《傳感器及應(yīng)用（第三版）》 課件 模塊三　力的測(cè)量

模塊三力的測(cè)量130課題二稱重傳感器課題一電阻應(yīng)變式力傳感器課題三應(yīng)變式壓力傳感器課題四壓阻式壓力傳感器課題五壓力變送器在工業(yè)自動(dòng)化測(cè)量中，力的測(cè)量包括“力”和“壓力”。這里的“力”是指物體所受的拉力、推力、重力等。測(cè)量中所稱的壓力就是物理中的壓強(qiáng)，是指垂直均勻地作用于單位面積上的力。力和壓力是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中的重要工藝參數(shù)。132課題一電阻應(yīng)變式力傳感器133學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解力傳感器的分類和功能特點(diǎn)。

了解電阻應(yīng)變式力傳感器的工作原理。

掌握電阻應(yīng)變式力傳感器的使用方法，熟悉其應(yīng)用。

熟悉電阻應(yīng)變式力傳感器測(cè)量電路的常見形式。

掌握應(yīng)變片的粘貼方法。134知識(shí)引入在港口碼頭、造船廠、礦山及建筑安裝工地，廣泛使用著各種各樣的起重機(jī)械，如固定式起重機(jī)、可移動(dòng)旋轉(zhuǎn)起重機(jī)、臂架式起重機(jī)、汽車起重機(jī)等都是常見的起重設(shè)備。為了提高生產(chǎn)效率，需要充分發(fā)揮起重設(shè)備的能力，最大限度地吊運(yùn)貨物，同時(shí)又要防止超載，因此需要嚴(yán)格監(jiān)控吊運(yùn)貨物的質(zhì)量。一般可以在起重機(jī)鋼絲繩上或吊鉤上安裝測(cè)力傳感器來檢測(cè)鋼絲繩的受力情況，測(cè)量起吊質(zhì)量，以便及時(shí)進(jìn)行超載報(bào)警，防止事故的發(fā)生。135136鋼絲繩測(cè)力傳感器外形鋼絲繩測(cè)力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖知識(shí)講解一、力傳感器的基本知識(shí)力傳感器根據(jù)制造原理不同可分為電阻應(yīng)變式、電容式、振弦式、壓電式等。在測(cè)量靜態(tài)力（力的大小與方向不隨時(shí)間變化而變化或隨時(shí)間緩慢變化）時(shí)，最常用的是電阻應(yīng)變式力傳感器。本課題重點(diǎn)學(xué)習(xí)電阻應(yīng)變式力傳感器。137電阻應(yīng)變式力傳感器的核心是電阻應(yīng)變片，如圖所示，為了測(cè)量金屬棒在工作過程中所承受的力，通常將電阻應(yīng)變片貼在金屬棒上。電阻應(yīng)變式力傳感器的工作過程如圖所示，金屬棒受到外力后，產(chǎn)生應(yīng)變，并傳遞給電阻應(yīng)變片，電阻應(yīng)變片檢測(cè)到應(yīng)變后產(chǎn)生阻值變化，經(jīng)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成與外力成正比的電信號(hào)，并交由顯示儀表進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)力的測(cè)量。138139電阻應(yīng)變片的外形電阻應(yīng)變式力傳感器的工作過程電阻應(yīng)變式力傳感器在測(cè)量完成后，不會(huì)對(duì)被測(cè)物體造成任何影響，拆除也很容易，因此，在汽車、建筑、橋梁工程、航天等各種領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。電阻應(yīng)變式力傳感器最突出的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。與其他類型的力傳感器相比，電阻應(yīng)變式力傳感器具有測(cè)量范圍寬、輸出線性好、性能穩(wěn)定、工作可靠并能在惡劣環(huán)境條件下工作的特點(diǎn)。電阻應(yīng)變式力傳感器還可用于壓力、加速度等力學(xué)量的測(cè)量，這一特點(diǎn)使其廣泛應(yīng)用于化工、冶金、機(jī)械、交通及國(guó)防等多個(gè)領(lǐng)域。140二、電阻應(yīng)變式力傳感器的工作原理導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下伸長(zhǎng)或縮短時(shí)，它的阻值會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。將應(yīng)變片貼在被測(cè)物體上，應(yīng)變片里面的材料就隨著被測(cè)物體所受的外力產(chǎn)生應(yīng)變（伸長(zhǎng)或縮短），其阻值也會(huì)相應(yīng)地變化，應(yīng)變片就是利用該效應(yīng)，通過測(cè)量電阻的變化測(cè)量使物體產(chǎn)生應(yīng)變的力。141電阻應(yīng)變片分為金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。在力傳感器中大多使用的是金屬電阻應(yīng)變片，其結(jié)構(gòu)如圖所示。142金屬電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)示意圖1—絕緣基底2—電阻絲3—粘貼膠

4—引出線5—覆蓋層金屬電阻應(yīng)變片按結(jié)構(gòu)形式的不同可分為絲式、箔式和薄膜式三種，其特點(diǎn)及適用環(huán)境見表。143各種金屬電阻應(yīng)變片的特點(diǎn)及適用環(huán)境三、電阻應(yīng)變式力傳感器的使用方法根據(jù)測(cè)量環(huán)境、測(cè)量對(duì)象不同，電阻應(yīng)變片也有多種形式，如圖所示，可依據(jù)不同使用情況選擇不同類型的應(yīng)變片。144各種類型的應(yīng)變片a）單軸應(yīng)變片b）單軸、帶雙線導(dǎo)線應(yīng)變片c）單軸、細(xì)線用應(yīng)變片d）單軸、剪切應(yīng)力用應(yīng)變片e）雙軸、扭矩用應(yīng)變片f）雙軸0°/90°應(yīng)變片g）帶溫度傳感器的應(yīng)變片h）測(cè)量塑料用應(yīng)變片電阻應(yīng)變式力傳感器的使用方法有兩種。第一種是將應(yīng)變片直接粘貼在被測(cè)構(gòu)件上，用來測(cè)定構(gòu)件的應(yīng)變或應(yīng)力。例如，為了測(cè)量或驗(yàn)證機(jī)械、橋梁、建筑中某些構(gòu)件在工作狀態(tài)下的應(yīng)力、變形等情況，將形狀不同的應(yīng)變片粘貼在構(gòu)件的預(yù)測(cè)部位，測(cè)得構(gòu)件的拉、壓應(yīng)力，扭矩或彎矩等，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)力校核或構(gòu)件破壞的預(yù)測(cè)等提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。第二種是將應(yīng)變片貼于彈性元件上，與彈性元件一起構(gòu)成應(yīng)變式力傳感器，在這種情況下，彈性元件將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為與其成正比變化的應(yīng)變，再通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)換為阻值變化輸出。這種傳感器可以用來測(cè)量力、位移、加速度等物理參數(shù)。145四、電阻應(yīng)變式力傳感器的測(cè)量電路電阻應(yīng)變式力傳感器應(yīng)變電阻阻值的變化是極其微弱的，阻值相對(duì)變化率僅為0.2%左右。要精確地測(cè)量這么微小的阻值變化是非常困難的，一般的電阻測(cè)量?jī)x表無(wú)法滿足要求。通常采用惠斯通電橋電路進(jìn)行測(cè)量，將阻值的相對(duì)變化ΔR/R轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，再用測(cè)量?jī)x表或電阻應(yīng)變式力傳感器專用測(cè)量電路便可以方便地進(jìn)行測(cè)量。146惠斯通電橋電路如圖所示。R1、R2、R3、R4為四個(gè)橋臂的電阻，電橋的供電電壓為U，電橋的輸出電壓為UO。在被測(cè)物體未施加作用力時(shí)，應(yīng)變?yōu)榱?，?yīng)變電阻阻值沒有變化，四個(gè)橋臂的初始電阻阻值滿足R1/R2=R3/R4，橋路輸出電壓UO為零，即橋路平衡。147惠斯通電橋電路在測(cè)量電路中，應(yīng)變片接入電橋可以有以下幾種形式。1.單臂半橋電橋電路如圖所示，R1為應(yīng)變片，其余各橋臂電阻為固定電阻，稱為單臂半橋電橋電路，其輸出為：148單臂半橋電橋電路2.雙臂半橋電橋電路如圖所示，在電橋中接入了兩片應(yīng)變片，其余橋臂為固定電阻，稱為雙臂半橋電橋電路。149雙臂半橋電橋電路a）接入方式一b）接入方式二3.全橋電橋電路電橋的四臂全部接入應(yīng)變片稱為全橋電橋電路，如圖所示。150全橋電橋電路五、應(yīng)變片的粘貼應(yīng)變片的粘貼是應(yīng)變式力傳感器測(cè)量技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，將直接影響膠的粘接質(zhì)量及測(cè)量精度。如果貼片方法不得當(dāng)，技術(shù)不熟練，即使使用最好的應(yīng)變片也無(wú)法獲得很高的精度。在粘貼應(yīng)變片時(shí)，必須嚴(yán)格遵循應(yīng)變片的粘貼工藝，按照步驟逐步完成粘貼，如圖所示。電阻應(yīng)變片安裝必備工具及材料包括用于應(yīng)變片表面處理的清潔劑、應(yīng)變片粘貼劑（膠）、保護(hù)應(yīng)變片的涂層材料（膠）、電阻絲或應(yīng)變片引出線、接線端子、電纜及附件、焊錫、助焊劑和焊機(jī)，以及必要的安裝工具。151152應(yīng)變片的粘貼工藝步驟1.應(yīng)變片的選擇與檢查應(yīng)變片的種類較多，首先要根據(jù)被測(cè)物體及環(huán)境選擇應(yīng)變片。其次要對(duì)采用的應(yīng)變片進(jìn)行外觀檢查，觀察應(yīng)變片的敏感柵是否整齊、均勻，是否有銹斑以及短路和折彎等現(xiàn)象。最后測(cè)量應(yīng)變片的阻值，在采用全橋或半橋時(shí)，應(yīng)配對(duì)選用，以便于電橋的平衡調(diào)試。2.試件的表面處理為了獲得良好的黏合強(qiáng)度，必須對(duì)試件表面進(jìn)行處理，清除試件表面雜質(zhì)、油污、油漆、銹跡及疏松層等。一般可采用砂紙打磨的處理方法，較好的處理方法是采用無(wú)油噴砂法，這樣不但能得到比拋光更大的表面積，而且可以使試件粘貼處的質(zhì)量均勻。試件的表面處理范圍要大于應(yīng)變片的面積。1533.做粘貼標(biāo)記在需要測(cè)量應(yīng)變的位置沿著應(yīng)變的方向做好記號(hào)?？梢允褂?H以上的硬質(zhì)鉛筆或劃線器進(jìn)行標(biāo)注。但要特別注意，無(wú)論使用什么方法，都不要留下深的刻痕。4.底層處理為了表面的徹底清潔，可用化學(xué)清洗劑如氯化碳、丙酮、甲苯等進(jìn)行反復(fù)清洗。正確的清潔方法是，用工業(yè)用薄紙蘸清洗劑沿著一個(gè)方向用力擦拭。值得注意的是，為避免粘貼面氧化，表面清潔后，應(yīng)盡快粘貼應(yīng)變片。如果不立刻貼片，可涂上一層凡士林暫作保護(hù)。1545.點(diǎn)膠點(diǎn)膠前首先要確認(rèn)應(yīng)變片的正反面，一般光滑的絕緣面為反面。然后將應(yīng)變片反面用清潔劑清洗干凈，再將膠水滴在應(yīng)變片的反面。由于應(yīng)變膠流動(dòng)性較好，會(huì)自動(dòng)攤開，所以通常不采用涂抹粘貼的方法，否則先涂抹部分的粘貼劑會(huì)出現(xiàn)硬化，使黏性下降。為了保證應(yīng)變片能牢固地貼在試件上，并具有足夠的絕緣電阻，改善膠接性能，也常使用雙組分環(huán)氧應(yīng)變膠，即先在粘貼位置涂上一層底膠，然后在試件表面和應(yīng)變片底面各涂上一層薄而均勻的粘貼劑。1556.貼片待粘貼劑稍干后，先將應(yīng)變片對(duì)準(zhǔn)劃線位置（應(yīng)變片標(biāo)記與劃線兩點(diǎn)對(duì)齊）迅速貼上，然后蓋一層玻璃紙，用手指或膠輥按壓被測(cè)部位，擠出氣泡及多余膠水，保證膠層盡可能薄而均勻，最后用拇指緊緊按住應(yīng)變片3min，注意用力不能過大。7.固化粘貼劑的固化是否完全，直接影響到膠的力學(xué)性能。在固化過程中，要掌握好溫度、時(shí)間和循環(huán)周期。無(wú)論是自然干燥還是加熱固化，都要嚴(yán)格按照工藝規(guī)范進(jìn)行。為了防止應(yīng)變片吸潮、受腐蝕，在固化后的應(yīng)變片上應(yīng)涂上防潮保護(hù)層，防潮保護(hù)層一般可采用稀釋的粘貼劑，如硅橡膠。1568.粘貼質(zhì)量檢查首先從外觀上檢查粘貼位置是否正確，粘貼層是否有氣泡、漏粘、破損等，然后檢測(cè)應(yīng)變片是否有斷路或短路現(xiàn)象并測(cè)量應(yīng)變片的絕緣電阻。檢查合格后即可焊接引出線，引出線應(yīng)適當(dāng)加以固定，防止應(yīng)變片線腳與被測(cè)工件接觸導(dǎo)致短路，使測(cè)試無(wú)效。應(yīng)變片之間通過粗細(xì)合適的漆包線或其他軟線連接組成電橋回路。連接線長(zhǎng)度應(yīng)盡量一致，且不宜過長(zhǎng)。最后檢查焊接引出線與組橋連線。這樣就完成了整個(gè)粘貼過程。157課題二稱重傳感器158學(xué)習(xí)目標(biāo)

熟悉稱重傳感器的常見類型。

了解稱重傳感器的功能特點(diǎn)和基本工作原理。

掌握稱重傳感器的選用方法和使用注意事項(xiàng)，并能正確選用。159知識(shí)引入圖所示為某生產(chǎn)線上的自動(dòng)稱重和裝料裝置。裝料的箱子沿傳送帶運(yùn)動(dòng)，傳送到裝有物料的電子秤下面，停止運(yùn)動(dòng)，電磁線圈2通電，電子秤料箱翻轉(zhuǎn)，使料全部倒入箱子中，然后傳送帶電動(dòng)機(jī)再次通電，將裝滿料的箱子移出，與此同時(shí)，電子秤的料箱復(fù)位，電磁線圈1通電，閥門打開，漏斗給電子秤料箱自動(dòng)加料。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)物料快速、準(zhǔn)確的稱量，提高工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，采用了稱重傳感器進(jìn)行載荷測(cè)量，最后由計(jì)算機(jī)控制各閥門工作。電子秤的核心部件就是稱重傳感器。160161自動(dòng)稱重和裝料裝置a）結(jié)構(gòu)示意圖b）外形圖知識(shí)講解一、稱重傳感器的基本知識(shí)稱重傳感器是電子秤的重力敏感元件，是工業(yè)測(cè)量中使用較多的一種傳感器，幾乎運(yùn)用到了所有的稱重領(lǐng)域，如在混合各種原料的配料系統(tǒng)中、生產(chǎn)過程中的物料進(jìn)料量控制中以及生產(chǎn)工藝的自動(dòng)檢測(cè)中，都應(yīng)用了稱重傳感器，它將物料的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)提供給中央處理器，由中央處理器對(duì)電動(dòng)機(jī)、閥門進(jìn)行控制，或直接進(jìn)行控制與顯示。稱重傳感器的量程為幾克到幾百噸。稱重傳感器根據(jù)制造原理不同可分為應(yīng)變式、感應(yīng)式、電容式、振弦式等，其中應(yīng)變式稱重傳感器在電子稱重系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛。1621.應(yīng)變式稱重傳感器的工作原理電阻應(yīng)變式稱重傳感器由彈性元件、應(yīng)變片和外殼組成，其彈性元件是應(yīng)變梁。彈性元件是稱重傳感器的基礎(chǔ)，被測(cè)物的重力作用在彈性元件上，使其在某一部位產(chǎn)生較大的應(yīng)變或位移；彈性元件上的應(yīng)變片作為傳感元件，將該應(yīng)變或位移完全同步地轉(zhuǎn)換為阻值的變化量，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)強(qiáng)度與所受重力成比例關(guān)系，完成了重力的測(cè)量。傳感器彈性元件一般是由優(yōu)質(zhì)合金鋼材或有色金屬（如鋁、鈹、青銅）等材料加工成型的，其外形結(jié)構(gòu)多種多樣，應(yīng)根據(jù)被測(cè)量的大小及受力方式的不同，選擇不同結(jié)構(gòu)的彈性元件。常見的彈性元件有柱式、懸臂梁式、環(huán)式、輪輻式等，如圖所示。163164彈性元件a）柱式b）、c）、e）懸臂梁式d）輪輻式f）環(huán)式2.應(yīng)變式稱重傳感器的種類根據(jù)傳感器彈性元件的結(jié)構(gòu)不同，應(yīng)變式稱重傳感器分為柱式、柱環(huán)式、懸臂梁式、環(huán)式、輪輻式等。常見的稱重傳感器外形如圖所示。不同結(jié)構(gòu)的應(yīng)變式稱重傳感器，其量程范圍、安裝形式、適用場(chǎng)所也不盡相同。165常見的稱重傳感器外形（1）柱式稱重傳感器柱式稱重傳感器的典型結(jié)構(gòu)如圖所示，敏感元件為圓柱體，在細(xì)的部位粘貼四片或八片應(yīng)變片，用其組成惠斯登電橋，可構(gòu)成一種能測(cè)量拉伸（或壓縮）的電阻應(yīng)變式稱重傳感器。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易于加工，可設(shè)計(jì)成壓式、拉式，或拉、壓兩用式，并可承受很大的載荷，缺點(diǎn)是靈敏度低、精度低等。該類傳感器適用于大、中量程（1~500t）的稱重。166167柱式稱重傳感器a）外形b）電阻應(yīng)變片粘貼方式（2）柱環(huán)式稱重傳感器柱環(huán)式稱重傳感器的典型結(jié)構(gòu)如圖a所示，它與圓棒一體加工，在中央打孔，在孔內(nèi)粘貼四片應(yīng)變片，在集中載荷作用下，四片應(yīng)變片可獲得大小相等而方向相反的應(yīng)變，由其組成惠斯登電橋來測(cè)量應(yīng)變片阻值的變化，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。這種傳感器靈敏度較高，線性度較好。由于彈性元件為整體結(jié)構(gòu)，受力狀態(tài)穩(wěn)定，溫度均勻性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，可制成拉、壓兩用式，該種傳感器適宜用于中、小量程（0.5~50t）的稱重。168169柱環(huán)式稱重傳感器a）外形b）電阻應(yīng)變片粘貼方式（3）懸臂梁式稱重傳感器圖所示稱重傳感器的彈性元件為雙孔平行梁式彈性元件，由于彈性體成上、下面平行的四邊形，因此，其輸出不受力作用點(diǎn)位置變動(dòng)的影響。該結(jié)構(gòu)一般適用于小量程（500g~500kg）稱重傳感器。170懸臂梁式稱重傳感器1（4）環(huán)式稱重傳感器環(huán)式稱重傳感器的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。171環(huán)式稱重傳感器（5）輪輻式稱重傳感器輪輻式稱重傳感器的典型結(jié)構(gòu)如圖所示，其主要由輪轂、輪圈、輪輻條、受拉和受壓應(yīng)變片五個(gè)部分組成。172輪輻式稱重傳感器二、稱重傳感器選擇方法1.環(huán)境因素選用稱重傳感器首先要考慮其所處的工作環(huán)境。因?yàn)檫@關(guān)系到稱重傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，甚至是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的可靠性和安全性。環(huán)境因素對(duì)稱重傳感器的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）高溫環(huán)境會(huì)造成傳感器涂覆材料熔化、焊點(diǎn)開化、彈性體內(nèi)應(yīng)力發(fā)生結(jié)構(gòu)變化等問題。（2）粉塵、潮濕會(huì)造成傳感器短路，在此環(huán)境條件下應(yīng)選用密封性好的傳感器。173（3）腐蝕性較高的環(huán)境如潮濕、酸性環(huán)境會(huì)造成傳感器彈性體受損或?qū)е露搪返?。在此環(huán)境條件下應(yīng)選擇外表面帶有噴塑或不銹鋼外罩、抗腐蝕性能好且密封性好的傳感器。（4）電磁場(chǎng)可干擾傳感器的輸出信號(hào)。在此環(huán)境條件下應(yīng)采用具有屏蔽保護(hù)的傳感器，包括信號(hào)傳輸?shù)膶?dǎo)線屏蔽。（5）在易燃、易爆的環(huán)境下工作的傳感器必須選用防爆傳感器。這種傳感器的外罩具有密封性，且具有一定的防爆強(qiáng)度。1742.傳感器數(shù)量和量程的選擇傳感器數(shù)量的選擇是根據(jù)電子秤的用途、秤體需要支撐的點(diǎn)數(shù)而定的。一般來說，秤體有幾個(gè)支撐點(diǎn)就選用幾只傳感器，如圖所示。但是對(duì)于電子吊鉤秤等用法特殊的電子秤就只能采用一個(gè)傳感器。175電子秤稱重傳感器數(shù)量3.各種類型稱重傳感器的適用范圍傳感器類型的選擇主要取決于稱量范圍，如柱環(huán)式稱重傳感器適用于大、中量程，懸臂梁式稱重傳感器適用于小量程。4.稱重傳感器的精度稱重傳感器的精度包括傳感器的非線性、遲滯、重復(fù)性、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。在選用稱重傳感器時(shí)，不能單純追求高的精度等級(jí)，而應(yīng)在滿足電子秤精度要求的前提下，考慮其成本。176三、稱重傳感器的使用方法及注意事項(xiàng)將傳感器安裝在測(cè)量系統(tǒng)中時(shí)，如果使用單個(gè)稱重傳感器，則應(yīng)使物體受力方向或物體重心通過傳感器的中心線，以防止測(cè)量中產(chǎn)生側(cè)向分力，影響測(cè)量精度；如果使用多個(gè)稱重傳感器，則要求傳感器承載點(diǎn)在同一水平面上，傳感器在平面內(nèi)對(duì)稱分布，無(wú)偏載現(xiàn)象。傳感器為徑向承載型（如輪輻式、柱式）時(shí)，安裝后應(yīng)保證傳感器縱向軸心和水平秤面垂直，僅承受垂直載荷；傳感器為剪切承載型（如懸臂梁式）時(shí)，安裝后應(yīng)保證傳感器承載面和水平面平行，無(wú)傾斜現(xiàn)象，僅承受垂直載荷。傳感器在安裝時(shí)應(yīng)采用高強(qiáng)度螺栓，安裝應(yīng)牢固、無(wú)松動(dòng)。177測(cè)量時(shí)將傳感器的輸出引線根據(jù)使用說明書與變送器相連。通常變送器除了具有放大、阻抗匹配、線性補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償?shù)然竟δ芡?，還具有標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)外調(diào)零、外調(diào)增益功能，以適應(yīng)不同電橋、不同量程的傳感器。最終將力轉(zhuǎn)換成電流或電壓信號(hào)輸出，該信號(hào)輸出接口可直接與自動(dòng)控制設(shè)備的接口或計(jì)算機(jī)相連。應(yīng)變式稱重傳感器在工作前，必須先加電預(yù)熱10min，然后調(diào)整調(diào)零旋鈕，使輸出為零，最后進(jìn)行加載測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)。178在使用稱重傳感器時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)。1.傳感器、變送器應(yīng)定期進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定，以保證使用精度。2.傳感器的最大載荷不應(yīng)超過滿量程的120%。3.傳感器應(yīng)避免與較高的非工作熱輻射接觸。4.安裝傳感器時(shí)，要選擇與其量程相應(yīng)強(qiáng)度的緊固螺釘。5.變送器增益調(diào)節(jié)有兩種，一種是放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)，可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)；一種是微調(diào)，用于靜態(tài)標(biāo)定時(shí)使用，在無(wú)標(biāo)定設(shè)備監(jiān)視下不能任意調(diào)節(jié)。179課題三應(yīng)變式壓力傳感器180學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解壓力的基本概念。

了解壓力傳感器的種類。

掌握應(yīng)變式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)、原理和功能特點(diǎn)。

掌握壓力傳感器的安裝、校驗(yàn)方法和選擇原則，并能正確選用。181知識(shí)引入壓力是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)。圖所示是一種化工行業(yè)常用的干燥、造粒裝置，該裝置通過壓力式霧化器給料液施加一定的壓力（2~4MPa），使料液霧化。料液霧化后表面積大大增加，在熱風(fēng)氣流中，瞬間就可蒸發(fā)95%~98%的水分，成為粒度均勻的球狀顆粒，形成微粒狀成品。整個(gè)干燥過程僅需十幾秒到數(shù)十秒鐘。在該工業(yè)生產(chǎn)過程中，霧化器壓力的控制直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。182183化工廠的干燥、造粒裝置知識(shí)講解一、壓力的基本概念檢測(cè)領(lǐng)域和工業(yè)中所指的“壓力”，通常就是物理學(xué)中的“壓強(qiáng)”（本課題接下來所提到的“壓力”，即為物理學(xué)中的“壓強(qiáng)”），用p表示，等于垂直作用在單位面積上的力。它的大小由兩個(gè)因素決定，即受力面積和垂直作用力，其表達(dá)式為：p=F/S。184壓力的法定計(jì)量單位為“帕斯卡”，簡(jiǎn)稱“帕（Pa）”，它表示1牛頓（N）力垂直而均勻地作用于1m2面積上的壓力。由于Pa這個(gè)單位太小，因此工程上常用其倍數(shù)單位兆帕（MPa）來表示，1MPa=106Pa。壓力的表示法有絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和差壓。絕對(duì)壓力是以絕對(duì)真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力；相對(duì)壓力是以當(dāng)?shù)丨h(huán)境的大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力，也稱表壓。差壓是指兩個(gè)壓力的差。絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力的換算關(guān)系為：絕對(duì)壓力=相對(duì)壓力+大氣壓力185186常用的壓力單位換算表二、壓力傳感器的種類對(duì)應(yīng)壓力的表示方法，測(cè)量壓力的傳感器也可分為三大類，即絕對(duì)壓力傳感器、相對(duì)壓力傳感器和差壓傳感器。1.絕對(duì)壓力傳感器絕對(duì)壓力傳感器所測(cè)得的壓力數(shù)值是以真空為起點(diǎn)的壓力。187壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖2.相對(duì)壓力傳感器相對(duì)壓力傳感器也稱表壓傳感器。表壓傳感器所測(cè)得的壓力數(shù)值是以環(huán)境大氣壓為參考基準(zhǔn)的壓力。3.差壓傳感器如圖所示，差壓是指兩個(gè)壓力p1和p2之差，又稱壓力差。188三、應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，應(yīng)用較為廣泛。應(yīng)變式壓力傳感器的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。189應(yīng)變式壓力傳感器的典型結(jié)構(gòu)應(yīng)變式壓力傳感器主要用于測(cè)量管道內(nèi)部壓力、內(nèi)燃機(jī)燃?xì)獾膲毫蛧娚淞?、發(fā)動(dòng)機(jī)和導(dǎo)彈試驗(yàn)中的脈動(dòng)壓力以及各種領(lǐng)域中的流體壓力。這種將應(yīng)變片粘貼在金屬膜片上的貼片式應(yīng)變壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，使用方便。但是，由于貼片式應(yīng)變片的粘貼工藝要求，使應(yīng)變片與膜片之間的應(yīng)變需要應(yīng)變膠來傳遞，而傳遞性能會(huì)因環(huán)境因素的改變而受到影響，如受溫度、濕度、機(jī)械滯后、零點(diǎn)漂移等因素的影響，其測(cè)量精度不高，因此，貼片式應(yīng)變壓力傳感器主要用于一些測(cè)量精度要求較低的場(chǎng)所。190目前高精度應(yīng)變式壓力傳感器均采用薄膜式應(yīng)變片。薄膜式應(yīng)變片采用濺射、蒸鍍等真空鍍膜技術(shù)，在金屬?gòu)椥阅て现苯由筛綦x絕緣膜和金屬電阻膜，然后再通過半導(dǎo)體光刻技術(shù)，制作四個(gè)應(yīng)變電阻，組成全橋電橋電路，如圖所示。因采用照相制版、光刻的方法，所以四個(gè)電阻的阻值一致性較好，能夠保證電橋零點(diǎn)的對(duì)稱性。其工作原理與貼片式應(yīng)變壓力傳感器相同。薄膜式應(yīng)變片無(wú)須用膠粘貼，因此，其應(yīng)變傳遞性能得到了極大改善。191薄膜式應(yīng)變片薄膜應(yīng)變式壓力傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)。（1）穩(wěn)定性好，蠕變、遲滯小。（2）使用壽命長(zhǎng)。（3）靈敏度高。（4）溫度系數(shù)小。（5）工作溫度范圍寬。（6）量程大。（7）成本低。192四、壓力傳感器的安裝壓力傳感器的安裝有兩個(gè)關(guān)鍵問題：一是壓力傳感器的引壓管與所測(cè)壓力管道或壓力容器必須密封連接，不能因壓力傳感器的安裝而使壓力管道或壓力容器泄漏，影響被測(cè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；二是要正確選擇取壓口的位置。1.壓力傳感器與所測(cè)壓力管道或壓力容器的密封連接壓力傳感器密封連接方法很多，一般根據(jù)傳感器的量程、結(jié)構(gòu)、密封等要求的不同，連接方法也不盡相同。193194壓力傳感器的不同壓力接嘴a）倒刺狀壓力接嘴b）、c）平底螺紋狀壓力接嘴d）球頭狀壓力接嘴195壓力傳感器的不同密封方法a）用O形圈密封b）用密封墊密封196常見的壓力接嘴形式197常用的壓力接頭壓力傳感器用在不同的環(huán)境、測(cè)量不同的被測(cè)介質(zhì)時(shí)，要選擇不同的密封墊片。壓力為80kPa~2MPa時(shí)，一般用石棉紙板或鋁片；溫度及壓力更高時(shí)（50MPa以下），用退火純銅或鉛墊；測(cè)量氧氣壓力時(shí)，不得使用浸油墊片、有機(jī)化合物墊片；測(cè)量乙炔壓力時(shí)，不得使用銅質(zhì)墊片。用壓力墊片進(jìn)行密封連接時(shí)，緊固不宜用力過度，密封即可。198在很多壓力測(cè)量場(chǎng)所不便直接安裝壓力傳感器，需將壓力引出，一般采用銅管或金屬軟管將壓力轉(zhuǎn)接出來，如圖所示。199引壓管a）銅管b）金屬軟管2.取壓口位置的選擇取壓口是指從被測(cè)對(duì)象中獲取壓力信號(hào)的地方，其位置、大小及開口形狀直接影響著壓力測(cè)量的準(zhǔn)確度，一般的選擇原則如下。（1）取壓口不得選在管道的彎曲、分叉處。（2）當(dāng)管道內(nèi)有凸出物體時(shí)，取壓口應(yīng)選在凸出物體的前面。（3）如果取壓口選在閥門附近，則距閥門的距離應(yīng)大于2D（D為管道直徑）；如果取壓口選在閥門后，與閥門的距離應(yīng)大于3D。（4）取壓口應(yīng)處于流速平穩(wěn)、無(wú)渦流流動(dòng)的區(qū)域。2003.其他需考慮因素（1）壓力傳感器要安裝在能滿足儀表使用環(huán)境條件和易觀察、易檢修的地方，如圖所示。201壓力傳感器安裝示意圖S1~S4—管道閥門（2）安裝地點(diǎn)應(yīng)盡量避免振動(dòng)和高溫影響，當(dāng)有蒸汽和其他可凝結(jié)的氣體以及當(dāng)介質(zhì)溫度超過60℃時(shí)，應(yīng)選用帶冷凝管的壓力接嘴進(jìn)行安裝，如圖a所示。（3）測(cè)量有腐蝕性、黏度較大、易結(jié)晶、有沉淀物的介質(zhì)時(shí)，應(yīng)選取帶隔離膜片的壓力傳感器。202壓力傳感器安裝示意圖a）帶冷凝管式b）帶引壓管式c）帶除塵器式（4）儀表必須垂直安裝，若裝在室外，還應(yīng)加裝保護(hù)箱。（5）當(dāng)測(cè)量小壓力信號(hào)時(shí)，壓力傳感器應(yīng)與取壓口在同一高度，否則就需要修正因高度差所引起的測(cè)量誤差?？傊?，在安裝壓力傳感器時(shí)，要根據(jù)壓力的大小、被測(cè)介質(zhì)、被測(cè)環(huán)境合理選擇壓力密封形式及安裝位置。203五、壓力傳感器的校驗(yàn)為了保證壓力傳感器的測(cè)量精度，壓力傳感器需要定期進(jìn)行校驗(yàn)。對(duì)于大壓力傳感器，校驗(yàn)壓力傳感器的設(shè)備主要是砝碼壓力計(jì)，如圖所示。校驗(yàn)方法是：在常態(tài)工作條件下，將壓力傳感器接在壓力計(jì)表頭的壓力接嘴處，按如圖所示連接校驗(yàn)電路，加不同的砝碼，即可獲得不同的壓力源。該方法精度可達(dá)0.15級(jí)，適用于校驗(yàn)相對(duì)壓力傳感器。204205砝碼壓力計(jì)a）YS-600（滿量程60MPa）b）YS-60（滿量程6MPa）壓力傳感器校驗(yàn)電路框圖傳感器校驗(yàn)點(diǎn)的壓力值可根據(jù)量程選擇，通常選擇包括零點(diǎn)和滿量程點(diǎn)在內(nèi)的六個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)。給傳感器加壓至各壓力校驗(yàn)點(diǎn)，在各壓力校驗(yàn)點(diǎn)上讀取傳感器穩(wěn)定后的輸出值，即為校驗(yàn)值，校驗(yàn)次數(shù)為正反行程各兩次，然后計(jì)算出壓力與輸出電壓的方程或曲線。注意，校驗(yàn)前一定要先檢查加壓系統(tǒng)的氣密情況。206六、壓力傳感器的選擇原則壓力傳感器的種類繁多，其性能也有較大的差異，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體的使用場(chǎng)合、條件和要求，選擇合適的壓力傳感器。在選擇壓力傳感器時(shí)，除了要遵循一般傳感器的選擇原則，還應(yīng)考慮以下問題。2071.根據(jù)測(cè)量對(duì)象要求選用合適的壓力傳感器類型相對(duì)壓力（表壓）傳感器適用于開口罐、開口管道等壓力的測(cè)量以及大壓力信號(hào)的測(cè)量等，其應(yīng)用范圍最廣、領(lǐng)域最寬，用量也最大。差壓傳感器適用于測(cè)量?jī)扇萜骰騼晒艿赖膲毫Σ?，也常用于測(cè)量液位，如通過測(cè)量密封罐頂部與底部的壓力差就可以計(jì)算出密封罐內(nèi)的液位高度。在壓力較大的情況下，使用此種傳感器要充分考慮是否要加過壓保護(hù)裝置。絕對(duì)壓力傳感器適用于相對(duì)真空的介質(zhì)壓力以及小壓力的測(cè)量。此種傳感器在海拔高度、密封管道壓力、真空度的測(cè)量中應(yīng)用廣泛。2082.根據(jù)測(cè)量對(duì)象的環(huán)境選擇與之相兼容的壓力傳感器傳感器一般應(yīng)安裝于通風(fēng)、干燥、無(wú)蝕、陰涼處，但如果需要安裝在露天環(huán)境中，應(yīng)裝防護(hù)罩，避免陽(yáng)光照射和雨淋。在振動(dòng)大、干擾強(qiáng)、濕度大或粉塵大的場(chǎng)合，一般壓力傳感器與介質(zhì)接觸的材料應(yīng)由316不銹鋼制成。對(duì)于特殊的腐蝕性介質(zhì)的測(cè)量，通常要求傳感器的殼體和壓力敏感元件采用與之相兼容的金屬材料制成，如哈氏合金、蒙乃爾合金、鉭等防腐材料。2093.根據(jù)測(cè)量對(duì)象選擇適當(dāng)量程的壓力傳感器壓力傳感器量程的選用一般以使被測(cè)量參數(shù)經(jīng)常處在整個(gè)量程的80%~90%為最佳，且最大工作狀態(tài)點(diǎn)不能超過滿量程。一般小量程壓力傳感器的過載能力為滿量程的2~3倍，大量程壓力傳感器的過載能力為滿量程的1.2~1.5倍。此外，在選擇壓力傳感器時(shí)還應(yīng)考慮傳感器的引壓管連接形式、電氣連接形式、是否需帶現(xiàn)場(chǎng)顯示、產(chǎn)品是否需有防爆性能等方面的因素。210課題四壓阻式壓力傳感器211學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解壓阻式壓力敏感元件的特點(diǎn)和測(cè)量原理。

了解壓阻式壓力傳感器的工作原理和測(cè)量電路。

熟悉壓阻式壓力傳感器的特點(diǎn)。

掌握壓阻式壓力傳感器的安裝、使用與校驗(yàn)方法。

熟悉壓阻式壓力傳感器的使用注意事項(xiàng)，了解其應(yīng)用場(chǎng)合。212知識(shí)引入在航空工業(yè)上，經(jīng)常需要測(cè)量機(jī)翼氣流壓力分布、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口處的動(dòng)壓畸變；在生物醫(yī)學(xué)上，需要將10μm厚的硅膜片注射到生物體內(nèi)，進(jìn)行體內(nèi)壓力的測(cè)量；在軍事工業(yè)上，需要測(cè)量爆炸壓力和沖擊波以及槍炮腔內(nèi)的壓力；在恒壓供水系統(tǒng)中，需要監(jiān)測(cè)水管出口的壓力……這些場(chǎng)合，常常都會(huì)選用壓阻式壓力傳感器。213知識(shí)講解一、壓阻式壓力敏感元件壓阻式壓力傳感器的敏感元件是壓阻元件，它主要由玻璃基座、硅杯和引出線等組成。硅杯是壓阻元件的核心，是一塊帶有應(yīng)變電阻的硅膜片。壓阻元件的膜片和應(yīng)變電阻經(jīng)精細(xì)加工成一體結(jié)構(gòu)，沒有可動(dòng)部分，因此也稱為固態(tài)傳感器。普通壓阻元件通常用來測(cè)量氣體或能夠與單晶硅兼容的不導(dǎo)電的液體。帶有隔離膜片的壓阻元件可以測(cè)量與316不銹鋼兼容的氣體或液體。常見壓阻元件的外形如圖所示。214215壓阻式壓力敏感元件的結(jié)構(gòu)a）壓阻元件b）帶封裝的壓阻元件216常見壓阻元件的外形a）普通壓阻元件b）帶隔離膜片的壓阻元件c）帶隔離膜片的壓差壓阻元件壓阻式壓力敏感元件的壓力測(cè)量原理與金屬膜片式應(yīng)變壓力傳感器的工作原理基本相同，只是使用的材料和工藝不同。壓阻式壓力敏感元件的彈性元件是單晶硅膜片，它是利用集成電路工藝，在一塊圓形的單晶硅膜片上制成四個(gè)擴(kuò)散電阻，組成一個(gè)全橋電橋電路。膜片用一個(gè)圓形硅杯固定，將兩個(gè)腔體隔開，一端接被測(cè)壓力，另一端接參考?jí)毫?。?dāng)存在壓差時(shí)，膜片會(huì)產(chǎn)生變形，使擴(kuò)散電阻的阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出電壓即可反映膜片承受的壓差大小。217二、壓阻式壓力傳感器的工作原理對(duì)一塊半導(dǎo)體材料的某一軸向施加一定的載荷而產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)，該材料的電阻率會(huì)發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。這是因?yàn)榘雽?dǎo)體電阻率的大小取決于有限載流子（即自由電子、空穴）的遷移率，加在單晶材料某一軸向上的外應(yīng)力會(huì)使載流子遷移率發(fā)生較大的變化。半導(dǎo)體材料的電阻率發(fā)生變化時(shí)，其阻值相應(yīng)也會(huì)變化。半導(dǎo)體材料的電阻變化率遠(yuǎn)大于金屬應(yīng)變片的電阻變化率。218壓阻式應(yīng)變片又稱半導(dǎo)體應(yīng)變片，其主要優(yōu)點(diǎn)是體積小，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，靈敏度高，能測(cè)出十幾帕斯卡的微壓。目前，壓阻式壓力傳感器是一種比較理想且發(fā)展迅速的壓力傳感器。將壓阻式壓力敏感元件緊密地安裝到帶壓力接嘴的殼體中，就構(gòu)成了壓阻式壓力傳感器，如圖所示。根據(jù)壓力敏感元件結(jié)構(gòu)的不同，壓阻式壓力傳感器可以測(cè)量絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力及差壓。219220壓阻式壓力傳感器a）結(jié)構(gòu)圖b）外形圖1.測(cè)量絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力敏感元件在膜片的一側(cè)有一個(gè)密封的近似真空的參考?jí)毫η?，即在未施加外界壓力時(shí)，單晶硅膜片上已作用了一個(gè)大氣壓的壓力。如圖所示，硅杯與玻璃基座封接后組成真空腔，此時(shí)測(cè)到的壓力即為絕對(duì)壓力。221絕對(duì)壓力敏感元件2.測(cè)量相對(duì)壓力（表壓）如圖所示，硅杯的一側(cè)與大氣相通，p1為大氣壓。3.測(cè)量差壓測(cè)量差壓時(shí)，在硅杯的兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)進(jìn)壓口，一個(gè)進(jìn)口壓力為p1，另一個(gè)進(jìn)口壓力為p2，如圖所示，此時(shí)作用在硅杯上的壓力為兩個(gè)壓力之差（差壓），即所測(cè)的壓力為Δp=p1-p2。222相對(duì)壓力敏感元件三、壓阻式壓力傳感器的測(cè)量電路壓阻式壓力傳感器的測(cè)量電路由恒流源、放大電路及調(diào)整電路等組成，如圖所示。敏感元件的四個(gè)擴(kuò)散電阻在硅膜片上組成一個(gè)全橋電橋電路，由四根引腳引出。為提高壓阻式壓力傳感器的穩(wěn)定性，通常采用1~2mA的恒流源供電。若供電電流過大，敏感件的電阻產(chǎn)生自熱，會(huì)使傳感器輸出不穩(wěn)定；若供電電流過小，傳感器的靈敏度就得不到保證。當(dāng)恒流源為1.5mA時(shí)，敏感元件滿量程輸出電壓為100mV左右，經(jīng)放大電路放大后輸出的電壓為1~5V。調(diào)整電路可將輸出電壓精確地調(diào)節(jié)在要求的范圍之內(nèi)。223224壓阻式壓力傳感器的測(cè)量電路四、壓阻式壓力傳感器的特點(diǎn)壓阻式壓力傳感器的彈性元件是單晶硅膜片，可將壓阻式壓力傳感器、穩(wěn)壓電源或穩(wěn)流電源、補(bǔ)償電路及電阻、A/D或D/A電路做在一個(gè)芯片上。壓阻式壓力傳感器的硅杯與玻璃基座采用的是在真空中靜電封接的方法，因此特別適合作為絕壓式壓力傳感器。壓阻式壓力傳感器不僅能檢測(cè)靜態(tài)壓力，還可檢測(cè)頻率為幾十千赫茲的脈動(dòng)壓力，其固有頻率可達(dá)1.5MHz。壓阻式壓力傳感器半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)比金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)大50~100倍。因此，壓阻式壓力傳感器的靈敏度高，適用于小壓力測(cè)量。225帶隔離膜片的敏感元件，硅杯密封于充滿硅油的腔體中。傳感器進(jìn)行壓力測(cè)量時(shí)，被測(cè)介質(zhì)的壓力作用于柔性不銹鋼隔離膜片上，再通過腔內(nèi)的硅油傳遞到內(nèi)部的硅杯上，即可測(cè)得所需壓力值。在此結(jié)構(gòu)中，由于敏感元件被保護(hù)在一個(gè)與外界環(huán)境隔離的小空間里，不受外界各種惡劣測(cè)量環(huán)境的影響，因此其穩(wěn)定性好，可靠性高，適用于各種惡劣測(cè)量環(huán)境，如潮濕、有腐蝕性介質(zhì)等環(huán)境。壓阻式壓力傳感器有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)也同樣突出，那就是它的溫度特性差，需要溫度補(bǔ)償，工藝復(fù)雜。226五、壓阻式壓力傳感器的安裝、使用與校驗(yàn)方法壓阻式壓力傳感器的安裝與使用方法和應(yīng)變式壓力傳感器基本相同。壓阻式壓力傳感器常用于小壓力的測(cè)量，受外界應(yīng)力影響大，安裝時(shí)應(yīng)小心謹(jǐn)慎，如連接時(shí)密封即可，不能用力過度，以避免器件受損，影響產(chǎn)品性能。壓阻式壓力傳感器的連接方式有多種，包括錐形管（為防止錐形管脫落，通常用管夾緊固，如圖所示）與橡皮管的連接、錐螺紋的連接、加密封墊圈的連接、喇叭口與球頭的連接等。227228錐形管連接a）錐形管b）管夾壓阻式壓力傳感器常用于氣體壓力或絕對(duì)壓力的檢測(cè)。校驗(yàn)氣體壓力傳感器時(shí)，應(yīng)按如圖所示連接校驗(yàn)電路，由壓縮機(jī)為壓力傳感器提供壓力，或由真空泵抽氣，測(cè)絕對(duì)壓力或負(fù)壓，由數(shù)字式壓力計(jì)監(jiān)測(cè)、控制壓力校驗(yàn)值，并計(jì)算傳感器輸出電壓與壓力的方程。229壓阻式壓力傳感器校驗(yàn)電路框圖數(shù)字式壓力計(jì)分為絕對(duì)壓力計(jì)和相對(duì)壓力計(jì)，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)測(cè)量要求進(jìn)行選擇。230數(shù)字式壓力計(jì)六、壓阻式壓力傳感器的使用注意事項(xiàng)在使用壓阻式壓力傳感器時(shí)，應(yīng)注意壓力傳感器密封連接和預(yù)防壓力傳感器過載等問題。壓阻式壓力傳感器常用于氣體的測(cè)量或小壓力的測(cè)量，密封問題常被忽視。但如果測(cè)量有害氣體或易燃?xì)怏w，在安裝好壓力傳感器之后，需要對(duì)整個(gè)壓力系統(tǒng)進(jìn)行加壓氣密檢查，如使用氦檢漏的方法進(jìn)行氣密檢查。231超量程過載是常見的故障問題。壓阻式壓力傳感器通常有三個(gè)壓力范圍：工作壓力范圍、過壓壓力范圍和爆裂壓力范圍。工作壓力范圍是指正常工作的壓力范圍，傳感器應(yīng)在此范圍內(nèi)使用。過壓壓力范圍是傳感器能承受且不會(huì)造成永久損壞的壓力范圍，一般在滿量程的1.2倍左右，如果超過過壓壓力范圍，通常會(huì)導(dǎo)致永久性的性能改變。爆裂壓力范圍是傳感器能保持其完整性的最大承受壓力，如果超過這個(gè)壓力范圍，將造成傳感器壓力腔體爆裂，從而導(dǎo)致外殼破損，發(fā)生泄漏。因此，在使用時(shí)要根據(jù)量程準(zhǔn)確選擇壓阻式壓力傳感器。在對(duì)壓阻式壓力傳感器通電前，要確認(rèn)接線是否正確，電氣連接是否嚴(yán)格按照接線說明進(jìn)行，接線錯(cuò)誤會(huì)造成電路的損壞，甚至嚴(yán)重?fù)p壞產(chǎn)品。232課題五壓力變送器233學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解壓力變送器的作用和常見類型。

熟悉電容式傳感器的常見類型和測(cè)量電路。

熟悉電容式壓力變送器的結(jié)構(gòu)。

掌握使用電容式壓力變送器測(cè)量液位的原理。

熟悉壓力變送器的使用注意事項(xiàng)。

熟悉壓力變送器的常見故障及處理方法，了解其應(yīng)用場(chǎng)合。234知識(shí)引入圖所示是常見的油庫(kù)管理系統(tǒng)。在油庫(kù)管理系統(tǒng)中，油量的計(jì)量是關(guān)鍵，只有能夠?qū)崟r(shí)采集和處理儲(chǔ)罐中所儲(chǔ)油品的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，保證油庫(kù)油量計(jì)量的準(zhǔn)確性，才能保證結(jié)算的準(zhǔn)確性，提高油庫(kù)管理水平和自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)能力。一般情況下，通過測(cè)量油罐的液位可以計(jì)算油量的實(shí)際數(shù)量（即噸數(shù)），同時(shí)還可以防止儲(chǔ)油罐溢滿，因此在油庫(kù)管理系統(tǒng)中，儲(chǔ)油罐的液位測(cè)量十分重要。油罐的液位可以采用壓力變送器測(cè)量。235236油庫(kù)管理系統(tǒng)知識(shí)講解壓力變送器由壓力傳感器、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、殼體及各種連接件組成。壓力傳感器將來自現(xiàn)場(chǎng)的液體或氣體等介質(zhì)的壓力參數(shù)轉(zhuǎn)換成微小的電流或電壓信號(hào)，通過標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成DC4~20mA或DC1~5V的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送至顯示儀、記錄儀、計(jì)算機(jī)或控制器等設(shè)備。在工業(yè)中，壓力變送器常被稱為現(xiàn)場(chǎng)儀表或一次儀表，其外形如圖所示。237238各種壓力變送器外形一、電容式傳感器的常見類型和測(cè)量電路1.電容式傳感器的常見類型電容式傳感器是把被測(cè)量變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。電容式傳感器的基本工作原理可以用圖a來說明。239變面積式電容傳感器a）平板電容式傳感器b）直線位移型電容式傳感器c）角位移型電容式傳感器d）鋸齒板型電容式傳感器e）同心圓筒型電容式傳感器2.電容式傳感器的測(cè)量電路用于電容式傳感器的測(cè)量電路很多,常見的電路有普通交流電橋電路、變壓器電橋電路、運(yùn)算放大器測(cè)量電路、脈沖調(diào)制電路、調(diào)頻電路等。240運(yùn)算放大器測(cè)量電路脈沖調(diào)制電路二、典型電容式壓力變送器的結(jié)構(gòu)1151系列電容式壓力變送器是引進(jìn)美國(guó)羅斯蒙特公司技術(shù)制造的產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上享有很高的聲譽(yù)，其外形如圖所示。它具有設(shè)計(jì)原理新穎、安裝使用簡(jiǎn)便、安全防爆等特點(diǎn)，并以精度高、堅(jiān)固耐振、調(diào)整方便、長(zhǎng)期穩(wěn)定性高、單向過載保護(hù)特性好著稱。2411151系列電容式壓力變送器外形1151系列電容式壓力變送器敏感元件結(jié)構(gòu)如圖所示。2421151系列電容式壓力變送器敏感元件結(jié)構(gòu)被測(cè)介質(zhì)的兩個(gè)壓