第二篇：壓力測量.ppt

1、第二篇：壓力測量,第一章：壓力測量概述,教學(xué)目的及要求： 1 、使學(xué)生了解壓力檢測的重要意義 2 、明確壓力的基本概念及表示方法 教學(xué)的主要內(nèi)容： 1、壓力檢測的意義 2、壓力的概念,教學(xué)重點：壓力的概念及表示方法 教學(xué)難點：壓力表的量程選擇及精度的確定 實驗教學(xué)：壓力表的校驗 主要參考書： 過程參數(shù)檢測 清華大學(xué)出版 檢測技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版 過程檢測儀表化學(xué)工業(yè)出版社 作業(yè)練習(xí)：6學(xué)時（課外）,第一章壓力測量概述,一、壓力檢測的意義： 壓力是過程生產(chǎn)中的四大重要參數(shù)之一。它是監(jiān)測生產(chǎn)過程能否完全可靠、正常運(yùn)行的重要的參數(shù)指標(biāo)，尤其在化工生產(chǎn)過程中壓力這一參數(shù)更顯得尤為重要。 1、在化工生產(chǎn)過程

2、中： 壓力既影響物料平衡，也影響化學(xué)反應(yīng)速度，是標(biāo)志生產(chǎn)過程能否正常進(jìn)行的重要參數(shù)。 2、安全生產(chǎn)的需要 從確保安全生產(chǎn)的角度，壓力檢測也是非常重要的。如：確保壓力容器內(nèi)的壓力在安全指標(biāo)之內(nèi)，確保易燃易爆介質(zhì)的壓力不超標(biāo)。,3、其它工業(yè)生產(chǎn)中壓力檢測的作用 在其它工業(yè)生產(chǎn)中壓力的檢測與控制也非常普遍和重要。?？梢姷揭恍┕I(yè)裝置上都裝有壓力表。 舉例：工業(yè)鍋爐 a）汽包壓力：壓力過高容易爆炸，壓力低動力不足； b）爐膛壓力：一般應(yīng)維持在0 ，高了爐門縫冒煙塵，低了膛內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓降低溫度。若維持在10 ，節(jié)能20。 4、壓力也是間接測量物位的手段 a）用孔板測量流量僅能產(chǎn)生差壓，而這個差壓靠壓力檢測

3、的方法來測取才能最終求出流量。 b）物位：液面的高度可以靠測取壓力的大小來表達(dá)。 總之，壓力的檢測是一般生產(chǎn)過程所不可缺少的環(huán)節(jié)，只有按工藝要求保持壓力的穩(wěn)定，才能維持生產(chǎn)的正常進(jìn)行。所以壓力準(zhǔn)確測量是自動化儀表人員的重要任務(wù)。,二、壓力的概念 1、定義：均勻而垂直作用于單位面積上的力稱為壓力（即壓強(qiáng)） 2、公式：式中： F為均勻而垂直作用的力 單位：牛頓（N） A為受力面積 單位：平方米（ ） P為壓力 單位：帕斯卡（Pa） 3、壓力的單位 在工程技術(shù)上，表達(dá)壓力的單位，常用的有以下幾種：工程大氣壓 、帕斯卡 、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 、毫米汞柱 、毫米水柱 、 4、壓力單位間的換算關(guān)系,5、壓力的幾種

4、表示方法 1）絕對壓力：以絕對真空為基準(zhǔn)的壓力表達(dá)，又稱總壓力或全壓力，常用P表示。 2）大氣壓力：地球表面的空氣柱重量所產(chǎn)生的壓力表達(dá)，常用 表示（用 較易） 3）表壓力（又稱表壓）：一般測壓儀表所指示的壓力常以p表示，當(dāng)絕對壓力大于大氣壓力時，它等于絕對壓力減大氣壓力之差。即： 在被測介質(zhì)的絕對壓力大于大氣壓力時， 表壓絕對壓力大氣壓力 4）負(fù)壓或真空度（又稱疏空壓力）：即在被測介質(zhì)的絕對壓力低于大氣壓力時的一種壓力表達(dá)。,在被測介質(zhì)的絕對壓力低于大氣壓力時： 真空度（接近真空的程度）大氣壓力絕對壓力 即真空度等于大氣壓力減絕對壓力之差。（前提被測的絕對壓力低于大氣壓力）常用Pa表示。 指

5、出：在壓力測量中，以上所說到的表壓、絕對壓力、大氣壓力和真空度都是經(jīng)常用到的表達(dá)方式，它們之間的相互關(guān)系可用下圖表示：（大氣壓力也可能不恰為1個atm）。 表壓、絕對壓力、真空度、大氣壓力間的關(guān)系,第二章壓力測量方法,教學(xué)目的及要求： 1、使學(xué)生了解和掌握三類測量壓力的基本方法和原理 2、熟知各類壓力檢測方法的特點及應(yīng)注意的問題 主要教學(xué)內(nèi)容： 1、液柱測壓法 一、 U型管壓力計 1 、結(jié)構(gòu)： 充液介質(zhì)：水銀、水、酒精,2、原理： A=h A+ Ah= 用表壓表示：h=h= 3、應(yīng)用范圍：適于測低壓、負(fù)壓及壓力差 讀數(shù)精度 1mm。 二、單管壓力計 1、結(jié)構(gòu) 2、原理 3、特點：由于杯徑管徑，

6、所以h 4、應(yīng)用范圍：低壓、負(fù)壓和差壓，讀數(shù)精度： 0.5mm,三、液柱測壓中應(yīng)考慮的問題 1、誤差問題： a）讀數(shù)誤差 b）充液介質(zhì)密度的影響 c）標(biāo)尺刻度的影響 d）毛細(xì)管吸附作用 e）使用地點及環(huán)境 2、正確選擇充液介質(zhì) 3、常用的標(biāo)尺材料 4、讀數(shù)的位置 5、安裝要求：垂直安裝 2、應(yīng)用彈性形變測量壓力 一、彈性元件的基本結(jié)構(gòu)和特性 二、彈性元件的測壓原理 三、影響彈性元件測壓性能的主要因素：,1、彈性元件的材料、加工、及熱處理 2、描述彈性元件技術(shù)指標(biāo) 3、彈性元件的溫度效應(yīng) 四、彈性元件測壓的主要特點 3、應(yīng)用電測法測量壓力 一、壓電式測壓原理及特點 二、壓磁式測壓原理及特點 三、

7、應(yīng)變片式測壓原理及特點 四、霍爾片測壓原理、特點及應(yīng)用方法 五、利用熱電真空計測量氣體真空度的方法,教學(xué)重點及難點： 1、熟練掌握各種測壓方法的原理 2、電測壓力法的實用特點 作業(yè)：見習(xí)題集P39： 1、4、5、69自學(xué)題 主要參考書：過程檢測儀表化學(xué)工業(yè)出版社,第二章壓力測量方法,1、液柱測壓法 應(yīng)用液柱測量壓力的方法是以流體靜力學(xué)為基礎(chǔ)的。一般采用充有水或水銀等玻璃U型管或單管進(jìn)行測量。下面我們首先討論：U型管壓力計的結(jié)構(gòu)特點和測壓原理。 一、U型管壓力計 1、結(jié)構(gòu)：如下圖，一般常由一支U型玻璃管構(gòu)成。 充液介質(zhì)： 水銀、水、酒精等。,2、原理： a）在U型管兩端同時通大氣，而未接被測壓力

8、時，U型管兩邊管內(nèi)的液面高度相等，同處于標(biāo)尺0線上。 b）當(dāng)將U型管的一端接入被測壓力P后，如果P大于，則U型管兩邊管內(nèi)的液面就會產(chǎn)生高度差，這個液柱的高度差就反映了U型管兩端所受壓力的差值。 c）根據(jù)流體的靜力學(xué)原理可知，在U型管22截面上，右邊被測壓力P作用在液面上的力應(yīng)為左邊這段高度為h的液柱和大氣壓力作用在液面上的力所平衡，即有： 若被測壓力用表壓表達(dá)，則有： 由于一旦U型管內(nèi)的充入介質(zhì)確定，則 、g均為定數(shù)。所以h可以直接反映被測壓力p的大小，此即為U型管測壓的基本原理。,如果U型管一端接大氣，則其兩端的液柱高度之差直接反映了被測介質(zhì)的表壓。 3、應(yīng)用范圍：適用于低壓、負(fù)壓和壓力差，

9、讀數(shù)誤差可達(dá) 1mm，測低壓相對誤差較大。 二、單管壓力計 如果在結(jié)構(gòu)上把U型管壓力計中的一只管換成大直徑的杯，即可構(gòu)成單管壓力計。 1、結(jié)構(gòu)：如下圖，杯徑較管徑大得多。 2、原理：同U型管,3、特點：由于杯徑管徑，所以 ，有：h 4、應(yīng)用范圍：測量低壓、負(fù)壓和差壓，量程范圍一般在 0250 ， 讀數(shù)誤差： 0.5mm 三、液柱測壓中應(yīng)考慮的問題： 1、誤差問題 a）主要的測量誤差是讀數(shù)誤差。 b）其它影響測量結(jié)果的因素： 充液密度的影響標(biāo)尺刻度誤差毛細(xì)管的吸附作用 使用的地點及環(huán)境溫度影響等 必要時應(yīng)作修正。,2、正確選擇充液介質(zhì) 測低壓充低密度介質(zhì)（可使h大） 測高壓充高密度介質(zhì)（否則冒頂

10、） 要避免充液與被測介質(zhì)有化學(xué)反應(yīng) 3、常用的標(biāo)尺材料： 玻璃、鋼、銅 4、讀數(shù)的位置（見右圖） 1）眼與液柱面水平 2）水銀柱讀凸部 3）水讀凹部 5、應(yīng)垂直安裝，否則引入附加誤差。,2、應(yīng)用彈性形變測量壓力 彈性元件在受到被測壓力作用時，一般總要產(chǎn)生彈性形變，在彈性限度內(nèi)，一般說來彈性元件的形變程度與被測壓力的大小是有對應(yīng)關(guān)系的，因此我們可以通過測量彈性元件的形變程度來測量壓力的大小，應(yīng)該說這是目前工業(yè)上進(jìn)行壓力檢測的主要形式。 一般說來，采用不同材料、不同形狀的彈性元件作為感壓元件可以制造出多種形狀和各種量程范圍的測壓儀表，所以正確得了解一些常用彈性元件的基本結(jié)構(gòu)和特點及其相應(yīng)的測壓機(jī)理

11、，是我們后面研究測壓儀表的基礎(chǔ)。 一、彈性元件的基本結(jié)構(gòu)和特性 根據(jù)各彈性元件的輸出特性，分別給出了各彈性元件的形變位移量x與被測壓力間的數(shù)學(xué)表達(dá)式：,1、平薄膜片：輸出公式： （都是指數(shù)曲線但坡度不同，所以取底數(shù)K1，K2，） 2、波紋膜片：輸出公式：,3、撓性膜片：輸出公式： 4、波紋管： 輸出公式：,5、單圈彈簧管：輸出公式： 6、多圈彈簧管：輸出公式： 注意：式中的K1K6，a，b均為常數(shù)。,二、彈性元件的測壓原理 我們知道，當(dāng)彈性元件在軸向受到外力作用時，就會產(chǎn)生拉伸或壓縮位移，即有：FCS 式中，F(xiàn)：軸向外力；S：位移量；C：彈性元件的剛度系數(shù) 因為 F p 則有 S p 由于測壓

12、儀表的彈性元件通常都是工作在其彈性特性的線性范圍內(nèi)，故根據(jù)虎克定律，我們可以近似認(rèn)為上式中的 為一常數(shù)。 設(shè)：彈性元件通常工作在彈性特性的線性范圍內(nèi)，所以可視 為一常數(shù)。 即有： SKpK為彈性元件的結(jié)構(gòu)系數(shù),這樣就保證了彈性元件的位移與被測壓力呈線性關(guān)系。因此我們只要通過測量彈性元件的位移即可知道被測壓力的大小，這就是簡單的彈性元件的測壓原理。 當(dāng)然，隨著彈性元件的型狀、結(jié)構(gòu)的不同，彈性元件所輸出的形變位移量與其所受的被測壓力p之間函數(shù)關(guān)系有時很難保證是一種簡單的線性關(guān)系，如前例中的平膜片、波紋膜片、波紋管等，它們有的是指數(shù)關(guān)系，有的是函數(shù)關(guān)系，但不管位移與被測壓力之間是一種什么函數(shù)關(guān)系，有

13、一點是確定的，這就是彈性元件的彈性位移與被測壓力間總應(yīng)存在著一種單值對應(yīng)關(guān)系。只有保證了這一條，用彈性元件測壓才有意義。當(dāng)然一般說來，使位移與被測壓力間保持線性關(guān)系的彈性元件用途更廣泛一些。 三、影響彈性元件測壓性能的因素： 1、彈性元件的材料、加工、熱處理等方面的質(zhì)量嚴(yán)重影響著彈性元件的基本性能特性。主要表現(xiàn)在：,1）靈敏度。 （定義式）線性元件 （定義式）非線性元件 一般說來，我們希望彈性元件的靈敏度高些為好。 2）不完全彈性。具體表現(xiàn)： a）彈性滯后：表現(xiàn)在壓力增加或減小時彈性元件的形變量不一樣。 b）彈性后效：在彈性極限內(nèi)，當(dāng)作用在彈性元件上的壓力很快去掉時，它也不能立即恢復(fù)原狀，還有

14、一個數(shù)值不大的 ，經(jīng)過一段時間才能恢復(fù)。 c）殘余變形：形成系統(tǒng)誤差。 以上a、b、c嚴(yán)重影響測量結(jié)果的精度。,2、溫度效應(yīng) 在溫度變化時，大多數(shù)彈性元件的彈性將減弱。 有： 式中， ， ：元件在標(biāo)準(zhǔn)和工作狀態(tài)時的彈性模數(shù) ：彈性模數(shù)的溫度系數(shù)，參數(shù)金屬 為負(fù) 例：黃銅4.8 ：溫度變化量 因為 為負(fù)，所以 越大， 越小，故彈性越弱。 此亦是造成附加誤差的因素。一般彈性元件希望采用低溫度系數(shù)的恒彈性金屬材料。,四、彈性元件的特性 1、結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉 2、精度較好，安裝、使用方便 3、測壓范圍較寬： 所以用途很廣。,3、應(yīng)用電測法測量壓力 電測壓力法是通過傳感器直接把被測壓力變換為電信號，一

15、般人們可利用某些機(jī)械或電氣元件的一些典型的物理特性來實現(xiàn)這種壓力與電信號的轉(zhuǎn)換。如常見的壓電式、壓磁式、電容式、電感式、電阻應(yīng)變式等方法，目前都已是比較成熟的一些電測壓力的方法。 電測壓力法較前面講述的液柱測壓法、彈性元件測壓法更有其獨特的優(yōu)點。 特點： a）動態(tài)特性好，適于測量快速變化的壓力信號 b）耐壓上限高，適于超高壓場合 c）輸出信號易于遠(yuǎn)傳 下面首先介紹壓電式測壓原理。,一、壓電式測壓原理及特點： 自然界中的某些晶體，在受壓發(fā)生機(jī)械變形時（如壓縮或伸長），則在兩個相對的物面上會產(chǎn)生異性電荷，這種沒有外電場存在，由于機(jī)械變形而引起的電現(xiàn)象即稱為“壓電效應(yīng)”。由于機(jī)械形變而引起的電現(xiàn)象稱

16、為“壓電效應(yīng)”。 如天然晶體石英、鈦酸鋇等都是此類現(xiàn)象。其中采用石英晶體作為壓力電量變換元件的較為普遍。下面我們簡單介紹以下如何應(yīng)用石英晶體產(chǎn)生壓電效應(yīng)。 天然的石英晶體，一般為六棱形，如下圖a所示。,圖a表示一個石英晶體，它有3個相互垂直的軸，即x，y，z軸。圖b是垂直于縱軸z z的剖面。在剖面上，有兩組3對互相垂直的軸x x和y y（各3根） 石英晶體在三個相互垂直的方向x x, y y, z z上的物理性質(zhì)是不同的。其中x x軸稱為電氣軸，y y軸稱為機(jī)械軸，z z軸稱為光軸。 在實際應(yīng)用中，我們一般是從棱柱體中割出一個各面與軸平行的小塊，即ABCD和EFGH平面與z、y軸平行，EADH

17、，F(xiàn)BCG平面與y，x軸平行，F(xiàn)EAB與GHDC平面與z，x軸平行。如圖c。 該晶塊的一對晶面ABCD、EFGH由于正交于x x軸，平行于y y軸和z z軸，所以當(dāng)沿著x x軸方向有力作用時，由于晶體的壓電效應(yīng)，結(jié)果會在ABCD和EFGH面上將有等量的異性電荷Qx于Qx出現(xiàn)。如果用Ax表示晶塊的受力面積，用 表示作用在Ax面積上的壓力, 則：,QxK Ax 由上式可知：在Ax和K確定后，晶塊表面所產(chǎn)生的電荷量Qx的大小，即單值反映了被測壓力的大小。只要測出Qx來便可知道 了。 如果我們沿晶塊的y y方向上施加壓力，則在平面ABCD和EFGH（而不是EABF、HDCG）平面上也會出現(xiàn)等量的異性電

18、荷。但這種情況下在上述兩平面上所出現(xiàn)的電荷Qy（和Qy）在數(shù)量上除和壓力即受壓面積有關(guān)外，還與晶塊的厚度有關(guān)。 沿z z軸方向上施加壓力，則沒有“壓電效應(yīng)”。,石英晶體作為壓力傳感器的敏感元件被廣泛應(yīng)用于壓力的自動檢測之中，石英作為壓力的敏感元件與其它壓電材料相比，具有以下優(yōu)點： a）機(jī)械強(qiáng)度大，最大的安全應(yīng)力為98牛頓/ b）單位體積電阻率大，大于歐姆米 c）不易老化 d）抗?jié)穸饶芰?qiáng) 二壓磁式測壓原理及特點 壓磁式測壓是根據(jù)“壓磁效應(yīng)”原理把被測壓力轉(zhuǎn)換成電信號的。 壓磁效應(yīng)：當(dāng)鐵磁物體受壓后，不僅材料內(nèi)部的機(jī)械應(yīng)力隨壓力變化，而且材料的導(dǎo)磁系數(shù)也隨著發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為“壓磁效應(yīng)”。,

19、舉例：導(dǎo)磁式壓力傳感器就是其中一種。 1、結(jié)構(gòu)示意圖 此傳感器是由一組初級線圈和兩組次級線圈嵌繞在具有空腔的鐵芯骨架上，空腔內(nèi)填入鐵磁物質(zhì)，正常情況下，由初級線圈接入交流電，產(chǎn)生交變磁通，通過磁絡(luò)穿過兩個次級線圈，在這兩個次級線圈上分別感應(yīng)出相應(yīng)的電壓。,2、原理 a) 在被測壓力為零時，由于內(nèi)、外空腔內(nèi)的鐵磁物質(zhì)的受壓相同，所以磁路對稱，則在兩個次級線圈上，將會產(chǎn)生相應(yīng)的感生電壓，但由于兩個次級線圈的匝數(shù)相同，但繞向相反，于是所產(chǎn)生的感生電勢將是大小相等，但方向相反，將兩個次級線圈同名端相接，則次級線圈的輸出電壓為零。 b) 當(dāng)被測壓力加在外空腔的鐵磁性物質(zhì)上以后，則外空腔側(cè)的磁路導(dǎo)磁率將發(fā)

20、生變化，磁路不對稱，兩個次級線圈上的感生電壓將不相等，于是傳感器的總輸出電壓將不再是零，而是一個與被測的壓力信號成比例的電壓信號產(chǎn)生，從而實現(xiàn)了壓力電信號的轉(zhuǎn)換。若將此信號送至顯示儀表，即可顯示出被測壓力的大小。 3、測壓范圍：可測1000HZ以下的1000Kgf/cm(9.80610Pa)的壓力。,三應(yīng)變片測壓原理及特點（壓阻式壓力變送器或傳感器） 應(yīng)用應(yīng)變片測壓是又一種測量壓力的方法，這種方法主要是通過應(yīng)變片將其所感受的被測壓力p轉(zhuǎn)換成應(yīng)變片本身電阻阻值的變化。然后通過相應(yīng)的橋路將阻值的變化再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號，進(jìn)而通過顯示儀表將其被測壓力顯示出來。 1、應(yīng)變片的構(gòu)成：應(yīng)變片一般是由純金

21、屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料制成的電阻體。 應(yīng)變片外形結(jié)構(gòu)有低基、膠基、或箔式 常用的材料有：鉑、錳銅、康銅等。其中應(yīng)用錳銅絲制作的應(yīng)變片最多。 2、原理：在外界壓力的作用下，應(yīng)變片阻值發(fā)生變化。即有： R=KRP,R:材料電阻R在壓力P作用下的阻值變化量。 K:壓力系數(shù)，表示在1牛頓/cm的壓力作用下1的材料電阻所能產(chǎn)生的電阻變化值。 3靈敏系數(shù)：K= 金屬導(dǎo)體：K1+2 半導(dǎo)體：KE 一般：金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K不超過5 半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K在100200之間。 顯然半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)比金屬導(dǎo)體的靈敏系數(shù)大幾十倍之多。如： 康銅絲應(yīng)變片的K=2.02.1 PJ-320型 半導(dǎo)體、P型單晶體應(yīng)

22、變片的K=140 PBD7-1K型,根據(jù)選材不同，半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)可以做成可正、可負(fù)。即拉伸應(yīng)變片可增加（K為正）或可降低（K為負(fù)）。 半導(dǎo)體應(yīng)變片雖然具有遠(yuǎn)比金屬導(dǎo)體應(yīng)變片大的靈敏度，但是其溫度特性不好，受溫度的影響較大，因此應(yīng)用中必須采取相應(yīng)的溫度補(bǔ)償措施。故目前應(yīng)用較多的還是金屬應(yīng)變片。 四霍爾片測壓原理、特點及應(yīng)用方法： 霍爾片元件作為一種檢測和轉(zhuǎn)換元件。在自動儀表中應(yīng)用很多，尤其是將其與其它轉(zhuǎn)換元件配合，可以有效地測量壓力。并能將壓力信號遠(yuǎn)傳，所以在壓力測量儀表中，霍爾片的應(yīng)用非常廣泛。下面討論霍爾片的基本構(gòu)成及其工作原理。,1、霍爾片的構(gòu)成：霍爾片是由半導(dǎo)體材料制成的薄片，

23、常用的材料鍺、銻化銅、砷化銅等。其霍爾片結(jié)構(gòu)如圖： 薄片長為l，寬為b,厚為d。 2、工作原理 用半導(dǎo)體材料制成的霍爾薄片，如果在其Z軸方向上的一個磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場，而在y軸方向上加一外電場（由直流穩(wěn)壓源提供），則在y軸方向上會有一恒定的電流沿y軸方向流過，如果在c端接入電源正極，則沿電流的相反方向產(chǎn)生電子流。電子在霍爾片中運(yùn)動時，會受到一個沿負(fù)向,X軸方向的洛倫磁力qvB的作用，（電流在磁場中所受的磁力作用方向用左手定則判斷）這里q是電子的電荷量，v是電子運(yùn)動的速度，B是磁感應(yīng)強(qiáng)度。由于霍爾片中運(yùn)動的電子受到了磁力的作用，從而使電子的運(yùn)動軌跡發(fā)生偏移，于是在霍爾片的一個端面上會有電子的積

24、累，而其另一個端面上將會由于缺少負(fù)電荷而形成正電荷過剩，于是在霍爾片的X軸方向上將出現(xiàn)空間電荷區(qū)，形成電位差，這一電位差我們稱為霍爾電勢。 該物理現(xiàn)象，我們稱為霍爾效應(yīng)。 霍爾電勢的大小與構(gòu)成霍爾片的半導(dǎo)體材料，霍爾片的幾何形狀，以及通過霍爾片的電流強(qiáng)度I（稱為控制電流）、磁感應(yīng)強(qiáng)度B等因素都有關(guān)，其具體的數(shù)量關(guān)系如下： 霍爾電勢： ,由上式可知：霍爾電勢顯然與外加的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電流I成正比，提高B和I值可增大，但I(xiàn)和B的提高要有一定限制。一般取：I=320mA，I過高會使霍爾片發(fā)熱，B值一般由永久磁鐵形成，數(shù)值均在幾千高斯，太高的磁感應(yīng)強(qiáng)度，永久磁鐵亦很難實現(xiàn)。由此得到的霍爾電勢一般均為幾

25、十毫伏，可是霍爾元件的輸出是很小的。 從上式還可以看出，霍爾電勢 與其幾何形狀有關(guān)，顯然霍爾片的厚度d越小，則 越大，因此霍爾元件一般都做成薄片狀，當(dāng)然一般也不能過薄，因為霍爾片過薄，會使其內(nèi)阻增大，從而影響霍爾電勢的輸出。此外霍爾片的長寬比 也影響霍爾電勢的大小，但這種影響不是一般的直接比例關(guān)系，而由 決定。一般說來，當(dāng) 4時，可以消除霍爾片形狀對其霍爾電勢 的影響。一般在霍爾片的材料、形狀一旦確定以后， 、d、 均可視為常數(shù)。,因此我們又可定義： = -霍爾常數(shù)，單位：毫伏/毫安千高斯 則有： = B I 一般說來，應(yīng)用中常將I固定，通過B的變化來影響的大小，從而測量有關(guān)參數(shù)。 3、霍爾效

26、應(yīng)在壓力測量中的應(yīng)用： 由上述霍爾電勢產(chǎn)生的原理可知，對于材料和結(jié)構(gòu)已定的霍爾片，其霍爾電勢僅與B和I有關(guān)。如果我們通過穩(wěn)壓電源確保流過霍爾片的直流電流I恒定，則霍爾電勢的大小就僅由通過霍爾片的磁感應(yīng)強(qiáng)度B來決定了。如果我們用兩對永久磁鐵的磁極構(gòu)成一個線性的非均勻磁場。,4、霍爾元件在應(yīng)用中的問題： 1)霍爾元件對溫度變化敏感，應(yīng)用中需采取恒溫或溫度補(bǔ)償措施。這是半導(dǎo)體材料的特點。 2)要確保恒流特性，否則會帶來較大誤差 3)易存在不等位電勢，主要是由霍爾片電阻率不均勻，厚度不均勻，以及在工藝上無法保證A、B完全處于同一等位面上，由此都會產(chǎn)生測量誤差。 五利用熱電真空計測量氣體真空度的方法 熱

27、電真空計的原理示意如右圖：,檢測元件 由鉑絲制成，裝于與被測氣體介質(zhì)連通的玻璃管中， 與 、 、 構(gòu)成橋路， 由恒定的電流加熱，在環(huán)境溫度和玻璃管內(nèi)氣體介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)恒定的情況下，檢測電阻 所產(chǎn)生的熱量與玻璃管內(nèi)氣體介質(zhì)導(dǎo)熱而散失的熱量相平衡，則此時 溫度一定，故其電阻一定。設(shè)此時橋路平衡，當(dāng)被測介質(zhì)的真空度升高時，由于氣體稀薄，致使熱量傳遞的能力降低，即氣體的導(dǎo)熱系數(shù)變小，則鉑電阻 的溫度會因散熱減弱而升高，于是 阻值增大，從而使橋路的不平衡電壓U輸出增大，真空度越高，U輸出越大，由此檢測了被測氣體的真空度。 熱電真空計一般對環(huán)境溫度變化比較敏感，所以實用中常附加有恒溫或溫度補(bǔ)償裝置。 一般

28、該真空計可測到10 mmHg的真空度。,第三章壓力測量儀表,教學(xué)目的及要求 1、使學(xué)生掌握壓力儀表的構(gòu)成及原理 2、了解和掌握壓力儀表的選型、安裝及使 用方法 主要教學(xué)內(nèi)容 1、彈簧管壓力表 一、單圈彈簧管壓力表的測壓原理 二、彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu),三、壓力表的選擇、校驗和安裝 1、壓力表的選擇 1）種類及型號的選擇 2）儀表量程的選擇 3）儀表精度等級的選擇 2、壓力表的校驗 1）標(biāo)準(zhǔn)表量程的選擇 2）標(biāo)準(zhǔn)表精度的選擇規(guī)定 3、壓力表的安裝 1）測壓點的選擇（液體、氣體） 2）導(dǎo)壓管的鋪設(shè)要求 3）取壓點的選擇 4）壓力表連接處的密封墊選擇,教學(xué)重點及難點： 1 、彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)及原理 2

29、 、壓力表量程及精度選擇的方法 作業(yè)：見習(xí)題集P39：10、11、12、13 主要參考書： 過程檢測儀表化學(xué)工業(yè)出版,第三章壓力測量儀表,引言：前面我們從壓力檢測的基理入手，著重介紹了幾種常用的壓力檢測方法。這些方法可概括為：液注法測量、彈性形變法測量和內(nèi)容繁多的電測法測量。在初步了解了這些典型的測壓方法之后。下面我們將著重介紹如何應(yīng)用這些測壓原理和測壓元件來構(gòu)成實用的測壓儀表。 壓力測量儀表又簡稱壓力儀表。由于各種生產(chǎn)過程的工藝要求不同，所以壓力儀表有多種多樣的形式，如有現(xiàn)場指示型、遠(yuǎn)傳變送器、報警調(diào)節(jié)型、指針指示型、指針記錄型、數(shù)字顯示型等。下面我們重點介紹一種目前在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的

30、一種，彈簧管壓力測量儀表。,1、彈簧管壓力表 彈簧管壓力表是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種測壓儀表，其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，其中以單圈彈簧管壓力表的應(yīng)用最多。下面重點介紹單圈彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)和測壓原理。 一、單圈彈簧管壓力表的測壓原理 出示單圈彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)原理圖,單圈彈簧管壓力表的主要部件是一根彎成圓弧形的單圈彈簧管，該彈簧管是感受壓力的敏感元件。它是一根截面呈扁圓形或橢圓形的空心彈簧管，該扁圓形彈簧管的長軸a與圖面垂直的彈簧管中心軸o相平行。該彈簧管的A端為固定端，即被測壓力的輸入端（即開口的）。而B端是彈簧管的自由端，即位移的輸出端，通常是封閉的，r為彈簧管中心初始角。（初始值一般為2

31、70）r則為中心角的變化量。R和r分別為彈簧管彎曲圓弧的外半徑和內(nèi)半徑，a和b分別為彈簧管扁圓截面的長半軸和短半軸。 單圈扁圓空心彈簧管的主要作用是作為一個壓力位移的轉(zhuǎn)換元件，即通過它將其感受的壓力轉(zhuǎn)換成自由端的位移量。其轉(zhuǎn)換原理如下：,當(dāng)它的固定端通入被測壓力p后，由于橢圓形截面在壓力p的作用下將趨向圓形，其自由端就由B移B（如虛線所示），彈簧管的中心角，隨即減小r。根據(jù)彈性形變的原理可知，中心角的相對變化值與被測壓力p的關(guān)系可用下式表示： =P 式中 ，E-彈簧管材料的泊松系數(shù)和彈性模數(shù) h-彈簧管壁厚 k-彈簧管的幾何參數(shù)k= ,-與 比值有關(guān)的參數(shù) a-長半軸（長軸半徑） b-短半軸

32、上式僅適用于計算薄壁（即 0.70.8）彈簧管。,由上式可知：如要求P與 成正比關(guān)系，必須使式中其余各參數(shù)均為定值。而中心角的變化量r又與中心角的初始值r成正比（一般取r=270）.同時r還與橢圓彈簧管的短半軸b有關(guān)，b越小，則r的變化量越大。如果b=a,則r將等于零。所以說：具有均勻壁厚的圓形彈簧管是不能作為測壓元件的。當(dāng)然r的數(shù)值還與彈簧管的材料性質(zhì)、幾何尺寸等因素有關(guān)。一般彈簧一旦取定，這些參數(shù)均為定值。 實用中，有時為了增加彈簧管受壓變形時的位移量，多采用多圈彈簧管結(jié)構(gòu)，其基本原理與單圈彈簧管相同，但其受壓后的位移量r卻較單圈式大的多。 二、彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)： 彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)如下

33、圖所示 （見書p16圖2-2）,被測壓力由接頭9通入，迫使彈簧管1的自由端B向右上方擴(kuò)展 。自由端B的彈性形變位移經(jīng)由拉桿2使扇形齒輪3作逆時針偏轉(zhuǎn)，于是指針5通過同軸的中心齒輪4作順時針偏轉(zhuǎn)，從而在面板6的刻度標(biāo)尺上顯示出被測壓力P的數(shù)值，由于自由端的位移與被測壓力之間具有線性比例關(guān)系，所以彈簧管壓力表的刻度標(biāo)尺一般總是線性的。 需要指出： a.這里游絲7是用來克服因扇形齒輪和中心齒輪的間隙所產(chǎn)生的儀表變差的。 b.調(diào)整螺釘8是用來調(diào)整儀表量程的，這主要是通過調(diào)整螺釘8的位置，進(jìn)而改變機(jī)械傳動的放大系數(shù)來實現(xiàn)的。 彈簧管的材料：一般視被測壓力的大小和介質(zhì)的性質(zhì)而選用相應(yīng)的材料。,三、壓力表的選擇、校驗和安裝 正確地選擇、校驗和安裝是保證壓力表在生產(chǎn)過程中發(fā)揮應(yīng)用作用的重要措施。 1、壓力表的選擇 要根據(jù)生產(chǎn)過程所提出的技術(shù)條件和具體的使用環(huán)境，本著節(jié)約的原則，來進(jìn)行種類、型號、量程、精度等級的選擇。 1）、種類、型號的選擇：a應(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)的性質(zhì)，如：溫度的高低、粘度大小、腐蝕強(qiáng)弱、臟污程度、易燃易爆等方面來考慮。 b.要根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境條件：如高溫、腐蝕、潮濕、振動等方面由此來確定壓力表的種類、材質(zhì)及型號 2）、儀表量程的選擇： 為了保證彈性元件在彈性形變的安全范圍內(nèi)工作，在確定儀表