第2章 压力测量精选文档.ppt

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1、第2章 压力测量本讲稿第一页，共五十五页三种压力表示方法三种压力表示方法三种压力表示方法三种压力表示方法绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力 p pa a表压力表压力表压力表压力 p p负压或真空度负压或真空度负压或真空度负压或真空度 p ph h第一节第一节第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表pa绝对压力零线pphpa大气压p01.01325105Pa绝对压力是指物体所受的实际压力。绝对压力是指物体所受的实际压力。绝对压力是指物体所受的实际压力。绝对压力是指物体所受的实际压力。表压是指一般压力表所测得的压力，它是高于大气压力的绝对压力与大气压力之

2、差，即表压是指一般压力表所测得的压力，它是高于大气压力的绝对压力与大气压力之差，即表压是指一般压力表所测得的压力，它是高于大气压力的绝对压力与大气压力之差，即表压是指一般压力表所测得的压力，它是高于大气压力的绝对压力与大气压力之差，即 真空度是指大气压与低于大气压的绝对压力之差，有时也称为负压，即真空度是指大气压与低于大气压的绝对压力之差，有时也称为负压，即真空度是指大气压与低于大气压的绝对压力之差，有时也称为负压，即真空度是指大气压与低于大气压的绝对压力之差，有时也称为负压，即 由由由由于于于于各各各各种种种种工工工工艺艺艺艺设设设设备备备备和和和和检检检检测测测测仪仪仪仪表表表表通通通通常

3、常常常是是是是处处处处于于于于大大大大气气气气之之之之中中中中，本本本本身身身身就就就就承承承承受受受受着着着着大大大大气气气气压压压压力力力力，因因因因此此此此工工工工程程程程上上上上通通通通常常常常采采采采用用用用表压或者真空度来表示压力的大小，一般的压力检测仪表所指示的压力也是表压或者真空度。表压或者真空度来表示压力的大小，一般的压力检测仪表所指示的压力也是表压或者真空度。表压或者真空度来表示压力的大小，一般的压力检测仪表所指示的压力也是表压或者真空度。表压或者真空度来表示压力的大小，一般的压力检测仪表所指示的压力也是表压或者真空度。除特殊说明之外，以后所提及的压力均指表压。除特殊说明之

4、外，以后所提及的压力均指表压。除特殊说明之外，以后所提及的压力均指表压。除特殊说明之外，以后所提及的压力均指表压。本讲稿第二页，共五十五页压力检测仪表的分类压力检测仪表的分类压力检测仪表的分类压力检测仪表的分类 目前工业上常用的压力检测方法和压力检测仪表很多，根据敏感元件和转换原理目前工业上常用的压力检测方法和压力检测仪表很多，根据敏感元件和转换原理目前工业上常用的压力检测方法和压力检测仪表很多，根据敏感元件和转换原理目前工业上常用的压力检测方法和压力检测仪表很多，根据敏感元件和转换原理的不同，一般分为四类：的不同，一般分为四类：的不同，一般分为四类：的不同，一般分为四类：(1)(1)(1)(

5、1)液柱式压力检测液柱式压力检测液柱式压力检测液柱式压力检测 一般采用充有水或水银等液体的玻璃一般采用充有水或水银等液体的玻璃一般采用充有水或水银等液体的玻璃一般采用充有水或水银等液体的玻璃U U U U形管或单管进行测量。形管或单管进行测量。形管或单管进行测量。形管或单管进行测量。(2)(2)(2)(2)弹弹弹弹性性性性式式式式压压压压力力力力检检检检测测测测 它它它它是是是是根根根根据据据据弹弹弹弹性性性性元元元元件件件件受受受受力力力力变变变变形形形形的的的的原原原原理理理理，将将将将被被被被测测测测压压压压力力力力转转转转换换换换成成成成位位位位移移移移进进进进行行行行测测测测量量量量

6、的的的的。常常常常用用用用的的的的弹弹弹弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管等。性元件有弹簧管、膜片和波纹管等。性元件有弹簧管、膜片和波纹管等。性元件有弹簧管、膜片和波纹管等。(3)(3)(3)(3)电电电电气气气气式式式式压压压压力力力力检检检检测测测测 它它它它是是是是利利利利用用用用敏敏敏敏感感感感元元元元件件件件将将将将被被被被测测测测压压压压力力力力直直直直接接接接转转转转换换换换成成成成各各各各种种种种电电电电量量量量进进进进行行行行测测测测量量量量的的的的仪仪仪仪表表表表，如如如如电电电电阻阻阻阻、电电电电荷荷荷荷量等。量等。量等。量等。(4)(4)(4)(4)活活活活塞塞塞塞式式式式

7、压压压压力力力力检检检检测测测测 它它它它是是是是根根根根据据据据液液液液压压压压机机机机液液液液体体体体传传传传送送送送压压压压力力力力的的的的原原原原理理理理，将将将将被被被被测测测测压压压压力力力力转转转转换换换换成成成成活活活活塞塞塞塞面面面面积积积积上上上上所所所所加加加加平平平平衡衡衡衡砝砝砝砝码码码码的的的的质质质质量量量量来进行测量。来进行测量。来进行测量。来进行测量。活活活活塞塞塞塞式式式式压压压压力力力力计计计计的的的的测测测测量量量量精精精精度度度度较较较较高高高高，允允允允许许许许误误误误差差差差可可可可以以以以小小小小到到到到0.050.050.020.02，它它它它

8、普普普普遍遍遍遍被被被被用用用用作作作作标标标标准准准准仪仪仪仪器对压力检测仪表进行检定。器对压力检测仪表进行检定。器对压力检测仪表进行检定。器对压力检测仪表进行检定。本讲稿第三页，共五十五页液柱式压力检测液柱式压力检测液柱式压力检测液柱式压力检测 液液液液柱柱柱柱式式式式压压压压力力力力检检检检测测测测是是是是以以以以液液液液体体体体静静静静力力力力学学学学原原原原理理理理为为为为基基基基础础础础的的的的，它它它它们们们们一一一一般般般般采采采采用用用用水水水水银银银银或或或或水水水水为为为为工工工工作作作作液液液液，用用用用U U U U型型型型管管管管进进进进行行行行测测测测量量量量，常

9、常常常用用用用于于于于较较较较低低低低压压压压力力力力、负负负负压压压压或或或或压压压压力力力力差差差差的的的的检检检检测。测。测。测。p1 p2p1 p2h(a)(b)特特特特点点点点：直直直直观观观观、可可可可靠靠靠靠、准准准准确确确确度度度度较较较较高高高高等等等等，但但但但U U U U形形形形管管管管只只只只能能能能测测测测量量量量较较较较低低低低的的的的压压压压力力力力或或或或差差差差压压压压，为为为为了了了了便便便便于于于于读读读读数数数数，U U U U形形形形管管管管一一一一般般般般是是是是用用用用玻玻玻玻璃璃璃璃做做做做成成成成，易易易易破破破破损损损损，另另另另外外外外它

10、它它它只只只只能能能能进行现场指示。进行现场指示。进行现场指示。进行现场指示。用用用用U U U U形管进行压力检测，其误差来源主要有：形管进行压力检测，其误差来源主要有：形管进行压力检测，其误差来源主要有：形管进行压力检测，其误差来源主要有：温度误差温度误差温度误差温度误差由使用环境温度的变化引起的测量误差。由使用环境温度的变化引起的测量误差。由使用环境温度的变化引起的测量误差。由使用环境温度的变化引起的测量误差。它它它它主主主主要要要要包包包包括括括括两两两两个个个个方方方方面面面面：一一一一是是是是标标标标尺尺尺尺长长长长度度度度随随随随温温温温度度度度的的的的变变变变化化化化（要要要要

11、求求求求U U U U形形形形管管管管材材材材料料料料的的的的温温温温度度度度系系系系数数数数极极极极小小小小）；二二二二是是是是工工工工作作作作液液液液密密密密度度度度随随随随温温温温度度度度的的的的变变变变化化化化。例例例例如如如如水水水水，当当当当温温温温度度度度从从从从10101010变变变变到到到到20202020时时时时，其其其其密密密密度度度度从从从从999.8kg/m999.8kg/m999.8kg/m999.8kg/m3 3 3 3减减减减小小小小到到到到998.3kg/m998.3kg/m998.3kg/m998.3kg/m3 3 3 3，相相相相对变化量为对变化量为对变化

12、量为对变化量为0.150.150.150.15。安装误差安装误差安装误差安装误差当当当当U U U U形管安装不垂直时将会产生安装误差。例如形管安装不垂直时将会产生安装误差。例如形管安装不垂直时将会产生安装误差。例如形管安装不垂直时将会产生安装误差。例如 若倾斜若倾斜若倾斜若倾斜5555，读数误差约，读数误差约，读数误差约，读数误差约0.380.380.380.38。本讲稿第四页，共五十五页第二节第二节第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计弹性式压力计弹性式压力计弹性式压力检测是用弹性元件把压力转换成弹性元件位移的一种检测方法。弹性式压力检测是用弹性元件把压力转换成弹性元件位移的一种检测方法。

13、弹性式压力检测是用弹性元件把压力转换成弹性元件位移的一种检测方法。弹性式压力检测是用弹性元件把压力转换成弹性元件位移的一种检测方法。平薄膜 波纹膜 波纹管 单圈弹簧管 多圈弹簧管膜膜膜膜 片片片片受受受受压压压压力力力力作作作作用用用用产产产产生生生生位位位位移移移移，可可可可直直直直接接接接带带带带动动动动传传传传动动动动机机机机构构构构指指指指示示示示。但但但但是是是是膜膜膜膜片片片片的的的的位位位位移移移移较较较较小小小小，灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度低低低低，指指指指示示示示精精精精度度度度不不不不高高高高，一一一一般般般般为为为为2.52.5级。膜片更多的是和其他转换元件合起来使用，通过

14、膜片和转换元件把压力转换成电信号；级。膜片更多的是和其他转换元件合起来使用，通过膜片和转换元件把压力转换成电信号；级。膜片更多的是和其他转换元件合起来使用，通过膜片和转换元件把压力转换成电信号；级。膜片更多的是和其他转换元件合起来使用，通过膜片和转换元件把压力转换成电信号；波波波波纹纹纹纹管管管管的的的的位位位位移移移移相相相相对对对对较较较较大大大大，一一一一般般般般可可可可在在在在其其其其顶顶顶顶端端端端安安安安装装装装传传传传动动动动机机机机构构构构，带带带带动动动动指指指指针针针针直直直直接接接接读读读读数数数数。其其其其特特特特点点点点是是是是灵灵灵灵敏敏敏敏高高高高（特特特特别别别

15、别是是是是在在在在低低低低压压压压区区区区），常常常常用用用用于于于于检检检检测测测测较较较较低低低低的压力（的压力（的压力（的压力（1.01.010106 6PaPa），但波纹管迟滞误差较大，精度一般只能达到），但波纹管迟滞误差较大，精度一般只能达到），但波纹管迟滞误差较大，精度一般只能达到），但波纹管迟滞误差较大，精度一般只能达到1.51.5级；级；级；级；弹弹弹弹簧簧簧簧管管管管结结结结构构构构简简简简单单单单、使使使使用用用用方方方方便便便便、价价价价格格格格低低低低廉廉廉廉，它它它它使使使使用用用用范范范范围围围围广广广广，测测测测量量量量范范范范围围围围宽宽宽宽，可可可可以以以以测

16、测测测量量量量负负负负压压压压、微微微微压压压压、低低低低压压压压、中中中中压压压压和和和和高高高高压压压压，因因因因此此此此应应应应用用用用十十十十分分分分广广广广泛泛泛泛。根根根根据据据据制制制制造造造造的要求，仪表精度最高可达的要求，仪表精度最高可达的要求，仪表精度最高可达的要求，仪表精度最高可达0.150.15级。级。级。级。本讲稿第五页，共五十五页弹簧管和弹簧管压力表弹簧管和弹簧管压力表弹簧管和弹簧管压力表弹簧管和弹簧管压力表弹弹弹弹簧簧簧簧管管管管是是是是横横横横截截截截面面面面呈呈呈呈非非非非圆圆圆圆形形形形（椭椭椭椭圆圆圆圆形形形形或或或或扁扁扁扁圆圆圆圆形形形形），弯弯弯弯成

17、圆弧状（中心角常为成圆弧状（中心角常为成圆弧状（中心角常为成圆弧状（中心角常为270270270270）的空心管子。）的空心管子。）的空心管子。）的空心管子。管管管管子子子子的的的的一一一一端端端端为为为为封封封封闭闭闭闭，另另另另一一一一端端端端为为为为开开开开口口口口。闭闭闭闭口口口口端端端端作作作作为为为为自自自自由由由由端端端端，开开开开口口口口端作为固定端。端作为固定端。端作为固定端。端作为固定端。被被被被测测测测压压压压力力力力介介介介质质质质从从从从开开开开口口口口端端端端进进进进入入入入并并并并充充充充满满满满弹弹弹弹簧簧簧簧管管管管的的的的整整整整个个个个内内内内腔腔腔腔，由

18、由由由于于于于弹弹弹弹簧簧簧簧管管管管的的的的非非非非圆圆圆圆横横横横截截截截面面面面，使使使使它它它它有有有有变变变变成成成成圆圆圆圆形形形形并并并并伴伴伴伴有有有有伸伸伸伸直直直直的的的的趋趋趋趋势势势势而而而而产产产产生生生生力力力力矩矩矩矩，其其其其结结结结果果果果使使使使弹弹弹弹簧簧簧簧管管管管的的的的自自自自由由由由端端端端产产产产生生生生位位位位移移移移，同同同同时时时时改改改改变变变变其其其其中中中中心心心心角角角角。位位位位移移移移量量量量（中中中中心心心心角改变量）和所加压力有如下的函数关系：角改变量）和所加压力有如下的函数关系：角改变量）和所加压力有如下的函数关系：角改变

19、量）和所加压力有如下的函数关系：式式式式中中中中0 0 0 0为为为为弹弹弹弹簧簧簧簧管管管管中中中中心心心心角角角角的的的的初初初初始始始始角角角角；为为为为受受受受压压压压后后后后中中中中心心心心角角角角的的的的改改改改变变变变量量量量；R R R R为为为为弹弹弹弹簧簧簧簧管管管管弯弯弯弯曲曲曲曲圆圆圆圆弧弧弧弧的的的的外外外外半半半半径径径径；h h h h为管壁厚度；为管壁厚度；为管壁厚度；为管壁厚度；a a a a、b b b b为弹簧管椭圆形截面的长、短半轴。为弹簧管椭圆形截面的长、短半轴。为弹簧管椭圆形截面的长、短半轴。为弹簧管椭圆形截面的长、短半轴。本讲稿第六页，共五十五页1

20、弹簧管 2拉杆 3扇形齿轮4中心齿轮 5指针 6面板7游丝 8调节螺钉 9接头图3-18 弹簧管压力表弹弹弹弹簧簧簧簧管管管管自自自自由由由由端端端端B B的的的的位位位位移移移移量量量量一一一一般般般般很很很很小小小小，需需需需要要要要通通通通过过过过放放放放大大大大机机机机构构构构才才才才能能能能指指指指示示示示出出出出来来来来,为为为为了了了了加加加加大大大大弹弹弹弹簧簧簧簧管管管管自自自自由由由由端端端端的的的的位位位位移移移移量量量量，也也也也可可可可采采采采用用用用多多多多圈圈圈圈弹弹弹弹簧簧簧簧管管管管，其原理与单圈弹簧管相似。其原理与单圈弹簧管相似。其原理与单圈弹簧管相似。其原

21、理与单圈弹簧管相似。单单单单圈圈圈圈弹弹弹弹簧簧簧簧管管管管压压压压力力力力表表表表是是是是工工工工业业业业现现现现场场场场使使使使用用用用最最最最普普普普遍遍遍遍的的的的就就就就地地地地指指指指示示示示式式式式压压压压力力力力检检检检测测测测仪仪仪仪表表表表（也有电接点输出的弹簧管压力表）（也有电接点输出的弹簧管压力表）（也有电接点输出的弹簧管压力表）（也有电接点输出的弹簧管压力表）弹弹弹弹簧簧簧簧管管管管压压压压力力力力表表表表结结结结构构构构简简简简单单单单、使使使使用用用用方方方方便便便便、价价价价格格格格低低低低廉廉廉廉、测测测测量量量量范范范范围围围围宽宽宽宽，可可可可以测量负压、

22、微压、低压、中压和高压以测量负压、微压、低压、中压和高压以测量负压、微压、低压、中压和高压以测量负压、微压、低压、中压和高压一般的工业用弹簧管压力表的精度等级为一般的工业用弹簧管压力表的精度等级为一般的工业用弹簧管压力表的精度等级为一般的工业用弹簧管压力表的精度等级为1.51.5级或级或级或级或2.52.5级，但根据制造的要求，其精度等级最高可达级，但根据制造的要求，其精度等级最高可达级，但根据制造的要求，其精度等级最高可达级，但根据制造的要求，其精度等级最高可达0.150.15级。级。级。级。本讲稿第七页，共五十五页 在在化化工工生生产产过过程程中中，常常需需要要把把压压力力控控制制在在某某

23、一一范范围围内内，即即当当压压力力低低于于或或高高于于给给定定范范围围时时，就就会会破破坏坏正正常常工工艺艺条条件件，甚甚至至可可能能发发生生危危险险。这这时时就就应应采采用用带带有有报报警警或或控控制制触触点点的的压压力力表表。将将普普通通弹弹簧簧管管压压力力表表稍稍加加变变化化，便便可可成成为为电电接接点点信信号号压压力力表表，它它能能在在压压力力偏偏离离给给定定范范围围时时，及及时时发发出信号，以提醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。出信号，以提醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。警惕！警惕！警惕！警惕！15本讲稿第八页，共五十五页电接点信号压力表1，4 静触

24、点；2 动触点；3 绿灯；5 红灯 压压力力表表指指针针上上有有动动触触点点2 2，表表盘盘上上另另有有两两根根可可调调节节指指针针，上上面面分分别别有有静静触触点点1 1和和4 4。当当压压力力超超过过上上限限给给定定数数值值时时，2 2和和4 4接接触触，红红色色信信号号灯灯5 5的的电电路路被被接接通通，红红灯灯发发亮亮。若若压压力力低低到到下下限限给给定定数数值值时时，2 2与与1 1接接触触，接接通通了了绿绿色色信信号号灯灯3 3的的电电路路。1 1、4 4的的位置可根据需要灵活调节。位置可根据需要灵活调节。16本讲稿第九页，共五十五页膜盒式差压变送器膜盒式差压变送器膜盒式差压变送器

25、膜盒式差压变送器工作原理：力矩平衡工作原理：力矩平衡 检测元件检测元件膜盒或膜片膜盒或膜片 杠杆系统则有单杠杆、双杠杆和矢量机构杠杆系统则有单杠杆、双杠杆和矢量机构 膜盒式差压变送器构成膜盒式差压变送器构成 P P测量部分测量部分测量部分测量部分F Fi i杠杆系统杠杆系统杠杆系统杠杆系统MM放大器放大器放大器放大器反馈部分反馈部分反馈部分反馈部分F Ff fI Io o本讲稿第十页，共五十五页定义定义定义定义电电气气式式压压力力计计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。17优点优点优点优点1.该仪表的测量范围较广测量范围较广，分别可测710-5Pa至5102MPa的压力，允许误差可

26、至0.2；2.由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过程中可以实现压力自动控制和报警，并可与工业控制机联用。第三节第三节 电气式压力计电气式压力计本讲稿第十一页，共五十五页组成组成组成组成 一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。图2-5 电气式压力计组成方框图18第三节第三节 电气式压力计电气式压力计本讲稿第十二页，共五十五页工作原理工作原理工作原理工作原理22先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。图2-8 电容式测量膜盒1中心感应膜片(可动电极)；2固定电极；3测量侧；4隔离膜片一、电容式差压变送器一、电容式差压变

27、送器一、电容式差压变送器一、电容式差压变送器第三节第三节 电气式压力计电气式压力计本讲稿第十三页，共五十五页一、电容式差压变送器一、电容式差压变送器一、电容式差压变送器一、电容式差压变送器电容式差压变送器采用差动电容作为检测元件电容式差压变送器采用差动电容作为检测元件主要包括测量部件和转换放大电路两部分：主要包括测量部件和转换放大电路两部分：差压电容膜盒电容-电流转换电路调零、零迁电路电流放大器反馈电路pCIiIfIzIo测量部分测量部分测量部分测量部分转换放大部分转换放大部分转换放大部分转换放大部分第三节第三节 电气式压力计电气式压力计本讲稿第十四页，共五十五页P=0 Ci1=Ci2=15p

28、F P0 Ci1的电容量减小的电容量减小 Ci2的电容量增大的电容量增大 差动差动电容测量原理电容测量原理电容式差压变送器测量原理电容式差压变送器测量原理电容式差压变送器测量原理电容式差压变送器测量原理 本讲稿第十五页，共五十五页电电容容式式压压力力变变送送器器，目目前前在在工工业业生生产产中中应应用用非非常常广广泛泛，其输出信号也是标准，其输出信号也是标准4 20mADC电流信号。电流信号。电电容容式式压压力力变变送送器器是是先先将将压压力力的的变变化化转转换换为为电电容容量的变化，然后进行测量的。量的变化，然后进行测量的。电电容容式式差差压压变变送送器器的的原原理理图图可可见见传传感感器器

29、有有左左右右固固定定极极板板，在在两两个个固固定定极极板板之之间间是是弹弹性性材材料料制制成成的的测测量量膜膜片片，作作为为电电容容的的中中央央动动极极板板，在在测测量量膜膜片片两两侧侧的的空空腔腔中中充充满硅油满硅油。电电容容式式差差压压变变送送器器的的结结构构可可以以有有效效地地保保护护测测量量膜膜片片，当当差差压压过过大大并并超超过过允允许许测测量量范范围围时时，测测量量膜膜片片将将平平滑滑地地贴贴靠靠在在玻玻璃璃凹凹球球面面上上，因因此此不不易易损损坏坏，与与力力矩矩平平衡衡式式相相比比，电电容容式式没没有有杠杠杆杆传传动动机机构构，因因而而尺尺寸寸紧紧凑凑，密密封封性性与与抗抗振振性

30、好，测量精度相应提高，可达性好，测量精度相应提高，可达0.2级级。本讲稿第十六页，共五十五页19 应应变变片片式式压压力力传传感感器器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。图2-6 应变片压力传感器示意图1应变筒；2外 壳；3密封膜片二、二、二、二、应变片压力应变片压力应变片压力应变片压力/差压变送器差压变送器差压变送器差压变送器本讲稿第十七页，共五十五页二、二、二、二、应变片压力应变片压力应变

31、片压力应变片压力/差压变送器差压变送器差压变送器差压变送器利用金属或半导体材料制成的电阻体的阻值可表示为：利用金属或半导体材料制成的电阻体的阻值可表示为：利用金属或半导体材料制成的电阻体的阻值可表示为：利用金属或半导体材料制成的电阻体的阻值可表示为：当当当当电电电电阻阻阻阻体体体体受受受受外外外外力力力力作作作作用用用用时时时时，电电电电阻阻阻阻体体体体的的的的长长长长度度度度、截截截截面面面面积积积积或或或或电电电电阻阻阻阻率率率率会会会会发发发发生生生生变变变变化化化化，即即即即其其其其阻阻阻阻值值值值也也也也会会会会发发发发生生生生变变变变化化化化。这这这这种种种种因尺寸变化引起阻值变化

32、因尺寸变化引起阻值变化因尺寸变化引起阻值变化因尺寸变化引起阻值变化称为称为称为称为应变效应应变效应应变效应应变效应。应变片多以金属材料为主，一般和弹性元件一起使用应变片多以金属材料为主，一般和弹性元件一起使用应变片多以金属材料为主，一般和弹性元件一起使用应变片多以金属材料为主，一般和弹性元件一起使用。r1r2123P(a)传感器1外壳 2弹性筒 3膜片应应应应变变变变筒筒筒筒的的的的上上上上端端端端与与与与外外外外壳壳壳壳固固固固定定定定在在在在一一一一起起起起，下下下下端端端端与与与与不不不不锈锈锈锈钢钢钢钢密密密密封封封封膜膜膜膜片片片片3 3紧紧紧紧密密密密接接接接触触触触，应应应应变变

33、变变片片片片r r1 1和和和和r r2 2用用用用胶胶胶胶合合合合剂剂剂剂贴贴贴贴紧紧紧紧在在在在应应应应变变变变筒筒筒筒的的的的外外外外壁壁壁壁，与与与与筒筒筒筒体体体体之之之之间间间间不不不不发发发发生生生生相相相相对对对对滑滑滑滑动。动。动。动。r r1 1沿应变筒轴向贴放，作为测量片；沿应变筒轴向贴放，作为测量片；沿应变筒轴向贴放，作为测量片；沿应变筒轴向贴放，作为测量片；r r2 2沿径向贴放，作为温度补偿片。沿径向贴放，作为温度补偿片。沿径向贴放，作为温度补偿片。沿径向贴放，作为温度补偿片。图图图图中中中中应应应应变变变变片片片片r r1 1、r r2 2的的的的静静静静态态态态

34、性性性性能能能能完完完完全全全全相相相相同同同同。当当当当膜膜膜膜片片片片受受受受到到到到外外外外力力力力作作作作用用用用时时时时，弹弹弹弹性性性性筒筒筒筒轴轴轴轴向向向向受受受受压压压压，使使使使应应应应变变变变片片片片r r1 1产产产产生生生生轴轴轴轴向向向向应应应应变变变变，阻阻阻阻值值值值变变变变小小小小；而而而而应应应应变变变变片片片片r r2 2受受受受到到到到轴轴轴轴向向向向压压压压缩缩缩缩，引引引引起起起起径径径径向向向向拉拉拉拉伸伸伸伸，阻阻阻阻值值值值变变变变大大大大。实实实实际际际际上上上上，r r2 2的的的的变变变变化化化化量量量量比比比比r r1 1的的的的变变变

35、变化化化化量量量量要要要要小小小小，r r2 2的的的的主要作用是温度补偿。主要作用是温度补偿。主要作用是温度补偿。主要作用是温度补偿。本讲稿第十八页，共五十五页是是是是应应应应变变变变片片片片阻阻阻阻值值值值变变变变化化化化量量量量的的的的测测测测量量量量电电电电桥桥桥桥，图图图图中中中中R R R R3 3 3 3和和和和R R R R4 4 4 4是是是是两两两两个个个个阻阻阻阻值值值值相相相相等等等等的的的的精精精精密固定电阻。密固定电阻。密固定电阻。密固定电阻。UiEr1r2R3R4AB(b)测量电桥不受压时不受压时不受压时不受压时 r r r r1 1 1 1=r=r=r=r2 2

36、 2 2=r=r=r=r0 0 0 0 R R R R3 3 3 3=R=R=R=R4 4 4 4=r=r=r=r 若应变片受压，则：若应变片受压，则：若应变片受压，则：若应变片受压，则：r r1 1=r=r0 0+r+r1 1；r r2 2=r=r0 0+r+r2 2 (r (r1 1rr2 2)由由由由此此此此可可可可见见见见，由由由由压压压压力力力力作作作作用用用用时时时时，r r1 1和和和和r r2 2一一一一减减减减一一一一增增增增，使使使使电电电电桥桥桥桥由由由由较较较较大大大大的的的的输输输输出出出出；当当当当环环环环境境境境温温温温度度度度发发发发生生生生变变变变化化化化时时

37、时时，r r1 1、r r2 2同同同同时时时时增增增增减减减减，不不不不影影影影响响响响电电电电桥桥桥桥的的的的平平平平衡衡衡衡。如如如如果果果果仪仪仪仪表表表表能能能能把把把把电电电电桥桥桥桥输输输输出出出出电电电电压压压压U Ui i进进进进一一一一步步步步转转转转换换换换为为为为标标标标准准准准信信信信号号号号输输输输出出出出，则则则则该该该该仪仪仪仪表表表表即即即即可可可可称称称称为为为为应应应应变变变变式式式式压压压压力力力力变送器。变送器。变送器。变送器。结结结结论论论论：应应应应变变变变片片片片式式式式压压压压检检检检测测测测仪仪仪仪表表表表具具具具有有有有较较较较大大大大的的

38、的的测测测测量量量量范范范范围围围围，被被被被测测测测压压压压力力力力可可可可达达达达几几几几百百百百MPaMPa，并并并并具具具具有有有有良良良良好好好好的的的的动动动动态态态态性性性性能能能能，适适适适用用用用于于于于快快快快速速速速变变变变化化化化的的的的压压压压力力力力测测测测量量量量。但但但但是是是是，尽尽尽尽管管管管测测测测量量量量电电电电桥桥桥桥具具具具有有有有一一一一定定定定的的的的温温温温度度度度补补补补偿偿偿偿的的的的作作作作用用用用，应应应应变变变变片片片片式式式式压压压压力力力力检检检检测测测测仪仪仪仪表表表表仍仍仍仍有有有有比比比比较较较较明明明明显显显显的的的的温温

39、温温漂漂漂漂和和和和时时时时漂漂漂漂，因因因因此此此此，这这这这种种种种压压压压力力力力检检检检测测测测仪仪仪仪表表表表较较较较多多多多地地地地用用用用于于于于一一一一般般般般要要要要求求求求的的的的动动动动态态态态压压压压力力力力检检检检测测测测，测测测测量量量量精精精精度度度度一一一一般般般般在在在在0.50.51.01.0左右左右左右左右。本讲稿第十九页，共五十五页三、压阻式（扩散硅）压力三、压阻式（扩散硅）压力三、压阻式（扩散硅）压力三、压阻式（扩散硅）压力/差压变送器差压变送器差压变送器差压变送器 因因电阻率变化引起阻值变化电阻率变化引起阻值变化称为称为压阻效应压阻效应。半导体材料的

40、压阻效应比较明显。半导体材料的压阻效应比较明显。用作压阻式传感器的基片材料主要为硅片和锗片，由于单晶硅材料纯、功耗小、滞后和蠕变极小、用作压阻式传感器的基片材料主要为硅片和锗片，由于单晶硅材料纯、功耗小、滞后和蠕变极小、机械稳定性好，而且传感器的制造工艺和硅集成电路工艺有很好的兼容性，以扩散硅压阻传感器作机械稳定性好，而且传感器的制造工艺和硅集成电路工艺有很好的兼容性，以扩散硅压阻传感器作为检测元件的压力检测仪表得到了广泛的使用。为检测元件的压力检测仪表得到了广泛的使用。p2p1硅杯图3-30 压阻式传感器示意图正压侧隔离膜片引出线负压侧隔离膜片硅油本讲稿第二十页，共五十五页三、压阻式（扩散硅

41、）压力三、压阻式（扩散硅）压力三、压阻式（扩散硅）压力三、压阻式（扩散硅）压力/差压变送器差压变送器差压变送器差压变送器 压阻式压力传感器压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成。采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。工作原理工作原理本讲稿第二十一页，共五十五页三、压阻式（扩散硅）压力三、压阻式（扩散硅）压力三、压阻式（扩散硅）压力三、压阻式（扩散硅）压力/差压变送器差压变

42、送器差压变送器差压变送器 特点特点 精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；便于实现显示数字化；可以测量压力，稍加改变，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。图3-12 压阻式压力传感器1基座；2单晶硅片；3导环；4螺母；5密封垫圈；6等效电阻本讲稿第二十二页，共五十五页构成框图：构成框图：扩散硅压阻扩散硅压阻传感器传感器前置前置放大器放大器调零电路调零电路VI转换转换PUSU01UZIO检测部分检测部分检测部分检测部分电磁放大部分电磁放大部分电磁放大部分电磁放大部分本讲稿第二十三页，共五十五页测量部分测量部分扩散硅压阻传感器扩散硅压阻传感器扩散硅压阻传感器扩散硅压

43、阻传感器把被测差压把被测差压P成比例地转换为不平衡电压成比例地转换为不平衡电压US 1.负压室负压室 2.正压室正压室 3.硅杯硅杯4.引线引线 5.硅片硅片Ri1Ri2Ri3Ri4本讲稿第二十四页，共五十五页测量部分测量部分惠斯顿电桥惠斯顿电桥惠斯顿电桥惠斯顿电桥Ri1Ri2Ri3Ri4USRi1Ri2Ri3Ri4IS不受压时：不受压时：Ri1Ri2Ri3Ri4R本讲稿第二十五页，共五十五页测量部分测量部分电压转换电压转换电压转换电压转换 US Ri1Ri2Ri3Ri4IS受压时：受压时：Ri1Ri4r1Ri2Ri3r2受压时，流经受压时，流经2桥臂的电流始终相等桥臂的电流始终相等本讲稿第二

44、十六页，共五十五页结论：结论：压阻式压力传感器的主要压阻式压力传感器的主要优点优点是体积小，结构简单，是体积小，结构简单，其核心部分就是一个既是弹性元件又是压敏元件的单晶硅膜片。其核心部分就是一个既是弹性元件又是压敏元件的单晶硅膜片。扩散电阻的灵敏系数是金属应变片的几十倍，能直接测量出微小的压力变化。扩散电阻的灵敏系数是金属应变片的几十倍，能直接测量出微小的压力变化。此外，压阻式压力传感器还具有良好的动态响应，迟滞小，可用来测量几千赫兹乃至更高的脉动压力。此外，压阻式压力传感器还具有良好的动态响应，迟滞小，可用来测量几千赫兹乃至更高的脉动压力。因此，这是一种发展比较迅速，应用十分广泛的一类压力

45、传感器。因此，这是一种发展比较迅速，应用十分广泛的一类压力传感器。这种传感器的缺点则是扩散电阻存在温度效应，容易受环境温度的影响，有些厂家在传感器组件中提供了这种传感器的缺点则是扩散电阻存在温度效应，容易受环境温度的影响，有些厂家在传感器组件中提供了若干校正用的温度补偿电路，甚至把放大转换等电路集成在同一块单晶硅膜片上，从而可以大大提高传感器的若干校正用的温度补偿电路，甚至把放大转换等电路集成在同一块单晶硅膜片上，从而可以大大提高传感器的基本性能。基本性能。本讲稿第二十七页，共五十五页四、霍尔片式压力传感器四、霍尔片式压力传感器四、霍尔片式压力传感器四、霍尔片式压力传感器 霍霍霍霍尔尔尔尔片片

46、片片式式式式压压压压力力力力传传传传感感感感器器器器是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。图3-9 霍尔效应 霍尔电势霍尔电势可用下式表示 式中，UH为霍尔电势；RH为霍尔常数，与霍尔片材料、几何形状有关；B为磁感应强度；I为控制电流的大小。本讲稿第二十八页，共五十五页四、霍尔片式压力传感器四、霍尔片式压力传感器四、霍尔片式压力传感器四、霍尔片式压力传感器 注意注意注意注意 霍尔电势与磁感应强度和电流成正比。提高B和I值可增大霍尔电势UH，但两者都有一定限度，一般I为320mA，B约为几千高斯，所得的霍尔电势UH约为几十毫伏数量级

47、。导体也有霍尔效应，不过它们的霍尔电势远比半导体的霍尔电势小得多。本讲稿第二十九页，共五十五页四、霍尔片式压力传感器四、霍尔片式压力传感器四、霍尔片式压力传感器四、霍尔片式压力传感器 将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管压力传感器，如图3-10所示。图3-10 霍尔片式压力传感器1弹簧管；2 磁钢；3 霍尔片 当被测压力引入后，在被测压力作用下，弹簧管自由端产生位移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例。利用这一电势即可实现远距离显示和自动控制。本讲稿第三十页，共五十五页五、力矩平衡式压力传感器五、力矩平衡式压力传感器五、力矩平衡式压力传感器五、力

48、矩平衡式压力传感器 力力矩矩平平衡衡式式压压力力变变送送器器是一种典型的自平衡检测仪表，它利用负反馈的工作原理克服元件材料、加工工艺等不利因素的影响，使仪表具有较高的测量精度（一般为0.5级）、工作稳定可靠、线性好、不灵敏区小等一系列优点。图3-13DDZ-型电动力矩平衡压力变送器示意图1测量膜片；2轴封膜片；3主杠杆；4矢量机构 5量程调整螺钉；6连杆；7副杠杆；8检测片（衔铁）；9差动变压器；10反馈动圈；11放大器；12调零弹簧；13永久磁钢 DDZ-型系列为直流24V供电，输出420mA（DC）,两线制，安全防爆。被测压力p作用在测量膜片1上，通过膜片的有效面积转变成集中力Fi，即 f

49、为膜片的有效面积。举例举例举例举例以以DDZ-DDZ-型电动力矩平衡压力变送器为例型电动力矩平衡压力变送器为例 本讲稿第三十一页，共五十五页五、力矩平衡式压力传感器五、力矩平衡式压力传感器五、力矩平衡式压力传感器五、力矩平衡式压力传感器 该变送器是按力力矩矩平平衡衡原原理理工作的。根据主、副杠杆的平衡条件可以推导出被测压力p与输出信号I0的关系。当主杠杆平衡时，应有当主杠杆平衡时，应有（3-14）式中，、分别为Fi、F1离支点O1的距离。（3-15）将式（3-13）代入式（3-14），有式中,为一比例系数。本讲稿第三十二页，共五十五页五、力矩平衡式压力传感器五、力矩平衡式压力传感器五、力矩平衡

50、式压力传感器五、力矩平衡式压力传感器 而式中，、分别为F2及电磁反馈力 离支点O2的距离。将式（3-18）代入式（3-17），得（3-18）（3-17）（3-19）（3-16）联立式（3-16）与（3-19），得（3-20）式中，为转换比例系数。本讲稿第三十三页，共五十五页第四节第四节第四节第四节 智能式变送器智能式变送器智能式变送器智能式变送器 智智智智能能能能型型型型压压压压力力力力或或或或差差差差压压压压变变变变送送送送器器器器是在普通压力或差压传感器的基础上增加微处理器电路而形成的智能检测仪表。一、智能变送器的特点一、智能变送器的特点性能稳定,可靠性好,测量精度高,基本误差仅为0.1%