第三章 壓力與真空度檢測儀表

1、第三章第三章 壓力檢測與儀表壓力檢測與儀表3.1 概述概述3.2 彈性式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)3.3 壓力壓力(差壓差壓)傳感器傳感器3.5 壓力檢測儀表選用壓力檢測儀表選用3.4 真空計(jì)真空計(jì)FpS 3.1.1 壓力的概念及單位壓力的概念及單位1.壓力壓力:指均勻垂直地作用在單位面積上的力。指均勻垂直地作用在單位面積上的力。2. 單位單位(SI):帕斯卡帕斯卡,簡稱帕簡稱帕(Pa)。 3.1 概述概述1Pa=1N/m2 1MPa=1X106Pa第三章第三章 壓力檢測與儀表壓力檢測與儀表單位單位PaatmmmHgmmH2Okgf/cm2(at)barPsi帕斯卡帕斯卡（Pa）19.86910-67

2、.510-30.1021.0210-510-51.4510-4標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm）1.0132510517601.0331041.0331.03314.706毫米汞柱毫米汞柱（mmHg）1.333221021.31610-3113.601.3610-31.33310-31.93310-2毫米水柱毫米水柱（mmH2O）9.8963750.96810-47.3610-210.999710-49.8010-51.42210-3千克力千克力/厘米厘米2(工程大氣壓工程大氣壓)（kgf/cm2）9.806651040.96873610410.98066514.217巴巴（bar）1050.98

3、6657501.021041.02114.5磅磅/寸寸2（Psi）6.8951026.810-251.7157.041027.0310-26.89510-21表表3-1 常用壓力換算表常用壓力換算表注意注意:表中除單位表中除單位Pa和和bar之外均為非許用單位之外均為非許用單位,只在舊儀器及某些國家尚沿用。只在舊儀器及某些國家尚沿用。 P真空度真空度P絕對壓力絕對壓力P表壓表壓P絕對壓力絕對壓力大氣壓力線大氣壓力線絕對壓力的零線絕對壓力的零線絕對壓力、表壓、負(fù)壓（真空度）的關(guān)系絕對壓力、表壓、負(fù)壓（真空度）的關(guān)系3.1.2 壓力的壓力的表示方法表示方法在壓力測量中在壓力測量中,常有絕對壓力常有

4、絕對壓力.表壓表壓.負(fù)壓或真空度。負(fù)壓或真空度。真空度真空度(負(fù)壓負(fù)壓):當(dāng)被測壓當(dāng)被測壓力低于大氣壓力時(shí)力低于大氣壓力時(shí),大氣大氣壓力和絕對壓力之差壓力和絕對壓力之差,即即 p真空度真空度 = p大氣壓力大氣壓力 - p絕對壓力絕對壓力表壓表壓:是絕對壓力和大氣壓力之差是絕對壓力和大氣壓力之差,即即: p表壓表壓 = p絕對壓力絕對壓力- p大氣壓力大氣壓力 第三章第三章 壓力與真空度檢測儀表壓力與真空度檢測儀表3.1 概述概述絕對壓力絕對壓力:以以絕對零壓絕對零壓為零點(diǎn)的壓力。為零點(diǎn)的壓力。壓力儀表測量的為表壓或真空度。壓力儀表測量的為表壓或真空度。3.1.3 壓力檢測的基本方法壓力檢測的

5、基本方法利用彈性元件受壓力后發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生的利用彈性元件受壓力后發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生的彈性力與彈性力與被測壓力相平衡被測壓力相平衡的原理。的原理。1) 彈性力平衡法彈性力平衡法利用一定高度的液體產(chǎn)生的利用一定高度的液體產(chǎn)生的重力或砝碼的重量與被測重力或砝碼的重量與被測壓力相平衡壓力相平衡的原理。的原理。2) 重力平衡方法重力平衡方法3.1 概述概述將壓力轉(zhuǎn)換成位移將壓力轉(zhuǎn)換成位移,測出彈性元件變形的位移就可測出壓測出彈性元件變形的位移就可測出壓力。例如力。例如彈簧管壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì)、波紋管壓力計(jì)及膜式壓力計(jì)等。、波紋管壓力計(jì)及膜式壓力計(jì)等。 例如例如液柱式壓力計(jì)液柱式壓力計(jì)、活塞式壓力計(jì)。

6、、活塞式壓力計(jì)。將被測壓力經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)移成一個(gè)集中力將被測壓力經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)移成一個(gè)集中力,用用外力與之外力與之平衡平衡, 測得平衡時(shí)的外力就是被測壓力。測得平衡時(shí)的外力就是被測壓力。3) 機(jī)械力平衡方法機(jī)械力平衡方法敏感元件在壓力的作用下某些敏感元件在壓力的作用下某些物理特性發(fā)生與壓力成物理特性發(fā)生與壓力成確定關(guān)系確定關(guān)系變化的原理。變化的原理。4) 物性測量方法物性測量方法3.1.3 壓力檢測的基本方法壓力檢測的基本方法3.1 概述概述主要用在壓力或差壓變送器主要用在壓力或差壓變送器,精度較高精度較高,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 將被測壓力直接轉(zhuǎn)換成電量進(jìn)行測量。將被測壓力直接轉(zhuǎn)換成電量進(jìn)行測

7、量。 如如壓電式壓電式. 應(yīng)變片式應(yīng)變片式.電容式電容式.壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器等。等。 液柱式壓力計(jì)液柱式壓力計(jì)原理原理:基于流體靜力學(xué)原理基于流體靜力學(xué)原理,把被測把被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測量。壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測量。221hpop0ppgh (a) U形管壓力計(jì)形管壓力計(jì) （b） 單管壓力計(jì)單管壓力計(jì) （c） 傾斜式壓力計(jì)傾斜式壓力計(jì)圖圖3-2 液柱式壓力計(jì)液柱式壓力計(jì)221hpophpopPoLaph彈性元件是一種簡單可靠的測壓敏感元件彈性元件是一種簡單可靠的測壓敏感元件。3.2 彈性式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)3.2.1 彈性元件彈性元件特點(diǎn)特點(diǎn):測量范圍寬測量范圍寬,結(jié)構(gòu)

8、簡單結(jié)構(gòu)簡單,價(jià)格便宜價(jià)格便宜,使用方便等。使用方便等。將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測壓的儀表。將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測壓的儀表。測量范圍測量范圍:幾百帕到數(shù)千兆帕。幾百帕到數(shù)千兆帕。是截面呈是截面呈橢圓形橢圓形或或扁圓形扁圓形的中空金屬管的中空金屬管,當(dāng)通入壓力當(dāng)通入壓力p后后,它的自由端就會產(chǎn)生位移。它的自由端就會產(chǎn)生位移。(1).彈簧管彈簧管 (單圈和多圈的單圈和多圈的)適合測高、中、低壓。適合測高、中、低壓。(2). 彈性膜片彈性膜片適合測中、低壓。適合測中、低壓。由具有彈性的金屬或非金屬片構(gòu)成由具有彈性的金屬或非金屬片構(gòu)成,在壓力作用下能產(chǎn)生在壓力作用下能產(chǎn)

9、生變形。變形。膜片膜片膜膜盒盒硅油硅油3.2.1 彈性元件彈性元件(3).波紋管波紋管外部存在波紋的彈性金屬片構(gòu)成金屬筒體。外部存在波紋的彈性金屬片構(gòu)成金屬筒體。彈性元件易于變形彈性元件易于變形,且位移很大。且位移很大。適合測微壓和低壓適合測微壓和低壓(不超過不超過1MPa)。3.2.1 彈性元件彈性元件p壓力壓力,Pa；A承受壓力的有效面積承受壓力的有效面積,m2；C彈性元件的剛度系數(shù)。彈性元件的剛度系數(shù)。3.2.2 測量原理測量原理根據(jù)虎克定律根據(jù)虎克定律,彈性元件在一定范圍內(nèi)變形與所受外力彈性元件在一定范圍內(nèi)變形與所受外力成正比成正比,即即: x= pA/C測量原理測量原理:彈性元件材料

10、、尺寸等確定后彈性元件材料、尺寸等確定后,則彈性元件產(chǎn)生則彈性元件產(chǎn)生拉伸或壓縮位移拉伸或壓縮位移x與被測壓力與被測壓力p成正比。成正比。3.2.3 彈簧管壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì)(1).結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)1彈簧管彈簧管; 2拉桿拉桿; 3扇形齒輪扇形齒輪; 5-指針指針; 4中心齒輪中心齒輪; 6面板面板; 7游絲游絲; 8調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)螺釘; 9接頭。接頭。分單圈和多圈分單圈和多圈;按用途分普通壓力表按用途分普通壓力表.耐腐蝕氨用壓力表耐腐蝕氨用壓力表.禁油氧氣壓力表。它們外形和結(jié)構(gòu)相同禁油氧氣壓力表。它們外形和結(jié)構(gòu)相同,只是材料不同。只是材料不同。彈簧管彈簧管1是測量元件是測量元件,是一根彎成是一根彎成2

11、70的橢圓截面的空心金屬管。的橢圓截面的空心金屬管。管子的自由端管子的自由端B封閉封閉,另一端固定另一端固定在接頭在接頭9上。上。(2).工作原理工作原理(單圈彈簧管單圈彈簧管)通入壓力通入壓力p后后,橢圓形橢圓形截面在截面在p作用下將趨于作用下將趨于圓形圓形,使自由使自由端端B產(chǎn)生位移產(chǎn)生位移,且與且與p的大小成正比的大小成正比(具有線性刻度具有線性刻度)。所以。所以只要測得只要測得B點(diǎn)的位移量點(diǎn)的位移量,就能反映壓力就能反映壓力p的大小。的大小。p3.2.3 彈簧管壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì)放大過程放大過程: 自由端自由端B的位移通過拉桿的位移通過拉桿2使扇形齒輪使扇形齒輪3作逆時(shí)作逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)針偏

12、轉(zhuǎn),指針指針5通過同軸的中心齒輪通過同軸的中心齒輪4的帶動作順時(shí)針偏轉(zhuǎn)的帶動作順時(shí)針偏轉(zhuǎn),在面板在面板6的刻度標(biāo)尺上顯示出被測壓的刻度標(biāo)尺上顯示出被測壓力力p的數(shù)值。由于的數(shù)值。由于B的位移與的位移與p的大的大小成正比小成正比,則刻度標(biāo)尺是線性的。則刻度標(biāo)尺是線性的。p游絲游絲7用來克服因扇形齒輪與用來克服因扇形齒輪與中心齒輪間的傳動間隙而產(chǎn)生中心齒輪間的傳動間隙而產(chǎn)生的儀表變差。的儀表變差。改變調(diào)節(jié)螺釘改變調(diào)節(jié)螺釘8的位置的位置,可調(diào)整可調(diào)整儀表的量程。儀表的量程。(2).工作原理工作原理(單圈彈簧管單圈彈簧管)3.2.3 彈簧管壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì)(3).彈簧管材料的選擇彈簧管材料的選擇當(dāng)當(dāng)

13、P19.6MPa時(shí)時(shí),選用磷青銅或黃銅的材料。選用磷青銅或黃銅的材料。當(dāng)當(dāng)P19.6MPa時(shí)時(shí),選用合金鋼或不銹鋼的材料。選用合金鋼或不銹鋼的材料。所測流體種類不同所測流體種類不同,所用彈簧管材料不同。所用彈簧管材料不同。彈簧管壓力表彈簧管壓力表的型號命名：的型號命名：3.2.3 彈簧管壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì)普通彈簧管壓力表上帶有普通彈簧管壓力表上帶有報(bào)警報(bào)警或或控制控制觸點(diǎn)的壓力表。觸點(diǎn)的壓力表。當(dāng)壓力偏離給定范圍時(shí)當(dāng)壓力偏離給定范圍時(shí),及時(shí)發(fā)出信號及時(shí)發(fā)出信號,提醒操作提醒操作人員注意或通過中間繼人員注意或通過中間繼電器實(shí)現(xiàn)壓力自動控制。電器實(shí)現(xiàn)壓力自動控制。(4). 電接點(diǎn)信號壓力表電接點(diǎn)信

14、號壓力表3.2.2.2 彈簧管壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì) Y3.3.1 霍爾壓力傳感器霍爾壓力傳感器依據(jù)依據(jù):根據(jù)霍爾效應(yīng)根據(jù)霍爾效應(yīng),即利用霍爾元件將由壓力所引起的彈即利用霍爾元件將由壓力所引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成霍爾電勢性元件的位移轉(zhuǎn)換成霍爾電勢,從而實(shí)現(xiàn)壓力的測量。從而實(shí)現(xiàn)壓力的測量?；魻栯妱莼魻栯妱?UH=RHBI RH-霍爾常數(shù)霍爾常數(shù),與霍爾片材料、與霍爾片材料、幾何形狀有關(guān)。幾何形狀有關(guān)?；魻柶砂雽?dǎo)體材料制成的薄片?；魻柶砂雽?dǎo)體材料制成的薄片。恒定磁場恒定磁場B外電場外電場(直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源)1 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng):電子逆電子逆Y軸運(yùn)動時(shí)軸運(yùn)動時(shí),受電磁力的受電磁力的作用作用

15、,使其運(yùn)動發(fā)生偏移使其運(yùn)動發(fā)生偏移,在在X軸上軸上出現(xiàn)電位差出現(xiàn)電位差(霍爾電勢霍爾電勢)。這物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。這物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。3.3 壓力壓力(差壓差壓)傳感器傳感器定義定義:能檢測壓力信號能檢測壓力信號,并轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行輸出的器件。并轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行輸出的器件。分類分類:壓電式壓電式.壓阻式壓阻式.應(yīng)變式應(yīng)變式.電感式電感式.電容式電容式.霍爾式霍爾式等。等。應(yīng)用應(yīng)用:所測壓力不高、所測壓力不高、壓力波動小、信號需要遠(yuǎn)壓力波動小、信號需要遠(yuǎn)傳的場合。傳的場合。2 霍爾式壓力傳感器霍爾式壓力傳感器霍爾電勢與位移關(guān)系霍爾電勢與位移關(guān)系: UH=RHBII為定值為定值,B為非均勻?yàn)?/p>

16、非均勻霍爾片位置不同霍爾片位置不同,B就不同就不同位移與霍爾電勢成正比例。位移與霍爾電勢成正比例。實(shí)現(xiàn)位移電勢的線性轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)位移電勢的線性轉(zhuǎn)換。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):霍爾元件霍爾元件.磁鋼與彈簧管。磁鋼與彈簧管。工作原理工作原理:壓力壓力彈性位移彈性位移霍爾片移動霍爾片移動霍爾電勢?；魻栯妱?。3.3.1 霍爾壓力傳感器霍爾壓力傳感器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):1.隔離膜片隔離膜片;2,7固定電極固定電極;3.硅油硅油;4.測量膜片測量膜片;5.玻璃層玻璃層;6.底座底座;8.引線。引線。P1P2工作原理工作原理:在壓力作用下在壓力作用下,通過膜片的位移引起電容量變化通過膜片的位移引起電容量變化來測出壓力來測出壓力(或差壓

17、或差壓)的。的。P=P1-P23.3.2 電容電容式式壓力傳感器壓力傳感器SCd 平行極板電容器的電容量為平行極板電容器的電容量為:電容變換器有電容變換器有變間隙式變間隙式、變面積式、變面積式和變介電常數(shù)式三種。和變介電常數(shù)式三種。在在P=0時(shí)時(shí),i1i2=15pF,=0CCC P0時(shí)時(shí),110()iCS dS dd 220()iCS dS dd 3.3.2 電容電容式式壓力傳感器壓力傳感器設(shè)在壓差設(shè)在壓差P的作用下移動距離的作用下移動距離d,可近似認(rèn)為可近似認(rèn)為: d=K1P21002220011()22iiCCCSddddS dS dK pddd CK p 0AC 平面線位移型平面線位移型

18、3.3.2 電容電容式式壓力傳感器壓力傳感器A 壓電效應(yīng)壓電效應(yīng):壓電材料在沿一定方向受到壓力或拉力作用壓電材料在沿一定方向受到壓力或拉力作用時(shí)發(fā)生變形時(shí)發(fā)生變形,并在其表面上產(chǎn)生電荷并在其表面上產(chǎn)生電荷;而在去掉外力后而在去掉外力后, 又又回到原來的不帶電狀態(tài)回到原來的不帶電狀態(tài),這種現(xiàn)象就稱為這種現(xiàn)象就稱為壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)。壓電元件壓電元件:石英晶體、壓電陶瓷、半導(dǎo)體材料。石英晶體、壓電陶瓷、半導(dǎo)體材料。3.3.3 壓電式壓電式壓力傳感器壓力傳感器利用壓電材料的壓電效應(yīng)將被測壓力轉(zhuǎn)換為電信號的。利用壓電材料的壓電效應(yīng)將被測壓力轉(zhuǎn)換為電信號的。壓電元件壓電元件在彈性范圍內(nèi)其產(chǎn)生的電荷量與作用

19、力之間在彈性范圍內(nèi)其產(chǎn)生的電荷量與作用力之間呈線性關(guān)系。即呈線性關(guān)系。即: q=kSp q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為被測壓力。為被測壓力。石英晶體的壓電效應(yīng)石英晶體的壓電效應(yīng) XYZ天然結(jié)構(gòu)：六角棱柱體天然結(jié)構(gòu)：六角棱柱體晶體學(xué)常用三根相晶體學(xué)常用三根相互垂直的軸來表示互垂直的軸來表示3.3.3 壓電式壓電式壓力傳感器壓力傳感器B 壓電式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)壓電式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)更換壓電元件可改變壓力的測量范圍更換壓電元件可改變壓力的測量范圍,還可用多個(gè)壓電元還可用多個(gè)壓電元件疊加的方式提高儀表的靈敏度。件疊加的方式提高儀表的靈敏度。 特點(diǎn)特點(diǎn):體

20、積小體積小,結(jié)構(gòu)簡單緊湊結(jié)構(gòu)簡單緊湊,全密封全密封,工作可靠工作可靠;固有頻率高固有頻率高,不需外加電源不需外加電源;適于工作頻率高的壓力測量。適于工作頻率高的壓力測量。3.3.3 壓電式壓電式壓力傳感器壓力傳感器1絕緣體絕緣體; 2壓電元件壓電元件; 3殼體殼體; 4 -膜片膜片; C 工作原理工作原理:被測壓力均勻作用在膜被測壓力均勻作用在膜片上片上,使壓電元件受力而產(chǎn)生電荷。使壓電元件受力而產(chǎn)生電荷。電荷量經(jīng)放大轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出電荷量經(jīng)放大轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出,其大小與輸入壓力成正比。其大小與輸入壓力成正比。測量范圍測量范圍:070MPa,測量精確度為測量精確度為1, 0.2, 0.

21、06。 引線引線3.3.4 應(yīng)變式應(yīng)變式壓力傳感器壓力傳感器材料的電阻變化取決于材料的電阻變化取決于“應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)”和和“壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)” 。應(yīng)變片是基于應(yīng)變片是基于應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)工作的一種壓力敏感元件。工作的一種壓力敏感元件。金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值為：的電阻值為：lRA 12dldAddRdRlA 為應(yīng)變材料的泊松比為應(yīng)變材料的泊松比;=dl/l為應(yīng)變。為應(yīng)變。2-llRRRdRdldAddldAdAAlAA -drdlrl-,dRdldAdRlA 22()2,dAdrdrArr A 理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ) 由由幾何尺寸變化引起的。幾何尺寸變化引起的。電阻絲在外電阻絲在外

22、力作用時(shí)力作用時(shí)發(fā)生機(jī)械變形發(fā)生機(jī)械變形,其電阻隨之發(fā)生變化的現(xiàn)象其電阻隨之發(fā)生變化的現(xiàn)象,叫叫應(yīng)變效應(yīng)。應(yīng)變效應(yīng)。3.3.4 應(yīng)變式應(yīng)變式壓力傳感器壓力傳感器 12 d 由由電阻率電阻率變化引起的。受變化引起的。受壓壓力后力后,其晶格間距發(fā)生其晶格間距發(fā)生 變化變化,電阻率電阻率隨隨壓壓力變化的現(xiàn)象力變化的現(xiàn)象,叫叫壓阻效應(yīng)。壓阻效應(yīng)。 12dRdldAddRlA A 理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)導(dǎo)體阻值的變化導(dǎo)體阻值的變化只取決于只取決于電阻率和電阻率和材料材料幾何尺寸的變化。幾何尺寸的變化。金屬金屬材料材料,以以應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)為主為主,稱為金屬稱為金屬電阻電阻應(yīng)變片應(yīng)變片,制成制成應(yīng)變式壓力傳感器

23、應(yīng)變式壓力傳感器。半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料材料,以以壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)為主為主,稱為半導(dǎo)體應(yīng)變片稱為半導(dǎo)體應(yīng)變片,制成制成壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器。電阻率的變化與電阻絲體積的變化成正比電阻率的變化與電阻絲體積的變化成正比,即：即：3.3.4 應(yīng)變式應(yīng)變式壓力傳感器壓力傳感器dddd()(12 )VAlmmmVAl dd121212RmKR K為為電阻電阻應(yīng)變靈敏系數(shù)。應(yīng)變靈敏系數(shù)。A 理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)組成組成:彈性元件、應(yīng)變片以及相應(yīng)測量電路。彈性元件、應(yīng)變片以及相應(yīng)測量電路。 3.3.4 應(yīng)變式應(yīng)變式壓力傳感器壓力傳感器B 應(yīng)變式應(yīng)變式壓力傳感器壓力傳感器壓力壓力p應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變

24、電阻發(fā)生變化電阻發(fā)生變化毫伏電勢。毫伏電勢。測量片測量片R1沿應(yīng)變筒軸向貼放沿應(yīng)變筒軸向貼放;溫度補(bǔ)償片溫度補(bǔ)償片R5沿徑向貼放。沿徑向貼放。圓筒形應(yīng)變壓力傳感器及應(yīng)變檢測橋路圓筒形應(yīng)變壓力傳感器及應(yīng)變檢測橋路R1R5R1R5應(yīng)變片測量電路應(yīng)變片測量電路VER1R2R3R424131423-()()R RR RVERRRR 1234,RRRRRRdR 4EdRVR dRKR 金屬應(yīng)變片：金屬應(yīng)變片：V與應(yīng)變成線形關(guān)系與應(yīng)變成線形關(guān)系,可以用電橋測量電壓測量應(yīng)變。可以用電橋測量電壓測量應(yīng)變。4EVK 應(yīng)變電阻片應(yīng)變電阻片將一根電阻絲彎曲且并行地排列成柵形將一根電阻絲彎曲且并行地排列成柵形,貼附在

25、基板上成為電貼附在基板上成為電阻柵阻柵;金屬絲兩端有引出線金屬絲兩端有引出線;線柵上蓋絕緣的保護(hù)片。線柵上蓋絕緣的保護(hù)片。電阻絲一般為高阻金屬細(xì)絲如康銅絲。直徑電阻絲一般為高阻金屬細(xì)絲如康銅絲。直徑=0.020.04mm,長長L=25150mm,寬寬D=330mm,電阻值電阻值R0為為60,120 200 300,500,1000。(a) (a) 絲式應(yīng)變片絲式應(yīng)變片 (b) (b) 箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片圖圖6 62 2 應(yīng)變電阻片的結(jié)構(gòu)應(yīng)變電阻片的結(jié)構(gòu)應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變片金屬應(yīng)變片案例：案例：橋梁固有頻率測量橋梁固有頻率測量案例：沖床生產(chǎn)記數(shù)和生產(chǎn)過程監(jiān)測案例：沖床生產(chǎn)記數(shù)和生產(chǎn)過程監(jiān)測壓阻效應(yīng)

26、壓阻效應(yīng):單晶半導(dǎo)體單晶半導(dǎo)體受到外力作用時(shí)受到外力作用時(shí),其載流子的遷移率其載流子的遷移率發(fā)生變化發(fā)生變化,而改變其電阻率而改變其電阻率,從而引起電阻值的相對變化從而引起電阻值的相對變化, 這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。Ke為壓阻系數(shù)為壓阻系數(shù), 為應(yīng)力。為應(yīng)力。 ed RKR 3.3.5 壓阻式壓阻式壓力傳感器壓力傳感器工作原理工作原理:利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成。利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成。用集成電路工藝用集成電路工藝,在單晶硅的在單晶硅的特定方向上擴(kuò)散一組等值電阻特定方向上擴(kuò)散一組等值電阻,并接成橋路。并接成橋路。3.3.5 壓阻式壓阻式壓力傳感器壓力傳感器

27、當(dāng)當(dāng)p變化時(shí)變化時(shí),使使膜片變形膜片變形,膜片上膜片上的電阻的電阻值發(fā)生變化值發(fā)生變化,使電橋輸出使電橋輸出相應(yīng)壓力變化的相應(yīng)壓力變化的電信號電信號。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):特點(diǎn)特點(diǎn):精度高精度高.工作可靠工作可靠.頻率響應(yīng)高頻率響應(yīng)高.遲滯小遲滯小.尺寸小尺寸小.重量輕重量輕.結(jié)構(gòu)簡單。結(jié)構(gòu)簡單。適于惡劣環(huán)境下使用適于惡劣環(huán)境下使用,便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化。便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化?？蓽y差壓可測差壓.速度速度.高度高度.加速度等參數(shù)。加速度等參數(shù)。MPM280OEM裝配型壓阻式壓力傳感器裝配型壓阻式壓力傳感器通用型通用型MPM380型壓阻式壓力傳感器型壓阻式壓力傳感器3.4 真空計(jì)真空計(jì) 真空計(jì)真空計(jì)是檢測真空度的

28、儀表。是檢測真空度的儀表。按按真空計(jì)刻度方法分類真空計(jì)刻度方法分類:絕對真空計(jì)和相對真空計(jì)。絕對真空計(jì)和相對真空計(jì)。分類分類:絕對真空計(jì)絕對真空計(jì):U形管壓力計(jì)、形管壓力計(jì)、壓縮式真空計(jì)壓縮式真空計(jì)等；等；相對真空計(jì)相對真空計(jì):熱傳導(dǎo)真空計(jì)熱傳導(dǎo)真空計(jì)和和電離式真空計(jì)電離式真空計(jì)等。等。按按真空計(jì)測量原理分類真空計(jì)測量原理分類:直接測量和間接測量真空計(jì)。直接測量和間接測量真空計(jì)。真空度較小時(shí)真空度較小時(shí),采用直接測量真空計(jì)采用直接測量真空計(jì);真空度較大時(shí)真空度較大時(shí),采用采用間間接測量真空計(jì)接測量真空計(jì)。比較管比較管3.4.1 壓縮式真空計(jì)壓縮式真空計(jì)(麥?zhǔn)险婵沼?jì)麥?zhǔn)险婵沼?jì)) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):工作原

29、理工作原理:根據(jù)波義耳定律根據(jù)波義耳定律,即在溫度不變的條件下即在溫度不變的條件下, 氣體壓力與體積成反比的氣體壓力與體積成反比的關(guān)系來測量真空度。關(guān)系來測量真空度。壓縮前、后壓強(qiáng)與體積變化關(guān)系為：壓縮前、后壓強(qiáng)與體積變化關(guān)系為： 2224dHVpKH p被測空間的真空度被測空間的真空度;V測量管的容積測量管的容積;H水銀柱的高度差水銀柱的高度差;VC=d2H/4 測量管內(nèi)氣體容積。測量管內(nèi)氣體容積。()cpVpH V,CVV3.4.1 壓縮式真空計(jì)壓縮式真空計(jì) 特點(diǎn)：特點(diǎn)： (1)刻度與氣體種類無關(guān)刻度與氣體種類無關(guān),這是對永久性氣體而言。這是對永久性氣體而言。 (2)測量范圍較寬、精度較高

30、。測量范圍較寬、精度較高。 (3)不能連續(xù)測量。由于每測量一次需升降水銀一次，不能連續(xù)測量。由于每測量一次需升降水銀一次， 不能連續(xù)讀數(shù)不能連續(xù)讀數(shù),操作費(fèi)時(shí)。操作費(fèi)時(shí)。 (4)水銀蒸氣對人體有害。水銀蒸氣對人體有害。 (5) 不能測量蒸汽的壓強(qiáng)。不能測量蒸汽的壓強(qiáng)?？蓽y量可測量1Pa133.3Pa的真空度。的真空度。3.4.2 熱電偶式真空計(jì)熱電偶式真空計(jì)工作原理工作原理:利用發(fā)熱絲周圍氣體的導(dǎo)熱率與氣體的稀薄程利用發(fā)熱絲周圍氣體的導(dǎo)熱率與氣體的稀薄程度度(真空度真空度)間的關(guān)系。間的關(guān)系。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):玻璃管內(nèi)封裝兩組金屬絲。玻璃管內(nèi)封裝兩組金屬絲。一組一組:加熱絲加熱絲,是是鉑絲鉑絲或或鎢

31、絲鎢絲,通入恒通入恒定的加熱電流；定的加熱電流；一組一組:熱電偶熱電偶熱電極熱電極,工作端焊在加工作端焊在加熱絲上熱絲上, 測測加熱絲表面溫度加熱絲表面溫度,一般用一般用鎳鉻鎳鉻康銅康銅熱電偶。熱電偶。工作過程工作過程:通被測真空度通被測真空度p(真空度真空度升高升高)加熱絲附近氣體逐漸稀薄加熱絲附近氣體逐漸稀薄,導(dǎo)熱率導(dǎo)熱率散失的熱量散失的熱量(I恒定恒定 加熱絲產(chǎn)生的熱量不變加熱絲產(chǎn)生的熱量不變) 熱絲的溫度熱絲的溫度 熱電偶輸出熱電偶輸出熱電勢熱電勢,在顯示儀表上顯示真空度。在顯示儀表上顯示真空度。3.4.2 熱電偶式真空計(jì)熱電偶式真空計(jì)測量上限通常為測量上限通常為13.33mPa(即即

32、10-4mmHg )。特點(diǎn)特點(diǎn):可測量氣體和蒸汽的壓力可測量氣體和蒸汽的壓力,把真空度變換為電信號把真空度變換為電信號,可實(shí)現(xiàn)自動檢測和控制可實(shí)現(xiàn)自動檢測和控制;但能夠檢測的真空度不太高但能夠檢測的真空度不太高,而且怕振動。而且怕振動。3.4.3 電離式真空計(jì)電離式真空計(jì)工作原理工作原理:帶電粒子帶電粒子(電子電子)通過稀薄氣體時(shí)通過稀薄氣體時(shí),使氣體分子電使氣體分子電離離;其它條件不變時(shí)其它條件不變時(shí),氣體分子電離的離子數(shù)氣體分子電離的離子數(shù),正比于氣體正比于氣體壓強(qiáng)壓強(qiáng),測出離子數(shù)測出離子數(shù)(即離子電流即離子電流),就可知被測空間的真空度。就可知被測空間的真空度。按按電離方式電離方式分類分

33、類:熱陰極熱陰極電離電離真空計(jì)真空計(jì); 冷陰極冷陰極電離電離真空計(jì)真空計(jì); 放射性放射性電離電離真空計(jì)真空計(jì)。熱陰極電離真空計(jì)結(jié)構(gòu)熱陰極電離真空計(jì)結(jié)構(gòu):由密封于玻璃管內(nèi)的三個(gè)電極組成。由密封于玻璃管內(nèi)的三個(gè)電極組成。即陰極即陰極.加速極加速極.收集極。收集極。1-燈絲燈絲; 2-陰極陰極;3-加速極加速極; 4-收集極收集極加速極電位為加速極電位為100300V,陰極電位為陰極電位為0V, 收集極電位為收集極電位為-10V-40V。3.4.3 電離式真空計(jì)電離式真空計(jì)燈絲加熱陰極燈絲加熱陰極,發(fā)射電子使氣體分子電離。發(fā)射電子使氣體分子電離。過程過程:加速極加速空間的電子加速極加速空間的電子,到

34、達(dá)加速極上到達(dá)加速極上,形成發(fā)射電流形成發(fā)射電流ie。1-燈絲燈絲; 2-陰極陰極;3-加速極加速極; 4-收集極收集極0V+-收集極收集內(nèi)部空間形成的正離子而收集極收集內(nèi)部空間形成的正離子而形成的離子電流形成的離子電流i+。被測真空度與離子電流被測真空度與離子電流i+和發(fā)射電流和發(fā)射電流ie關(guān)系如下關(guān)系如下:1eipSi S真空計(jì)管常數(shù)。真空計(jì)管常數(shù)。pKi 3.4.3 電離式真空計(jì)電離式真空計(jì)特點(diǎn)特點(diǎn):可測高真空可測高真空, 測量范圍寬測量范圍寬;不受振動影響不受振動影響;反應(yīng)快反應(yīng)快, 滯后小。但與氣體的種類有關(guān)滯后小。但與氣體的種類有關(guān); 在高氣壓時(shí)測量精度不高在高氣壓時(shí)測量精度不高;

35、特別是系統(tǒng)漏氣時(shí)特別是系統(tǒng)漏氣時(shí),燈絲立即燒毀。燈絲立即燒毀。測量范圍測量范圍:0.1333Pa1.333Pa。根據(jù)工藝生產(chǎn)過程的要求根據(jù)工藝生產(chǎn)過程的要求,結(jié)合各方面的情況結(jié)合各方面的情況,加以全面加以全面考慮和具體的分析?？紤]和具體的分析。3.5 壓力檢測儀表選用壓力檢測儀表選用3.5.1 壓力壓力檢測儀檢測儀表的選擇表的選擇(1). 儀表量程的選擇儀表量程的選擇測測穩(wěn)定壓力穩(wěn)定壓力時(shí)時(shí),P上限上限 4/3 Pmax;測測脈動壓力脈動壓力時(shí)時(shí),P上限上限 3/2 Pmax;測測高壓高壓時(shí)時(shí),P上限上限 5/3 Pmax; 最小值最小值,PminN/3 。(2). 儀表精度的選擇儀表精度的選

36、擇在滿足生產(chǎn)要求的情況下盡可能選用精度較低、價(jià)廉耐在滿足生產(chǎn)要求的情況下盡可能選用精度較低、價(jià)廉耐用的壓力表。用的壓力表。K% |允允|現(xiàn)現(xiàn) (3). 儀表類型的選擇儀表類型的選擇必須滿足工藝生產(chǎn)必須滿足工藝生產(chǎn),考慮被測介質(zhì)、現(xiàn)場條件和工藝要求。考慮被測介質(zhì)、現(xiàn)場條件和工藝要求。實(shí)際量程符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。我國出廠的壓力實(shí)際量程符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。我國出廠的壓力(差壓差壓)儀表的量程系列儀表的量程系列:(1.0,1.6,2.5,4.0,6.0)10nPa。解：由于是往復(fù)式壓縮機(jī)解：由于是往復(fù)式壓縮機(jī),則儀表的上限值為：則儀表的上限值為：P上限上限3/2Pmax 3/22842MPa, 根據(jù)就

37、地觀察及能高低報(bào)警根據(jù)就地觀察及能高低報(bào)警,查表選電接點(diǎn)壓力表查表選電接點(diǎn)壓力表,測測量范圍為量范圍為060MPa。max1100%100%1.67%600N 允允例例:某臺往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力范圍為某臺往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力范圍為2528MPa,測量測量誤差不得大于誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察。工藝上要求就地觀察,能高低報(bào)警能高低報(bào)警, 試正確選用一臺壓力表試正確選用一臺壓力表,指出型號、精度與測量范圍。指出型號、精度與測量范圍。 下限值下限值:因因PminN/3=60/3=20 ,則則Pmin=2520MPa,滿足滿足要求。要求。 精度等級精度等級:選選1.5級級, 060M

38、Pa,YX-150A型電接點(diǎn)壓力表。型電接點(diǎn)壓力表。壓力計(jì)的安裝正確與否壓力計(jì)的安裝正確與否,直接影響到測量的準(zhǔn)確性和壓力直接影響到測量的準(zhǔn)確性和壓力計(jì)的使用壽命。計(jì)的使用壽命。(1).取壓點(diǎn)的選擇：能反映被測壓力的真實(shí)大小。取壓點(diǎn)的選擇：能反映被測壓力的真實(shí)大小。(a).要選在被測介質(zhì)要選在被測介質(zhì)直線流動的管道部分直線流動的管道部分,不要選在管路不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。(b).測量流動介質(zhì)的壓力時(shí)測量流動介質(zhì)的壓力時(shí),應(yīng)使取壓點(diǎn)與流動方向垂直應(yīng)使取壓點(diǎn)與流動方向垂直,取壓管內(nèi)端面與生產(chǎn)設(shè)備連接處的內(nèi)壁應(yīng)保持齊平取壓管內(nèi)端面

39、與生產(chǎn)設(shè)備連接處的內(nèi)壁應(yīng)保持齊平.不應(yīng)不應(yīng)有凸出物或毛刺。有凸出物或毛刺。(c).測量液體壓力時(shí)測量液體壓力時(shí),取壓點(diǎn)應(yīng)在管道下部、使導(dǎo)壓管內(nèi)取壓點(diǎn)應(yīng)在管道下部、使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存氣體不積存氣體;測量氣體壓力時(shí)測量氣體壓力時(shí),取壓點(diǎn)應(yīng)在管道上方取壓點(diǎn)應(yīng)在管道上方,使管道內(nèi)不積存使管道內(nèi)不積存液體。液體。3.5.2 壓力計(jì)的安裝壓力計(jì)的安裝(2).導(dǎo)壓管的鋪設(shè)導(dǎo)壓管的鋪設(shè)(a).導(dǎo)壓管的粗細(xì)要合適導(dǎo)壓管的粗細(xì)要合適,一般內(nèi)徑為一般內(nèi)徑為68mm,長度盡可能長度盡可能短短,一般為一般為350m,超過超過50m選用電遠(yuǎn)傳壓力表。選用電遠(yuǎn)傳壓力表。(b).導(dǎo)壓管水平安裝時(shí)導(dǎo)壓管水平安裝時(shí),應(yīng)保證有傾斜度

40、應(yīng)保證有傾斜度(1:101:20),以利以利于積存于其中的液體或氣體排出。于積存于其中的液體或氣體排出。(c).當(dāng)被測介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時(shí)當(dāng)被測介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時(shí),必須加保溫裝置。必須加保溫裝置。(d).取壓口到壓力表之間應(yīng)有切斷閥取壓口到壓力表之間應(yīng)有切斷閥,以備檢修壓力計(jì)。以備檢修壓力計(jì)。應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方。應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方。(3).壓力表的安裝壓力表的安裝(a).安裝在易觀察和檢修的地方安裝在易觀察和檢修的地方,避免振動和高溫。避免振動和高溫。(b).儀表應(yīng)垂直于水平面安裝儀表應(yīng)垂直于水平面安裝,并與取壓口在同一高度并與取壓口在同一高度,否則需考慮附加高度誤差否則需考慮附加高度誤差(p=Hg)的修正。的修正。(c).儀表安裝處與測量點(diǎn)的距離應(yīng)盡量短儀表安裝處與測量點(diǎn)的距離應(yīng)盡量短,以免指示遲緩。以免指示遲緩。3.5.2 壓力計(jì)的安裝壓力計(jì)的安裝壓力表位于生產(chǎn)設(shè)備下安裝示意圖 312p1 壓 力 表 ； 2 切 斷閥 ； 3 生 產(chǎn) 設(shè) 備壓力傳感器安裝高度應(yīng)與取壓點(diǎn)相同或相近壓力傳感器安裝高度應(yīng)與取壓點(diǎn)相同或相近注意修正注意修正(d).保證密封性保證密封性,不應(yīng)有泄漏現(xiàn)象出現(xiàn)不應(yīng)有泄漏現(xiàn)象出現(xiàn),特別是易燃易