壓力檢測電氣壓力計

1、三、電氣式壓力計電阻式電容式壓電式11.應(yīng)變式電氣壓力傳感器應(yīng)變式傳感器是利用金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)，將被測量轉(zhuǎn)換為電量輸出的一種傳感器。21）電阻應(yīng)變效應(yīng)及工作原理當金屬或半導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化-這種現(xiàn)象稱電阻應(yīng)變效應(yīng)取一根長度為L，截面積為S，電阻率為 的金屬絲，未受力時其電阻R為（3 -1）3 當電阻絲受到拉力F作用時, 將伸長L, 橫截面積相應(yīng)減小S, 電阻率將因晶格發(fā)生變形等因素而改變, 故引起電阻值相對變化量為式中L/L是長度相對變化量, 用應(yīng)變表示S/S為圓形電阻絲的截面積相對變化量, 即 （3 -2）（3 -3）（3 -4）在彈性范圍內(nèi), 金屬絲受拉力時

2、, 沿軸向伸長, 沿徑向縮短, 那么軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為（3-5）4式中: 電阻絲材料的泊松比, 負號表示應(yīng)變方向相反。 將式（3 - 3）, 式（3 - 5）代入式（3 - 2）, 可得 或（3-6）（3-7）C由材料及加工 方法決定代入式（3 - 6）對于金屬材料電阻應(yīng)變效應(yīng)5對于半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料在受力方向的壓阻系數(shù)壓阻效應(yīng)代入式（3 - 6）通式 通常把單位應(yīng)變引起的電阻值變化稱為應(yīng)變靈敏度系數(shù)。 k0- 應(yīng)變靈敏度系數(shù)6靈敏度系數(shù)受兩個因素影響: 受力后材料幾何尺寸的變化, 即（1+2）; 受力后材料的電阻率發(fā)生的變化, 即/ 。7金屬應(yīng)變片 絲式 箔式 薄膜式2)應(yīng)變

3、片的基本結(jié)構(gòu) 金屬應(yīng)變片 半導(dǎo)體應(yīng)變片8金屬絲式應(yīng)變片電阻絲直徑0.0150.05mm9金屬箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片是在絕緣基底上，將厚度為0.0030.01mm電阻箔材，利用照相制版或光刻技術(shù)，制成各種需要的形狀。優(yōu)點：可制成多種復(fù)雜形狀尺寸準確的敏感柵；與被測件粘結(jié)面積大；散熱條件好，允許電流大，提高了輸出靈敏度；橫向效應(yīng)??；蠕變和機械滯后小，壽命長。缺點：電阻值的分散性大10金屬薄膜應(yīng)變片 采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法在薄的絕緣基片上形成厚度在0.1微米以下的金屬電阻材料薄膜的敏感柵，最后再加上保護層。優(yōu)點：應(yīng)變靈敏系數(shù)大，允許電流密度大。存在問題：溫度穩(wěn)定性差11半導(dǎo)體應(yīng)變片用單晶硅、鍺制

4、成。P型單晶硅結(jié)構(gòu)如圖。在直角坐標系中它有許多晶軸方向，實驗發(fā)現(xiàn)沿不同晶軸方向壓阻系數(shù)相差很大（電阻率變化相差很大）。 由硅、鍺單晶沿特定晶軸方向切片而成123)應(yīng)用4)測量電路應(yīng)變式壓力傳感器原理圖13應(yīng)變式傳感器舉例.應(yīng)變式力傳感器 14梁式力傳感器15輪輻式力傳感器16電橋放大器R1R3R2R4ADCB+-+-EU0只有R1為工作片，P對于半等臂電橋R1 、R2為工作片，PR1 、R2、 R3、 R4為工作片，P對于全等臂電橋172.壓阻式壓力傳感器擴散硅型壓阻傳感器在一塊圓形的單晶硅膜片上, 布置(擴散)四個擴散電阻, 組成一個全橋測量電路。 當存在壓差時, 膜片產(chǎn)生變形, 使兩對電阻

5、的阻值發(fā)生變化, 電橋失去平衡, 其輸出電壓反映膜片承受的壓差的大小。 18 壓阻式壓力傳感器的主要優(yōu)點是體積小, 結(jié)構(gòu)比較簡單, 動態(tài)響應(yīng)也好, 靈敏度高, 能測出十幾帕斯卡的微壓, 它是一種比較理想, 目前發(fā)展和應(yīng)用較為迅速的一種壓力傳感器。 這種傳感器測量準確度受到非線性和溫度的影響, 從而影響壓阻系數(shù)的大小。 現(xiàn)在出現(xiàn)的智能壓阻壓力傳感器利用微處理器對非線性和溫度進行補償, 它利用大規(guī)模集成電路技術(shù), 將傳感器與計算機集成在同一塊硅片上, 兼有信號檢測、 處理、 記憶等功能, 從而大大提高傳感器的穩(wěn)定性和測量準確度。 193.電容式壓力傳感器204.壓電式壓力傳感器Q=k s p Q電

6、荷量 S-作用面積 P壓力 K-壓電常數(shù)p21四、 智能式變送器 智能型壓力或差壓變送器是在普通壓力或差壓傳感器的基礎(chǔ)上增加微處理器電路而形成的智能檢測儀表。 智能變送器的特點性能穩(wěn)定,可靠性好,測量精度高,基本誤差僅為0.1%。量程范圍可達1001 ,時間常數(shù)可在036s內(nèi)調(diào)整,有較寬的零點遷移范圍。具有溫度、靜壓的自動補償功能,在檢測溫度時,可對非線性進行自動校正。具有數(shù)字、模擬兩種輸出方式,能夠?qū)崿F(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊,可以與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)和上位計算機相連。可以進行遠程通訊,通過現(xiàn)場通訊器,使變送器具有自修正、自補償、自診斷及錯誤方式告警等多種功能,簡化了調(diào)整、校準與維護過程,使維護和使用都十分方

7、便。22舉例以美國費希爾-羅斯蒙特公司的3051C型智能差壓變送器為例介紹其工作原理。圖2-9 3051C型智能差壓變送器（420mA）方框圖智能變送器的結(jié)構(gòu)原理從整體上來看,由硬件和軟件兩大部分組成。 從電路結(jié)構(gòu)上來看,包括傳感器部件和電子部件兩部分。 23五、壓力計的選用與安裝1.壓力儀表的選用：類型選擇功能：顯示、報警、記錄、傳送（數(shù)字、模擬）介質(zhì)條件：溫度、腐蝕性、粘度、臟污程度、易燃易爆； 如：氨氣表防腐，氧氣表禁油。現(xiàn)場環(huán)境條件：溫度、震動、電磁場等。量程與盤面大小測量穩(wěn)定壓力Pmax 2/3量程(上限), Pmin1/3量程;測量脈動壓力Pmax 1/2量程; 測高壓Pmax 3/5量程.盤面大小應(yīng)方便安裝和觀察。精度等級 根據(jù)工藝要求所允許的最大測量誤差確定。24例題分析1.某臺往復(fù)式壓縮機的出口壓力范圍為2528MPa，測量誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察，并能高低限報警，試正確選用一臺壓力表，指出型號、精度與測量范圍。 解由于往復(fù)式壓縮機的出口壓力脈動較大，所以選擇儀表的上限值為 根據(jù)就地觀察及能進行高低限報警的要求，由本章附錄，可查得選用YX-150型電接點壓力表，測量范圍為060MPa。 由于 ，故被測壓力的最小值不低于滿量程的1/3，這是允許的。另外，根據(jù)測量誤差的要求，可算得允許誤差為 所以，精度等級為1.5級的儀表完全可以