建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)第五章

1、第第5章章 壓力測(cè)量壓力測(cè)量5.1 概述概述壓力壓力是指垂直作用在單位面積上的力。是指垂直作用在單位面積上的力。 對(duì)于運(yùn)動(dòng)流體，根據(jù)測(cè)量所取的面不同，可分為對(duì)于運(yùn)動(dòng)流體，根據(jù)測(cè)量所取的面不同，可分為總壓力總壓力、靜靜壓力、動(dòng)壓力壓力、動(dòng)壓力 根據(jù)測(cè)量要求，按零標(biāo)準(zhǔn)的方法，可分為根據(jù)測(cè)量要求，按零標(biāo)準(zhǔn)的方法，可分為絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力、表壓力表壓力、差壓力差壓力等。等。 絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力是以完全真空作為零標(biāo)準(zhǔn)的壓力。在用絕對(duì)壓力表是以完全真空作為零標(biāo)準(zhǔn)的壓力。在用絕對(duì)壓力表示低于大氣壓時(shí)，把該絕對(duì)壓力稱為示低于大氣壓時(shí)，把該絕對(duì)壓力稱為真空度真空度。表壓力表壓力是以當(dāng)?shù)卮髿鈮鹤鳛榱銟?biāo)準(zhǔn)的壓力。通常，

2、所謂壓力是以當(dāng)?shù)卮髿鈮鹤鳛榱銟?biāo)準(zhǔn)的壓力。通常，所謂壓力就是指表壓力。就是指表壓力。差壓差壓是用兩個(gè)壓力之差表示的壓力，也就是以大氣壓以外的是用兩個(gè)壓力之差表示的壓力，也就是以大氣壓以外的任意壓力作零標(biāo)準(zhǔn)的壓力。任意壓力作零標(biāo)準(zhǔn)的壓力。測(cè)壓儀表的分類測(cè)壓儀表的分類測(cè)壓儀表測(cè)壓儀表液柱式壓力計(jì)液柱式壓力計(jì)依據(jù)重力與被測(cè)壓力平衡的原理制成的，可將依據(jù)重力與被測(cè)壓力平衡的原理制成的，可將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為液柱的高度差進(jìn)行測(cè)量被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為液柱的高度差進(jìn)行測(cè)量U型管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)以及斜管壓力計(jì)型管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)以及斜管壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)依據(jù)彈性力與被測(cè)壓力平衡的原理制成，彈性依據(jù)彈性力與

3、被測(cè)壓力平衡的原理制成，彈性元件變形的多少反映了被測(cè)壓力的大小。元件變形的多少反映了被測(cè)壓力的大小。彈簧管壓力計(jì)、波紋管壓力計(jì)以及膜盒式壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì)、波紋管壓力計(jì)以及膜盒式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)利用一些物質(zhì)與壓力有關(guān)的物理性質(zhì)進(jìn)行測(cè)壓。利用一些物質(zhì)與壓力有關(guān)的物理性質(zhì)進(jìn)行測(cè)壓。電阻應(yīng)變片式、電容式、壓電式、電感式、霍電阻應(yīng)變片式、電容式、壓電式、電感式、霍爾式爾式活塞式壓力計(jì)活塞式壓力計(jì)根據(jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測(cè)壓力根據(jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞面積上所加平衡砝碼的質(zhì)量。轉(zhuǎn)換成活塞面積上所加平衡砝碼的質(zhì)量。它普遍地被作為標(biāo)準(zhǔn)儀器用來(lái)校驗(yàn)或刻度彈性它普

4、遍地被作為標(biāo)準(zhǔn)儀器用來(lái)校驗(yàn)或刻度彈性式壓力計(jì)。式壓力計(jì)。第二節(jié)第二節(jié) 液柱式壓力計(jì)液柱式壓力計(jì)液柱式測(cè)壓儀表是根據(jù)流體靜力學(xué)原理，利用液柱所產(chǎn)生的壓液柱式測(cè)壓儀表是根據(jù)流體靜力學(xué)原理，利用液柱所產(chǎn)生的壓力與被測(cè)壓力平衡，并根據(jù)液柱高度來(lái)確定被測(cè)壓力大小的壓力與被測(cè)壓力平衡，并根據(jù)液柱高度來(lái)確定被測(cè)壓力大小的壓力計(jì)。所用液體叫作力計(jì)。所用液體叫作封液封液，常用的有水、酒精、水銀等。液柱，常用的有水、酒精、水銀等。液柱式壓力計(jì)多用于測(cè)量低壓、負(fù)壓和壓力差。式壓力計(jì)多用于測(cè)量低壓、負(fù)壓和壓力差。常用的液注式壓力常用的液注式壓力計(jì)有計(jì)有U型管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)和斜管微壓計(jì)。型管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)和斜管

5、微壓計(jì)。 U型管壓力計(jì)型管壓力計(jì)U型管壓力計(jì)型管壓力計(jì)p1、p2與封液液柱高度與封液液柱高度h間有如下關(guān)系間有如下關(guān)系 )()(12121gHghpp式中：式中：1、2、 分別為左右兩側(cè)介質(zhì)及封液密度；分別為左右兩側(cè)介質(zhì)及封液密度； H為右側(cè)介質(zhì)高度；為右側(cè)介質(zhì)高度； g為重力加速度。為重力加速度。若若1 1= =2 2且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于時(shí)，上式變?yōu)椋簳r(shí)，上式變?yōu)椋?ghpp21當(dāng)當(dāng)U型管內(nèi)封液密度一定并已知時(shí)，液型管內(nèi)封液密度一定并已知時(shí)，液柱高度差反映了壓力的大小。這就是液柱柱高度差反映了壓力的大小。這就是液柱式壓力計(jì)測(cè)量壓力的基本工作原理。式壓力計(jì)測(cè)量壓力的基本工作原理。單管壓力計(jì)單管

6、壓力計(jì)單管壓力計(jì)單管壓力計(jì)其兩側(cè)壓力差為其兩側(cè)壓力差為 212121)/1)(hFFgppp若若F1F2，且，且1 ，則，則221hgpp貝茲（貝茲（Bates）微壓計(jì)）微壓計(jì) 1-毛玻璃片；毛玻璃片； 2-目鏡；目鏡； 5-寬斷寬斷面容器；面容器；4-浮子；浮子； 5、8-壓力接壓力接頭；頭； 6-升管；升管；7-軟管；軟管； 9-玻璃玻璃刻度；刻度； 10-測(cè)量液體；測(cè)量液體； 11-投影裝投影裝置；置； 12-燈泡燈泡在大容器的中部插有一根升管，被在大容器的中部插有一根升管，被測(cè)壓力接到容器的軟管上（若測(cè)壓測(cè)壓力接到容器的軟管上（若測(cè)壓差，則低壓端接到升管上端的壓力差，則低壓端接到升管上

7、端的壓力接頭）。當(dāng)容器的壓力高于環(huán)境大接頭）。當(dāng)容器的壓力高于環(huán)境大氣壓時(shí)，升管中的液面上升，在升氣壓時(shí)，升管中的液面上升，在升管中的浮子也隨之上升。浮子的下管中的浮子也隨之上升。浮子的下端掛有玻璃刻度板，投影儀將刻度端掛有玻璃刻度板，投影儀將刻度的一段放大約的一段放大約20倍后顯示在具有游倍后顯示在具有游標(biāo)的毛玻璃上。相鄰兩刻線相差為標(biāo)的毛玻璃上。相鄰兩刻線相差為1mm，用游標(biāo)尺讀數(shù)的方法可精確，用游標(biāo)尺讀數(shù)的方法可精確讀出讀出1Pa的壓力。的壓力。 斜管壓力計(jì)斜管壓力計(jì) 斜管微壓計(jì)兩側(cè)壓力斜管微壓計(jì)兩側(cè)壓力p1、p2和液和液柱長(zhǎng)度柱長(zhǎng)度l的關(guān)系可表示為的關(guān)系可表示為 sin21lgpp斜管

8、壓力計(jì)的刻度比斜管壓力計(jì)的刻度比U型管壓力型管壓力計(jì)的刻度放大了計(jì)的刻度放大了1/sin倍。若采倍。若采用酒精作為封液，則更便于測(cè)用酒精作為封液，則更便于測(cè)量微壓，一般這種斜管壓力計(jì)量微壓，一般這種斜管壓力計(jì)適于測(cè)量適于測(cè)量22000Pa范圍的壓力。范圍的壓力。 v測(cè)量范圍測(cè)量范圍: 0-500,750,1000,1500,2000(Pa)v精度精度: 1.0級(jí)級(jí)v液體介質(zhì)液體介質(zhì): (20時(shí)時(shí))密度為密度為810 kg/m3的酒精的酒精v重量重量: 5kgv外形尺寸外形尺寸: 330*175*200 液柱式壓力計(jì)的測(cè)量誤差及其修正液柱式壓力計(jì)的測(cè)量誤差及其修正 環(huán)境溫度變化的影響環(huán)境溫度變化

9、的影響環(huán)境溫度偏離規(guī)定溫度環(huán)境溫度偏離規(guī)定溫度20C后，封液密度改變對(duì)壓力計(jì)讀數(shù)影后，封液密度改變對(duì)壓力計(jì)讀數(shù)影響的修正公式為響的修正公式為 式中：式中：h20為為20 C時(shí)封液液柱高度；時(shí)封液液柱高度； h為為t C時(shí)封液液柱高度；時(shí)封液液柱高度； 為封液的體膨脹系數(shù)；為封液的體膨脹系數(shù)； t為測(cè)量時(shí)的實(shí)際溫度。為測(cè)量時(shí)的實(shí)際溫度。)20(120thh液柱式壓力計(jì)的測(cè)量誤差及其修正液柱式壓力計(jì)的測(cè)量誤差及其修正 重力加速度變化的修正重力加速度變化的修正儀器使用地點(diǎn)的重力加速度儀器使用地點(diǎn)的重力加速度g由下式計(jì)算由下式計(jì)算 式中：式中：H,為使用地點(diǎn)海拔高度（為使用地點(diǎn)海拔高度（m）和緯度）和

10、緯度()； gN為為9.80665m/s2，標(biāo)準(zhǔn)重力加速度；，標(biāo)準(zhǔn)重力加速度； R為為6356766m，地球的公稱半徑。，地球的公稱半徑。 式中：式中：hN為標(biāo)準(zhǔn)地點(diǎn)封液液柱高度；為標(biāo)準(zhǔn)地點(diǎn)封液液柱高度； h為測(cè)量地點(diǎn)封液液柱高度。為測(cè)量地點(diǎn)封液液柱高度。)/21 ()2cos(00265. 01RHggNnNgghh/液柱式壓力計(jì)的測(cè)量誤差及其修正液柱式壓力計(jì)的測(cè)量誤差及其修正 毛細(xì)現(xiàn)象造成的誤差毛細(xì)現(xiàn)象造成的誤差毛細(xì)現(xiàn)象使封液表面形成彎月面，這不僅會(huì)引起讀數(shù)誤差，而且毛細(xì)現(xiàn)象使封液表面形成彎月面，這不僅會(huì)引起讀數(shù)誤差，而且會(huì)引起液柱的升高或降低。這種誤差與封液的表面張力、管徑、會(huì)引起液柱的

11、升高或降低。這種誤差與封液的表面張力、管徑、管內(nèi)壁的潔凈度等因素有關(guān)，難以精確得到。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常常管內(nèi)壁的潔凈度等因素有關(guān)，難以精確得到。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常常通過(guò)加大管徑來(lái)減少毛細(xì)現(xiàn)象的影響。通過(guò)加大管徑來(lái)減少毛細(xì)現(xiàn)象的影響。當(dāng)封液為酒精時(shí)，管子內(nèi)徑當(dāng)封液為酒精時(shí)，管子內(nèi)徑d3mm；水、水銀作封液，；水、水銀作封液， d8mm。此外液柱式壓力計(jì)還存在刻度、讀數(shù)、安裝等方面的誤差。讀數(shù)此外液柱式壓力計(jì)還存在刻度、讀數(shù)、安裝等方面的誤差。讀數(shù)時(shí)，眼睛應(yīng)與封液彎月面的最高點(diǎn)或最低點(diǎn)持平，并沿切線方向時(shí)，眼睛應(yīng)與封液彎月面的最高點(diǎn)或最低點(diǎn)持平，并沿切線方向讀數(shù)。讀數(shù)。U型管壓力計(jì)和單管壓力計(jì)都要求垂直安

12、裝，否則將帶來(lái)型管壓力計(jì)和單管壓力計(jì)都要求垂直安裝，否則將帶來(lái)較大誤差。較大誤差。第三節(jié)第三節(jié) 彈性式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)是以各種形式的彈性元件受壓后產(chǎn)生的彈性變形彈性式壓力計(jì)是以各種形式的彈性元件受壓后產(chǎn)生的彈性變形作為測(cè)量的基礎(chǔ)。常用的彈性元件有彈簧管、膜片和波紋管，作為測(cè)量的基礎(chǔ)。常用的彈性元件有彈簧管、膜片和波紋管，相應(yīng)的有相應(yīng)的有彈簧管壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì)、膜式壓力計(jì)膜式壓力計(jì)和和波紋管式壓差計(jì)波紋管式壓差計(jì)。 彈簧管壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì) 彈簧管是彈簧管壓力計(jì)的主要測(cè)壓元件。彈簧管是彈簧管壓力計(jì)的主要測(cè)壓元件。彈簧管的橫截面呈橢圓形或扁圓形，是彈簧管的橫截面呈橢圓形或扁圓形，是

13、一根空心的金屬管，其一端封閉為自由一根空心的金屬管，其一端封閉為自由端，另一端固定在儀表的外殼上，并與端，另一端固定在儀表的外殼上，并與被測(cè)介質(zhì)相通的管接頭連接，當(dāng)具有壓被測(cè)介質(zhì)相通的管接頭連接，當(dāng)具有壓力的介質(zhì)進(jìn)入管的內(nèi)腔后，由于彈簧管力的介質(zhì)進(jìn)入管的內(nèi)腔后，由于彈簧管的橫截面是橢圓形或扁圓形的。所以在的橫截面是橢圓形或扁圓形的。所以在壓力的作用下它會(huì)發(fā)生變形。短軸方向壓力的作用下它會(huì)發(fā)生變形。短軸方向的內(nèi)表面積比長(zhǎng)軸方向的大，因而受力的內(nèi)表面積比長(zhǎng)軸方向的大，因而受力也大，當(dāng)管內(nèi)壓力比管外大時(shí)，短軸要也大，當(dāng)管內(nèi)壓力比管外大時(shí)，短軸要變長(zhǎng)些，長(zhǎng)軸要變短些，管子截面趨于變長(zhǎng)些，長(zhǎng)軸要變短些，

14、管子截面趨于更圓，產(chǎn)生彈性變形。使彎成圓弧狀的更圓，產(chǎn)生彈性變形。使彎成圓弧狀的彈簧管向外伸張，在自由端產(chǎn)生位移。彈簧管向外伸張，在自由端產(chǎn)生位移。此位移經(jīng)桿系和齒輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針，指此位移經(jīng)桿系和齒輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針，指出相應(yīng)的壓力值。出相應(yīng)的壓力值。電接點(diǎn)壓力表電接點(diǎn)壓力表電位器式遠(yuǎn)程壓力表電位器式遠(yuǎn)程壓力表膜式壓力計(jì)膜式壓力計(jì) 膜式壓力計(jì)分為膜式壓力計(jì)分為膜片壓力計(jì)膜片壓力計(jì)和和膜盒壓力計(jì)膜盒壓力計(jì)兩種。前者主要用兩種。前者主要用于測(cè)量腐蝕性介質(zhì)或非凝固、非結(jié)晶的粘性介質(zhì)的壓力；后于測(cè)量腐蝕性介質(zhì)或非凝固、非結(jié)晶的粘性介質(zhì)的壓力；后者常用于測(cè)量氣體的微壓或負(fù)壓。它們的敏感元件分別是膜者常用于測(cè)

15、量氣體的微壓或負(fù)壓。它們的敏感元件分別是膜片和膜盒片和膜盒 。v膜片壓力計(jì)膜片壓力計(jì) 膜片壓力計(jì)的膜片可分為膜片壓力計(jì)的膜片可分為彈性膜片彈性膜片和和撓性膜片撓性膜片兩種。膜片兩種。膜片呈圓形，一般由金屬制成，常用的彈性波紋膜片是一種壓呈圓形，一般由金屬制成，常用的彈性波紋膜片是一種壓有環(huán)狀同心波紋的圓形薄片，它的四周被固定起來(lái)。通入有環(huán)狀同心波紋的圓形薄片，它的四周被固定起來(lái)。通入壓力后，膜片將向壓力低的一面彎曲，其中心產(chǎn)生一定的壓力后，膜片將向壓力低的一面彎曲，其中心產(chǎn)生一定的位移（即撓度），通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)，指示出被位移（即撓度），通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)，指示出被測(cè)壓力。測(cè)壓力

16、。 （a）彈性膜片）彈性膜片 （b）撓性膜片）撓性膜片 v膜盒壓力計(jì)膜盒壓力計(jì) 為了增大膜片的位移量以提高靈敏度，可以把兩片金屬為了增大膜片的位移量以提高靈敏度，可以把兩片金屬膜片的周邊焊接在一起，形成膜盒。膜片的周邊焊接在一起，形成膜盒。1-調(diào)零螺桿；調(diào)零螺桿； 2-機(jī)座；機(jī)座； 3-刻度板；刻度板； 4-膜盒；膜盒； 5-指針；指針； 6-調(diào)零板；調(diào)零板； 7-限位限位螺釘；螺釘； 8-弧形連桿；弧形連桿； 9-雙金屬片；雙金屬片； 10-軸；軸； 11-杠桿架；杠桿架； 12-連桿；連桿； 13-指針軸；指針軸； 14-杠桿；杠桿； 15-游絲；游絲； 16-管接頭；管接頭； 17-導(dǎo)壓

17、管導(dǎo)壓管彈性式壓力計(jì)的誤差彈性式壓力計(jì)的誤差1遲滯誤差遲滯誤差 相同壓力下，同一彈性元件正反行程的變形量相同壓力下，同一彈性元件正反行程的變形量不一樣，產(chǎn)生遲滯誤差。不一樣，產(chǎn)生遲滯誤差。2后效誤差后效誤差 彈性元件的變形落后于被測(cè)壓力的變化，引起彈性元件的變形落后于被測(cè)壓力的變化，引起彈性后效誤差。彈性后效誤差。3間隙誤差間隙誤差 儀表的各種活動(dòng)部件之間有間隙，示值與彈性儀表的各種活動(dòng)部件之間有間隙，示值與彈性元件的變形不可能完全對(duì)應(yīng)，引起間隙誤差。元件的變形不可能完全對(duì)應(yīng)，引起間隙誤差。4摩擦誤差摩擦誤差 儀表的活動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，相互間存在摩擦力，儀表的活動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，相互間存在摩擦力，產(chǎn)生

18、摩擦誤差。產(chǎn)生摩擦誤差。5溫度誤差溫度誤差 環(huán)境溫度的變化會(huì)引起金屬材料彈性模量的變環(huán)境溫度的變化會(huì)引起金屬材料彈性模量的變化，造成溫度誤差。化，造成溫度誤差。彈性式壓力計(jì)誤差的改善途徑彈性式壓力計(jì)誤差的改善途徑 1用無(wú)遲滯誤差或遲滯誤差極小的用無(wú)遲滯誤差或遲滯誤差極小的“全彈性全彈性”材料和材料和溫度誤差很小的溫度誤差很小的“恒彈性恒彈性”材料制造彈性元件。材料制造彈性元件。2采用新的轉(zhuǎn)換技術(shù)，減少或取消中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以采用新的轉(zhuǎn)換技術(shù)，減少或取消中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以減少間隙誤差和磨擦誤差。減少間隙誤差和磨擦誤差。3限制彈性元件的位移量，采用無(wú)干磨擦的彈性支承限制彈性元件的位移量，采用無(wú)干磨擦的

19、彈性支承或磁懸浮支承等?；虼艖腋≈С械?。4采用合適的制造工藝，使材料的優(yōu)良性能得到充分采用合適的制造工藝，使材料的優(yōu)良性能得到充分的發(fā)揮。的發(fā)揮。壓力表的選擇與校驗(yàn)壓力表的選擇與校驗(yàn)壓力表的選擇壓力表的選擇儀表量程的選擇：在被測(cè)壓力較穩(wěn)定的情況下，最大工作壓力儀表量程的選擇：在被測(cè)壓力較穩(wěn)定的情況下，最大工作壓力不應(yīng)超過(guò)儀表滿量程的不應(yīng)超過(guò)儀表滿量程的3/4；在壓力波動(dòng)較大時(shí)，不應(yīng)超過(guò)儀表滿；在壓力波動(dòng)較大時(shí)，不應(yīng)超過(guò)儀表滿量程的量程的2/3；為保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，最小工作壓力不應(yīng)小于滿量程；為保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，最小工作壓力不應(yīng)小于滿量程的的1/3。我國(guó)生產(chǎn)的壓力表有統(tǒng)一的量程系列，它們是我國(guó)生

20、產(chǎn)的壓力表有統(tǒng)一的量程系列，它們是1、1.6、2.5、4.0、6.0kPa以及它們的以及它們的10n倍數(shù)。倍數(shù)。儀表精度的選擇：主要根據(jù)生產(chǎn)允許的最大誤差來(lái)確定，即要儀表精度的選擇：主要根據(jù)生產(chǎn)允許的最大誤差來(lái)確定，即要求實(shí)際被測(cè)壓力允許的最大絕對(duì)誤差應(yīng)小于儀表的基本誤差。求實(shí)際被測(cè)壓力允許的最大絕對(duì)誤差應(yīng)小于儀表的基本誤差。儀表類型的選擇：儀表類型的選擇：v從壓力大小來(lái)考慮：小壓力采用液柱式或膜盒式，較大的采用彈簧管。從壓力大小來(lái)考慮：小壓力采用液柱式或膜盒式，較大的采用彈簧管。v從被測(cè)介質(zhì)來(lái)考慮：腐蝕性介質(zhì)采用不銹鋼材質(zhì)，氧氣、乙炔等介質(zhì)從被測(cè)介質(zhì)來(lái)考慮：腐蝕性介質(zhì)采用不銹鋼材質(zhì)，氧氣、乙

21、炔等介質(zhì)采用專用的壓力表。采用專用的壓力表。壓力儀表的校驗(yàn)壓力儀表的校驗(yàn)常用的校驗(yàn)儀表是活塞式壓力計(jì)。常用的校驗(yàn)儀表是活塞式壓力計(jì)。校驗(yàn)就是將被校壓力表和標(biāo)準(zhǔn)壓力表通以相同壓力，比較它校驗(yàn)就是將被校壓力表和標(biāo)準(zhǔn)壓力表通以相同壓力，比較它們的指示值，如果被校表對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)誤差不大于被校們的指示值，如果被校表對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)誤差不大于被校表的最大允許絕對(duì)誤差時(shí)，則認(rèn)為被校表合格。表的最大允許絕對(duì)誤差時(shí)，則認(rèn)為被校表合格。1-1-油杯；油杯； 2-2-針閥；針閥； 3-3-進(jìn)油閥；進(jìn)油閥； 4-4-油缸；油缸； 5-5-活塞；活塞； 6-6-砝碼；砝碼； 7-7-托盤(pán)；托盤(pán)；8-8-聯(lián)接螺母；聯(lián)

22、接螺母； 9-9-導(dǎo)導(dǎo)管；管； 10-10-手搖油泵；手搖油泵； 11-11-水平調(diào)節(jié)螺釘；水平調(diào)節(jié)螺釘； 12-12-底盤(pán)底盤(pán)第四節(jié)第四節(jié) 電氣式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)通常是將電氣式壓力計(jì)通常是將壓力的變化轉(zhuǎn)換壓力的變化轉(zhuǎn)換為電阻、電感或電勢(shì)為電阻、電感或電勢(shì)等等電量的變化電量的變化，構(gòu)成各種壓力傳感器。由于它輸出的是電量，構(gòu)成各種壓力傳感器。由于它輸出的是電量，便于信號(hào)遠(yuǎn)傳，尤其是便于與計(jì)算機(jī)連接組成數(shù)據(jù)自動(dòng)采集便于信號(hào)遠(yuǎn)傳，尤其是便于與計(jì)算機(jī)連接組成數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)，所以得到了廣泛的應(yīng)用，極大地推進(jìn)了試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)系統(tǒng)，所以得到了廣泛的應(yīng)用，極大地推進(jìn)了試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展。展。電氣式壓

23、力計(jì)的種類很多，分類方式也不盡相同。電氣式壓力計(jì)的種類很多，分類方式也不盡相同。從壓力轉(zhuǎn)換成電量的途徑來(lái)看，可分為從壓力轉(zhuǎn)換成電量的途徑來(lái)看，可分為電阻式、電容式、電電阻式、電容式、電感式感式等等；還有等等；還有電磁效應(yīng)、壓阻效應(yīng)、壓電效應(yīng)、光電效應(yīng)電磁效應(yīng)、壓阻效應(yīng)、壓電效應(yīng)、光電效應(yīng)等等。等等。從壓力對(duì)電量的控制方式來(lái)分可以分為從壓力對(duì)電量的控制方式來(lái)分可以分為主動(dòng)式主動(dòng)式和和被動(dòng)式被動(dòng)式兩大兩大類，主動(dòng)式是壓力直接通過(guò)各種物理效應(yīng)轉(zhuǎn)化為電量的輸出，類，主動(dòng)式是壓力直接通過(guò)各種物理效應(yīng)轉(zhuǎn)化為電量的輸出，而被動(dòng)式則必須從外界輸入電能，而這電能又被所測(cè)量的壓而被動(dòng)式則必須從外界輸入電能，而這電

24、能又被所測(cè)量的壓力以某種方式所控制。力以某種方式所控制。 一、電阻應(yīng)變片式壓力傳感器一、電阻應(yīng)變片式壓力傳感器被測(cè)壓力作用于彈性敏感元件上，使它產(chǎn)生變形，在其變被測(cè)壓力作用于彈性敏感元件上，使它產(chǎn)生變形，在其變形的部位粘貼有電阻應(yīng)變片，電阻應(yīng)變片感受被測(cè)壓力的形的部位粘貼有電阻應(yīng)變片，電阻應(yīng)變片感受被測(cè)壓力的變化，按這種原理設(shè)計(jì)的傳感器稱為電阻應(yīng)變片式壓力傳變化，按這種原理設(shè)計(jì)的傳感器稱為電阻應(yīng)變片式壓力傳感器。感器。電阻應(yīng)變效應(yīng)電阻應(yīng)變效應(yīng)AlRAAllRR導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻值導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻值也相應(yīng)地發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)

25、象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。也相應(yīng)地發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。若電阻絲的長(zhǎng)度為若電阻絲的長(zhǎng)度為l，截面積為，截面積為A，電阻率為，電阻率為，電阻值為，電阻值為R，則有，則有 設(shè)在外力作用下，電阻絲各參數(shù)的變化相應(yīng)為設(shè)在外力作用下，電阻絲各參數(shù)的變化相應(yīng)為dl、dA、d、dR，把上式，把上式微分并除以微分并除以R，可得電阻的相對(duì)變化：，可得電阻的相對(duì)變化： AAllRR由材料力學(xué)知識(shí)可知，由材料力學(xué)知識(shí)可知，dl/l=叫軸向應(yīng)變，簡(jiǎn)稱應(yīng)變；叫軸向應(yīng)變，簡(jiǎn)稱應(yīng)變；dA/A叫橫向應(yīng)變，兩叫橫向應(yīng)變，兩者的關(guān)系為者的關(guān)系為2AdA則有：則有：0/)21 (KdRdRK0稱為單根電阻絲的靈敏度系數(shù)

26、，其意義為單位應(yīng)變所引起的電阻的相對(duì)稱為單根電阻絲的靈敏度系數(shù)，其意義為單位應(yīng)變所引起的電阻的相對(duì)變化。變化。 K0是通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的，在彈性極限以內(nèi)，大多數(shù)金屬的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的，在彈性極限以內(nèi)，大多數(shù)金屬的K0是常數(shù)。是常數(shù)。當(dāng)金屬絲制作成電阻應(yīng)變片后，電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)當(dāng)金屬絲制作成電阻應(yīng)變片后，電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K將不同于單根金將不同于單根金屬絲的靈敏系數(shù)屬絲的靈敏系數(shù)K0 ，需要重新通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。實(shí)驗(yàn)證明，應(yīng)變片電阻的相，需要重新通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。實(shí)驗(yàn)證明，應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化與應(yīng)變的關(guān)系在很大范圍內(nèi)仍然是線性的，即對(duì)變化與應(yīng)變的關(guān)系在很大范圍內(nèi)仍然是線性的，即KRdR結(jié)論結(jié)論：在在K

27、是常數(shù)的情況下，只要測(cè)量出應(yīng)變片電阻值的相對(duì)是常數(shù)的情況下，只要測(cè)量出應(yīng)變片電阻值的相對(duì)變化，就可以直接得知其應(yīng)變量，進(jìn)而求得被測(cè)壓力。變化，就可以直接得知其應(yīng)變量，進(jìn)而求得被測(cè)壓力。應(yīng)變片由應(yīng)變片由應(yīng)變敏感元件應(yīng)變敏感元件、基片和覆蓋層基片和覆蓋層、引出線引出線三部分組三部分組成。應(yīng)變敏感元件是應(yīng)變片的核心部分，一般由金屬絲、成。應(yīng)變敏感元件是應(yīng)變片的核心部分，一般由金屬絲、金屬箔或半導(dǎo)體材料組成，由它將機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)為電阻的變金屬箔或半導(dǎo)體材料組成，由它將機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)為電阻的變化，基片和覆蓋層起固定和保護(hù)應(yīng)變敏感元件、傳遞應(yīng)變化，基片和覆蓋層起固定和保護(hù)應(yīng)變敏感元件、傳遞應(yīng)變和電氣絕緣的作用。和

28、電氣絕緣的作用。（a a）絲繞式）絲繞式 （b b）箔式）箔式 （c c）半導(dǎo)體）半導(dǎo)體溫度補(bǔ)償與橋式電路輸出溫度補(bǔ)償與橋式電路輸出電阻應(yīng)變式壓力傳感器要采取各種溫度補(bǔ)償措施，通常都是電阻應(yīng)變式壓力傳感器要采取各種溫度補(bǔ)償措施，通常都是采用電橋補(bǔ)償?shù)姆椒āＳ胁捎秒姌蜓a(bǔ)償?shù)姆椒āＳ邪霕虬霕虻牡娜珮蛉珮騼煞N型式。采用電橋方兩種型式。采用電橋方式的原因一個(gè)可以起到溫度補(bǔ)償?shù)淖饔茫硪粋€(gè)可以提高信式的原因一個(gè)可以起到溫度補(bǔ)償?shù)淖饔?，另一個(gè)可以提高信號(hào)的輸出幅度。號(hào)的輸出幅度。電阻應(yīng)變片式壓力傳感器測(cè)量系統(tǒng)電阻應(yīng)變片式壓力傳感器測(cè)量系統(tǒng)電阻應(yīng)變片式壓力傳感器通過(guò)不平衡電橋把電阻的變化轉(zhuǎn)換為電電阻應(yīng)變片式

29、壓力傳感器通過(guò)不平衡電橋把電阻的變化轉(zhuǎn)換為電流或電壓的信號(hào)輸出。由于信號(hào)很微弱，要經(jīng)過(guò)多級(jí)放大才能驅(qū)流或電壓的信號(hào)輸出。由于信號(hào)很微弱，要經(jīng)過(guò)多級(jí)放大才能驅(qū)動(dòng)各種顯示或記錄儀表，常用的配套儀表是動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀。典型測(cè)動(dòng)各種顯示或記錄儀表，常用的配套儀表是動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀。典型測(cè)量系統(tǒng)量系統(tǒng)由傳感器、電橋盒、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和光線示波器由傳感器、電橋盒、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和光線示波器組成。組成。傳感器傳感器電橋盒電橋盒動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀光線示波器光線示波器q傳感器傳感器感受壓力信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出；感受壓力信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出； q電橋盒電橋盒用于半橋形式輸出的傳感器，若傳感器為全橋形式，則可用于半橋形式

30、輸出的傳感器，若傳感器為全橋形式，則可省去電橋盒；省去電橋盒； q動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀為一個(gè)多級(jí)阻容耦合放大電路，帶有較大負(fù)反饋以改為一個(gè)多級(jí)阻容耦合放大電路，帶有較大負(fù)反饋以改善線性，放大后調(diào)幅載波信號(hào)加于相敏檢波器進(jìn)行檢波，經(jīng)濾波器善線性，放大后調(diào)幅載波信號(hào)加于相敏檢波器進(jìn)行檢波，經(jīng)濾波器濾掉載波后，即可得到正比于壓力信號(hào)的電壓輸出；濾掉載波后，即可得到正比于壓力信號(hào)的電壓輸出； q光線示波器光線示波器作為測(cè)量系統(tǒng)的記錄儀表。作為測(cè)量系統(tǒng)的記錄儀表。 光線示波器光線示波器二、電感式壓力傳感器二、電感式壓力傳感器電感式壓力傳感器以電感式壓力傳感器以電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)，利用磁性材料和原

31、理為基礎(chǔ)，利用磁性材料和空氣的導(dǎo)磁率不同，把彈性元件的位移量轉(zhuǎn)換為電路中電感空氣的導(dǎo)磁率不同，把彈性元件的位移量轉(zhuǎn)換為電路中電感量的變化或互感量的變化，再通過(guò)測(cè)量線路轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電量的變化或互感量的變化，再通過(guò)測(cè)量線路轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電流或電壓信號(hào)。流或電壓信號(hào)。工作原理工作原理1 1銜鐵銜鐵 2 2線圈線圈 3 3鐵芯鐵芯線圈的電感量線圈的電感量 202SWL W為線圈的匝數(shù)；為線圈的匝數(shù)；0為空氣的磁導(dǎo)率；為空氣的磁導(dǎo)率；S為氣隙的截面積；為氣隙的截面積；為氣隙的寬度。為氣隙的寬度。彈性元件與銜鐵相連，彈性元件感彈性元件與銜鐵相連，彈性元件感受壓力產(chǎn)生位移，使氣隙寬度產(chǎn)生受壓力產(chǎn)生位移，使氣隙

32、寬度產(chǎn)生變化，從而使電感量發(fā)生變化。變化，從而使電感量發(fā)生變化。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，W、 0 、 S都是常數(shù)，電感都是常數(shù)，電感L只與氣隙只與氣隙寬度寬度有關(guān)。由于有關(guān)。由于L與與成反比關(guān)系，因此，為了得到較成反比關(guān)系，因此，為了得到較好的線性特性，必須把銜鐵的工作位移限制得較小。若好的線性特性，必須把銜鐵的工作位移限制得較小。若0為傳感器的初始?xì)庀?，為傳感器的初始?xì)庀叮?為銜鐵的工作位移，則一般為銜鐵的工作位移，則一般取取202SWL 02 . 01 . 0上述傳感器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但存在驅(qū)動(dòng)銜鐵或鐵芯的力上述傳感器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但存在驅(qū)動(dòng)銜鐵或鐵芯的力較大、線圈電阻的溫度誤差不易補(bǔ)償

33、等缺點(diǎn)，所以實(shí)際較大、線圈電阻的溫度誤差不易補(bǔ)償?shù)热秉c(diǎn)，所以實(shí)際應(yīng)用較少，而往往采用差動(dòng)式電感傳感器。應(yīng)用較少，而往往采用差動(dòng)式電感傳感器。差動(dòng)式電感壓力傳感器差動(dòng)式電感壓力傳感器兩個(gè)完全對(duì)稱的簡(jiǎn)單電感壓力傳感器，共兩個(gè)完全對(duì)稱的簡(jiǎn)單電感壓力傳感器，共用一個(gè)活動(dòng)銜鐵便構(gòu)成了差動(dòng)式電感壓力用一個(gè)活動(dòng)銜鐵便構(gòu)成了差動(dòng)式電感壓力傳感器。傳感器。特點(diǎn)是磁路系統(tǒng)特點(diǎn)是磁路系統(tǒng)與與的導(dǎo)磁體的幾何尺的導(dǎo)磁體的幾何尺寸完全相同，上下兩個(gè)線圈的電氣參數(shù)即寸完全相同，上下兩個(gè)線圈的電氣參數(shù)即線圈的電阻、電感、匝數(shù)也完全一致，初線圈的電阻、電感、匝數(shù)也完全一致，初始?xì)庀稙槭細(xì)庀稙?=2=0，當(dāng)銜鐵受壓有，當(dāng)銜鐵受壓

34、有變化變化時(shí)，對(duì)磁路時(shí)，對(duì)磁路氣隙變成氣隙變成0+時(shí)，則磁路時(shí)，則磁路氣隙變?yōu)闅庀蹲優(yōu)?- ，電感分別為，電感分別為)(200021SWL)(200022SWL)(200021SWL)(200022SWL上兩式可以看出，它們的電感是一增一減，將這樣的變化接入上兩式可以看出，它們的電感是一增一減，將這樣的變化接入電橋，此為差動(dòng)式電感傳感器電橋電路。電橋，此為差動(dòng)式電感傳感器電橋電路。 兩個(gè)線圈兩個(gè)線圈Z1、Z2接成交流電橋的相鄰接成交流電橋的相鄰兩臂，即半橋輸入，另外兩個(gè)橋臂由兩臂，即半橋輸入，另外兩個(gè)橋臂由阻抗阻抗Z3、Z4組成。組成。 根據(jù)電橋平衡原理，在初始條件時(shí)，根據(jù)電橋平衡原理，在初始

35、條件時(shí)，輸出電壓為，輸出電壓為， rCUZZZZZZZZU)(43213241當(dāng)當(dāng)Z3=Z4=Z時(shí)，有：時(shí)，有：rCUZZZZU)(22121111LiRZ222LiRZrCUZZLLiU)()(2121由于在工作中由于在工作中L1與與L2是一增一減，是一增一減，Z1與與Z2之和變化甚微，故可之和變化甚微，故可以認(rèn)為輸出電壓正比于以認(rèn)為輸出電壓正比于L1-L2，即，即rCULLKU)(21)(200021SWL)(200022SWLrCULLKU)(21將將代入代入rCUSWSWKU)(2)(200020002rUSWK00002112rULK220002若略去式中的若略去式中的2項(xiàng)，上式成為

36、項(xiàng)，上式成為002rCULKUKK為差動(dòng)式電感壓力傳感器的靈敏度，其物理意義是銜鐵單位為差動(dòng)式電感壓力傳感器的靈敏度，其物理意義是銜鐵單位移動(dòng)量引起的電橋電壓的輸出，移動(dòng)量引起的電橋電壓的輸出，K值越大，靈敏度越高。值越大，靈敏度越高。K值值是下列參數(shù)的函數(shù)是下列參數(shù)的函數(shù)),(000rUSWfK顯然橋壓越高、起始?xì)庀对叫∫约俺跏茧姶艆?shù)越高，則靈敏顯然橋壓越高、起始?xì)庀对叫∫约俺跏茧姶艆?shù)越高，則靈敏度就越高。度就越高。電感式壓力傳感器的特點(diǎn)是靈敏度高、輸出功率大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電感式壓力傳感器的特點(diǎn)是靈敏度高、輸出功率大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，但工作可靠，但不適合于測(cè)量高頻脈動(dòng)壓力不適合于測(cè)量高

37、頻脈動(dòng)壓力，且較笨重。精度一，且較笨重。精度一般為般為0.51級(jí)。級(jí)。三、霍爾式壓力傳感器三、霍爾式壓力傳感器霍爾式壓力傳感器是利用霍爾效應(yīng)把壓力引起的彈性元件的位霍爾式壓力傳感器是利用霍爾效應(yīng)把壓力引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成電勢(shì)輸出的裝置。移轉(zhuǎn)換成電勢(shì)輸出的裝置。 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)把一半導(dǎo)體單晶薄片放在磁把一半導(dǎo)體單晶薄片放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，在的磁場(chǎng)中，在它的兩個(gè)端面上通以電流它的兩個(gè)端面上通以電流I，則在它的另兩個(gè)端面上產(chǎn)生則在它的另兩個(gè)端面上產(chǎn)生電勢(shì)電勢(shì)UH，這種物理現(xiàn)象稱為，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)。電勢(shì)。電勢(shì)UH稱為稱為霍爾霍爾電勢(shì)電勢(shì)；電流；電流I稱為稱為

38、控制電流控制電流；能產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的片子稱為能產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的片子稱為霍爾元件霍爾元件。 霍爾電勢(shì)可表示為霍爾電勢(shì)可表示為IBKdIBRUHHH式中：式中：RH為霍爾系數(shù)；為霍爾系數(shù)；d為霍爾元件厚度；為霍爾元件厚度；KH為霍爾元件的靈敏度。為霍爾元件的靈敏度?；魻枆毫鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)霍爾壓力傳感器結(jié)構(gòu) 1-彈簧管；彈簧管； 2-磁鐵；磁鐵； 3-霍爾元件霍爾元件當(dāng)被測(cè)壓力為零時(shí)，霍爾元件處于非均勻磁場(chǎng)的正中，其輸出電勢(shì)當(dāng)被測(cè)壓力為零時(shí)，霍爾元件處于非均勻磁場(chǎng)的正中，其輸出電勢(shì)為零；當(dāng)被測(cè)壓力不為零的時(shí)候，霍爾元件被彈性元件帶動(dòng)偏離中為零；當(dāng)被測(cè)壓力不為零的時(shí)候，霍爾元件被彈性元件帶動(dòng)偏離中間位置，則有

39、正比于位移的電勢(shì)輸出。若彈性元件的位移與被測(cè)壓間位置，則有正比于位移的電勢(shì)輸出。若彈性元件的位移與被測(cè)壓力成正比，則傳感器的輸出電勢(shì)也與被測(cè)壓力成正比。力成正比，則傳感器的輸出電勢(shì)也與被測(cè)壓力成正比。磁極間磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布磁極間磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布四、電容式壓力傳感器四、電容式壓力傳感器電容器的電容量由它的兩個(gè)極板的大小、形狀、相對(duì)位置和電電容器的電容量由它的兩個(gè)極板的大小、形狀、相對(duì)位置和電介質(zhì)的介電常數(shù)決定。如果一個(gè)極板固定不動(dòng)，另一個(gè)極板感介質(zhì)的介電常數(shù)決定。如果一個(gè)極板固定不動(dòng)，另一個(gè)極板感受壓力，并隨著壓力的變化而改變極板間的相對(duì)位置，電容量受壓力，并隨著壓力的變化而改變極板間的相對(duì)位置

40、，電容量的變化就反映了被測(cè)壓力的變化。的變化就反映了被測(cè)壓力的變化。工作原理工作原理平板電容器的電容量平板電容器的電容量C為為SC 若電容的動(dòng)極板感受壓力產(chǎn)生位移若電容的動(dòng)極板感受壓力產(chǎn)生位移，則電容量將隨之改變，其變化量則電容量將隨之改變，其變化量C為為/1/CSSC當(dāng)當(dāng)、S確定之后，可以通過(guò)測(cè)量電容量的變化得到動(dòng)極板確定之后，可以通過(guò)測(cè)量電容量的變化得到動(dòng)極板的位移量，進(jìn)而求得被測(cè)壓力的變化。的位移量，進(jìn)而求得被測(cè)壓力的變化。 主要優(yōu)點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)v輸入能量小而靈敏度高。輸入能量小而靈敏度高。 極距變化型電容式傳感器只需要很小的能量就能改變電容極距變化型電容式傳感器只需要很小的能量就能改變電容

41、極板的位置。如一對(duì)直徑為極板的位置。如一對(duì)直徑為1.27cm的圓形電容極板上施加的圓形電容極板上施加10V電壓，極板間隙為電壓，極板間隙為2.54*10-3cm，只需，只需3*10-5N的力就能的力就能使極板產(chǎn)生位移。因此電容傳感器可以測(cè)量很小的力、振使極板產(chǎn)生位移。因此電容傳感器可以測(cè)量很小的力、振動(dòng)加速度，而且很靈敏。動(dòng)加速度，而且很靈敏。v電參量相對(duì)變化大。電參量相對(duì)變化大。 電容式壓力傳感器電容的相對(duì)變化電容式壓力傳感器電容的相對(duì)變化dC/C100%，有的甚，有的甚至可達(dá)到至可達(dá)到200%，說(shuō)明傳感器的信噪比大，穩(wěn)定性好。，說(shuō)明傳感器的信噪比大，穩(wěn)定性好。v動(dòng)態(tài)特性好。動(dòng)態(tài)特性好。 電

42、容傳感器活動(dòng)零件少，而且質(zhì)量很好，本身具有很高電容傳感器活動(dòng)零件少，而且質(zhì)量很好，本身具有很高的自振頻率，所以動(dòng)態(tài)特性好。的自振頻率，所以動(dòng)態(tài)特性好。主要優(yōu)點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)v能量損耗小。能量損耗小。 電容式傳感器的工作是變化極板的間距，而電容變化并電容式傳感器的工作是變化極板的間距，而電容變化并不產(chǎn)生熱量。不產(chǎn)生熱量。v結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性好。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性好。 電容式傳感器的主要結(jié)構(gòu)是兩塊金屬極板和絕緣層，結(jié)電容式傳感器的主要結(jié)構(gòu)是兩塊金屬極板和絕緣層，結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，在振動(dòng)、輻射環(huán)境下仍能正常工作。構(gòu)很簡(jiǎn)單，在振動(dòng)、輻射環(huán)境下仍能正常工作。主要缺點(diǎn)主要缺點(diǎn)v非線性大。非線性大。 對(duì)于極距變化型電容式傳

43、感器，從位移變?yōu)殡娙葑兓欠蔷€性的，對(duì)于極距變化型電容式傳感器，從位移變?yōu)殡娙葑兓欠蔷€性的，利用測(cè)量電路電容轉(zhuǎn)換為電壓變化也是非線性的，采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)利用測(cè)量電路電容轉(zhuǎn)換為電壓變化也是非線性的，采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)非線性可以得到改善，但不能完全消除。除非采用專門(mén)的測(cè)量電路，非線性可以得到改善，但不能完全消除。除非采用專門(mén)的測(cè)量電路，如運(yùn)算放大器等。如運(yùn)算放大器等。v電纜分布電容影響大。電纜分布電容影響大。 傳感器兩極板間的電容很小，僅幾十個(gè)傳感器兩極板間的電容很小，僅幾十個(gè)pF，小的甚至只有幾個(gè)，小的甚至只有幾個(gè)pF。而傳感器與電子儀器之間的連接電纜卻具有很大的電容。如屏蔽線而傳感器與電子儀器之間

44、的連接電纜卻具有很大的電容。如屏蔽線的電容，最小的的電容，最小的1米也有幾個(gè)米也有幾個(gè)pF，最大的可達(dá)上百個(gè)，最大的可達(dá)上百個(gè)pF，這不僅使，這不僅使傳感器的電容相對(duì)變化大大降低，靈敏度也降低。傳感器的電容相對(duì)變化大大降低，靈敏度也降低。解決方法：解決方法：1，利用集成電路，加前置放大器，使傳感器的輸出直，利用集成電路，加前置放大器，使傳感器的輸出直接變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào)，再經(jīng)過(guò)傳輸導(dǎo)線傳送，不受導(dǎo)線分布電容的接變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào)，再經(jīng)過(guò)傳輸導(dǎo)線傳送，不受導(dǎo)線分布電容的影響。影響。2，采用雙屏蔽傳輸線，可降低分布電容的影響。，采用雙屏蔽傳輸線，可降低分布電容的影響。五、壓電式壓力傳感器五、壓電式壓力

45、傳感器壓電式壓力傳感器是利用壓電材料的壓電效應(yīng)，將壓力轉(zhuǎn)換為壓電式壓力傳感器是利用壓電材料的壓電效應(yīng)，將壓力轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)放大器、記錄儀而得到被測(cè)的壓力參數(shù)。相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)放大器、記錄儀而得到被測(cè)的壓力參數(shù)。壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)，一些物質(zhì)在一定方向上受外力作用而產(chǎn)生變形時(shí)，一些物質(zhì)在一定方向上受外力作用而產(chǎn)生變形時(shí)，在它們的表面上會(huì)產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉后，它們又重新回到在它們的表面上會(huì)產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉后，它們又重新回到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。產(chǎn)生壓電效應(yīng)的材料可分為兩類，一類是天然或人造的單晶產(chǎn)生壓電效應(yīng)的材料可分為兩類，一類是天然或人造的

46、單晶體，如石英等。另一類是人造多晶體壓電陶瓷，如鈦酸鋇等。體，如石英等。另一類是人造多晶體壓電陶瓷，如鈦酸鋇等。理想石英晶體是六邊體系，在晶理想石英晶體是六邊體系，在晶體學(xué)中以三個(gè)互相垂直的軸來(lái)表體學(xué)中以三個(gè)互相垂直的軸來(lái)表示它們的特性，縱向的示它們的特性，縱向的Z軸稱為軸稱為光學(xué)軸，過(guò)棱線而垂直于光軸的光學(xué)軸，過(guò)棱線而垂直于光軸的X軸稱為電氣軸，垂直于軸稱為電氣軸，垂直于XZ平面平面的的Y軸稱為機(jī)械軸或中性軸。軸稱為機(jī)械軸或中性軸。如果從石英晶體切出一個(gè)平行六面體，如果從石英晶體切出一個(gè)平行六面體，使它的結(jié)晶面分別平行于電軸、光軸使它的結(jié)晶面分別平行于電軸、光軸和機(jī)械軸，把沿電軸和機(jī)械軸，把

47、沿電軸X方向力方向力Fx的作的作用下產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為用下產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為“縱向壓電縱向壓電效應(yīng)效應(yīng)”，而把沿機(jī)械軸，而把沿機(jī)械軸Y方向力方向力Fy的的作用下產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為作用下產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為“橫向壓橫向壓電效應(yīng)電效應(yīng)”，而沿光軸，而沿光軸Z方向的作用力，方向的作用力，石英不會(huì)產(chǎn)生電荷。石英不會(huì)產(chǎn)生電荷。根據(jù)壓電理論，壓電晶體表面上的電荷密度即極化強(qiáng)度與晶體片根據(jù)壓電理論，壓電晶體表面上的電荷密度即極化強(qiáng)度與晶體片的機(jī)械變形成正比，也就是說(shuō)在彈性變形范圍內(nèi)，極化強(qiáng)度與壓的機(jī)械變形成正比，也就是說(shuō)在彈性變形范圍內(nèi)，極化強(qiáng)度與壓力成正比，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下力成正比，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下SFKx

48、式中：式中：為極化強(qiáng)度，即在壓電晶體表面上的電荷密度；為極化強(qiáng)度，即在壓電晶體表面上的電荷密度；K為壓電系數(shù)；為壓電系數(shù)；Fx為為平行于軸方向的作用力；平行于軸方向的作用力；S為垂直于軸的晶片面積。為垂直于軸的晶片面積。因極化強(qiáng)度表示的是壓電晶體表面的電荷密度，則面積為因極化強(qiáng)度表示的是壓電晶體表面的電荷密度，則面積為S的面積的面積上的電荷總量等于上的電荷總量等于xKFSQ結(jié)論結(jié)論：晶體受力后產(chǎn)生的電荷量與作用力成正比，而與晶體面：晶體受力后產(chǎn)生的電荷量與作用力成正比，而與晶體面積無(wú)關(guān)。積無(wú)關(guān)。壓電傳感器的結(jié)構(gòu)壓電傳感器的結(jié)構(gòu) 1-彈性膜片；彈性膜片； 2-傳力件；傳力件； 3-底底座；座；

49、4-石英片（三片）；石英片（三片）；5-導(dǎo)導(dǎo)電環(huán)；電環(huán)； 6-金屬箔；金屬箔； 7-玻璃導(dǎo)管；玻璃導(dǎo)管； 8-膠玻璃導(dǎo)管；膠玻璃導(dǎo)管； 9-引出導(dǎo)線插引出導(dǎo)線插頭頭壓電傳感器產(chǎn)生的信號(hào)非常微弱，輸壓電傳感器產(chǎn)生的信號(hào)非常微弱，輸出阻抗很高，必須經(jīng)過(guò)前置放大，把出阻抗很高，必須經(jīng)過(guò)前置放大，把微弱的信號(hào)放大，前置放大器有兩種，微弱的信號(hào)放大，前置放大器有兩種，一種是輸出電壓信號(hào)的電壓放大器，一種是輸出電壓信號(hào)的電壓放大器，另一種是輸出電荷信號(hào)的電荷放大器。另一種是輸出電荷信號(hào)的電荷放大器。壓電式壓力傳感器不能用于靜態(tài)壓力壓電式壓力傳感器不能用于靜態(tài)壓力測(cè)量。被測(cè)壓力變化的頻率太低或太測(cè)量。被測(cè)壓

50、力變化的頻率太低或太高，環(huán)境溫度和濕度的改變，都會(huì)改高，環(huán)境溫度和濕度的改變，都會(huì)改變傳感器的靈敏度，造成測(cè)量誤差。變傳感器的靈敏度，造成測(cè)量誤差。電纜噪聲和接地回路噪聲也會(huì)造成測(cè)電纜噪聲和接地回路噪聲也會(huì)造成測(cè)量誤差，應(yīng)設(shè)法避免。采用電壓前置量誤差，應(yīng)設(shè)法避免。采用電壓前置放大器時(shí)，測(cè)量結(jié)果受測(cè)量回路參數(shù)放大器時(shí)，測(cè)量結(jié)果受測(cè)量回路參數(shù)的影響，不能隨意更換出廠配套的電的影響，不能隨意更換出廠配套的電纜。纜。第五節(jié)第五節(jié) 氣流壓力測(cè)量氣流壓力測(cè)量靜壓靜壓是指相對(duì)于運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)上的壓力，它可用與運(yùn)動(dòng)方向平是指相對(duì)于運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)上的壓力，它可用與運(yùn)動(dòng)方向平行的單位面積的表面力來(lái)衡量；行的單位面積的表面力來(lái)

51、衡量；總壓總壓是指氣流某點(diǎn)上速度等熵滯止為零時(shí)所達(dá)到的壓力，是指氣流某點(diǎn)上速度等熵滯止為零時(shí)所達(dá)到的壓力，又稱滯止壓力。又稱滯止壓力。動(dòng)壓動(dòng)壓是總壓與靜壓之差。是總壓與靜壓之差。1-測(cè)壓管測(cè)壓管2-連接管連接管3-二次儀表二次儀表感受部分感受部分傳送部分傳送部分顯示部分顯示部分測(cè)壓管測(cè)壓管，在其表，在其表面根據(jù)測(cè)量要求面根據(jù)測(cè)量要求開(kāi)以若干個(gè)小孔開(kāi)以若干個(gè)小孔以感受氣流中的以感受氣流中的壓力；壓力；連接管連接管所所起的作用是將感起的作用是將感受到的壓力信號(hào)受到的壓力信號(hào)傳送到顯示或記傳送到顯示或記錄部分；而錄部分；而二次二次儀表儀表可以是所有可以是所有測(cè)壓儀表中任一測(cè)壓儀表中任一種。種。 一、

52、總壓測(cè)量一、總壓測(cè)量總壓的測(cè)量方法及不敏感偏流角總壓的測(cè)量方法及不敏感偏流角用于總壓測(cè)量的測(cè)壓管稱為總壓管。用于總壓測(cè)量的測(cè)壓管稱為總壓管。 總壓管的一端管口軸線對(duì)準(zhǔn)氣流方總壓管的一端管口軸線對(duì)準(zhǔn)氣流方向，另一端管口與二次儀表相連，向，另一端管口與二次儀表相連，這樣便可測(cè)出被測(cè)點(diǎn)的氣流總壓與這樣便可測(cè)出被測(cè)點(diǎn)的氣流總壓與大氣壓之差。大氣壓之差。要求管口無(wú)毛刺，壁面光潔；并要求要求管口無(wú)毛刺，壁面光潔；并要求管口軸線對(duì)準(zhǔn)來(lái)流方向。管口軸線對(duì)準(zhǔn)來(lái)流方向。 習(xí)慣上取使測(cè)量誤差占速度頭習(xí)慣上取使測(cè)量誤差占速度頭1%的偏流角的偏流角p作為總壓管的不作為總壓管的不敏感偏流角，敏感偏流角， p的范圍越大，對(duì)

53、測(cè)量越有利。的范圍越大，對(duì)測(cè)量越有利。不同型式總壓管對(duì)氣流偏斜的敏感性不同型式總壓管對(duì)氣流偏斜的敏感性常用總壓管常用總壓管v單點(diǎn)單點(diǎn)L型總壓管型總壓管制造方便，使用、安裝簡(jiǎn)單，制造方便，使用、安裝簡(jiǎn)單，支桿對(duì)測(cè)量結(jié)果影響小，其支桿對(duì)測(cè)量結(jié)果影響小，其缺點(diǎn)是不敏感偏流角較小，缺點(diǎn)是不敏感偏流角較小，一般為一般為1015，如果將，如果將孔口加一個(gè)擴(kuò)張角，則可加孔口加一個(gè)擴(kuò)張角，則可加大至大至2530。v帶導(dǎo)流套的總壓管帶導(dǎo)流套的總壓管導(dǎo)流套進(jìn)口處的錐面導(dǎo)流套進(jìn)口處的錐面為收斂段，氣流經(jīng)過(guò)為收斂段，氣流經(jīng)過(guò)導(dǎo)流套后被整流，使導(dǎo)流套后被整流，使總壓管的不敏感偏流總壓管的不敏感偏流角大大提高，可達(dá)角大大

54、提高，可達(dá)4045。它的缺。它的缺點(diǎn)是點(diǎn)是p隨隨M數(shù)的變化數(shù)的變化較明顯；頭部尺寸較較明顯；頭部尺寸較大，對(duì)氣流流動(dòng)有較大，對(duì)氣流流動(dòng)有較大的影響。大的影響。v多點(diǎn)總壓管多點(diǎn)總壓管多點(diǎn)梳狀總壓管多點(diǎn)梳狀總壓管 （a）凸嘴型）凸嘴型 （b）凹窩型）凹窩型 （c）帶套型）帶套型 多點(diǎn)耙狀總壓管多點(diǎn)耙狀總壓管多點(diǎn)總壓管能同時(shí)測(cè)出多點(diǎn)的總壓，但制造較復(fù)雜，對(duì)流場(chǎng)干擾多點(diǎn)總壓管能同時(shí)測(cè)出多點(diǎn)的總壓，但制造較復(fù)雜，對(duì)流場(chǎng)干擾大。梳狀凸嘴型總壓管和耙狀總壓管的不敏感偏流角大。梳狀凸嘴型總壓管和耙狀總壓管的不敏感偏流角p較?。话驾^??；凹窩型的窩型的p較大，但測(cè)量精度受氣流擾動(dòng)的影響較大；帶套型的較大，但測(cè)量精

55、度受氣流擾動(dòng)的影響較大；帶套型的p最大，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。在實(shí)際使用時(shí)要根據(jù)具體情況選用。最大，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。在實(shí)際使用時(shí)要根據(jù)具體情況選用。v附面層總壓管附面層總壓管一般取一般取h=0.030.1mmH=0.10.18mm。二、靜壓測(cè)量二、靜壓測(cè)量壁面靜壓孔壁面靜壓孔靜壓孔的位置應(yīng)選在流體流線是直線的地方，要求開(kāi)孔處有足靜壓孔的位置應(yīng)選在流體流線是直線的地方，要求開(kāi)孔處有足夠的直管段，管道內(nèi)壁面要光滑平整。夠的直管段，管道內(nèi)壁面要光滑平整。u靜壓孔的設(shè)計(jì)加工技術(shù)要求靜壓孔的設(shè)計(jì)加工技術(shù)要求 靜壓孔的開(kāi)孔直徑一般以靜壓孔的開(kāi)孔直徑一般以0.5mm1.0mm為宜。為宜。靜壓孔的軸線應(yīng)和管道內(nèi)壁面垂直

56、，孔的邊緣應(yīng)尖銳，無(wú)毛刺，無(wú)倒角，孔的靜壓孔的軸線應(yīng)和管道內(nèi)壁面垂直，孔的邊緣應(yīng)尖銳，無(wú)毛刺，無(wú)倒角，孔的壁面應(yīng)光滑。壁面應(yīng)光滑。靜壓孔的深度為靜壓孔的深度為l，直徑為，直徑為d，一般取，一般取l/d3。連接靜壓孔與導(dǎo)壓管的管接頭要固定在流道壁上，只要流道壁厚度允許，螺紋連接靜壓孔與導(dǎo)壓管的管接頭要固定在流道壁上，只要流道壁厚度允許，螺紋連接的方法比焊接的方法好，以免熱應(yīng)力使壁面變形，干擾流場(chǎng)。連接的方法比焊接的方法好，以免熱應(yīng)力使壁面變形，干擾流場(chǎng)。 靜壓管靜壓管nL型（直角型）靜壓管型（直角型）靜壓管靜壓管頭部呈半球體，靜壓管頭部呈半球體，氣流在此獲得加速，靜氣流在此獲得加速，靜壓降低；又

57、因?yàn)橹U對(duì)壓降低；又因?yàn)橹U對(duì)氣流有滯止作用，流速氣流有滯止作用，流速降低，靜壓升高，所以降低，靜壓升高，所以在在L型靜壓管的頭部和型靜壓管的頭部和支桿之間選擇適當(dāng)?shù)奈恢U之間選擇適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置靜壓孔，可以得置設(shè)置靜壓孔，可以得到接近真實(shí)靜壓的測(cè)量到接近真實(shí)靜壓的測(cè)量值。值。n圓盤(pán)型靜壓管圓盤(pán)型靜壓管測(cè)量時(shí)，應(yīng)和氣流的流動(dòng)方測(cè)量時(shí)，應(yīng)和氣流的流動(dòng)方向垂直，使圓盤(pán)平面平行于向垂直，使圓盤(pán)平面平行于氣流方向，其靜壓孔感受到氣流方向，其靜壓孔感受到的就是氣流的靜壓。的就是氣流的靜壓。 n帶導(dǎo)流管的靜壓管帶導(dǎo)流管的靜壓管一般靜壓管的不敏感偏流角一般靜壓管的不敏感偏流角都較小，在靜壓孔外加了導(dǎo)都較小，在靜壓孔外加了導(dǎo)流管后，這種狀況得到了明流管后，這種狀況得到了明顯的改善。顯的改善。三、動(dòng)壓測(cè)量三、動(dòng)壓測(cè)量皮托管皮托管（a）帶半球形頭部的標(biāo)準(zhǔn)皮托管）帶半球形頭部的標(biāo)準(zhǔn)皮托管 （b）帶錐形頭部的皮托管）帶錐形頭部的皮托管n 直角形（直角形（L形）皮托管形）皮托管n笛形皮托管笛形皮托管為了測(cè)量尺寸較大的管道內(nèi)為了測(cè)量尺寸較大的管道內(nèi)的平均流速，常常采用笛形的平均流速，常常采用笛形皮托管，將一根或數(shù)根鋼管皮托管，將一根或數(shù)根鋼管或銅管