第五章參數(shù)檢測(cè)技術(shù)中

第五章參數(shù)檢測(cè)技術(shù)中第一頁(yè)，共十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/301、液柱式壓力計(jì)是根據(jù)流體靜力學(xué)原理制成的，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱的高度反映出來(lái)。按其結(jié)構(gòu)形式的不同，分為U型管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)和斜管壓力計(jì)。這類壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，一般適用于測(cè)量低溫、負(fù)壓或壓力差。在生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)壓儀表很多，常用的有彈性式壓力計(jì)、電氣式壓力計(jì)、液柱式壓力計(jì)。2、電氣式壓力計(jì)是用某些機(jī)械或電氣元件將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，如頻率、電壓、電流信號(hào)等來(lái)進(jìn)行測(cè)量的儀表，如霍爾片式壓力變送器、應(yīng)變片式壓力變送器、電阻式壓力表等。這類壓力計(jì)因其檢測(cè)元件動(dòng)態(tài)性能好、耐高溫，因而適用于測(cè)快速變化，脈動(dòng)壓力和超高壓等場(chǎng)合。上頁(yè)下頁(yè)第二頁(yè)，共十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/30電阻應(yīng)變傳感器也適合于對(duì)壓力的測(cè)量，配以合適的彈性元件，可實(shí)現(xiàn)幾十Pa（帕斯卡）至1011Pa大范圍測(cè)量，測(cè)量精度可達(dá)0.1%F·S。應(yīng)變式壓力傳感器（StraintypePressuresensor）有多種彈性元件，但主要用于氣體和液體壓力的測(cè)量，應(yīng)變式壓力傳感器上頁(yè)下頁(yè)第三頁(yè)，共十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/30顯然應(yīng)變值與壁厚成反比。圓筒上端實(shí)心部位處貼的應(yīng)變片R2是溫度補(bǔ)償片，以減小溫度變化引入的誤差。這種傳感器可用于較大壓力的測(cè)量，測(cè)量范圍約106～108Pa。1）圓筒式壓力傳感器圖2－18圓筒式壓力傳感器

這種傳感器的彈性元件是一個(gè)薄壁圓筒，如圖2－18所示。當(dāng)氣體或液體進(jìn)入圓筒內(nèi)對(duì)薄壁產(chǎn)生壓力時(shí)，薄壁產(chǎn)生變形，粘貼在薄壁上的應(yīng)變片產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，應(yīng)變片R1所承受的沿圓周線方向的切向應(yīng)變值為d=D0－D，圓筒的壁厚，上頁(yè)下頁(yè)第四頁(yè)，共十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/302）膜片式壓力傳感器圖2－19膜片式壓力傳感器膜片式壓力傳感器如圖所示，當(dāng)流體進(jìn)入膜盒后，對(duì)膜片產(chǎn)生一定的壓力，此壓力使膜片上的應(yīng)變片承受相應(yīng)的應(yīng)變。圖中R1和R3承受拉應(yīng)變，即徑向應(yīng)變；R2和R4承受壓應(yīng)變，即切向應(yīng)變，四個(gè)應(yīng)變片可接成差動(dòng)全橋測(cè)量電路，從而獲得較高的靈敏度。當(dāng)壓力P均勻地作用于膜片上時(shí)，膜片上各點(diǎn)的徑向應(yīng)變和切向應(yīng)變可由下式確定

上頁(yè)下頁(yè)第五頁(yè)，共十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/30式中P——流體壓力（N/m2）；

μ——泊松比；

E——彈性模量（N/m2）；

h——膜片（薄板）厚度（m）；

——膜片（薄板）有效圓半徑（m）；

X——應(yīng)變片離圓心的徑向距離（m）。當(dāng)壓力P均勻地作用于膜片上時(shí)，膜片上各點(diǎn)的徑向應(yīng)變和切向應(yīng)變可由下式確定

上頁(yè)下頁(yè)第六頁(yè)，共十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/30壓電式壓力傳感器根據(jù)使用要求不同，有多種結(jié)構(gòu)型式，上圖是常見(jiàn)的膜片式壓電壓力傳感器，壓電元件為兩片縱向電效應(yīng)石英晶片，具有良好的線性度和長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性；作用到受壓膜片上的壓力，通過(guò)傳力塊作用到壓電元件上，使晶片產(chǎn)生厚度變形；傳力塊和電極片一般采用不銹鋼制作，以確保壓力能均勻、快速、無(wú)損耗地傳遞到壓電元件上；外殼和機(jī)座應(yīng)有足夠機(jī)械剛度，機(jī)座和傳力塊與晶片的接觸面要有良好的平行度和光潔度。3)壓電式壓力傳感器這種結(jié)構(gòu)的壓力傳感器主要優(yōu)點(diǎn)是有較高的靈敏度和分辨率，測(cè)壓范圍寬。上頁(yè)下頁(yè)第七頁(yè)，共十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/303、彈性式壓力表是利用彈性元件在被測(cè)介質(zhì)的壓力作用下，產(chǎn)生彈性形變的原理而制成的。這類儀表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固可靠、使用方便、價(jià)格低廉、精度尚好和測(cè)量范圍寬，可以用來(lái)測(cè)量幾百帕到上千兆帕范圍內(nèi)的壓力。若增加附加裝置，如記錄機(jī)構(gòu)、電氣變換裝置、控制元件等，則能實(shí)現(xiàn)壓力的記錄、遠(yuǎn)傳、報(bào)警、自動(dòng)控制等。它是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一類測(cè)壓儀表。上頁(yè)下頁(yè)第八頁(yè)，共十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/30彈性元件是彈性式壓力表的傳感元件，測(cè)壓范圍不同，所用的彈性元件亦不同。1）彈性元件彈簧管式彈性元件有單圈和多圈彈簧管之分，后者靈敏度較高。一般用來(lái)測(cè)中壓和高壓，高壓可達(dá)數(shù)百兆帕。但也有時(shí)應(yīng)用于低壓甚至真空度的測(cè)量中。

薄膜式彈性元件和波紋管式彈性元件多用于測(cè)量微壓和低壓。尤其是波紋管在壓力作用下易于變形，位移大，它測(cè)量的壓力一般不超過(guò)1MPa。常用的彈性元件有彈簧管式、薄膜式和波紋管上頁(yè)下頁(yè)第九頁(yè)，共十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/30主要由彈簧管，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，指示機(jī)構(gòu)和表殼部分組成。彈簧管是一根彎曲成圓弧形、橫截面呈橢圓形或乎橢圓形的空心管子。它的一端焊接在壓力表的管座上固定不動(dòng)，并與被測(cè)壓力的介質(zhì)相連通。管子的另一端是封閉的，稱自由端，在壓力的作用下，管子的自由端產(chǎn)生位移。在一定范圍內(nèi)，位移量與所測(cè)壓力呈線性關(guān)系。2）彈簧管壓力表上頁(yè)下頁(yè)第十頁(yè)，共十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/30此外，彈簧管自由端的位移是直線移動(dòng)，而壓力表的指針進(jìn)行的是圓弧形旋轉(zhuǎn)位移。所以必須使用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將彈簧管的微量位移加以放大，并把彈簧管的自由端的直線位移轉(zhuǎn)變?yōu)閮x表指針的圓弧形旋轉(zhuǎn)位移。指示機(jī)構(gòu)包括指針、刻度盤(pán)等，它的主要作用是將彈簧管的變形通過(guò)指針轉(zhuǎn)動(dòng)指示出來(lái)，從而在刻度盤(pán)上讀取直接指示的壓力值。表殼又稱機(jī)座，它的主要作用是固定和保護(hù)儀表的零部件。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)又稱機(jī)芯，是把彈簧管受到壓力作用時(shí)自由端所產(chǎn)生的位移傳遞給刻度指示部分的。它由扇形齒輪，中心齒輪，游絲等組成，彈簧管自由端位移很小，如果不預(yù)先放大很難看出位移的大小。上頁(yè)下頁(yè)第十一頁(yè)，共十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/30在生產(chǎn)中，常需要把壓力控制在一定范圍內(nèi)，以保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。這就需采用帶有報(bào)警或控制觸點(diǎn)的壓力表。將普通彈簧壓力表增加一些附加裝置，即成為此類壓力表，如電接點(diǎn)信號(hào)壓力表。3）電接點(diǎn)信號(hào)壓力表壓力表指針上有動(dòng)觸點(diǎn)2，表盤(pán)上另有兩根可調(diào)節(jié)的指針，即靜觸點(diǎn)1和4。當(dāng)壓力超過(guò)上限值時(shí)，此數(shù)值由靜觸點(diǎn)4給出，動(dòng)觸點(diǎn)2和靜觸點(diǎn)4接觸，紅色信號(hào)燈5的電路被接通，紅燈亮。若壓力低到下限時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)2和靜觸點(diǎn)1接