第六講 壓力檢測

1、 壓力檢測壓力檢測概概 述述一、壓力檢測的目的一、壓力檢測的目的壓力是工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、國防科技、生物壓力是工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、國防科技、生物醫(yī)療等各個領(lǐng)域經(jīng)常需要測量的重要參數(shù)，也是日醫(yī)療等各個領(lǐng)域經(jīng)常需要測量的重要參數(shù)，也是日常生活中經(jīng)常遇到的最熟悉、最基本、最重要的性常生活中經(jīng)常遇到的最熟悉、最基本、最重要的性能參數(shù)。能參數(shù)。正確地測量和控制壓力是保證工業(yè)生產(chǎn)過程良正確地測量和控制壓力是保證工業(yè)生產(chǎn)過程良好地運(yùn)行，達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)低耗及安全生產(chǎn)的重要環(huán)好地運(yùn)行，達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)低耗及安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)節(jié)。此外，壓力測量的意義還不局限于它自身，有此外，壓力測量的意義還不局限于它自身，有些其他參數(shù)

2、的測量，如物位、流量等往往是通過測些其他參數(shù)的測量，如物位、流量等往往是通過測量壓力來進(jìn)行的，即測出了壓力，便可確定物位或量壓力來進(jìn)行的，即測出了壓力，便可確定物位或流量。流量。二、壓力檢測的基本概念二、壓力檢測的基本概念1. 壓力的定義壓力的定義物理學(xué)中，壓力是垂直作用在物體表面上物理學(xué)中，壓力是垂直作用在物體表面上的力。把垂直作用于物體單位面積上的力稱為的力。把垂直作用于物體單位面積上的力稱為壓強(qiáng)壓強(qiáng)。工程上，人們已習(xí)慣把壓強(qiáng)稱為壓力工程上，人們已習(xí)慣把壓強(qiáng)稱為壓力。壓力可表示為：壓力可表示為：AFp p壓力，壓力，PaF垂直作用力，垂直作用力，N；A受力面積，受力面積，m2。2. 壓力的

3、表示方式壓力的表示方式壓力可以用壓力可以用絕對壓力、表壓力、真空度絕對壓力、表壓力、真空度（負(fù)壓）和差壓（負(fù)壓）和差壓來表示。來表示。（1）絕對壓力絕對壓力：簡稱絕壓，用：簡稱絕壓，用P絕絕表示，表示，以以絕對零壓力為基準(zhǔn)絕對零壓力為基準(zhǔn)而計(jì)量的壓力，而計(jì)量的壓力，表示物體表示物體實(shí)際所承受的全部壓力，實(shí)際所承受的全部壓力，又稱為總壓力。又稱為總壓力。（2）表壓力表壓力：簡稱表壓，是：簡稱表壓，是以當(dāng)?shù)卮髿庖援?dāng)?shù)卮髿鈮簽榱泓c(diǎn)壓為零點(diǎn)而計(jì)量的壓力。而計(jì)量的壓力。P表表=P絕絕P大氣大氣由于在工業(yè)生產(chǎn)過程中，各種工藝設(shè)備和由于在工業(yè)生產(chǎn)過程中，各種工藝設(shè)備和檢測儀表通常都是處于大氣之中，本身就承受

4、檢測儀表通常都是處于大氣之中，本身就承受著大氣壓。著大氣壓。因此壓力檢測儀表的指示值均是表因此壓力檢測儀表的指示值均是表壓力壓力。圖圖2-1 壓力表示方法壓力表示方法（3）真空度真空度：當(dāng)：當(dāng)絕對壓力小于大氣壓絕對壓力小于大氣壓，即表壓力為負(fù)值時，用真空度表示：即表壓力為負(fù)值時，用真空度表示： P真真= P大氣大氣P絕絕也稱為負(fù)壓（也稱為負(fù)壓（P絕絕P大氣大氣0）。）。（4）差壓差壓：是指某兩個壓力之差，用：是指某兩個壓力之差，用P表示。表示。因?yàn)楦鞣N工藝設(shè)備和測量儀表通常是處于因?yàn)楦鞣N工藝設(shè)備和測量儀表通常是處于大氣之中，本身就承受著大氣壓力。大氣之中，本身就承受著大氣壓力。所以工程所以工程

5、上習(xí)慣采用表壓或真空度來表示壓力的大小上習(xí)慣采用表壓或真空度來表示壓力的大小。以后所提到的壓力，除特別說明外，都是指表以后所提到的壓力，除特別說明外，都是指表壓或真空度。壓或真空度。3. 壓力的測量單位壓力的測量單位壓力的單位為壓力的單位為帕斯卡帕斯卡，簡稱帕（，簡稱帕（Pa），），1Pa1N/m2。帕所表示的壓力較小。工程上。帕所表示的壓力較小。工程上經(jīng)常使用經(jīng)常使用kPa（千帕）、（千帕）、 MPa（兆帕）。（兆帕）。1kPa=1000Pa1MPa=1106Pa除此之外，工程界長期使用許多不同的壓除此之外，工程界長期使用許多不同的壓力計(jì)量單位。如力計(jì)量單位。如“工程大氣壓工程大氣壓”、 “

6、毫米汞毫米汞柱柱”，氣象學(xué)中還用，氣象學(xué)中還用“巴巴” 和和“托托”為壓力為壓力單位。這些單位現(xiàn)均已淘汰。但以前生產(chǎn)的一單位。這些單位現(xiàn)均已淘汰。但以前生產(chǎn)的一些儀器有些仍為老單位，為了便于比較和換算，些儀器有些仍為老單位，為了便于比較和換算，列出了有關(guān)壓力單位之間的換算關(guān)系。列出了有關(guān)壓力單位之間的換算關(guān)系。壓力單位轉(zhuǎn)換對照表壓力單位轉(zhuǎn)換對照表三、壓力檢測儀表的分類三、壓力檢測儀表的分類壓力檢測的方法很多，按壓力檢測的方法很多，按敏感元件和轉(zhuǎn)換敏感元件和轉(zhuǎn)換原理的特性不同原理的特性不同，一般分為四類。，一般分為四類。（1）液柱式壓力計(jì)液柱式壓力計(jì)根據(jù)靜力學(xué)原理，根據(jù)靜力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換

7、成液柱將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度高度來測量壓力。這類儀表包括來測量壓力。這類儀表包括 U 型管壓力計(jì)、型管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)、斜管壓力計(jì)等。單管壓力計(jì)、斜管壓力計(jì)等。（2）彈性式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)根據(jù)根據(jù)彈性元件彈性元件受力變形的原理，將受力變形的原理，將壓力轉(zhuǎn)壓力轉(zhuǎn)換成位移換成位移，并通過機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)直接帶動指針，并通過機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)直接帶動指針指示。常見的彈性式壓力計(jì)有彈簧管壓力表、指示。常見的彈性式壓力計(jì)有彈簧管壓力表、波紋管壓力表等。波紋管壓力表等。（3）活塞式壓力計(jì)活塞式壓力計(jì)利用流體靜力學(xué)中的利用流體靜力學(xué)中的液壓傳遞原理液壓傳遞原理，將，將被被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加砝碼的重量測壓力轉(zhuǎn)

8、換成活塞上所加砝碼的重量進(jìn)行壓力進(jìn)行壓力測量。這類測壓儀表測量。這類測壓儀表測量精度很高測量精度很高，允許誤差，允許誤差可小到可小到 0.05 0.2% ，所以普遍作為標(biāo)準(zhǔn)儀，所以普遍作為標(biāo)準(zhǔn)儀器對其他壓力表或壓力傳感器進(jìn)行校驗(yàn)和標(biāo)定。器對其他壓力表或壓力傳感器進(jìn)行校驗(yàn)和標(biāo)定。（4）電測式壓力儀表電測式壓力儀表這類儀表的敏感元件一般也是這類儀表的敏感元件一般也是彈性元件彈性元件，通過不同的傳感元件將被通過不同的傳感元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電測壓力轉(zhuǎn)換成各種電信號信號，并根據(jù)這些信號的變化來間接測量壓力。，并根據(jù)這些信號的變化來間接測量壓力。根據(jù)傳感元件的不同，可分為電阻式、電容式、根據(jù)傳感元件

9、的不同，可分為電阻式、電容式、應(yīng)變式、電感式、壓電式等多種形式。應(yīng)變式、電感式、壓電式等多種形式。 壓力檢測儀表根據(jù)壓力檢測儀表根據(jù)壓力表示方式的不壓力表示方式的不同同，也可分為各種類型：，也可分為各種類型：用來測量絕對壓力的稱為絕壓表或絕用來測量絕對壓力的稱為絕壓表或絕壓傳感器；壓傳感器；用來測量真空度的稱為真空表或負(fù)壓用來測量真空度的稱為真空表或負(fù)壓計(jì)；計(jì)；用來測量大氣壓力的稱為氣壓計(jì)；用來測量大氣壓力的稱為氣壓計(jì)；用來測量差壓的稱為差壓計(jì)。用來測量差壓的稱為差壓計(jì)。二、電測式壓力表二、電測式壓力表一、一、 彈性式壓力表彈性式壓力表介紹兩種壓力測量儀表：介紹兩種壓力測量儀表：壓力壓力彈性元

10、件彈性元件彈性元件變形彈性元件變形(位移位移)通過傳動機(jī)構(gòu)直接通過傳動機(jī)構(gòu)直接帶動指針指示壓力帶動指針指示壓力通過某種電氣元件通過某種電氣元件組成傳感器，實(shí)現(xiàn)組成傳感器，實(shí)現(xiàn)壓力信號的遠(yuǎn)傳壓力信號的遠(yuǎn)傳一、一、 彈性式壓力表彈性式壓力表分類分類：按采用的彈性元件結(jié)構(gòu)不同，可分為：按采用的彈性元件結(jié)構(gòu)不同，可分為彈簧管壓力表、膜片壓力表、膜盒壓力表和波紋彈簧管壓力表、膜片壓力表、膜盒壓力表和波紋管壓力表管壓力表等，表等，表2-2。平面膜平面膜 波紋膜波紋膜 波紋管波紋管 單圈彈簧管單圈彈簧管 多圈彈簧管多圈彈簧管特點(diǎn)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、價(jià)格：結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、價(jià)格低廉

11、、測量范圍寬以及有足夠的精度。彈性壓力表低廉、測量范圍寬以及有足夠的精度。彈性壓力表可以用來測量可以用來測量幾百帕到數(shù)千兆帕幾百帕到數(shù)千兆帕范圍內(nèi)的壓力（可范圍內(nèi)的壓力（可測真空度），因此是工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的測壓儀測真空度），因此是工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的測壓儀表之一。表之一。構(gòu)成構(gòu)成:盡管彈性壓力表的外型尺寸與內(nèi)部結(jié)盡管彈性壓力表的外型尺寸與內(nèi)部結(jié)構(gòu)各有不同，但其整體構(gòu)成基本是相同的。構(gòu)各有不同，但其整體構(gòu)成基本是相同的。彈性元件彈性元件 它是儀表的核心部分，即為它是儀表的核心部分，即為膜片、膜盒、波紋管、彈簧管等彈性元件。膜片、膜盒、波紋管、彈簧管等彈性元件。作用是將壓力轉(zhuǎn)化為位移作用是將壓

12、力轉(zhuǎn)化為位移。變換放大機(jī)構(gòu)變換放大機(jī)構(gòu) 從彈性元件到顯示指針，從彈性元件到顯示指針，常設(shè)有簡單的連桿或齒輪機(jī)械傳動放大機(jī)構(gòu)。常設(shè)有簡單的連桿或齒輪機(jī)械傳動放大機(jī)構(gòu)。作用是傳遞和放大位移作用是傳遞和放大位移。指示機(jī)構(gòu)指示機(jī)構(gòu) 包括顯示指針與刻度標(biāo)尺。包括顯示指針與刻度標(biāo)尺。作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)指示作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)指示。調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整機(jī)構(gòu) 用來調(diào)節(jié)儀表的輸出零點(diǎn)和用來調(diào)節(jié)儀表的輸出零點(diǎn)和量程范圍量程范圍。一、彈性元件的基本特性一、彈性元件的基本特性1. 剛度剛度：彈性元件單位變形時所需要的力，：彈性元件單位變形時所需要的力，用用k表示。表示。剛度越大，表明彈性元件變形所需的外力剛度越大，表明彈性元件變形所需

13、的外力越大，即越大，即可測量的輸入量值越大可測量的輸入量值越大。2. 靈敏度靈敏度：單位力作用下彈性元件產(chǎn)生的：單位力作用下彈性元件產(chǎn)生的變形量，用變形量，用S表示。表示。測量過程中，希望彈性元件靈敏度為常數(shù)。測量過程中，希望彈性元件靈敏度為常數(shù)。dxdFk dFdxkS 13. 彈性滯后彈性滯后：表示彈性元件在壓力增加或：表示彈性元件在壓力增加或減少時，彈性元件的變形量不一致的程度。減少時，彈性元件的變形量不一致的程度。4. 彈性后效彈性后效：彈性元件受載荷改變后，不：彈性元件受載荷改變后，不是立即完成相應(yīng)的變形，而是在一定的時間間是立即完成相應(yīng)的變形，而是在一定的時間間隔內(nèi)逐步完成形變的現(xiàn)

14、象。隔內(nèi)逐步完成形變的現(xiàn)象。實(shí)際上，彈性實(shí)際上，彈性滯后與彈性后效同時發(fā)生，滯后與彈性后效同時發(fā)生，它們無法區(qū)分，統(tǒng)稱為它們無法區(qū)分，統(tǒng)稱為元件的滯后元件的滯后。彈性元件在彈性范圍內(nèi)工作，彈性元件的彈性元件在彈性范圍內(nèi)工作，彈性元件的位移與被測壓力呈線性關(guān)系位移與被測壓力呈線性關(guān)系，因此通過測量彈，因此通過測量彈性元件的位移即可測得被測壓力。性元件的位移即可測得被測壓力。二、彈簧管壓力表二、彈簧管壓力表彈性元件是彈簧管彈性元件是彈簧管。彈簧管是一根彎成彈簧管是一根彎成270圓弧的圓弧的空心金屬管子空心金屬管子，管子的截面呈，管子的截面呈扁圓形或橢圓扁圓形或橢圓形形。管子封閉的一端（。管子封閉的

15、一端（B）為自由端，即位移輸出）為自由端，即位移輸出端，管子另一端（端，管子另一端（A）開口，并被固定在接頭上，）開口，并被固定在接頭上，作為被測壓力的輸入端。作為被測壓力的輸入端。圖圖2-6 單圈彈簧管的結(jié)構(gòu)單圈彈簧管的結(jié)構(gòu)彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)原理圖彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)原理圖1-彈簧管；彈簧管；2-連桿；連桿；3-扇形齒輪；扇形齒輪；4-底座；底座；5-中心齒輪；中心齒輪；6-游絲；游絲；7-表盤；表盤；8-指針；指針；9-接頭；接頭；10-橫斷面；橫斷面；11-靈敏度調(diào)整槽靈敏度調(diào)整槽彈簧管橫截面的縱橫直徑比越大，即彈彈簧管橫截面的縱橫直徑比越大，即彈簧管越扁，靈敏度越高簧管越扁，靈敏度越高。彈簧

16、管的材料彈簧管的材料是根據(jù)被測介質(zhì)的化學(xué)性是根據(jù)被測介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和被測壓力的高低來決定的。質(zhì)和被測壓力的高低來決定的。當(dāng)壓力低于當(dāng)壓力低于20MPa時，一般采用黃銅、時，一般采用黃銅、磷青銅制作彈簧管；磷青銅制作彈簧管；當(dāng)壓力高于當(dāng)壓力高于20MPa時，可采用不銹鋼或時，可采用不銹鋼或高強(qiáng)度合金鋼制作彈簧管。高強(qiáng)度合金鋼制作彈簧管。測氨氣壓力必須用不銹鋼彈簧管，測量測氨氣壓力必須用不銹鋼彈簧管，測量氧氣壓時嚴(yán)禁沾油膩。氧氣壓時嚴(yán)禁沾油膩。通常在壓力表表盤上的儀表名稱下面畫不同通常在壓力表表盤上的儀表名稱下面畫不同顏色的橫線以表示適用于何種介質(zhì)。顏色的橫線以表示適用于何種介質(zhì)。 表表2-3 特

17、殊介質(zhì)彈簧管壓力表色標(biāo)特殊介質(zhì)彈簧管壓力表色標(biāo)彈簧管測壓范圍較寬（可測高、中、低壓及彈簧管測壓范圍較寬（可測高、中、低壓及真空度），有較高測量精度（工業(yè)用表真空度），有較高測量精度（工業(yè)用表1.04.0級，級，標(biāo)準(zhǔn)表標(biāo)準(zhǔn)表0.20.5級），但因尺寸和質(zhì)量較大，有明級），但因尺寸和質(zhì)量較大，有明顯滯后，故顯滯后，故不宜作動態(tài)壓力測量不宜作動態(tài)壓力測量。被測介質(zhì)被測介質(zhì)色標(biāo)顏色色標(biāo)顏色被測介質(zhì)被測介質(zhì)色標(biāo)顏色色標(biāo)顏色氧氣氧氣天藍(lán)色天藍(lán)色乙炔乙炔白色白色氫氣氫氣深綠色深綠色其他可燃性氣體其他可燃性氣體紅色紅色氨氣氨氣黃色黃色其他惰性氣體或液體其他惰性氣體或液體黑色黑色氯氣氯氣褐色褐色三、膜片壓力計(jì)三

18、、膜片壓力計(jì)膜片壓力計(jì)的膜片壓力計(jì)的彈性元件是膜片彈性元件是膜片。膜片是一種沿外緣固定的片狀測壓彈性元膜片是一種沿外緣固定的片狀測壓彈性元件，測量時，將壓力或差壓轉(zhuǎn)換成膜片中心位件，測量時，將壓力或差壓轉(zhuǎn)換成膜片中心位移輸出，傳給傳動機(jī)構(gòu)及指示機(jī)構(gòu)就地指示。移輸出，傳給傳動機(jī)構(gòu)及指示機(jī)構(gòu)就地指示。膜片按其結(jié)構(gòu)特征分為膜片按其結(jié)構(gòu)特征分為平膜片、波紋膜片平膜片、波紋膜片。平面膜片可以承受較大的被測壓力，但平面膜片可以承受較大的被測壓力，但變形較小，靈敏度不高，一般在變形較小，靈敏度不高，一般在測量較大的測量較大的壓力而且要求變形不是很大時使用壓力而且要求變形不是很大時使用。波紋膜片是一種壓有環(huán)狀

19、同心波紋的圓波紋膜片是一種壓有環(huán)狀同心波紋的圓形薄膜，其測壓形薄膜，其測壓靈敏度較高靈敏度較高，常用在，常用在低壓測低壓測量中量中。應(yīng)用較廣。應(yīng)用較廣。膜盒膜盒為增加膜片的中心位移量，提高儀表的為增加膜片的中心位移量，提高儀表的靈敏度，可以把靈敏度，可以把兩塊膜片沿周邊對焊起來兩塊膜片沿周邊對焊起來，成一薄膜盒子，稱為成一薄膜盒子，稱為膜盒膜盒。其位移量為單個。其位移量為單個膜片的兩倍，在測微壓時要使位移量更大，膜片的兩倍，在測微壓時要使位移量更大，靈敏度更高，還可以把數(shù)個膜盒串在一起組靈敏度更高，還可以把數(shù)個膜盒串在一起組成成膜盒串膜盒串作為彈性敏感元件。作為彈性敏感元件。四、波紋管式壓力計(jì)

20、四、波紋管式壓力計(jì)彈性元件是波紋管彈性元件是波紋管。波紋管是一種具有等間距同軸波紋管是一種具有等間距同軸環(huán)狀波紋，能環(huán)狀波紋，能沿軸向伸縮的測壓彈沿軸向伸縮的測壓彈性元件性元件，又稱波紋箱。，又稱波紋箱。波紋管在受到外力作用時，其波紋管在受到外力作用時，其膜面產(chǎn)生的機(jī)械位移量主要不是靠膜面產(chǎn)生的機(jī)械位移量主要不是靠膜面的彎曲形變，而是膜面的彎曲形變，而是靠波紋柱面靠波紋柱面的舒展或壓屈來帶動膜面中心作用的舒展或壓屈來帶動膜面中心作用點(diǎn)的移動點(diǎn)的移動。特點(diǎn)：特點(diǎn)：靈敏度高靈敏度高，可以用來測，可以用來測量較低的壓力或差壓。但波紋管遲量較低的壓力或差壓。但波紋管遲滯誤差較大，精度最高僅為滯誤差較大

21、，精度最高僅為1.5級。級。二、電測式壓力表二、電測式壓力表這種儀表的測量范圍較廣，可測這種儀表的測量范圍較廣，可測710-5 Pa至至500 MPa的壓力。還可以遠(yuǎn)距離傳送信號，的壓力。還可以遠(yuǎn)距離傳送信號，所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中可以實(shí)現(xiàn)壓力自動控制所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中可以實(shí)現(xiàn)壓力自動控制和報(bào)警，并可與工業(yè)控制設(shè)備聯(lián)合使用。和報(bào)警，并可與工業(yè)控制設(shè)備聯(lián)合使用。壓力壓力彈性元件彈性元件彈性元件變形（彈性元件變形（位移位移）通過傳動機(jī)構(gòu)直接通過傳動機(jī)構(gòu)直接帶動指針指示壓力帶動指針指示壓力通過傳感元件變換通過傳感元件變換為電信號為電信號電測式壓力表一般由三部分組成，即電測式壓力表一般由三部分組成，即

22、壓力傳感器、轉(zhuǎn)換電路和顯示裝置壓力傳感器、轉(zhuǎn)換電路和顯示裝置。 一、壓力（差壓）變送器的基本特征一、壓力（差壓）變送器的基本特征作用作用：將壓力：將壓力P （差壓（差壓P ）轉(zhuǎn)化為）轉(zhuǎn)化為420mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號。的標(biāo)準(zhǔn)電流信號。使用范圍使用范圍：差壓變送器可用于單點(diǎn)壓力、兩：差壓變送器可用于單點(diǎn)壓力、兩點(diǎn)壓力差、液位、流量、密度的測量。點(diǎn)壓力差、液位、流量、密度的測量。精度等級精度等級：模擬量差壓變送器：模擬量差壓變送器0.2 0.5級，級，智能型和現(xiàn)場總線型差壓變送器通常為智能型和現(xiàn)場總線型差壓變送器通常為0.2級及級及以上。以上。普通型差壓變送器輸出信號為普通型差壓變送器輸出信號為模擬量

23、模擬量，智能，智能型和現(xiàn)場總線型差壓變送器輸出信號為型和現(xiàn)場總線型差壓變送器輸出信號為數(shù)字量數(shù)字量。模擬量模擬量在時間上或數(shù)值上都是連續(xù)的物理量在時間上或數(shù)值上都是連續(xù)的物理量稱稱為模擬量。把表示模擬量的信號叫為模擬量。把表示模擬量的信號叫模擬信號模擬信號。把工作在模擬信號下的電子電路叫把工作在模擬信號下的電子電路叫模擬電路模擬電路。 數(shù)字量數(shù)字量在時間上和數(shù)量上都是離散的物理量在時間上和數(shù)量上都是離散的物理量稱稱為數(shù)字量。把表示數(shù)字量的信號叫為數(shù)字量。把表示數(shù)字量的信號叫數(shù)字信號數(shù)字信號。把工作在數(shù)字信號下的電子電路叫把工作在數(shù)字信號下的電子電路叫數(shù)字電路數(shù)字電路。 二、電容式壓力（差壓）變

24、送器二、電容式壓力（差壓）變送器電容式壓力變送器采用變電容測量原理，電容式壓力變送器采用變電容測量原理，將由將由被測壓力引起的極板的位移變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡姳粶y壓力引起的極板的位移變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸淖兓莸淖兓娙萘康淖兓?jīng)過適當(dāng)?shù)臏y量轉(zhuǎn)換，電容量的變化經(jīng)過適當(dāng)?shù)臏y量轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成反映被測壓力的電路，轉(zhuǎn)換成反映被測壓力的標(biāo)準(zhǔn)電信號標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出，輸出，便可知道被測壓力的大小。便可知道被測壓力的大小。電容式壓力（差壓）變送器是電容式壓力（差壓）變送器是微位移式微位移式變變送器，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、動態(tài)性能好、電容送器，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、動態(tài)性能好、電容量相對變化大、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。量相對變化大、靈敏度高

25、等優(yōu)點(diǎn)。 1. 基本原理基本原理 由物理學(xué)可知，兩塊平行金屬板構(gòu)成的電容由物理學(xué)可知，兩塊平行金屬板構(gòu)成的電容器，在不考慮邊緣效應(yīng)時，其電容量為器，在不考慮邊緣效應(yīng)時，其電容量為 式中式中 真空介電常數(shù)，真空介電常數(shù)， =8.8510-12（F/m）；）； 極板間介質(zhì)的相極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù)，空氣介質(zhì)對介電常數(shù)，空氣介質(zhì) =1； A 極板相互遮蓋的極板相互遮蓋的面積面積(m2)； d 極板距離極板距離(m)。dACr 0 0 0 r A d分類分類: :dACr 0 電容式壓電容式壓力變送器力變送器變極距式變極距式變面積式變面積式變介電常數(shù)式變介電常數(shù)式2. 電容式壓力（差壓）變送器結(jié)構(gòu)特

26、點(diǎn)電容式壓力（差壓）變送器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電容式壓力（差壓）變送器由電容式壓力（差壓）變送器由測量和轉(zhuǎn)測量和轉(zhuǎn)換換兩部分組成。兩部分組成。測量部分作用測量部分作用：將被測壓力（差壓）轉(zhuǎn)：將被測壓力（差壓）轉(zhuǎn)換成電容的變化。換成電容的變化。轉(zhuǎn)換部分作用轉(zhuǎn)換部分作用：將電容量轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)：將電容量轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)420mA DC或或1 5V DC輸出。輸出。壓力壓力d變化變化C變化變化轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路電流電流顯示儀表顯示儀表壓力值壓力值（1）變極距式）變極距式將一個極板固定不動，另一個極板感受壓力，將一個極板固定不動，另一個極板感受壓力，極極板間的相對位置板間的相對位置隨著壓力的變化而改變，產(chǎn)生電容隨著壓力的變化

27、而改變，產(chǎn)生電容量的變化，電容量的變化經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q電路，可量的變化，電容量的變化經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q電路，可以轉(zhuǎn)換成反映被測壓力的標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出。以轉(zhuǎn)換成反映被測壓力的標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出。dACr 0 這種測量方式有這種測量方式有較高的靈敏度較高的靈敏度，但當(dāng)位移較大時，但當(dāng)位移較大時非線性嚴(yán)重。非線性嚴(yán)重。在實(shí)際應(yīng)用中，常常采用在實(shí)際應(yīng)用中，常常采用差動結(jié)構(gòu)差動結(jié)構(gòu)。差動結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：差動結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)： 提高傳感器的靈敏度，提高傳感器的靈敏度， 減小非線性誤差，減小非線性誤差， 克服外界條件（如電源電壓、環(huán)境克服外界條件（如電源電壓、環(huán)境溫度等）的變化對測量精度的影響。溫度等）的變化對測量精度的影響。在

28、在兩個固定極板之間設(shè)置一個可動極板兩個固定極板之間設(shè)置一個可動極板，使，使固定極板對中間可動極板呈對稱結(jié)構(gòu)，構(gòu)成兩固定極板對中間可動極板呈對稱結(jié)構(gòu)，構(gòu)成兩個大小相同的電容。當(dāng)被測壓力產(chǎn)生位移后，個大小相同的電容。當(dāng)被測壓力產(chǎn)生位移后，一個電容量增加，另一個電容量減小，將差動一個電容量增加，另一個電容量減小，將差動電容接入一個變壓器電橋電路，就可以得到與電容接入一個變壓器電橋電路，就可以得到與被測位移成比例的電流輸出信號。被測位移成比例的電流輸出信號。電容膜盒電容膜盒結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：電容膜盒由結(jié)構(gòu)和尺寸完全相同的兩：電容膜盒由結(jié)構(gòu)和尺寸完全相同的兩個測量室組成，在環(huán)形凹面上鍍一層金屬薄膜構(gòu)成個測量室組

29、成，在環(huán)形凹面上鍍一層金屬薄膜構(gòu)成電容器的電容器的固定極板固定極板，兩室中間有傳感膜片，即，兩室中間有傳感膜片，即活動活動極板極板。在外側(cè)焊接隔離膜片，并在膜片內(nèi)測充滿傳。在外側(cè)焊接隔離膜片，并在膜片內(nèi)測充滿傳壓介質(zhì)硅油，以便傳遞壓力（差壓）。壓介質(zhì)硅油，以便傳遞壓力（差壓）。工作原理工作原理：測量壓力：測量壓力作用于隔離膜片和傳壓作用于隔離膜片和傳壓介質(zhì)，使中心傳感膜片介質(zhì)，使中心傳感膜片產(chǎn)生位移，從而改變了產(chǎn)生位移，從而改變了可動極板和固定極板之可動極板和固定極板之間的距離，引起一側(cè)電間的距離，引起一側(cè)電容增加，另一側(cè)電容減容增加，另一側(cè)電容減少，將電容變化傳給測少，將電容變化傳給測量電路

30、。量電路。（2）變面積式）變面積式被測壓力作用在金屬膜片被測壓力作用在金屬膜片上，通過中心柱和支撐簧片，上，通過中心柱和支撐簧片，使可動電極隨簧片中心位移使可動電極隨簧片中心位移而運(yùn)動。而運(yùn)動?？蓜与姌O與固定電可動電極與固定電極均是金屬同心多層圓筒極均是金屬同心多層圓筒，斷面呈梳齒形，其斷面呈梳齒形，其電容量由電容量由兩電極交錯重疊部分的面積兩電極交錯重疊部分的面積所決定所決定。壓力引起的極間電。壓力引起的極間電容變化由中心柱引至適當(dāng)?shù)娜葑兓芍行闹吝m當(dāng)?shù)臏y量電路，轉(zhuǎn)換成反映被測測量電路，轉(zhuǎn)換成反映被測壓力的標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出。壓力的標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出。壓力壓力A變化變化C變化變化轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路

31、電流電流顯示儀表顯示儀表壓力值壓力值dACr 0 電容式壓力變送器電容式壓力變送器三、擴(kuò)散硅式壓力（差壓）變送器三、擴(kuò)散硅式壓力（差壓）變送器1. 原理原理擴(kuò)散硅式壓力（差壓）變送器是基于擴(kuò)散硅式壓力（差壓）變送器是基于壓阻壓阻效應(yīng)效應(yīng)工作的，它是指在工作的，它是指在半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料上施加一作上施加一作用力時，用力時，電阻率會發(fā)生變化，從而引起電阻的電阻率會發(fā)生變化，從而引起電阻的變化變化。電阻變化與被測壓力變化成比例，再由。電阻變化與被測壓力變化成比例，再由測量電路獲得相應(yīng)的電壓輸出被測壓力值。測量電路獲得相應(yīng)的電壓輸出被測壓力值。壓力值壓力值壓力壓力電阻率變化電阻率變化電阻變化電阻變化

32、轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路電壓電壓顯示儀表顯示儀表當(dāng)沿某一晶軸方向切下一小條當(dāng)沿某一晶軸方向切下一小條半導(dǎo)體半導(dǎo)體應(yīng)變片，應(yīng)變片，若只沿其軸向受到應(yīng)力，其電阻率的變化量可若只沿其軸向受到應(yīng)力，其電阻率的變化量可由下式表示由下式表示式中，式中， 為半導(dǎo)體的壓阻系數(shù)；為半導(dǎo)體的壓阻系數(shù)； 為半導(dǎo)體為半導(dǎo)體材料的彈性模量；材料的彈性模量； 為半導(dǎo)體材料受力后產(chǎn)生為半導(dǎo)體材料受力后產(chǎn)生的應(yīng)變。的應(yīng)變。將上式代入將上式代入得得 Ed E dRdR 21 ERdR )21(（2-15）上式中第一項(xiàng)是由幾何形狀變化而引起的上式中第一項(xiàng)是由幾何形狀變化而引起的電阻相對變化量，對于半導(dǎo)體而言其值很小，電阻相對變化量，對于半導(dǎo)體而言其值很小，約為約為12；第二項(xiàng)值約為第一項(xiàng)的；第二項(xiàng)值約為第一項(xiàng)的5070倍，倍，故第一項(xiàng)可忽略。因此上式可寫成故第一項(xiàng)可忽略。因此上式可寫成 ERdR )21( EdRdR （2-16）2. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)擴(kuò)散硅式壓力（差壓）變送器的端部做成高彈擴(kuò)散硅式壓力（差壓）變送器的端部做成高彈性鋼質(zhì)薄膜，頭部充滿硅油，用以傳遞壓力