）用波紋管作彈性元件的壓力計(jì)，一般用于測(cè)量較低壓力或壓差。量較低壓力或壓差。測(cè)壓彈性元件測(cè)壓彈性元件彈性特性是彈性特性是自由端的位移量與所加壓力的關(guān)系。自由端的位移量與所加壓力的關(guān)系。單圈彈簧管單圈彈簧管多圈彈簧管多圈彈簧管測(cè)壓彈性元件測(cè)壓彈性元件彈性彈性敏感元件（彈簧管）敏感元件（

11、彈簧管） 敏感元件在傳感器中直接感受被測(cè)量，并轉(zhuǎn)換成敏感元件在傳感器中直接感受被測(cè)量，并轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。與被測(cè)量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。彈性彈性敏感元件（彈簧管）敏感元件（彈簧管） 在下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角位移在下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角位移彈簧管放大圖彈簧管放大圖 當(dāng)被測(cè)壓力當(dāng)被測(cè)壓力p p增大時(shí)，彈簧管撐直，通過(guò)齒條帶動(dòng)增大時(shí)，彈簧管撐直，通過(guò)齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)指針角位移。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)指針角位移。 其他各種彈性敏感元件其他各種彈性敏感元件 在上圖中的各種彈性元件也能將壓力轉(zhuǎn)換為在上圖中的各種彈性元件也能將壓力轉(zhuǎn)換為角位移或直線位移

12、。角位移或直線位移。v彈性元件常用的材料有銅合金、彈性合金、不銹鋼彈性元件常用的材料有銅合金、彈性合金、不銹鋼等，不同的材料適用于不同的測(cè)壓范圍和被測(cè)介質(zhì)。等，不同的材料適用于不同的測(cè)壓范圍和被測(cè)介質(zhì)。v近年來(lái)隨著新材料的出現(xiàn)和發(fā)展，半導(dǎo)體硅材料近年來(lái)隨著新材料的出現(xiàn)和發(fā)展，半導(dǎo)體硅材料得到了更多的應(yīng)用。得到了更多的應(yīng)用。測(cè)壓彈性元件測(cè)壓彈性元件消除兩嚙合齒輪間消除兩嚙合齒輪間隙，減小儀表變差隙，減小儀表變差調(diào)整儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整儀表機(jī)械零點(diǎn)改變機(jī)械傳動(dòng)的連接改變機(jī)械傳動(dòng)的連接點(diǎn)，調(diào)整儀表量程點(diǎn)，調(diào)整儀表量程5.2.1.2 彈簧管壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì)問(wèn)題：如何改變儀表靈敏度與量程？問(wèn)題：如何改變儀

13、表靈敏度與量程？ 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格低；測(cè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格低；測(cè)壓范圍寬，可測(cè)量負(fù)壓、微壓、低壓、壓范圍寬，可測(cè)量負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓，應(yīng)用廣泛；精確度可達(dá)中壓和高壓，應(yīng)用廣泛；精確度可達(dá)0.10.1級(jí)。級(jí)。彈簧管壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì) 只能就地指示，是現(xiàn)場(chǎng)直讀式儀表。只能就地指示，是現(xiàn)場(chǎng)直讀式儀表。5.2.1.3 波紋管差壓計(jì)波紋管差壓計(jì)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)量機(jī)構(gòu)包括波紋包括波紋管（管（1、10）、量）、量程彈簧組（程彈簧組（11）和）和扭力管（扭力管（6）等。）等。5.2.1.3 波紋管差壓計(jì)波紋管差壓計(jì)差壓信號(hào)差壓信號(hào)低壓波紋管自由低壓波紋管自由端帶動(dòng)連桿右移端帶動(dòng)連桿

14、右移擋板推擋板推動(dòng)擺桿動(dòng)擺桿扭力管逆扭力管逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)時(shí)針偏轉(zhuǎn)芯軸逆芯軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)針轉(zhuǎn)顯示顯示機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)三閥組合作用？三閥組合作用？補(bǔ)償波紋管作用？補(bǔ)償波紋管作用？量程彈簧作用？量程彈簧作用？5.2.1.4 彈性測(cè)壓計(jì)信號(hào)的遠(yuǎn)傳方式彈性測(cè)壓計(jì)信號(hào)的遠(yuǎn)傳方式v 彈性元件的變形或位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離信彈性元件的變形或位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離信號(hào)傳送。號(hào)傳送。v 電位器式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，線性化好，電位器易磨損，可靠性差。電位器式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，線性化好，電位器易磨損，可靠性差。v 霍爾元件式：霍爾效應(yīng)，通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，在不霍爾元件式：霍爾效應(yīng)，通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，

15、在不均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，輸出電勢(shì)對(duì)應(yīng)位移。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，輸出電勢(shì)對(duì)應(yīng)位移。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，壽命長(zhǎng)，但易受外部磁場(chǎng)干擾。壽命長(zhǎng)，但易受外部磁場(chǎng)干擾。不均勻磁場(chǎng)不均勻磁場(chǎng)原理原理：5.2.1.4 彈性測(cè)壓計(jì)信號(hào)的遠(yuǎn)傳方式彈性測(cè)壓計(jì)信號(hào)的遠(yuǎn)傳方式霍爾元件圖霍爾元件圖霍爾效應(yīng)原理圖霍爾效應(yīng)原理圖b b霍爾電勢(shì)霍爾電勢(shì)v vh h控制電流控制電流i-+-hhvk ib 基于半導(dǎo)體材料的基于半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)，將自由端的位，將自由端的位移通過(guò)霍爾元件轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。移通過(guò)霍爾元件轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。sn霍爾元件輸出的電勢(shì)正比與磁感應(yīng)強(qiáng)度，霍爾元件輸出的電勢(shì)正比與磁感應(yīng)強(qiáng)

16、度，對(duì)應(yīng)于自由端位移，由此得出被測(cè)壓力值。對(duì)應(yīng)于自由端位移，由此得出被測(cè)壓力值。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高，壽命長(zhǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高，壽命長(zhǎng)。對(duì)外部磁場(chǎng)敏感，耐振性差。對(duì)外部磁場(chǎng)敏感，耐振性差?；魻栐ぷ髟砘魻栐ぷ髟砘魻栭_關(guān)霍爾開關(guān)霍爾傳霍爾傳感器感器5.2.2 力平衡式壓力計(jì)力平衡式壓力計(jì)v 原理：反饋力平衡原理：反饋力平衡力平衡式壓力計(jì)的基本框圖力平衡式壓力計(jì)的基本框圖壓力壓力位移或力位移或力比較輸出比較輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換最終穩(wěn)定輸出最終穩(wěn)定輸出力平衡式壓力計(jì)工作原理圖力平衡式壓力計(jì)工作原理圖ucp1、p2差壓差壓fp使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)，差動(dòng)電容變換器使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)，差動(dòng)電容變換器，電橋輸出電壓，

17、電橋輸出電壓uc伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)（執(zhí)行電動(dòng)（執(zhí)行電動(dòng)機(jī)），在控制機(jī)），在控制系統(tǒng)中，用作系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把執(zhí)行元件，把所收到的電信所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位機(jī)軸上的角位移或角速度輸移或角速度輸出。出。uc經(jīng)放大后，驅(qū)動(dòng)（脈沖信號(hào)）伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)指示杠桿轉(zhuǎn)角經(jīng)放大后，驅(qū)動(dòng)（脈沖信號(hào)）伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)指示杠桿轉(zhuǎn)角的大小；另一方面使螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)，改變反饋彈簧施加在杠桿上的力的大??；另一方面使螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)，改變反饋彈簧施加在杠桿上的力fxs。當(dāng)當(dāng)fp的力矩與的力矩與fxs的力矩相平衡時(shí)，系統(tǒng)重新處于平衡狀態(tài)。的力矩相平衡時(shí)，系統(tǒng)重新處于平衡狀態(tài)。力矩平

18、衡時(shí)：輸出軸轉(zhuǎn)角力矩平衡時(shí)：輸出軸轉(zhuǎn)角 （螺栓旋轉(zhuǎn)周數(shù)）（螺栓旋轉(zhuǎn)周數(shù)） 與壓力差與壓力差 p 成比例。成比例。5.2.3 壓力傳感器壓力傳感器v 檢測(cè)壓力值并提供遠(yuǎn)傳信號(hào)的裝置。檢測(cè)壓力值并提供遠(yuǎn)傳信號(hào)的裝置。v 常見形式有應(yīng)變式、壓阻式、電容式、壓電式、振頻式。常見形式有應(yīng)變式、壓阻式、電容式、壓電式、振頻式。v 5.2.3.1 應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器 原理：基于原理：基于“應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)”，導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料發(fā)生機(jī)，導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化 金屬材料的金屬材料的k值約為值約為 26，半導(dǎo)體材料，半導(dǎo)體材料k值值 60180

19、應(yīng)變?cè)勺龀山z狀、片狀和體狀應(yīng)變?cè)勺龀山z狀、片狀和體狀rkr金屬應(yīng)變片金屬應(yīng)變片為材料的應(yīng)變大小為材料的應(yīng)變大小k為材料的電阻應(yīng)變系數(shù)為材料的電阻應(yīng)變系數(shù)lrs應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)用應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)用v各種電子秤各種電子秤v吊秤吊秤高精度電子汽車衡高精度電子汽車衡幾種應(yīng)變式測(cè)量的結(jié)構(gòu)示意幾種應(yīng)變式測(cè)量的結(jié)構(gòu)示意v各種各種應(yīng)變?cè)?yīng)變?cè)c與彈性元件彈性元件配用，組成應(yīng)變式壓力傳感配用，組成應(yīng)變式壓力傳感器。多應(yīng)變片起到測(cè)量均衡與補(bǔ)償作用。器。多應(yīng)變片起到測(cè)量均衡與補(bǔ)償作用。平行雙孔梁傳感器平行雙孔梁傳感器5.2.3.2 壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器v固體材料在應(yīng)力作用下發(fā)生形變時(shí)，其

20、電阻率發(fā)固體材料在應(yīng)力作用下發(fā)生形變時(shí)，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象被稱為生變化的現(xiàn)象被稱為“壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)”。v是利用硅的壓阻效應(yīng)和微電子技術(shù)制成的，是一是利用硅的壓阻效應(yīng)和微電子技術(shù)制成的，是一種新型傳感器。種新型傳感器。v硅平膜片受壓變形硅平膜片受壓變形err e為壓阻系數(shù)， 為應(yīng)力壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖v利用橋式測(cè)量電路，橋臂電阻對(duì)稱布置，電阻變化時(shí)，利用橋式測(cè)量電路，橋臂電阻對(duì)稱布置，電阻變化時(shí)，電橋輸出電壓與膜片所受壓力成對(duì)應(yīng)關(guān)系電橋輸出電壓與膜片所受壓力成對(duì)應(yīng)關(guān)系11硅平膜片；硅平膜片；22低壓腔；低壓腔；33高壓腔；高壓腔；44硅杯；硅杯；55引線引線

21、p1p2應(yīng)力分徑向應(yīng)應(yīng)力分徑向應(yīng)力力r和切向應(yīng)力和切向應(yīng)力t ，與位置有，與位置有關(guān)，適當(dāng)安排關(guān)，適當(dāng)安排擴(kuò)散電阻位置，擴(kuò)散電阻位置，可以組成可以組成差動(dòng)差動(dòng)電橋電橋。測(cè)量橋路及溫度補(bǔ)償測(cè)量橋路及溫度補(bǔ)償v 為為減少溫度影響減少溫度影響，壓阻器件一，壓阻器件一般采用恒流源供電。般采用恒流源供電。v 常設(shè)電橋中兩個(gè)支路的電阻相常設(shè)電橋中兩個(gè)支路的電阻相等（對(duì)稱互補(bǔ)），即等（對(duì)稱互補(bǔ)），即 rabc=radc=2（r+rt）故有）故有v 因此，電橋的輸出為因此，電橋的輸出為iiiadcabc21ttbdscrrrirrriuu2121usc=irv電橋輸出與電阻變化成正比，即與被測(cè)量成正比，與恒流

22、源電流電橋輸出與電阻變化成正比，即與被測(cè)量成正比，與恒流源電流成正比，即與恒流源電流大小和精度有關(guān)，不受成正比，即與恒流源電流大小和精度有關(guān)，不受溫度溫度的影響。的影響。uscrr+rtacdbrr+rtr+r+rtr+r+rtei相鄰橋臂應(yīng)力方向相反相鄰橋臂應(yīng)力方向相反5.2.3.3 電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器v利用電容器的原理，將非電量轉(zhuǎn)換成電容量，進(jìn)利用電容器的原理，將非電量轉(zhuǎn)換成電容量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)化的器件或裝置。而實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)化的器件或裝置。v測(cè)量范圍大、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、測(cè)量范圍大、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短、易實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量

23、等。動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短、易實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量等。v電容式傳感器應(yīng)用：壓力、位移、厚度、加速度、電容式傳感器應(yīng)用：壓力、位移、厚度、加速度、液位、物位、濕度和成分含量等測(cè)量。液位、物位、濕度和成分含量等測(cè)量。電容式傳感器應(yīng)用電容式傳感器應(yīng)用電容式接近開關(guān)電容式接近開關(guān)電容式指紋傳感器電容式指紋傳感器差壓傳感器差壓傳感器電容式差壓變送器電容式差壓變送器 高壓側(cè)高壓側(cè)進(jìn)氣口進(jìn)氣口低壓側(cè)低壓側(cè)進(jìn)氣口進(jìn)氣口電子線電子線路位置路位置內(nèi)部不銹鋼膜片的位置內(nèi)部不銹鋼膜片的位置電容式壓力傳感器原理電容式壓力傳感器原理sd0rsscdd vd、s和和 中的某一項(xiàng)或幾項(xiàng)有變化時(shí)，就改變中的某一項(xiàng)或幾項(xiàng)有變化時(shí)，就改變了電容

24、了電容c的變化。的變化。v通過(guò)電容量測(cè)量可以反映線位移或角位移的變化，通過(guò)電容量測(cè)量可以反映線位移或角位移的變化，也可以間接反映壓力、加速度等的變化；也可以間接反映壓力、加速度等的變化； 的變的變化則可反映液面高度、材料厚度等的變化?；瘎t可反映液面高度、材料厚度等的變化。rr兩室結(jié)構(gòu)的電容式壓力傳感器原理兩室結(jié)構(gòu)的電容式壓力傳感器原理v 原理：彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化原理：彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化 對(duì)于差動(dòng)平板電容器，其電容變對(duì)于差動(dòng)平板電容器，其電容變 化與板間距離變化的關(guān)系為化與板間距離變化的關(guān)系為1 1，44隔離膜片；隔離膜片；2 2，33不銹鋼基座；不銹鋼基座；55玻璃

25、絕緣層；玻璃絕緣層；66固定電極；固定電極；77彈性膜片；彈性膜片；88引線引線002dccd p1p2硅硅油油硅硅油油00cdd ：初初始始電電容容值值：極極板板間間初初始始距距離離：極極板板距距離離變變化化差動(dòng)平板電容器工作原理差動(dòng)平板電容器工作原理d0d0c1c2固定極板固定極板可動(dòng)極板d0- d d0+ dc1c2初始狀態(tài)：初始狀態(tài)：兩側(cè)壓力相等，可動(dòng)極兩側(cè)壓力相等，可動(dòng)極板位于中間。則：板位于中間。則：1200scccd 測(cè)壓狀態(tài)：測(cè)壓狀態(tài)：設(shè)右側(cè)壓力大于左側(cè)，設(shè)右側(cè)壓力大于左側(cè)，中間可動(dòng)極板向左移動(dòng)中間可動(dòng)極板向左移動(dòng)d d。則：。則：12000002002()()22sscccd

26、dddsdddddsddcdd 利用電容差壓變送器測(cè)量液體的液位利用電容差壓變送器測(cè)量液體的液位 差壓變送器差壓變送器施加在高壓側(cè)腔體內(nèi)的壓施加在高壓側(cè)腔體內(nèi)的壓力與液位成正比：力與液位成正比： p = g h投入式水位計(jì)投入式水位計(jì)5.2.3.4 振頻式壓力傳感器振頻式壓力傳感器 原理：利用感壓元件本身的諧振頻率與壓力變化的關(guān)原理：利用感壓元件本身的諧振頻率與壓力變化的關(guān)系，通過(guò)測(cè)量頻率信號(hào)的變化來(lái)檢測(cè)壓力系，通過(guò)測(cè)量頻率信號(hào)的變化來(lái)檢測(cè)壓力 在一定的壓力作用下，變化在一定的壓力作用下，變化后的振筒頻率可以近似表示為后的振筒頻率可以近似表示為 傳感器由振筒組件和激振電路組成。傳感器由振筒組件

27、和激振電路組成。 體積小，輸出頻率信號(hào)，精度高，適用氣體測(cè)量體積小，輸出頻率信號(hào)，精度高，適用氣體測(cè)量01pffp振筒式壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意振筒式壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意11激振線圈；激振線圈；22支柱；支柱；33底座；底座；44引線；引線；55外殼；外殼；66振動(dòng)筒；振動(dòng)筒；77檢測(cè)線圈；檢測(cè)線圈；88壓力入口壓力入口p0f為固有頻率， 為結(jié)構(gòu)系數(shù)振筒式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖振筒式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖 特點(diǎn)：特點(diǎn)：適用于氣體壓力的測(cè)量，其體積小，輸出頻率信號(hào)，適用于氣體壓力的測(cè)量，其體積小，輸出頻率信號(hào)，重復(fù)性好，耐振；精度高，且有良好的穩(wěn)定性。重復(fù)性好，耐振；精度高，且有良好的穩(wěn)定性。5.2.3

28、.5 壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器v 壓電式傳感器是一種典型的發(fā)電型傳感器，以電介質(zhì)的壓壓電式傳感器是一種典型的發(fā)電型傳感器，以電介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，在外力作用下電效應(yīng)為基礎(chǔ)，在外力作用下, ,在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量。從而實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量。v 壓電式傳感器可以對(duì)各種動(dòng)態(tài)力、機(jī)械沖擊和振動(dòng)進(jìn)行壓電式傳感器可以對(duì)各種動(dòng)態(tài)力、機(jī)械沖擊和振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，不適應(yīng)緩慢變化與靜態(tài)壓力。測(cè)量，不適應(yīng)緩慢變化與靜態(tài)壓力。v 壓電式傳感器具有響應(yīng)頻帶寬、靈敏度高、信噪比大、結(jié)壓電式傳感器具有響應(yīng)頻帶寬、靈敏度高、信噪比大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、重量輕等特點(diǎn)。構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠

29、、重量輕等特點(diǎn)。5.2.3.5 壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器v 壓電材料：石英晶體，壓電陶瓷，壓電半導(dǎo)體，高分子壓壓電材料：石英晶體，壓電陶瓷，壓電半導(dǎo)體，高分子壓電材料電材料v 原理：壓電材料受到壓力作用時(shí)產(chǎn)生電荷，外力去除后電原理：壓電材料受到壓力作用時(shí)產(chǎn)生電荷，外力去除后電荷消失，在彈性范圍內(nèi)，壓電元件產(chǎn)生的電荷量與作用力荷消失，在彈性范圍內(nèi)，壓電元件產(chǎn)生的電荷量與作用力之間呈線性關(guān)系。之間呈線性關(guān)系。qkspq為電荷量，為電荷量，k為壓電常數(shù)為壓電常數(shù)s為作用面積，為作用面積，p為壓力為壓力石英晶體石英晶體壓電陶瓷壓電陶瓷正壓電效應(yīng)（動(dòng)畫顯示）正壓電效應(yīng)（動(dòng)畫顯示）逆壓電效應(yīng)（動(dòng)畫

30、顯示）逆壓電效應(yīng)（動(dòng)畫顯示）壓電式壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意壓電式壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意11絕緣體；絕緣體；22壓電元件；壓電元件；33殼體；殼體；44膜片膜片與殼體接地與殼體接地電荷引出線電荷引出線n 壓電式傳感器體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，不需外加電壓電式傳感器體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，不需外加電源，測(cè)量范圍大，精度高。但輸出阻抗高，需特殊信號(hào)傳輸源，測(cè)量范圍大，精度高。但輸出阻抗高，需特殊信號(hào)傳輸線，溫度效應(yīng)大。線，溫度效應(yīng)大。壓電式傳感器在交通監(jiān)測(cè)中應(yīng)用壓電式傳感器在交通監(jiān)測(cè)中應(yīng)用 將高分子壓電電纜埋在公路上，可以獲取車型分類信息（將高分子壓電電纜埋在公路上，可以獲取車型分類信息（包括軸數(shù)、軸距

31、、輪距、單雙輪胎）、車速監(jiān)測(cè)、收費(fèi)站地磅包括軸數(shù)、軸距、輪距、單雙輪胎）、車速監(jiān)測(cè)、收費(fèi)站地磅、闖紅燈拍照、停車區(qū)域監(jiān)控、交通數(shù)據(jù)信息采集（道路監(jiān)控、闖紅燈拍照、停車區(qū)域監(jiān)控、交通數(shù)據(jù)信息采集（道路監(jiān)控）及機(jī)場(chǎng)滑行道等）及機(jī)場(chǎng)滑行道等。應(yīng)用演示應(yīng)用演示 將兩根高分子壓電電纜相距若干米，平行埋設(shè)于柏油公路的將兩根高分子壓電電纜相距若干米，平行埋設(shè)于柏油公路的路面下約路面下約5cm，可以用來(lái)測(cè)量車速及汽車的載重量，并根據(jù)存，可以用來(lái)測(cè)量車速及汽車的載重量，并根據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的檔案數(shù)據(jù)，判定汽車的車型。儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的檔案數(shù)據(jù)，判定汽車的車型。 壓電式玻璃破碎報(bào)警器壓電式玻璃破碎報(bào)警器v 將高分

32、子壓電測(cè)振薄膜粘貼在玻璃上，可以感受到玻璃破將高分子壓電測(cè)振薄膜粘貼在玻璃上，可以感受到玻璃破碎時(shí)會(huì)發(fā)出的振動(dòng)，并將電壓信號(hào)傳送給集中報(bào)警系統(tǒng)。碎時(shí)會(huì)發(fā)出的振動(dòng)，并將電壓信號(hào)傳送給集中報(bào)警系統(tǒng)。 粘貼粘貼位置位置使用時(shí)，用瞬干膠將使用時(shí)，用瞬干膠將其粘貼在玻璃上。當(dāng)其粘貼在玻璃上。當(dāng)玻璃遭暴力打碎的瞬玻璃遭暴力打碎的瞬間，壓電薄膜感受到間，壓電薄膜感受到劇烈振動(dòng)，表面產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，表面產(chǎn)生電荷電荷q q ，在兩個(gè)輸出，在兩個(gè)輸出引腳之間產(chǎn)生窄脈沖引腳之間產(chǎn)生窄脈沖報(bào)警信號(hào)。報(bào)警信號(hào)。5.2.3.6 集成式壓力傳感器集成式壓力傳感器v 采用微機(jī)械加工、微電子集成工藝制成集成化傳感器，形采用微機(jī)械

33、加工、微電子集成工藝制成集成化傳感器，形成各種智能儀表。成各種智能儀表。v 可以同時(shí)檢測(cè)差壓、靜壓、溫度三個(gè)參數(shù)。可以同時(shí)檢測(cè)差壓、靜壓、溫度三個(gè)參數(shù)。集成傳感器的敏感元件示意集成傳感器的敏感元件示意11溫度元件；溫度元件；22靜壓元件；靜壓元件；33差壓元件；差壓元件；44硅杯；硅杯；55固定臺(tái)固定臺(tái)集成式壓力傳感器組成框圖集成式壓力傳感器組成框圖v 預(yù)存針對(duì)此傳感器的修正公式，采入三種信號(hào)后進(jìn)行處理，預(yù)存針對(duì)此傳感器的修正公式，采入三種信號(hào)后進(jìn)行處理，可以給出修正后的被測(cè)差壓值、靜壓值以及溫度值。可以給出修正后的被測(cè)差壓值、靜壓值以及溫度值。新型傳感器：新型傳感器：壓阻式、微電容式、微諧振

34、式壓阻式、微電容式、微諧振式特點(diǎn)：特點(diǎn)：重量輕、功耗低、響應(yīng)快、集成化。重量輕、功耗低、響應(yīng)快、集成化。5.3 測(cè)壓儀表的使用及壓力檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)壓儀表的使用及壓力檢測(cè)系統(tǒng)v 5.3.1測(cè)壓儀表的使用測(cè)壓儀表的使用 5.3.1.1測(cè)壓儀表的選擇測(cè)壓儀表的選擇類型類型 測(cè)量對(duì)象、原理、使用環(huán)境、功能測(cè)量對(duì)象、原理、使用環(huán)境、功能測(cè)量范圍測(cè)量范圍 一般在量程的一般在量程的 1/3 2/3估算被測(cè)壓力上下限后，按壓力儀表的標(biāo)準(zhǔn)系列選定估算被測(cè)壓力上下限后，按壓力儀表的標(biāo)準(zhǔn)系列選定量程。量程。測(cè)量精度測(cè)量精度 注意經(jīng)濟(jì)性，滿足需求，工業(yè)測(cè)量在注意經(jīng)濟(jì)性，滿足需求，工業(yè)測(cè)量在0.5級(jí)級(jí)以下。以下。例題例題

35、有一壓力容器在正常工作時(shí)壓力范圍為有一壓力容器在正常工作時(shí)壓力范圍為0.40.6mpa，要，要求使用彈簧管壓力表進(jìn)行檢測(cè)，并使測(cè)量誤差不大于被測(cè)壓力求使用彈簧管壓力表進(jìn)行檢測(cè)，并使測(cè)量誤差不大于被測(cè)壓力的的4%，試確定該表的量程和精度等級(jí)。，試確定該表的量程和精度等級(jí)。解：解：由題意可知，被測(cè)對(duì)象的壓力比較穩(wěn)定，設(shè)彈簧管壓力由題意可知，被測(cè)對(duì)象的壓力比較穩(wěn)定，設(shè)彈簧管壓力表的量程為表的量程為a a，則根據(jù)最大工作壓力有：，則根據(jù)最大工作壓力有：根據(jù)最小工作壓力有：根據(jù)最小工作壓力有： 根據(jù)儀表的量程系列，可選用量程范圍為根據(jù)儀表的量程系列，可選用量程范圍為01.0mpa的的彈簧管壓力表。彈簧管

36、壓力表。mpaa9 . 0326 . 0 mpaa2 . 1314 . 0 由題意，被測(cè)壓力的允許最大絕對(duì)誤差為：由題意，被測(cè)壓力的允許最大絕對(duì)誤差為：0 4 40 016max.%.mpa 要求所選儀表的相對(duì)百分誤差為：要求所選儀表的相對(duì)百分誤差為：max.%. %. 0 0161001 61 00按照儀表的精度等級(jí)，可選擇按照儀表的精度等級(jí)，可選擇1.51.5級(jí)的壓力表。級(jí)的壓力表。例題（續(xù)）例題（續(xù)）5.3.1.2 測(cè)壓儀表的校驗(yàn)測(cè)壓儀表的校驗(yàn) 儀表出廠前需檢定，常用壓力校驗(yàn)儀器有液柱式壓力儀表出廠前需檢定，常用壓力校驗(yàn)儀器有液柱式壓力計(jì)、活塞式壓力計(jì)或配有高精度標(biāo)準(zhǔn)表的壓力泵。計(jì)、活塞

37、式壓力計(jì)或配有高精度標(biāo)準(zhǔn)表的壓力泵。 標(biāo)準(zhǔn)儀表的選擇原則：其允許絕對(duì)誤差要小于被校儀標(biāo)準(zhǔn)儀表的選擇原則：其允許絕對(duì)誤差要小于被校儀表允許絕對(duì)誤差的表允許絕對(duì)誤差的1/31/5?；钊綁毫πｒ?yàn)系統(tǒng)活塞式壓力校驗(yàn)系統(tǒng)11測(cè)量活塞；測(cè)量活塞；22砝碼；砝碼；33活塞筒；活塞筒；44螺旋壓力發(fā)生器；螺旋壓力發(fā)生器；55工作液；工作液；66被校壓力表；被校壓力表；77手輪；手輪；88絲桿；絲桿；99工作活塞；工作活塞；1010油杯；油杯；1111進(jìn)油閥；進(jìn)油閥；a a、b b、cc切斷閥；切斷閥；dd進(jìn)油閥進(jìn)油閥原理：螺旋壓力推進(jìn)器產(chǎn)原理：螺旋壓力推進(jìn)器產(chǎn)生壓力，活塞砝碼重力平生壓力，活塞砝碼重力平衡，壓力表讀數(shù)，校驗(yàn)衡，壓力表讀數(shù)，校驗(yàn)0mgps5.3.2 壓力檢