压力、压差测量仪表.pdf

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1、第三章第三章 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表东北大学信息学院东北大学信息学院张 华张 华2008-11-223 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表本章主要内容本章主要内容3.1 概述3.1 概述了解压力检测的基本概念、主要方法和分类了解压力检测的基本概念、主要方法和分类3.2 液柱式压力计3.2 液柱式压力计了解各种液柱式压力计的工作原理了解各种液柱式压力计的工作原理3.3 弹性式压力计3.3 弹性式压力计了解弹性元件的原理和结构了解弹性元件的原理和结构掌握单圈弹簧管压力计的原理、结构和因素分析掌握单圈弹簧管压力计的原理、结构和因素分析3.4 负荷式压力计3.4 负荷式压力计掌握活塞式

2、压力计的原理、结构、掌握活塞式压力计的原理、结构、误差分析和使用注意事项误差分析和使用注意事项了解浮球式压力计了解浮球式压力计3.5 电气式压力计3.5 电气式压力计掌握压电式压力计和电阻式压力计的原理、结构和特点掌握压电式压力计和电阻式压力计的原理、结构和特点3.6 其它压力检测方法3.6 其它压力检测方法了解弹性振动式压力计和真空度的测量原理了解弹性振动式压力计和真空度的测量原理3.7 压力变送器3.7 压力变送器掌握电容式压力变送器的原理、结构和特点掌握电容式压力变送器的原理、结构和特点了解电感式和霍尔式压力变送器了解电感式和霍尔式压力变送器3.8 压力表的选择与安装3.8 压力表的选择

3、与安装了解压力表选择与安装的有关规定了解压力表选择与安装的有关规定2008-11-233 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表3.1 概述概述FpA=压力单位压力单位帕/Pa帕/Pa工程大气压/工程大气压/(kgf/cm(kgf/cm2 2)毫米水柱毫米水柱/mmH/mmH2 2OO毫米汞柱毫米汞柱/mmHg/mmHg毫巴/mbar毫巴/mbar标准大气压标准大气压/atm/atm磅力英寸磅力英寸2 2/(lbf/in/(lbf/in2 2)帕/Pa帕/Pa1 11.0197161.0197161010-5-51.0197161.0197161010-1-17.5006107.500610-3

4、-31010-2-29.8692369.8692361010-6-61.4504421.4504421010-4-4工程大气压工程大气压/(kgf/cm/(kgf/cm2 2)9.806659.8066510104 41 11101104 47.3557107.3557102 29.806659.8066510102 29.678109.67810-1-11.4224101.422410毫米水柱毫米水柱/mmH/mmH2 2OO9.806659.806651010-4-41 17.3557107.355710-2-29.806659.806651010-2-29.678109.67810-5-

5、51.4224101.422410-3-3毫米汞柱毫米汞柱/mmHg/mmHg1.3332241.33322410102 21.359511.359511010-3-31.35951101.35951101 11.3331.3331.316101.31610-3-31.934101.93410-2-2毫巴/mbar毫巴/mbar1101102 21.0197161.0197161010-3-31.0197161.01971610107.5006107.500610-1-11 19.8692369.8692361010-4-41.4504421.4504421010-2-2标准大气压标准大气压/

6、atm/atm1.013251.0132510105 51.03321.03321.0332271.03322710104 47.6107.6102 21.013251.0132510103 31 11.4696101.469610磅力/英寸磅力/英寸2 2/(lbf/in/(lbf/in2 2)6.8949106.8949103 37.0307107.030710-2-27.0307107.0307102 25.1715105.1715106.8949106.8949106.8004626.8004621010-2-21 1压力、压差测量的意义压力、压差测量的意义工艺要求工艺要求安全生产所需

7、安全生产所需间接测量其它物理量间接测量其它物理量基本概念基本概念定义：物理学上的定义：物理学上的压强压强单位单位2008-11-243 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表压力的表示方式压力的表示方式绝对压力绝对压力P Pa a 表压表压P P apappvp0ap=0p0appp=0vappp=真空度或负压真空度或负压P PV V注意注意：以后所提压力，若无特殊说明，均指表压力：以后所提压力，若无特殊说明，均指表压力2008-11-253 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表二、压力检测的主要方法和分类二、压力检测的主要方法和分类1.液柱式压力检测仪表1.液柱式压力检测仪表原理原理流体静力学

8、原理，把被测压力转换成液柱高度来实现流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度来实现测量的测量的分类分类U型管压力计U型管压力计单管压力计单管压力计斜管微压计斜管微压计补偿微压计补偿微压计自动液柱式压力计等自动液柱式压力计等2008-11-263 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表2.弹性式压力检测仪表弹性式压力检测仪表原理原理根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移来实现测量的移来实现测量的常用的弹性元件有常用的弹性元件有弹簧管弹簧管膜片膜片波纹管波纹管2008-11-273 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表3.负荷式压力检测仪表负荷

9、式压力检测仪表原理原理基于静力平衡原理进行压力测量基于静力平衡原理进行压力测量分类分类活塞式活塞式浮球式浮球式钟罩式钟罩式特点特点普遍被用作标准仪器对压力检测仪表进行标定普遍被用作标准仪器对压力检测仪表进行标定2008-11-283 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表4.电气式压力检测仪表电气式压力检测仪表原理原理利用敏感元件将被测压力转换成各种电量，如电阻、利用敏感元件将被测压力转换成各种电量，如电阻、电感、电容、电位差等电感、电容、电位差等优点优点具有较好的动态响应具有较好的动态响应量程范围大量程范围大线性好线性好便于进行压力的自动控制便于进行压力的自动控制2008-11-293 压力、

10、压差测量仪表压力、压差测量仪表压力测量仪表的分类压力测量仪表的分类类别类别压力表型式压力表型式测压范围测压范围/kPa/kPa准确度等级准确度等级输出信号输出信号性能特点性能特点U形管U形管-10101 10 00.0.2，0.2，0.5 5液液柱高度柱高度实验室低、微压、负压测量实验室低、微压、负压测量补偿式补偿式-2.2.552.2.5 5 0 0.0 02，0.2，0.1 1旋旋转刻度转刻度用作微压基准仪器用作微压基准仪器自动自动液柱式液柱式-10-102 210102 20.0050.00.0050.01 1自动计数自动计数用用光光、电电信信号号自自动动跟跟踪踪液面，用作压力液面，用作

11、压力基准仪器基准仪器弹簧管弹簧管-10102 210106 60.0.114.4.0 0直直接安装，就地测量或校验接安装，就地测量或校验膜片膜片-10-102 210103 31.1.5，2.5，2.5 5用用于腐蚀性、高粘度介质测量于腐蚀性、高粘度介质测量膜盒膜盒-10-102 210102 21.1.002.2.5 5用用于微压的测量与控制于微压的测量与控制波纹管波纹管0 010102 21.1.5，2.5，2.5 5用用于生产过程低压的测控于生产过程低压的测控活塞式活塞式0 010106 60.010.10.010.1浮球式浮球式0 010104 40.02，0.050.02，0.05电

12、阻式电阻式-10102 210104 41.1.0，1.0，1.5 5电电压、电流压、电流结结构构简简单单，灵灵敏敏度度高高，测量范围广，频测量范围广，频率响应快，但受环境温度影响大率响应快，但受环境温度影响大电感式电感式0 010105 50.0.221.1.5 5毫毫伏、毫安伏、毫安 环境要求低，信号处理灵活环境要求低，信号处理灵活电容式电容式0 010104 40.0.0 05 5 0 0.5 5伏、毫安伏、毫安动态响应快，灵敏度高，易受干扰动态响应快，灵敏度高，易受干扰压电式压电式0 010104 40.0.111.1.0 0伏伏响应速度快，多用于测量脉动压力响应速度快，多用于测量脉动

13、压力振频式振频式0 010104 40.0.0 05 5 0 0.5 5频率频率性能稳定，准确度高性能稳定，准确度高霍尔式霍尔式0 010104 40.0.551.1.5 5毫毫伏伏灵灵敏度高，易受外界干扰敏度高，易受外界干扰电气式压力计电气式压力计（压力传感器）（压力传感器）砝码负荷砝码负荷结结构构简简单单、坚坚实实，准准确确度极高。广泛用度极高。广泛用作压力基准器作压力基准器负荷式压力计负荷式压力计位移、转角位移、转角或力或力弹性式压力计弹性式压力计液柱式压力计液柱式压力计2008-11-2103 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表3.2 液柱式压力计液柱式压力计原理原理液体静力学原理液

14、体静力学原理工作液工作液一般采用水银或水一般采用水银或水应用应用常用于实验室或科学研究的低压、负压或压力差的测量常用于实验室或科学研究的低压、负压或压力差的测量优点优点结构简单、使用方便、准确度较高结构简单、使用方便、准确度较高缺点缺点量程受液柱高低的限制量程受液柱高低的限制玻璃管易损坏玻璃管易损坏只能就地指示，不能远传只能就地指示，不能远传2008-11-2113 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表一、一、U型管压力计型管压力计12PPPg h=（1）可测差压或表压（1）可测差压或表压（2 2）若提高U型管工作液的密度，则可扩）若提高U型管工作液的密度，则可扩大仪表量程，但灵敏度降低，即在

15、相同压大仪表量程，但灵敏度降低，即在相同压力的作用下，力的作用下，h值下降值下降2.误差分析2.误差分析（1）温度误差（1）温度误差?刻度标尺长度变化，一般可忽略刻度标尺长度变化，一般可忽略?工作液密度的变化，应进行适当修正工作液密度的变化，应进行适当修正?例如，当水从1例如，当水从10 0变化到2变化到20 0时，其密度从9时，其密度从99 99 9.8kg/m.8kg/m2 2减减小到998.3 kg/m小到998.3 kg/m2 2，相对变化量为0.15，相对变化量为0.151.原理1.原理2008-11-2123 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表2.误差分析（续）误差分析（续）（2

16、）安装误差（2）安装误差应处于严格的铅垂位置应处于严格的铅垂位置例如U型管倾斜5时，安装误差约为0.38例如U型管倾斜5时，安装误差约为0.38（3）重力加速度误差（3）重力加速度误差当对压力测量要求较高时，应准确测出当地的重力加速度当对压力测量要求较高时，应准确测出当地的重力加速度使用地点改变时，也应及时进行修正使用地点改变时，也应及时进行修正（4）传压介质误差（4）传压介质误差（5）读数误差（5）读数误差工作液的毛细作用而引起的工作液的毛细作用而引起的其大小与工作液的种类、工作液的温度和U型管内径等因素有关。其大小与工作液的种类、工作液的温度和U型管内径等因素有关。当管内径大于等于10mm

17、时，U型管的单管读数的最大绝对误差一当管内径大于等于10mm时，U型管的单管读数的最大绝对误差一般为1mm般为1mm是可以修正的系统误差是可以修正的系统误差2008-11-2133 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表二、单管压力计二、单管压力计实质：实质：仍是U型管压力计仍是U型管压力计优点：优点：可减小读数误差可减小读数误差AhhA=00ghPP+=0)(00hhgPP+=原理和结构原理和结构hhh0h0p0p2008-11-2143 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表三、斜管压力计三、斜管压力计?实质实质是一种变形单管压力计是一种变形单管压力计?优点优点可拉长液柱，减小相对的读数误差可

18、拉长液柱，减小相对的读数误差?用途用途测量微小压力、负压和压力差测量微小压力、负压和压力差?分析分析?角度越小，灵敏度越高角度越小，灵敏度越高?不能太小，否则读数困难，不能太小，否则读数困难，反而反而增增加读数误差加读数误差?实验室一般要求：实验室一般要求：?15)1(sin00AAglPP+=?原理和结构原理和结构p0p0pp2008-11-2153 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表3.3 弹性式压力检测仪表弹性式压力检测仪表原理原理基于各种形式的弹性元件，在被测介质的表压力或真空度作用下基于各种形式的弹性元件，在被测介质的表压力或真空度作用下产生的弹性变形与被测压力呈一定函数关系的原理

19、制成的产生的弹性变形与被测压力呈一定函数关系的原理制成的优点优点结构简单、坚实牢固、价格低廉结构简单、坚实牢固、价格低廉准确度高、测量范围广准确度高、测量范围广便于携带和安装使用便于携带和安装使用可以配合各种变换元件作成各种压力计可以配合各种变换元件作成各种压力计可以安装在各种设备上或用于露天作业场合可以安装在各种设备上或用于露天作业场合可在各种恶劣的环境（如高温、低温、振动、冲击、腐蚀、粘可在各种恶劣的环境（如高温、低温、振动、冲击、腐蚀、粘稠、易堵和易爆）条件下工作稠、易堵和易爆）条件下工作是工业生产和实验室中应用最广的一种压力计是工业生产和实验室中应用最广的一种压力计缺点缺点由于其频率响

20、应低，不宜用于测量动态压力由于其频率响应低，不宜用于测量动态压力2008-11-2163 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表一、工作原理一、工作原理PCAx=?弹性元件的有效面积A和刚度系数C与弹性元件弹性元件的有效面积A和刚度系数C与弹性元件的性能、加工过程和热处理等有较大关系的性能、加工过程和热处理等有较大关系?当位移量较小时，它们可视当位移量较小时，它们可视为为常数常数，压力与位，压力与位移成线性关系；否则，不为常数，移成线性关系；否则，不为常数，应应分分段线性化段线性化或进行修正；使用时还应注意温度对其的影响或进行修正；使用时还应注意温度对其的影响?比值的大小决定了弹性元件比值的大小

21、决定了弹性元件的压的压力测力测量范量范围，围，比值越大，可测压力越大比值越大，可测压力越大2008-11-2173 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表二、弹性元件二、弹性元件xpxpxpxpxpxp单圈弹簧管；单圈弹簧管；多圈弹簧管；多圈弹簧管；平面膜；平面膜；波纹膜；波纹膜；挠性膜；挠性膜；波纹管波纹管2008-11-2183 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表1.弹簧管弹簧管由法国人波登发明，又称为波登管由法国人波登发明，又称为波登管结构结构是一根弯成270圆弧的、具有椭圆形是一根弯成270圆弧的、具有椭圆形（或扁圆形）截面的空心金属管子（或扁圆形）截面的空心金属管子工作原理工作原理当

22、被测介质从开口端进入并充满弹簧管的整当被测介质从开口端进入并充满弹簧管的整个内腔时，椭圆截面在被测压力个内腔时，椭圆截面在被测压力p p的作用下将的作用下将趋向圆形趋向圆形由于弹簧管长度一定，使弹簧管随之产生向由于弹簧管长度一定，使弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形，结果改变弹簧管的中心角，使其自由端产生位移外挺直的扩张变形，结果改变弹簧管的中心角，使其自由端产生位移特点特点结构简单，测量范围最高可达10结构简单，测量范围最高可达109 9PaPa既可以直接带动传动机构就地显示，又可以接转换元件将信号远传既可以直接带动传动机构就地显示，又可以接转换元件将信号远传弹簧管有单圈和多圈之分，多圈弹簧灵

23、敏度高弹簧管有单圈和多圈之分，多圈弹簧灵敏度高2008-11-2193 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表2.膜片膜片结构：结构：膜片是一种沿外缘固定的片状测压弹性元件膜片是一种沿外缘固定的片状测压弹性元件原理：原理：用中心的位移和被测压力的关系来表征用中心的位移和被测压力的关系来表征种类种类平面膜片平面膜片?可以承受较大被测压力可以承受较大被测压力?变形量较小，灵敏度不高变形量较小，灵敏度不高?一般在测量较大的压力而且要求变形不很大时使用一般在测量较大的压力而且要求变形不很大时使用波纹膜片波纹膜片?是一种压有环状同心波纹的圆形薄膜是一种压有环状同心波纹的圆形薄膜?其波纹的数目、形状、尺寸和

24、分布均与压力测量范围有关其波纹的数目、形状、尺寸和分布均与压力测量范围有关?其测压灵敏度较高，常用在小量程的压力测量中其测压灵敏度较高，常用在小量程的压力测量中挠性膜片挠性膜片?一般不单独作为弹性元件使用，而是与一般不单独作为弹性元件使用，而是与线性较好的弹簧相连，起压力隔离作用线性较好的弹簧相连，起压力隔离作用?主要是在较低压力测量时使用主要是在较低压力测量时使用膜盒膜盒把两块金属膜片沿周边对焊起来，成一薄膜盒子把两块金属膜片沿周边对焊起来，成一薄膜盒子提高灵敏度，得到较大位移量提高灵敏度，得到较大位移量膜片可直接带动传动机构就地显示，但是由于膜片的位移较小，灵敏度膜片可直接带动传动机构就地

25、显示，但是由于膜片的位移较小，灵敏度低，更多的是与压力变送器配合使用低，更多的是与压力变送器配合使用2008-11-2203 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表3.波纹管波纹管22220012001/BnxFEhAAAB hR=+结构结构是一种具有等间距同轴环状波纹，是一种具有等间距同轴环状波纹，能沿轴向伸缩的测压弹性元件能沿轴向伸缩的测压弹性元件种类种类单波纹管单波纹管双波纹管双波纹管原理原理波纹管在受到外力作用时，其膜面产生的波纹管在受到外力作用时，其膜面产生的机械位移量主要不是靠模面的弯曲形机械位移量主要不是靠模面的弯曲形变，而是靠波纹柱面的舒展或压屈来带动变，而是靠波纹柱面的舒展或压

26、屈来带动膜面中心作用点的移动。其位移膜面中心作用点的移动。其位移x x与作与作用力用力F F的关系为的关系为优点优点灵敏度高（特别是在低压区）灵敏度高（特别是在低压区）可直接带动传动机构，就地显示可直接带动传动机构，就地显示缺点缺点迟滞误差较大迟滞误差较大准确度最高仅为1.5级准确度最高仅为1.5级2008-11-2213 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表弹性元件的结构和性能指标弹性元件的结构和性能指标动态性质动态性质类别类别名称名称测量范围/MPa测量范围/MPa时间常数/s时间常数/s自自振频率/Hz振频率/Hz单圈弹簧管单圈弹簧管0 00.90.9818110102 210103 3

27、多圈弹簧管多圈弹簧管0 098.198.11 10100102 2平面膜平面膜0 098.198.11 10 0-5-51010-2-2101010104 4波纹膜波纹膜0 00.90.981811010-2-21010-1-1101010102 2挠性膜挠性膜0 00.00.09819811 10 0-2-2111101102 2波纹管波纹管波波纹管纹管00.98100.9811 10 0-2-21010-1-1101010102 2膜片膜片弹簧管弹簧管2008-11-2223 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表三、单圈弹簧管压力计三、单圈弹簧管压力计1弹簧管；1弹簧管；2拉杆2拉杆3扇形

28、齿轮；3扇形齿轮；4中心齿轮；4中心齿轮；5指针；5指针；6面板；6面板；7游丝；7游丝；8调节螺钉；8调节螺钉；9接头9接头特点特点结构简单，使用方便，价格低廉结构简单，使用方便，价格低廉测压范围宽，为-105109 Pa测压范围宽，为-105109 Pa准确度最高可达0.1级准确度最高可达0.1级结构结构2008-11-2233 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表工作原理工作原理将压力转换为位移将压力转换为位移弹簧管椭圆截面受压时有变圆的趋势弹簧管椭圆截面受压时有变圆的趋势弹簧管挺直，自由端移动弹簧管挺直，自由端移动变形后中心角减小变形后中心角减小中心角相对变化量与被测压力的关系中心角相

29、对变化量与被测压力的关系222221(1)RbpEbha=+对于单圈弹簧管，中心角变化量一般较小对于单圈弹簧管，中心角变化量一般较小要提高灵敏度，可采用多圈弹簧管，圈数一般为2.59要提高灵敏度，可采用多圈弹簧管，圈数一般为2.59弹簧管位移量与中心角初始值和改变量的关系弹簧管位移量与中心角初始值和改变量的关系22(sin)(1cos)xR=+2008-11-2243 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表因素分析因素分析=RR=rr=bb几何尺寸几何尺寸+=bbb增大弹簧管的中心角或减小弹簧管的短半轴均提高增大弹簧管的中心角或减小弹簧管的短半轴均提高弹簧管压力计的灵敏度弹簧管压力计的灵敏度刚度

30、刚度刚度大，可用于测量较高的压力刚度大，可用于测量较高的压力管壁厚度管壁厚度管壁厚，变形小；管壁薄，变形大管壁厚，变形小；管壁薄，变形大结论：结论：工业生产中不同量程压力计的弹簧管就是选用不同工业生产中不同量程压力计的弹簧管就是选用不同刚度的材料和不同几何形状与厚薄而作成的刚度的材料和不同几何形状与厚薄而作成的2008-11-2253 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表3.4 负荷式压力计负荷式压力计优点优点应用范围广应用范围广结构简单结构简单稳定可靠稳定可靠准确度高准确度高重复性好重复性好可测正、负及绝对压力可测正、负及绝对压力在压力基准的传递系统中占有重要地位在压力基准的传递系统中占有重

31、要地位是检验、标定压力表和压力传感器的标准仪器是检验、标定压力表和压力传感器的标准仪器是一种标准压力发生器是一种标准压力发生器2008-11-2263 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表一、活塞式压力计一、活塞式压力计结构结构压力发生部分压力发生部分测量部分测量部分工作原理工作原理根据静力学平衡原理和帕斯卡定律设计而成根据静力学平衡原理和帕斯卡定律设计而成1砝码；2砝码托盘；3测量活塞；4活塞筒；5,7,12切断阀；6标准压力表；8进油阀手轮；9油杯；10进油阀；11被校压力表；13工作液；14工作活塞；15手摇泵；16丝杆；17加压手轮123()mmm gpA+=2008-11-2273

32、压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表误差分析误差分析重力加速度影响重力加速度影响RHg21)2cos0025.01(80665.9+=2111=K)1)(20)(1 1021212AmmgTK+=空气浮力的影响空气浮力的影响温度变化的影响温度变化的影响2221(2)rERr=+2008-11-2283 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表3 使用注意事项使用注意事项使用前应进行检查使用前应进行检查活塞进入活塞筒中的部分应等于活塞活塞进入活塞筒中的部分应等于活塞全长的全长的2/2/33/33/4 4活塞压力计的编号要和专用砝码活塞压力计的编号要和专用砝码编号一编号一致致在加减法码时应避免活塞突升

33、突降，测量时可轻轻地在加减法码时应避免活塞突升突降，测量时可轻轻地转动转动活塞活塞活塞应处于活塞应处于铅直铅直位置位置当用作检当用作检定压力仪表的标准仪器时，压力计的综合误差应不大定压力仪表的标准仪器时，压力计的综合误差应不大于于被被检检仪表基本误差绝对值的仪表基本误差绝对值的1/31/3压力计量程使用的最佳阶段应为测量上限的压力计量程使用的最佳阶段应为测量上限的1010100100，当，当低于低于1010时，应时，应更换更换压力计压力计校验或检定其他压力表时的操作步骤，应详见相关指导手册；当校验校验或检定其他压力表时的操作步骤，应详见相关指导手册；当校验真空表时，操作步骤略有不同，应加以注意

34、真空表时，操作步骤略有不同，应加以注意2008-11-2293 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表二、浮球式压力计二、浮球式压力计AgmmmP)(321+=优点优点克服了活塞式压力计中因油的表面张力、粘度等产生克服了活塞式压力计中因油的表面张力、粘度等产生的摩擦力的摩擦力也没有漏油问题也没有漏油问题对于禁油类压力计和传感器的标定更方便对于禁油类压力计和传感器的标定更方便结构结构1喷嘴组件；喷嘴组件；2浮球；浮球；3砝码支架；砝码支架；4砝码（组）；砝码（组）；5流量调节器；流量调节器；6气体过滤器；气体过滤器；7阀门阀门原理原理2008-11-2303 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表3

35、.5 电气式压力检测电气式压力检测原理原理是利用压力敏感元件（简称压敏元件）将被测压力转换成各种电是利用压力敏感元件（简称压敏元件）将被测压力转换成各种电量，如电阻、频率、电荷量等量，如电阻、频率、电荷量等优点优点具有较好的静态和动态性能具有较好的静态和动态性能量程范围大量程范围大线性好线性好便于进行压力的自动控制便于进行压力的自动控制尤其适合用于压力变化快和高真空、超高压的测量尤其适合用于压力变化快和高真空、超高压的测量种类种类压电式压力计压电式压力计电阻式压力计电阻式压力计振频式压力计振频式压力计2008-11-2313 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表石英晶体外形石英晶体外形石英晶体

36、坐标系石英晶体坐标系石英晶体切片石英晶体切片原理原理：基于晶体的压电效应：基于晶体的压电效应某些晶体在某些晶体在受压受压时发生机械时发生机械变形变形（压缩或伸长），则在其两个相（压缩或伸长），则在其两个相对表面上就会产生对表面上就会产生电荷分离电荷分离，使一个表面带正电荷，另一个表面，使一个表面带正电荷，另一个表面带负电荷，并相应地有电压输出，当作用在其上的外力消失时，带负电荷，并相应地有电压输出，当作用在其上的外力消失时，形变也随之消失形变也随之消失，其表面的电荷也随之消失，它们又重新回到不，其表面的电荷也随之消失，它们又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。带电的状态，这种现象称为压

37、电效应。3.5.1 压电式压力计压电式压力计2008-11-2323 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表晶体切片上电荷符号与受力种类和方向的关系晶体切片上电荷符号与受力种类和方向的关系x x轴方向受压轴方向受压与作用力成正比与作用力成正比与晶体切片的几何尺寸无关与晶体切片的几何尺寸无关xxxxQk Fk Ap=yyylQkFh=xykk=沿电轴方向受压力沿电轴方向受压力沿电轴方向受拉力沿电轴方向受拉力y y轴方向受压轴方向受压与晶体切片的几何尺寸无关与晶体切片的几何尺寸无关沿机械轴方向受压力沿机械轴方向受压力沿机械轴方向受拉力沿机械轴方向受拉力2008-11-2333 压力、压差测量仪表压力

38、、压差测量仪表压电元件压电元件压电晶体压电晶体石英晶体石英晶体水溶性压电晶体水溶性压电晶体铌酸锂晶体铌酸锂晶体压电陶瓷压电陶瓷压电陶瓷是人工制备的压电材料，压电陶瓷是人工制备的压电材料，它需外加电场进行极化处理它需外加电场进行极化处理特点特点?具有高的压电系数具有高的压电系数?机械性能和稳定性不如压电晶体机械性能和稳定性不如压电晶体种类种类?钛酸钡压电陶瓷钛酸钡压电陶瓷?锆钛酸铅压电陶瓷锆钛酸铅压电陶瓷压电半导体压电半导体特点：既具有压电特性，又具有半导体特性特点：既具有压电特性，又具有半导体特性电致伸缩效应电致伸缩效应在片状压电材料的两个电极面上，如果加在片状压电材料的两个电极面上，如果加以

39、交流电压，那么压电元件能产生机以交流电压，那么压电元件能产生机械振动，使压电片在电极方向上有伸缩现象械振动，使压电片在电极方向上有伸缩现象因为这种效应与压电效应相反，也叫做逆压电效应因为这种效应与压电效应相反，也叫做逆压电效应2008-11-2343 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表1压电元件1压电元件2,5绝缘体2,5绝缘体3弹簧3弹簧4引线4引线6壳体6壳体7膜片7膜片膜片的作用是把压力收集转换成集中力膜片的作用是把压力收集转换成集中力F F，再传递给压电元件再传递给压电元件弹簧的作用是使压电元件产生一个预紧弹簧的作用是使压电元件产生一个预紧力，可用来调整传感器的灵敏度力，可用来调整传

40、感器的灵敏度压电元件材质压电元件材质标准或高准确度压电式压力传感器：石标准或高准确度压电式压力传感器：石英晶体英晶体一般压电式压力传感器：多为压电陶一般压电式压力传感器：多为压电陶瓷，也有用半导体材料的瓷，也有用半导体材料的更换压电元件可以改变压力的测量范围更换压电元件可以改变压力的测量范围提高灵敏度的方法提高灵敏度的方法配用电荷放大器：将多个压电元件并联配用电荷放大器：将多个压电元件并联配用电压放大器：将多个压电元件串联配用电压放大器：将多个压电元件串联压电式压力传感器结构压电式压力传感器结构2008-11-2353 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表特点特点（1）体积小、重量轻、结构简单

41、，工作可靠，工作温度可（1）体积小、重量轻、结构简单，工作可靠，工作温度可在250以上在250以上（2）灵敏度高，线性度好，准确度多为0.5级和1.0级（2）灵敏度高，线性度好，准确度多为0.5级和1.0级（3）测量范围宽，可测（3）测量范围宽，可测l00 MPal00 MPa以下的所有压力以下的所有压力（4）（4）动态响应频带宽动态响应频带宽，可达30 kHz，动态误差小，是动态，可达30 kHz，动态误差小，是动态压力检测中常用的传感器压力检测中常用的传感器（5）由压电晶体制成的压力计只能用于测量（5）由压电晶体制成的压力计只能用于测量脉冲脉冲压力压力（6）可避免电源带来的噪声影响（6）可

42、避免电源带来的噪声影响（7）压电元件本身的（7）压电元件本身的内阻非常高内阻非常高，因此要求二次仪表的输，因此要求二次仪表的输入阻抗也要很高。连接时需用低电容、低噪声的电缆入阻抗也要很高。连接时需用低电容、低噪声的电缆（8）由于在晶体边界上存在漏电现象，故这类压力计（8）由于在晶体边界上存在漏电现象，故这类压力计不适不适宜测量缓慢变化的压力和静态压力宜测量缓慢变化的压力和静态压力2008-11-2363 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表3.5.2 电阻式压力计电阻式压力计原理原理：电阻电阻受到受到外力作用时，其阻值变化量与外力作用时，其阻值变化量与外力的关系外力的关系ALR=+=AALLR

43、RLLAA=2+=)21(RR?应变效应应变效应?压阻效应压阻效应(12)R RK=+注意区别注意区别应变应变应变片灵敏系数应变片灵敏系数2008-11-2373 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表金属材料金属材料以应变效应为主以应变效应为主被称为金属电阻应变片被称为金属电阻应变片可制成应变片式压力计可制成应变片式压力计半导体材料半导体材料以压阻效应为主以压阻效应为主被称为半导体应变片被称为半导体应变片可制成压阻式压力计可制成压阻式压力计特点特点灵敏度高，测量范围广灵敏度高，测量范围广频率响应快，既可用于静态测量，又可用于动态测量频率响应快，既可用于静态测量，又可用于动态测量尺寸小、重量轻尺

44、寸小、重量轻能在各种恶劣环境下可靠工作，所以被广泛地应用于各种力的能在各种恶劣环境下可靠工作，所以被广泛地应用于各种力的测量仪器和科学实验中测量仪器和科学实验中概述概述2008-11-2383 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表1 应变片式压力计应变片式压力计工作原理工作原理将金属电阻应变片粘贴在测量压力的弹性元件表面上将金属电阻应变片粘贴在测量压力的弹性元件表面上当被测压力变化时，弹性元件内部应力变化产生变形当被测压力变化时，弹性元件内部应力变化产生变形这个变形应力使应变片的电阻产生变化这个变形应力使应变片的电阻产生变化根据所测电阻变化的大小来测量未知压力根据所测电阻变化的大小来测量未知压

45、力优点优点结构简单、使用方便、工艺成熟、价格便宜结构简单、使用方便、工艺成熟、价格便宜性能稳定可靠、灵敏度高性能稳定可靠、灵敏度高测量速度快、适合静态和动态测量测量速度快、适合静态和动态测量易于实现测量过程的自动化和多点同步测量易于实现测量过程的自动化和多点同步测量缺点缺点应变片电阻易受温度影响，测量时需加以补偿或修正应变片电阻易受温度影响，测量时需加以补偿或修正2008-11-2393 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表金属电阻应变片材质金属电阻应变片材质要求要求应变片灵敏系数值要大，且在较大范围内保持值为常数应变片灵敏系数值要大，且在较大范围内保持值为常数电阻温度系数要小，有较好的热稳定

46、性电阻温度系数要小，有较好的热稳定性电阻率和机械强度要高，工艺性能要好，易于加工成细丝及便于电阻率和机械强度要高，工艺性能要好，易于加工成细丝及便于焊接等焊接等种类种类康铜、铜镍合金康铜、铜镍合金?适用于适用于300以下静态测量的以下静态测量的?康铜丝的电阻温度系数小，受温度变化影响小康铜丝的电阻温度系数小，受温度变化影响小镍铬合金和镍铬铝合金镍铬合金和镍铬铝合金?适用于适用于450以下静态测量或以下静态测量或800以下动态测量的以下动态测量的?镍铬合金比康铜的电阻率几乎大一倍，因此用同样直径的镍铬电阻镍铬合金比康铜的电阻率几乎大一倍，因此用同样直径的镍铬电阻丝做成的应变片要小很多丝做成的应变

47、片要小很多?镍铬合金丝的灵敏系数也比较大镍铬合金丝的灵敏系数也比较大2008-11-2403 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表金属电阻应变片结构金属电阻应变片结构丝式应变片丝式应变片为了增加丝体的长度，把金属丝弯成栅状为了增加丝体的长度，把金属丝弯成栅状箔式应变片箔式应变片表面积与截面积之比大，散热性能好，在测量中能承受较大电流和较表面积与截面积之比大，散热性能好，在测量中能承受较大电流和较高电压，因而提高了测量灵敏度高电压，因而提高了测量灵敏度可制成各种需要的形状，便于大批量生产可制成各种需要的形状，便于大批量生产逐渐取代丝式应变片逐渐取代丝式应变片薄膜式应变片薄膜式应变片a-结构示意图

48、结构示意图 b-丝式应变片丝式应变片 c-箔式应变片箔式应变片1保护膜；2应变丝；3基底；4引线；5金属箔组成组成敏感栅(金属丝或箔)敏感栅(金属丝或箔)?是转换元件是转换元件?把感受到的应变转换为电阻的变化把感受到的应变转换为电阻的变化基底基底?将弹性体表面应变准确地传送到敏感栅上将弹性体表面应变准确地传送到敏感栅上?使敏感栅与弹性体之间相互绝缘使敏感栅与弹性体之间相互绝缘覆盖层或保护膜覆盖层或保护膜引出线等引出线等2008-11-2413 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表性能指标性能指标应变片的电阻值应变片的电阻值R R0 0在室温条件下，应变片在不受外力作用时的电阻值，也称为原始在室

49、温条件下，应变片在不受外力作用时的电阻值，也称为原始阻值阻值应变片的标准名义电阻值通常为5种应变片的标准名义电阻值通常为5种?60、120、350、500和和l000 用得最多的为120和350两种用得最多的为120和350两种应变片在相同的工作电流下，电阻值愈大，允许的工作电压亦愈应变片在相同的工作电流下，电阻值愈大，允许的工作电压亦愈大，测量灵敏度也越高大，测量灵敏度也越高灵敏系数灵敏系数K机械滞后机械滞后在一定温度下，应变从零到一定值之间变化，测出应变片电阻相在一定温度下，应变从零到一定值之间变化，测出应变片电阻相对变化率，作出加载和卸载的特性曲线，则两条曲线间最大的差对变化率，作出加载

50、和卸载的特性曲线，则两条曲线间最大的差值称为机械滞后值称为机械滞后机械滞后越小，寿命越长机械滞后越小，寿命越长2008-11-2423 压力、压差测量仪表压力、压差测量仪表性能指标（续）性能指标（续）蠕变和零漂蠕变和零漂在一定温度下，粘好的应变片在一定的机械应变长时间作用下，指示应在一定温度下，粘好的应变片在一定的机械应变长时间作用下，指示应变随时间的变化称为蠕变变随时间的变化称为蠕变零点漂移是指粘好的应变片在一定温度和无机械应变时，指示应变随时零点漂移是指粘好的应变片在一定温度和无机械应变时，指示应变随时间的变化间的变化二者都是研究示值的稳定性，但各自工作条件不同二者都是研究示值的稳定性，但