壓力儀表-員工培訓(xùn).ppt

1、壓力測量,壓力的 基本概念 液柱式壓力計 U型管壓力計、單管壓力計、斜管式微壓計 彈性式壓力計 彈簧管式、膜片（盒）式、波紋管式 電氣式壓力測量 電容式壓力壓差變送器、霍爾壓力變送器、壓電式壓力傳感器、固體壓阻式壓力壓差傳感器 壓力檢測儀表的選擇,壓力 垂直作用于物體表面上的力 壓強 垂直作用于單位面積物體表面上的力 在建筑環(huán)境與設(shè)備的測試中，并不嚴格區(qū)分壓力和壓強。通常所說的壓力實際上是指壓強。 壓差 測量兩個壓力之差稱壓差 表壓力 壓力儀表指示的壓力值 缺省情況下，所說的壓力值即指表壓力 表壓力可正可負，為負時其絕對值稱為真空度。,概述,一、基本概念,帕(Pa) N/m2，國際單位 兆帕(

2、MPa) 106Pa 工程大氣壓， kgf/cm2 ，98070 Pa 約等于一個大氣壓（1.013e+5 Pa) ，“自來水壓頭是5公斤”，用的就是這個單位。 mmH2O， 9.81 Pa mmHg ，133 Pa,壓力單位,二壓力測量儀表的分類,1液柱式壓力計 2彈性式壓力計 3電氣式壓力計 4活塞式壓力計,液柱式壓力計,分類 U型管壓力計 單管壓力計 斜管式微壓計 特點：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，準確度比較高，常用于測量低壓、負壓、差壓。 缺點：體積大，讀數(shù)不方便，玻璃管易損壞。,一U型管壓力計,假設(shè)被測的介質(zhì)為氣體，可忽略被測介質(zhì)的高度形成的靜壓值。根據(jù)流體靜力學(xué)原理可得：,U型管內(nèi)徑一般為

3、5-20mm，為了減少毛細現(xiàn)象，管子內(nèi)徑一般不少于10mm，,二單管式壓力計,因為A1、A2為常數(shù)，這樣可通過一次讀數(shù)進行壓差測量。當(dāng)A2/A1很小時，h1可忽略，公式簡化為：,Pd,Px,直管,h1,h2,三、斜管式微壓計,P1,主要用于測量微小的壓力、負壓和壓差。為了減少讀數(shù)的相對誤差，拉長液柱，將測量管傾斜放置。,彈性式壓力計一、概述,原理：彈性壓力表是利用各種不同形狀彈性感壓元件在被測壓力的作用下，產(chǎn)生彈性變形制成的測壓儀表 特點：結(jié)構(gòu)簡單、牢固可靠、測壓范圍廣、使用方便、造價低廉、有足夠的精度，可遠傳 常用彈性壓力表： 膜片（盒）式 波紋管式 彈簧管式,二彈性元件及其特性,1膜片式：

4、使用時周邊夾緊，測低壓、微壓。將兩塊膜片沿周邊對焊起來，形成一膜盒，膜盒式微壓計通常用于測量爐膛和煙道尾部負壓。精度等級為2.5，最高可達1.5級。,2波紋管：開口端固定，封閉端的位移作為輸出，由于波紋管的位移相對較大，故靈敏度高，常用于測量較低的壓力（1.0-106Pa） 精度等級1.5級。,3彈簧管： 單圈彈簧管 多圈彈簧管,二彈性元件及其特性,彈簧管壓力計,彈簧管壓力計,電氣式壓力檢測,一電容式壓力傳感器： 將彈性元件的位移轉(zhuǎn)變成電信號。,運算放大器式電路,最大特點：能克服變極距型電容傳感器的非線性,Cx是傳感器電容 C是固定電容 u0是輸出電壓信號,運算放大器式電路原理圖,由運算放大器

5、工作原理可知,結(jié)論：從原理上保證了變極距型電容式傳感器的線性。,電容式差壓/壓力變送器,二壓電式壓力傳感器,壓電效應(yīng)：壓電材料在受壓時會在其表面產(chǎn)生電荷，產(chǎn)生的電荷量與所受的壓力成正比。 壓電材料： 單晶體，例如石英、酒石酸鉀鈉等 多晶體，例如壓電陶瓷，在沒有極化之前，因各單晶體的壓電效應(yīng)都互相抵消表現(xiàn)為電中性，為此必須對壓電陶瓷先進行極化處理，經(jīng)極化處理的壓電陶瓷具有非常高的壓電系數(shù)，為石英的幾百倍。,二壓電式壓力傳感器,特點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，小巧輕便，工作可靠，具有線性度高量程范圍大等優(yōu)點。 缺點：但是由于產(chǎn)生的電荷量少，因此后續(xù)需加高阻抗的直流放大器。由于晶體邊緣上存在漏電現(xiàn)象，因此不能

6、用于穩(wěn)態(tài)測量。,壓電式壓力傳感器結(jié)構(gòu),二壓電式壓力傳感器,三固體壓阻式壓力壓差傳感器,原理： 電阻的尺寸發(fā)生變化，例如電阻的長度、橫截面 積發(fā)生變化將引起電阻的變化。 電阻的電阻率發(fā)生變化也將引起電阻阻值的變化。 分類：應(yīng)變片：受壓或受拉時，電阻的尺寸L、S 發(fā)生變化，引起電阻的變化。 半導(dǎo)體擴散硅：在壓力的作用下，電阻率發(fā) 生變化。 通常半導(dǎo)體擴散硅電阻變化的靈敏度要遠遠高于應(yīng)變片，大約為100倍。,公式：,應(yīng)變效應(yīng)的理論基礎(chǔ) 金屬導(dǎo)體的電阻定律(線材),其全微分：,給出了總電阻的相對變化量與其它三個量的相對變化的關(guān)系。在力的作用下，L、A、均可發(fā)生變化。,1.應(yīng)變式電阻傳感器,材料的泊松比

7、 與 dL/L、dA/A 在力的作用下的相互關(guān)系,得:,A =r 2,y,x,y,y,x,r,dr,L,dL,e,m,m,e,e,e,e,=,-,=,=,=,則有,，,、徑向應(yīng)變?yōu)?設(shè)軸向應(yīng)變?yōu)?K為靈敏系數(shù),c 是一個與材料性質(zhì)和加工方法有關(guān)的常數(shù)。,x,e,-,半導(dǎo)體材料的總電阻的相對變化與應(yīng)變的關(guān)系為：,最后得到半導(dǎo)體應(yīng)變電阻效應(yīng)的靈敏系數(shù) ：,*,討論：一般材料= 0.20.4、E =(0.12.1)1011N/m2、=(4080)10-11m2/N，所以：,由此可見半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)要更大些。,分類 (按敏感柵的結(jié)構(gòu)特點和構(gòu)成材料進行分類),絲式 箔式 半導(dǎo)體式,電阻應(yīng)變片的結(jié)

8、構(gòu)及工作方式 基本結(jié)構(gòu),1-5,工作方式 (工作原理),應(yīng)變片在使用時，用粘合劑粘在試件表面，用來測量試件表面的應(yīng)變的。粘貼時需使柵絲的軸線沿應(yīng)變方向。,注：當(dāng)試件的應(yīng)變方向不單一時，要使用多片。,1直流電橋法,當(dāng)負載電阻R L時，輸出電壓U0,1-6,當(dāng)負載電阻R L為有限值時的輸出電壓U0,實際使用中負載電阻R L雖然無法滿足，但下式很容易滿足：,此時輸出電壓U0仍可表示為：,電橋的平衡條件: 這是我們熟知的：U0=0 R1R4-R2R3=0,電壓靈敏度,根據(jù)電橋的平衡條件，在平衡條件下有：,應(yīng)變片受應(yīng)變作用，電橋從平衡狀態(tài)開始， R 1 R 1+R 1， U0 為：,實際應(yīng)用中，可用電阻

9、應(yīng)變片來代替R1，設(shè)橋臂比n :,(1)單臂電橋,(2)半橋差動電路,由于n = 1 所以,輸出U 0為純線性，且靈敏度提高了一倍。,1-7,(2)全橋電路,輸出U 0為也純線性，且靈敏度又提高了一倍。,1-8,4.應(yīng)變式電阻傳感器的應(yīng)用,應(yīng)變式壓力傳感器 薄板式(膜片式)壓力傳感器 當(dāng)流體的壓強作用在薄板上，薄板就會產(chǎn)生形變(應(yīng)變)，貼在另一側(cè)的應(yīng)變片隨之形變(應(yīng)變)，通過橋式等測量電路，可以測出與應(yīng)變相對應(yīng)的輸出電壓，從而得到壓力的大小。, 貼片位置,在t =r的兩個半徑處分別粘貼個于檢測徑向應(yīng)變和切向應(yīng)變的應(yīng)變片，構(gòu)成全差動電橋。, 筒式應(yīng)變壓力傳感器,性能特點：可用于高壓測量。 結(jié)構(gòu)特

10、點：圓柱盲孔，環(huán)向應(yīng)變。,環(huán)向應(yīng)變p,壁厚較薄時,以上兩款壓力傳感器均是利用彈性元件將壓力轉(zhuǎn)變成應(yīng)變，再用應(yīng)變電阻（應(yīng)變片）將這種應(yīng)變轉(zhuǎn)變成電阻的變化，從而測得作用壓力的大小。金屬應(yīng)變片的性能較為穩(wěn)定，工藝也較為成熟，但比較復(fù)雜，貼片的工藝水平對性能的影響較大，輸出較小。,固態(tài)壓力傳感器 (1)結(jié)構(gòu) 利用半導(dǎo)體擴散技術(shù)，在n型硅基底(硅杯的圓形膜片)上擴散出4個p型電阻，利用其壓阻效應(yīng)，構(gòu)成敏感電橋，當(dāng)壓力作用在薄片上，通過橋式等測量電路，可以測出與應(yīng)變相對應(yīng)的輸出電壓，從而得到壓力的大小。,(2) 受壓圓膜的應(yīng)力分布,徑向 切向, 單晶體的軸向應(yīng)力 單晶體的壓阻系數(shù)(不是圓周率),壓力檢測儀表的選擇與校驗,一壓力檢測儀表的選擇 測壓范圍，測試精度要求，被測介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)。,1.儀表量程選用 為保證安全性，壓力較穩(wěn)定時，最大工作壓力不超過儀表量程的3/4，壓力波動較大時，最大工作壓力不超過儀表量程的2/3。 為保證準確度，最小工作壓力不低于滿量程的1/3。,2儀表精度的選擇,根據(jù)在測量時允許的最大測量誤差選擇儀表，可根據(jù)儀表的精度等級算出用該儀表測量可能引起的最大示值絕對誤差。 另外在選擇儀表時不需一味追求高精度，只要滿足測量精度要求即可。,彈簧管壓力表量程