參數(shù)檢測的一般方法與壓力測量

1、第一節(jié) 參數(shù)檢測的一般方法和原理一、自然規(guī)律 守恒定律守恒定律 場的定律場的定律 物質(zhì)定律物質(zhì)定律 統(tǒng)計法則統(tǒng)計法則第一節(jié) 參數(shù)檢測的一般方法和原理一、自然規(guī)律1.守恒定律守恒定律守恒定律是自然界最基本的定律，它包括能量守恒、守恒定律是自然界最基本的定律，它包括能量守恒、動量守恒、電荷量守恒等等。動量守恒、電荷量守恒等等。例如：比托管流量計、孔板流量計、轉(zhuǎn)子流量計等就例如：比托管流量計、孔板流量計、轉(zhuǎn)子流量計等就是根據(jù)流體的動能和靜壓能之間的變化是根據(jù)流體的動能和靜壓能之間的變化(能量守恒能量守恒)來測來測量流體的流速。量流體的流速。 參見參見p23第一節(jié) 參數(shù)檢測的一般方法和原理一、自然規(guī)律

2、2、場的定律、場的定律:是關(guān)于物質(zhì)作用的定律是關(guān)于物質(zhì)作用的定律, 如靜電場、電如靜電場、電磁場的感應(yīng)定律、動力場的運(yùn)動定律等等。磁場的感應(yīng)定律、動力場的運(yùn)動定律等等。 典型例子：電容傳感器。典型例子：電容傳感器。 c=s/d兩平行板間物質(zhì)的介電常數(shù)，兩平行板間物質(zhì)的介電常數(shù)，s平行板面積，平行板面積，d兩平行板之間的距離。兩平行板之間的距離。、如果把一個極板固定，把另一個極板與可產(chǎn)生位、如果把一個極板固定，把另一個極板與可產(chǎn)生位移的敏感元件相連，即可將敏感元件的位移轉(zhuǎn)換成電移的敏感元件相連，即可將敏感元件的位移轉(zhuǎn)換成電容量的大小。容量的大小。 、改變面積測物位。、改變面積測物位。第一節(jié) 參數(shù)

3、檢測的一般方法和原理一、自然規(guī)律3.物質(zhì)定律物質(zhì)定律 是關(guān)于各種物質(zhì)本身內(nèi)在性質(zhì)的定律、法則、規(guī)律。是關(guān)于各種物質(zhì)本身內(nèi)在性質(zhì)的定律、法則、規(guī)律。統(tǒng)計法則統(tǒng)計法則 是利用統(tǒng)計方法把微觀系統(tǒng)與宏觀系統(tǒng)聯(lián)系起來的是利用統(tǒng)計方法把微觀系統(tǒng)與宏觀系統(tǒng)聯(lián)系起來的物理法則。物理法則。二、參數(shù)檢測的一般方法 參數(shù)的檢測是利用敏感元件把被測參數(shù)的信息轉(zhuǎn)換為另一種形式的信息，便于進(jìn)一步進(jìn)行信息處理（變換）或顯示 參數(shù)檢測一般可分為： 光學(xué)法 力學(xué)法 熱學(xué)法 電學(xué)法 聲學(xué)法 磁學(xué)法 射線法pa1絕對壓力零線pphpa2大氣壓p01.01325105pa0appp0happp p1 p2p1 p2h(a)(b)21

4、pppgh 液體壓力計的誤差其他液柱式壓力計測量原理：p=h 所以 h=p/ 單管壓力計：p=p0+ghp0p斜管壓力計：p=p0+ghp pp0pp0p 液體壓力計的使用 液體壓力計在使用時，須注意以下問題：壓力計工作時，如實(shí)際工作溫度和當(dāng)?shù)刂亓铀俣绕x儀表設(shè)計值；應(yīng)對儀表讀數(shù)進(jìn)行修正 ;壓力計應(yīng)垂直安裝使用 ;應(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)的特性和壓力的測量范圍選擇合適的工作液; 在使用時，被測壓力的瞬時值不能超過測量范圍 。特點(diǎn)：特點(diǎn)：應(yīng)用范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可靠、準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好、用途：用途：1、用作檢驗、檢定壓力表和壓力傳感器的標(biāo)準(zhǔn)儀器 2、標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器 測量原理： p=g/s 所以 g=p

5、s 精確度高，允許誤差可以小到0.050.02。 常用作標(biāo)準(zhǔn)儀表，檢驗其它壓力計 參見下圖1、手輪2、手搖泵3、活塞4、被校壓力表5、7、切斷閥8、標(biāo)準(zhǔn)壓力表 9、貯油杯、10、測量活塞、11、砝碼托盤、12、砝碼壓力表的示值壓力表的示值：p=(m1+m2)g/ap-被測壓力；m1-活塞及托盤的質(zhì)量； m2-砝碼質(zhì)量；a-活塞承受壓力的有效面積；g-重力加速度101211 浮球式壓力計浮球式壓力計 浮球式壓力計的用途：浮球式壓力計的用途： 在氣體壓力儀器儀表的生產(chǎn)、科研和各級計量檢定、校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)使用?？捎糜跍y量各種氣體壓力，大多用來檢驗各種氣體壓力測量儀器儀表。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：傳壓介質(zhì)是壓縮空氣，

6、克服了活塞式壓力計因油的表面張力、粘度等產(chǎn)生的摩擦力，也沒有活塞式壓力計的漏油問題，特別適用于禁油類壓力計和傳感器的檢定。 組成：組成：浮球、噴嘴、砝碼支架、專用砝碼、流量調(diào)節(jié)器、氣體過濾器、底座、水平調(diào)節(jié)器等。 工作原理：工作原理： 浮球式壓力計是以氣體作為壓力源，以精密浮球處于工作狀態(tài)時的壓力作用面積為浮球有效面積的一種氣動負(fù)荷式壓力計。 精密浮球置于氣流噴嘴內(nèi)部，專用砝碼通過砝碼架作用在浮球體的頂端，當(dāng)噴嘴內(nèi)的氣體壓力作用在浮球體下部時，會使浮球在噴嘴內(nèi)飄浮起來。在浮球處于飄浮狀態(tài)下時，專用砝碼質(zhì)量所產(chǎn)生的重力與氣壓的作用力相平衡，浮球式壓力計便輸出一個穩(wěn)定而精確的壓力值。 xpxpxp

7、xpxpxxxxx 平薄膜 波紋膜 波紋管 單圈彈簧管 多圈彈簧管0p1彈簧管 2拉桿 3扇形齒輪4中心齒輪 5指針 6面板7游絲 8調(diào)節(jié)螺釘 9接頭圖 3 彈簧管壓力表 電源下限上限指針電接點(diǎn)壓力表在普通彈簧管壓力表的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，除在普通彈簧管壓力表的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，除能就地顯示外，還能進(jìn)行上限值與下限值的能就地顯示外，還能進(jìn)行上限值與下限值的報警。報警。波紋管差壓計 波紋管差壓計 波紋管的特點(diǎn)是靈敏度高（特別是在低壓），但是遲滯誤差較大，波紋管壓力表的測量范圍較小，一般為00.4mpa，儀表的準(zhǔn)確度等級為1.52.5級。 其它彈性式壓力表 膜盒壓力表 膜片和膜盒也常常被用作壓力測量的彈

8、性元件，從而構(gòu)成膜片壓力表和膜盒壓力表。 膜盒壓力表主要用于測量較低壓力或負(fù)壓的氣體壓力，壓力測量范圍為2040kpa，儀表的準(zhǔn)確度等級一般為1.52.5級。 膜片壓力表 工作原理與膜盒壓力表相近，測量準(zhǔn)確度也差不多，但膜片壓力表的可測壓力范圍較寬，最高可達(dá)2.5mpa。另外，作為彈性元件的膜片常常和其他轉(zhuǎn)換元件一起使用構(gòu)成電遠(yuǎn)傳式壓力儀表.其它彈性式壓力表r1r2123p(a)傳感器1外殼 2彈性筒 3膜片3.6.23.6.2霍霍爾壓力變送器（爾壓力變送器（yshysh型）型）壓力變化壓力變化位移變化位移變化霍霍爾電勢爾電勢v vh h變化。變化。z z方向，有恒定的非均勻的磁方向，有恒定的

9、非均勻的磁場場b by y方向，有恒定的電流方向，有恒定的電流i i通過通過由于受電磁力的作用，電子運(yùn)由于受電磁力的作用，電子運(yùn)動的軌跡發(fā)生偏移，造成霍爾片動的軌跡發(fā)生偏移，造成霍爾片的一個端面電子積累，另一端面的一個端面電子積累，另一端面正電荷過剩，這樣在正電荷過剩，這樣在x x方向上形方向上形成一個電位差（成一個電位差（v vh h），這一電位），這一電位差稱為霍爾電勢。這一物理現(xiàn)象差稱為霍爾電勢。這一物理現(xiàn)象稱為稱為“霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)”。zyx 霍爾電勢：霍爾電勢：vh=rhbivh:霍爾電勢，大小約幾十霍爾電勢，大小約幾十mv ；rh：霍爾常數(shù)，單位：霍爾常數(shù)，單位：mv/ma(千高斯

10、千高斯)i：控制電流（通過霍爾片的電流），大小約：控制電流（通過霍爾片的電流），大小約3-20mab:垂直作用于霍爾片的磁感應(yīng)強(qiáng)度，一般為幾千高斯垂直作用于霍爾片的磁感應(yīng)強(qiáng)度，一般為幾千高斯 導(dǎo)體導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比半導(dǎo)體小得多，因而霍爾片用半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比半導(dǎo)體小得多，因而霍爾片用半導(dǎo)體做比較多。做比較多。 霍霍爾片與彈簧管自由端連在一起，壓力變化，彈簧管爾片與彈簧管自由端連在一起，壓力變化，彈簧管自由端產(chǎn)生位移，霍爾片在非均勻磁場中的位置改變（相自由端產(chǎn)生位移，霍爾片在非均勻磁場中的位置改變（相當(dāng)于當(dāng)于b會改變），進(jìn)而會改變），進(jìn)而vh改變。這樣就實(shí)現(xiàn)了把壓力轉(zhuǎn)變改變。這樣就實(shí)現(xiàn)了把壓力轉(zhuǎn)變

11、成位移再轉(zhuǎn)變成成位移再轉(zhuǎn)變成vh的變化。的變化。 因因電阻率變化引起阻值變化電阻率變化引起阻值變化稱為稱為壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)。 壓阻元件是指在壓阻元件是指在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成的擴(kuò)散電阻。工藝制成的擴(kuò)散電阻。 擴(kuò)散電阻正常工作需依附于彈性元件，常用的是擴(kuò)散電阻正常工作需依附于彈性元件，常用的是單晶硅膜片單晶硅膜片。構(gòu)成框圖構(gòu)成框圖：擴(kuò)散硅壓擴(kuò)散硅壓阻傳感器阻傳感器前置前置放大器放大器調(diào)零電路調(diào)零電路vi轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換pusu01uzio把被測差壓把被測差壓p成比例地轉(zhuǎn)換為不平衡電壓成比例地轉(zhuǎn)換為不平衡電壓us 1.負(fù)壓室負(fù)壓室 2.正壓室正壓室 3.硅杯硅杯

12、4.引線引線 5.硅片硅片ri1ri2ri3ri4ri1ri2ri3ri4usri1ri2ri3ri4is不受壓時：不受壓時：ri1ri2ri3ri4r us ri1ri2ri3ri4is受壓時：受壓時：ri1ri4r1ri2ri3r224()2iissrriu21()2srr i結(jié)論：流經(jīng)兩個橋臂的電流始終相等；結(jié)論：流經(jīng)兩個橋臂的電流始終相等；計算如下：計算如下：p1k p結(jié)論：結(jié)論：1、壓、壓阻式阻式壓力傳感器主要壓力傳感器主要優(yōu)點(diǎn)是體積小，優(yōu)點(diǎn)是體積小，結(jié)構(gòu)簡單。結(jié)構(gòu)簡單。2、擴(kuò)散、擴(kuò)散電阻的靈敏系數(shù)是金屬應(yīng)變片的幾十倍，能直接測量電阻的靈敏系數(shù)是金屬應(yīng)變片的幾十倍，能直接測量出微小的壓力變化。出微小的壓力變化。3、壓、壓阻式壓力傳感器還具有良好的動態(tài)響應(yīng)，遲滯小，可用阻式壓力傳感器還具有良好的動態(tài)響應(yīng)，遲滯小，可用來測量幾千赫茲乃至更高的脈動來測量幾千赫茲乃至更高的脈動壓力。壓力。4、壓阻式壓力傳感器是一種發(fā)展比較迅速，應(yīng)用十分廣泛的壓