測量技術第三章壓力檢測

1、輪輪 機機 測測 試試 技技 術術主講：陳益瑞第三章的問題壓力的檢測方法有哪些？常用液柱式測壓儀表有哪些？常用彈性測壓儀表有哪些？壓力傳感器有哪些？何謂壓電效應？壓電晶片是如何連接的？電阻應變片的種類有哪些？如何接電橋？氣缸的最高壓力和平均壓力如何測量？壓力表是如何標定的？第三章 壓力檢測 工程上習慣把壓強稱為壓力，通過測量所得的壓力有絕對壓力、表壓力之分。按壓力變化的性質(zhì)不同，通常可將其分為穩(wěn)定的或緩慢變化的壓力( 如潤滑系統(tǒng)的滑油壓力、冷卻系統(tǒng)的冷卻水壓力和大氣壓力等)和迅速變化的壓力(氣缸內(nèi)壓力、進排氣壓力和高壓油管中燃油壓力等)。壓力檢測方法壓力檢測方法1.平衡法：通過儀表使液柱高度的

2、重力或砝碼的重量與被測壓力相平衡的原理測量壓力2.彈性法：利用各種形式的彈性元件，在被測介質(zhì)的表壓力或負壓力作用下產(chǎn)生的彈性變形來反映被測壓力的大小3.電氣式：用壓力敏感元件直接將壓力轉(zhuǎn)換成電阻、電感量等電量的變化測量壓力的儀表，按信號原理不同，大致可分為三類測量壓力的儀表，按信號原理不同，大致可分為三類：液柱式：根據(jù)流體靜力學原理，把被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度機械式：根據(jù)彈性元件受力變形的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成位移電氣式：將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電量，如電感、電容、電阻、電位差等， 依據(jù)電量的大小實現(xiàn)壓力的間接測量?3-1 液柱式測壓儀表 液柱式壓力計的測量范圍可由10Pa到200300KPa, 因

3、而主要應用于微壓或稍高于大氣壓的測量中。為了滿足不同要求的測量, 液柱式壓力計的工作液體常用水銀、水、酒精、甲苯等, 對它們的要求是: 物理、化學性能穩(wěn)定, 不易揮發(fā), 密度不變, 另外最好不與玻璃吸附, 以保證準確地讀數(shù)。液柱式壓力計還有一些附加誤差, 如溫度及當?shù)刂亓铀俣葹榉菢藴手禃r都要產(chǎn)生附加誤差。 液柱式壓力計在使用中還要注意安裝垂直, 因基底傾斜也會產(chǎn)生附加誤差。原理原理：利用液柱對液柱底面產(chǎn)生的靜壓力與被測壓力相平衡的原理，通過液柱高度來反映被測壓力的大小。優(yōu)點優(yōu)點：結構簡單，使用方便，有相當高的準確度缺點缺點：量程受液柱高度的限制，體積大，玻璃管 容易損壞及讀數(shù)不方便 1.U形

4、管壓力計 一般用于測量氣體的壓差。一端用軟管與被測氣體相通，另一端通大氣。測量壓差時，U 形管兩端均用軟管通所測部位氣體。讀數(shù)時，水和酒精應從凹面谷算起，水銀應從凸面頂峰算起。 2.水銀大氣壓力計 使用時應調(diào)整螺釘使容器內(nèi)水銀面剛好接觸象牙針尖。移動游標，讀出水銀液柱的精確高度，即可求得當時的大氣壓力。但環(huán)境溫度、重力加速度等的變化會使標尺和工作液密度發(fā)生變化，影響測量精度，故應對液柱高度進行修正。 3.斜管微壓計 專供測量微小壓力或壓差的實驗用儀表。測壓范圍:2Pa2000Pa。測量時，較高壓力（p1）一端與容器連接，較低壓力（p2）一端與斜管連接。gFFlghhppp)(sin()(012

5、02121由于容器截面積F1遠大于斜管截面積F2，被測介質(zhì)的密度遠小于工作液的密度0時，上式可簡化為sin sin0lhglp或可見：斜管微壓計的刻度比U形壓力計的刻度放大了1/sin。 4.貝茲微壓計 測量微小壓力的較高測量精度的儀表。測壓范圍可達4000Pa，讀數(shù)精度為1Pa?？捎糜跍y量低壓、真空度和壓力差。 測量時，較高壓力（p1）一端與軟管連接，較低壓力（p2）一端與升管上的壓力接頭連接。浮子下端的玻璃刻度板隨浮子上升，投影儀將刻度的一段放大約20倍后顯示在具有游標的毛玻璃片上。刻度上相鄰兩刻度線相差為1mm，用游標尺讀數(shù)的方法可精確讀出1Pa的壓力。p1p2?一、彈性壓力表一、彈性壓

6、力表 利用彈性元件彈性變形產(chǎn)生的彈力與被測壓力產(chǎn)生的力相平衡，通過測量其彈性元件的彈性形變來測量壓力。常用的彈性元件有彈簧管、金屬薄膜和波紋管。 1 1、彈簧管式壓力表彈簧管式壓力表 彈簧管式壓力表結構簡單、工作可靠、使用方便、測量范圍廣、讀數(shù)直接。因而在內(nèi)燃機試驗中得到廣泛使用。3-2 彈性測壓儀表 根據(jù)彈簧管變形示意圖可知，彈簧管受壓所產(chǎn)生的角位移與壓力成正比,而該角位移經(jīng)機械放大機構的放大，線性地轉(zhuǎn)換為指針的偏轉(zhuǎn)角。 彈簧管式壓力表可用于測量0.031000MPa的壓力，精度等級在0.252.5之間。彈簧管式壓力表的誤差主要來源于： (1) 彈性元件的彈性滯后 (2) 溫度對金屬材料的彈

7、性模量的影響 (3) 彈性元件的彈性衰退2、薄膜式壓力表、薄膜式壓力表 被測壓力作用在金屬膜片上，使膜片向上彎曲，通過傳動機構使指針在刻度盤上偏轉(zhuǎn)。 一般測壓范圍在3MPa以下，也可用于真空度測量。下圖是采用雙波紋管測量壓差的雙波紋管差壓計的結構示意圖。1-連接軸；2-保護閥；3-阻尼環(huán)；4-推板； 5-扭力管；6-心軸；7-量程彈簧； 8-平衡閥；9-低壓波紋管； 10-擺桿；11-阻尼閥； 12-中心基座；13-高壓波紋管； 14-填充液3. 3. 波紋管壓力計波紋管壓力計 當p1p2時，高壓波紋管13被壓縮，填充液14經(jīng)阻尼旁路流向低壓波紋管9，使低壓波紋管9拉伸，由于推板4的移動，通過

8、擺桿10使指針心軸6轉(zhuǎn)動，指示被測壓力差。 高壓波紋管13左邊的波紋管起溫度補償用，其中有小孔與高壓波紋管13 相通。當溫度變化引起高壓波紋管13和低壓波紋管9中的填充液體積變化時 ，可使多余或不足部分的填充液通過小孔流進或流出，從而保持高壓和低壓波紋管中的填充液體積基本不變。 阻尼閥11可控制流動阻力，以防遲延過大或系統(tǒng)振蕩。波紋管壓力計工作原理：波紋管壓力計工作原理：?二、機械電氣式壓力表二、機械電氣式壓力表 為了適應生產(chǎn)過程中壓力信號遠距離傳送、顯示和自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的需要，還有許多附有遠傳、顯示和變送裝置的變形產(chǎn)品，即遠傳式彈簧管壓力表（又稱機械電氣式壓力表）。這是一類將壓力值轉(zhuǎn)換為電量輸

9、出的儀表。 1.霍爾式彈簧管遠傳壓力表 霍爾式彈簧管遠傳壓力表是利用霍爾效應將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后利用電氣儀表對電壓信號進行測量?；魻栯妱菘捎孟率奖硎荆海↘H為霍爾元件靈敏度） BIKUHH（5-8） 霍爾元件線性良好，響應快，噪聲系數(shù)小，可遠距離傳送、控制，改變不同的彈性元件，可使變送器適用于不同的測量范圍，精度可達1%。因而，霍爾式彈簧管遠傳壓力表得到廣泛應用。 當彈簧管沒有引入壓力時，霍爾元件置于線性梯度磁場的中央，霍爾電勢為零；當彈簧管引入壓力而發(fā)生變形時，霍爾元件偏離線性梯度磁場的中央位置，霍爾電勢正比于霍爾元件的位移量，亦即正比于被測壓力。NNSS線性梯度磁場 2.電

10、位器式彈簧管遠傳壓力表 在被測壓力作用下，彈簧管變形，一方面帶動指針指示壓力，同時指針上的電刷也在電阻上滑動，電位器滑臂電刷兩旁的電阻隨指針的角位移而按比例地變化，此變化與被測壓力相對應，并在遠處用電氣儀表顯示出來。 電位器式壓力表常用的儀表是交叉動圈式比率計。當壓力表中的壓力增大時，指針順時針偏轉(zhuǎn)，RAC減小， RBC增大，引起I1變大， I2變小，于是出現(xiàn)I1I2，從而導致M1M2，使兩線圈與鐵心產(chǎn)生順時針方向偏轉(zhuǎn)。由于磁靴是橢圓形的，它與圓柱形鐵心間的空氣隙的寬度不相等，因此中間處的磁感應強度大，兩邊的磁感應強度小。兩線圈偏轉(zhuǎn)時，線圈2轉(zhuǎn)入磁靴中間磁場較強處，電磁力矩M2增大，而線圈1轉(zhuǎn)

11、入磁靴兩邊磁場較弱處，電磁力矩M1減小，即磁場與電流的改變對電磁力矩產(chǎn)生相反的作用，當M1與M2重新達到平衡時，線圈與鐵心便停在新的平衡位置，指針被其帶動偏轉(zhuǎn)一個與壓力變化相對應的角度。?3-3 電參量式測壓儀表壓力傳感器壓力傳感器：能夠測量壓力并提供遠傳電信號的裝置壓力變送器壓力變送器：裝置內(nèi)部設有適當處理電路，能將壓力信號轉(zhuǎn)換成工業(yè)標準 信號(如420mA直流電流)輸出一、壓電式一、壓電式壓力傳感器壓力傳感器 壓電式傳感器是以某些晶體受力后在其表面產(chǎn)生電荷的壓電效應為轉(zhuǎn)換原理的傳感器。它可以測量最終能變換為力的各種物理量，例如力、壓力、加速度等。 壓電效應：壓電效應：某些晶體，在一定方向受

12、到外力作用時，內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象，相應地在晶體的兩個表面產(chǎn)生符號相反的電荷；當外力作用除去時，又恢復到不帶電狀態(tài)。當作用力方向改變時，電荷的極性也隨著改變，壓電材料：壓電材料：石英晶體、壓電陶瓷、壓電半導體石英晶體石英晶體 石英晶體是一種應用廣泛的壓電晶體。它是二氧化硅單晶，屬于六角晶系。天然石英晶體為規(guī)則的六角棱柱體。石英晶體有三個晶軸：Z Z軸軸又稱光軸，它與晶體的縱軸線方向一致；X X軸軸又稱電軸，它通過六面體相對的兩個棱線并垂直于光軸；y y軸軸又稱機械軸，它垂直于兩個相對的晶柱棱面。 縱向壓電效應產(chǎn)生的電荷為 qxxdxxFx 式中，qxx為垂直于X X 軸平面上的電荷， dxx為壓

13、電系數(shù)(下標的意義為產(chǎn)生電荷的面的軸向及作用力的軸向)； F Fx為沿晶軸X方向施加的壓力。 由上式看出，當晶片受到X 向的壓力作用時，qxx 與作用力F Fx成正比，而與晶片的幾何尺寸無關。如果作用力F Fx改為拉力時，則在垂直于X軸的平面上仍出現(xiàn)等量電荷，但極性相反。橫向壓電效應產(chǎn)生的電荷為 式中，qXY為了軸向施加壓力，在垂直于X 軸平面上的電荷 dXY為壓電系數(shù)，Y 軸向施加壓力，在垂直于X 軸平面上產(chǎn)生電荷時的壓電系數(shù)；FY為沿晶軸Y方向施加的壓力。YXYXYFbadq根據(jù)石英晶體的對稱條件dXX=-dXY，所以 由上式可以看出，沿機械軸方向向晶片施加壓力時，產(chǎn)生的電荷是與幾何尺寸有

14、關的，式中的負號表示沿Y軸的壓力產(chǎn)生的電荷與沿X軸施加壓力所產(chǎn)生的電荷極性是相反的。 YXXXYFbadq石英晶體有天然和人工培養(yǎng)兩種類型。人工培養(yǎng)的石英晶體的物理+化學性質(zhì)幾乎與天然石英晶體無多大區(qū)別，因此目前廣泛應用成本較低的人造石英晶體。它在幾百攝氏度的溫度范圍內(nèi)，壓電系數(shù)不隨溫度而變化。石英晶體的居里點為573，即到573時，它將完全喪失壓電性質(zhì)。它有很大的機械強度和穩(wěn)定的機械性能，沒有熱釋電效應，但靈敏度很低，介電常數(shù)小，因此逐漸被其他壓電材料所代替。鈮酸鋰晶體鈮酸鋰晶體 鈮酸鋰是一種透明單晶，熔點為1250，居里點為1210。它具有良好的壓電性能和時間穩(wěn)定性，在耐高溫傳感器上有廣泛

15、的前途。壓電陶瓷壓電陶瓷這是一種應用最普遍的壓電材料，壓電陶瓷具有燒制方便、耐濕、耐高溫、易于成形等特點。1) 鈦酸鋇壓電陶瓷鈦酸鋇(BaTiO3)是由BaCO3和TiO2二者在高溫下合成的。具有較高的壓電系數(shù)和介電常數(shù)。但它的居里點較低，為120，此外機械強度不如石英。2) 鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷(PZT) 鋯鈦酸鉛是PbTiO3和PbZrO3組成的固溶體Pb(ZrTi)O2。它具有較高的壓電系數(shù)和居里點(300以上)。3) 鈮酸鹽系壓電陶瓷姐鈮酸鉛具有很高的居里點和較低的介電常數(shù)。鈮酸鉀的居里點為435C，常用于水聲傳感器中。4) 鈮鎂酸鉛壓電陶瓷(PMN) 這是一種由Pb(MgNb)O3、P

16、bTiO3、PbZrO3組成的三元系陶瓷。它具有較高的壓電系數(shù)和居里點，能夠在較高的壓力下工作，適合作為高溫下的力傳感器。壓電半導體壓電半導體 有些晶體既具有半導體特性又同時具有壓電性能，如ZnS、CaS、GaAs等。因此既可利用它的壓電特性研制傳感器，又可利用半導體特性以微電子技術制成電子器件。壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器 在壓電式傳感器中，常用兩片或多片壓電晶片組合在一起使用。由于壓電材料是有極性的，因此接法也有兩種：并聯(lián)接法：并聯(lián)接法：輸出電荷大，本身電容大，因此時間常數(shù)也大，適用于測量緩變信號，并以電荷量作為輸出的場合。串聯(lián)接法：串聯(lián)接法：輸出電壓高，本身電容小，適用于以電壓作為輸

17、出量以及測量電路輸入阻抗很高的場合。由壓電材料制成的壓電元件受到壓力作用時產(chǎn)生的電荷量與作用力之間呈線性關系：式中，q電荷量；d壓電常數(shù)；A作用面積；p壓力。dApq 壓電傳感器的內(nèi)阻抗很高，而輸出的信號微弱，因此一般不能直接顯示和記錄。 壓電傳感器要求測量電路的前級輸入端要有足夠高的阻抗，這樣才能防止電荷迅速泄漏而使測量誤差變大。壓電傳感器的前置放大器有兩個用處： 一是把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出； 二是把傳感器的微弱信號進行放大。 由于引入了電容負反饋，電荷放大器的輸出電壓僅與傳感器產(chǎn)生的電荷量及放大器的反饋電容有關，電纜電容等其他因素對靈敏度的影響可以忽略不計。電荷放大器的靈敏度

18、為fCqeK10放大器的輸出靈敏度取決于Cf。在實際電路中，是采用切換運算放大器負反饋電容Cf的辦法來調(diào)節(jié)靈敏度的。Cf越小則放大器的靈敏度越高。特點：特點：體積小，結構簡單，工作可靠，測量范圍寬，測量精度較高，頻率響應高。但不適宜測量緩慢變化的壓力和靜態(tài)壓力。 近年來壓電測試技術發(fā)展迅速，特別是電子技術的迅速發(fā)展，使壓電式傳感器的應用越來越廣泛。壓電式傳感器可用于力、壓力、速度、加速度、振動等許多非電量的測量，可做成力傳感器、壓力傳感器、振動傳感器等等。 電荷放大器電荷放大器?二、電阻式壓力傳感器二、電阻式壓力傳感器 電阻式壓力傳感器就是將壓力信號轉(zhuǎn)換成電阻值變化的壓力傳感器。有電阻應變式壓

19、力傳感器壓阻式壓力傳感器兩種。1 1、電阻應變式壓力傳感器、電阻應變式壓力傳感器 電阻應變式傳感器中，將被測量產(chǎn)生的應變轉(zhuǎn)換成電阻變化的元件，亦稱電阻應變片。目前廣泛應用的主要有：金屬電阻應變片和半導體應變片。1 1） 金屬電阻應變片金屬電阻應變片工作原理工作原理 一根長l、截面積S、電阻率 的金屬絲 ，其電阻值為SlR（2-1）兩邊取自然對數(shù)且微分,又因：S=D2/4，dD/D=-dl/l， 為泊松比。于是公式變?yōu)椋簂lllRR21/（2-4）式中，K應變片靈敏系數(shù),K=1+2。 大多數(shù)金屬材料泊松比0.30.5，所以K值在1.62.0之間 應變，l/l 一般很小，實用上多用微應變 表示，

20、1106。 對于金屬電阻絲，在一定變形范圍內(nèi)無論受拉或受壓應力作用，其應變片靈敏系數(shù)保持不變，即 R/R與 是線性關系。這就是金屬電阻應變片作為應變測量的理論基礎。 對大多數(shù)金屬 值極小，可以忽略，因此公式（2-4）可簡化為ll /KllRR21（2-5）R/R應變片金屬電阻應變片結構金屬電阻應變片結構 金屬電阻應變片的典型結構如圖所示。它是用直徑0.02mm左右的高電阻金屬絲以絲柵形式粘固于兩絕緣片之間制成的。.電阻絲;.覆蓋片;.引出線;.基片 應變片的基片材料有紙基、膠基和玻璃纖維等幾種，下面分別介紹其優(yōu)缺點：紙基片多用在80oC以下制造簡單，易于粘貼，價格便宜耐熱和耐潮濕性不好多用于短

21、期的室內(nèi)實驗特殊紙制造膠基片使用溫度可100300oC抗?jié)裥院徒^緣性較好，粘貼較難，易翹曲廣泛使用可長期使用酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等有機聚合物制成玻璃纖維基片能耐400500oC高溫制造復雜，價格較貴多用做高溫應變片的基片實際使用中多是箔式應變片，它是將0.0010.010mm厚的合金電阻箔片固附于膠基膜片上。與金屬絲柵式相比，箔式的尺寸精確、均勻，易于制成任意形狀和尺寸很小的應變片。 敏感箔柵長度最小可達.mm或更小。 敏感箔柵橫向連接面積大，效應影響可以忽略。 敏感箔柵散熱性、疲勞壽命、防潮、耐熱、絕緣及長期穩(wěn)定性都比絲式應變片好。 為適應不同測量需要，可很方便地制成各種不同尺寸特殊形式的箔式

22、應變片。2 2）半導體電阻應變片）半導體電阻應變片 半導體（電阻）應變片是基于“壓阻效應”設計的。 當半導體壓阻元件受到縱向應力 產(chǎn)生縱向應變 時，電阻率的相對變化量可表示為式中，半導體材料的縱向壓阻效應系數(shù)； E半導體材料的彈性模量。E11（2-6）llllRR21/（2-4）將式（2-6）代入（2-4），且(1+2)，得TkERR1（2-8）式中，kT半導體應變片靈敏系數(shù)，kT，一般kT=60170。半導體應變片的特點： 靈敏系數(shù)大，機械滯后小，頻率響應快，頻帶寬。但溫度穩(wěn)定性差，靈敏系數(shù)非線性大，需采用溫度和非線性補償。金屬電阻變化率的應變效應表達式(2-4)同樣適用與半導體材料，即3

23、3）應變片測量的溫度特性）應變片測量的溫度特性 粘固在試件上的應變片，除了感受機械應變而使電阻變化外,當環(huán)境溫度變化時,也要引起的電阻的變化，這一現(xiàn)象稱為溫度效應。對于半導體應變片，其靈敏系數(shù)受溫度影響很大，因此環(huán)境溫度對其測量影響更大。因此，使用應變片測量時均應采用溫度補償措施。tRRmt1 若環(huán)境溫度變化t 時，將引起應變片電阻R產(chǎn)生下列兩種變化：（）應變片電阻絲材料本身電阻溫度系數(shù)m引起應變片自由狀態(tài)下的電阻變化Rt1 ：（）應變片電阻絲材料的線膨脹系數(shù)m與試件材料的線膨脹系數(shù)n不同，由試件強迫應變片在其自由膨脹伸長之外產(chǎn)生的強迫應變,從而引起電阻的附加變化Rt ：tKRRmnt)(2

24、因此，當環(huán)境溫度變化t 引起應變片電阻總的變化量為Rt ：tRtKRRRRtmnmttt)(21 對應的虛假應變是相當大的，有時甚至超過所測的機械應變。 通常采用的溫度補償方法有：橋路補償法和溫度自補償法。（1）橋路補償法 如圖所示，R1為工作應變片，貼在試件上； R為補償應變片，它是與R1參數(shù)相同的應變片（同批生產(chǎn)），貼在與試件材料相同且與試件溫度條件相同的構件上，接在與R1相鄰的橋臂上。 R3與R4為固定電阻，且R3R4 。 這種方法簡單、經(jīng)濟，常溫下有較好的補償效果。但溫度梯度較大時會引起誤差。R2R1R3R4ABCDERg?（2）溫度自補償法 (A) 選擇法 電阻應變片的電阻溫度系數(shù)m

25、與其電阻絲的材料成分和熱處理工藝有關，利用這一特性可制造出不同電阻溫度系數(shù)m的應變片。使用時只要根據(jù)試件的線膨脹系數(shù)n，選用相應應變片電阻絲材料的線膨脹系數(shù)m與電阻溫度系數(shù)m的應變片，滿足右式即可實現(xiàn)補償。 (B) 熱電阻自補償應變片 它由兩種不同電阻絲柵材料構成，分別接入電橋相鄰橋臂上。適當調(diào)節(jié)補償片所在橋臂的串聯(lián)可變電阻即可實現(xiàn)補償。)(nmmK4）電阻應變的電橋測量原理）電阻應變的電橋測量原理應變片電橋電路被測非電量電阻R電流或電壓ERRRRRRRRERRRRRRUUUBD43213241212434直流電橋的開路輸出電壓為 設R1為應變片，工作時電阻值變?yōu)镽1+R1，則電橋的開路電壓為

26、：R2R1R3R4ABCDEUERRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRU431211432414312132411)( 若電橋已調(diào)平衡,即R1R4R2R3=0，并考慮到實際測量時R1M2, 因而增加, 而減小。 反之, 增加, 減小。因為 , 所以當、 隨著銜鐵位移x變化時, 也必將隨x變化。 aE2bE2aE2bE2baEEU222aE2bE22U2UxU 零點殘余電壓主要是由傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對稱，以及磁性材料的非線性等問題引起的。零點殘余電壓一般在幾十毫伏以下，在實際使用時，應設法減小，否則將會影響傳感器的測量結果。壓力差傳感器壓力差傳感器 測量液體壓力差的膜片

27、式壓力傳感器由兩部分組成：一部分是通過彈性膜片1將兩旁腔室中的壓力轉(zhuǎn)換為膜片位移；第二部分是通過由線圈3和4及鐵心11組成的差動變壓器將膜片傳遞來的位移轉(zhuǎn)換為電信號輸出。 膜片周邊緣固定，受壓力差作用時產(chǎn)生彈性變形。受均勻壓力差作用時，平膜片及波紋大小相同的波紋膜片的中心位移量s與其所受的壓力差p的關系為3bssp式中，a、b為結構參數(shù)，也有按線性設計的波紋膜片。膜片的位移可表示相應的壓力差。 測量氣體的壓力差傳感器膜片盒如圖6-8所示。兩膜片之間充滿低凝固點和體積膨脹系數(shù)小的硅油，硅油的作用是傳遞壓力及產(chǎn)生阻尼防止膜片振動的作用。 差動變壓器是將位移變換為互感系數(shù)變化的變換器。差動變壓器輸出

28、的交流電壓e2的幅值大小反映了鐵心位移量的大小，也就是反映了壓差信號的大小。e2的正負反映了鐵心的移動方向，也就是反映了壓差信號的正負值。?五、力平衡式壓力變送器五、力平衡式壓力變送器工作原理：工作原理：壓力差作用于膜片，產(chǎn)生作用力Fm，使主杠桿以密封膜片為支點順時針傳動，帶動副杠桿以O2為支點逆時針轉(zhuǎn)動，從而使位移檢測片與位移檢測線圈的距離變小，位移檢測線圈的輸出隨即發(fā)生變化，經(jīng)檢測放大器放大為420mA的直流信號輸出。輸出電流經(jīng)反饋線圈，產(chǎn)生反饋力FR，形成反饋力矩MR，使副杠桿回復到原來位置，杠桿系統(tǒng)處于一個新的力平衡狀態(tài)。輸出直流信號與被測壓力差成正比一、最高壓力測量一、最高壓力測量

29、內(nèi)燃機的汽缸最高壓力是指汽缸內(nèi)脈動壓力的最高點。它表征機件所受到的最大機械負荷，是柴油機機械強度的主要限制因素，是判斷柴油機工作情況及各缸負荷平衡情況的主要依據(jù)。 壓力測量最高壓力的儀表通常有機械式、氣電式和電子式3種。3-4 氣缸壓力測量 機械式最高壓力表主要由指示儀表和止回閥裝置組成。 機械式最高壓力表測量誤差較大，但由于這種壓力表結構簡單，使用方便，因此常用來檢查多缸柴油機各缸工作的均勻性；特別適用于做隨即監(jiān)測儀表，以便隨時對發(fā)動機的技術狀態(tài)進行不拆卸檢查。二、平均壓力測量二、平均壓力測量 平均壓力pt 是代表一段時間內(nèi)氣缸中壓力的平均值。測量pt 的平均壓力計是一種用于比較測量的隨機調(diào)

30、整用儀表，通?？捎脕砼袛喔鞲棕摵傻木鶆蛐浴y量平均壓力pt ，常用機械慣性輪式平均壓力表。 平均壓力表的量程一般可調(diào)整，以適應不同柴油機平均壓力大小的需要。通常調(diào)整量程的方法是改變彈簧的剛度。因此平均壓力表一般都配有幾種不同剛度的彈簧以備選用。 測量時，柴油機氣缸中的氣體壓力作用在小活塞上，推動活塞桿上移使彈簧被壓縮，同時通過連接桿杠桿使扇形齒輪帶動小齒輪偏轉(zhuǎn)。小齒輪的偏轉(zhuǎn)經(jīng)空心軸傳遞給主慣性輪，使其擺動，又經(jīng)過螺旋彈簧傳給輔慣性輪，最后經(jīng)空心軸內(nèi)心軸帶動指針偏轉(zhuǎn)，指針在刻度盤上指示出平均壓力值。平均壓力表使用時應注意：根據(jù)被測柴油機平均有效壓力及使用情況選擇合適的彈簧，根據(jù)需要適當加減墊片，

31、并注意刻度值的對應關系。安裝時表面應保持垂直，使慣性輪運動自如，減小摩擦誤差。要注意防止儀表過熱。只有測量時才能打開示功閥，測量時間一般不應超過5min，最好用循環(huán)水冷卻。如測量時指針不穩(wěn)定，可在主、輔慣性輪之間的表面加一層氣缸油，以增加阻尼。 測量時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速不應低于80r/min，否則不能使用。?三、用機械示功器測量氣缸壓力三、用機械示功器測量氣缸壓力。 示功器用螺母擰在氣缸蓋上，缸內(nèi)壓力 p 經(jīng)測壓通道的氣柱作用在活塞7上，使活塞運動?；钊ㄟ^活塞桿6、杠桿組8帶動記錄筆5 擺動，機構的設計使得記錄筆尖作直線移動，該位移與活塞所受缸內(nèi)壓力成正比。 利用與輔助曲柄連桿機構連接的繩3拉動轉(zhuǎn)

32、鼓2 。轉(zhuǎn)鼓的返轉(zhuǎn)由它內(nèi)部的螺旋彈簧1實現(xiàn)。 輔助曲柄連桿機構由發(fā)動機曲軸驅(qū)動，它的連桿長度與曲柄半徑之比必須等于發(fā)動機的連桿長度與曲柄半徑之比，尺寸縮小到記錄轉(zhuǎn)鼓所需的大小，并且死點也必須與發(fā)動機的死點嚴格一致。因此，轉(zhuǎn)鼓角位移量就與發(fā)動機活塞位移成正比。于時，在夾于轉(zhuǎn)鼓表面的記錄紙上可繪出發(fā)動機的 p -v 圖。 通常船用柴油機并沒設置輔助曲柄連桿機構，測取示功圖時由測取者手拉繩子。取下示功圖紙，與示功器配帶的標尺進行比對，即可得到該缸的壓縮壓力和最高爆發(fā)壓力。?3-5 壓力表的標定、安裝和使用一、壓力表的標定一、壓力表的標定 為確定壓力表的實際測量精度，常以活塞壓力計作為壓力標準器來校驗和標定各類壓力表。 活塞式壓力計由壓力發(fā)生部分和測量部分組成，它的精度等級有0.02、0.05和0.2級，可用來校準0.25級精密壓力表，也可校準各種工業(yè)用壓力表，被校壓力的最高值為60MPa。 在活塞（包括托盤）和砝碼的重量作用下，活塞對工作液體所產(chǎn)生的壓力為00Sgmmp（6-7）式中，m0活塞2連同托盤的質(zhì)量； m平衡時砝碼的質(zhì)量； S0活塞2的有效面積； g重力加速度。 因為m0和S0是固定值，因此，根據(jù)m 的大小即可得到工作液體所傳遞的壓力值。從而對壓力表進行校驗。?二、壓力表的安裝與使用二、壓力