安全檢測技術(shù)課件第4章

1、第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 4.1 溫度測量與儀表溫度測量與儀表 4.2 壓力測量與儀表壓力測量與儀表 4.3 流量檢測與儀表流量檢測與儀表 4.4 物位檢測與儀表物位檢測與儀表 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 4.1溫度檢測與儀表溫度檢測與儀表 4.1.14.1.1溫標(biāo)及測溫方法分類溫標(biāo)及測溫方法分類1.1.溫標(biāo)溫標(biāo)為了保證溫度量值的統(tǒng)一，必須建立一個(gè)用來衡量溫度高低的標(biāo)準(zhǔn)尺度，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺度稱為溫標(biāo)。溫度的高低必須用數(shù)字來說明，溫標(biāo)就是溫度的一種數(shù)值表示方法，并給出了溫度數(shù)值化的一套規(guī)則和方法，同時(shí)明確了溫度的測量單位。人們一般是借助于隨溫度變化而變化的

2、物理量（如體積、壓力、電阻、熱電勢等）來定義溫度數(shù)值，建立溫標(biāo)和制造各種各樣的溫度檢測儀表。下面對(duì)常用溫標(biāo)作一簡介。 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 1）經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo).攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)是把在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點(diǎn)定為零攝氏度，把水的沸點(diǎn)定為100攝氏度的一種溫標(biāo)。在零攝氏度到100攝氏度之間進(jìn)行100等分，每一等分為1攝氏度，單位符號(hào)為。.華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)人們規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的純水的冰點(diǎn)溫度為32華氏度，水的沸點(diǎn)定為212華氏度，中間劃分180等分。每一等分稱為1華氏度。單位符號(hào)為。 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 .列氏溫標(biāo)列氏溫標(biāo)列氏溫標(biāo)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰融點(diǎn)為0列氏度

3、，水沸點(diǎn)為80列氏度，中間等分為80等分，每一等分為1列氏度。單位符號(hào)為R。攝氏、華氏、列氏溫度之間的換算關(guān)系為 R45)32F(95C（4-1） 式中式中:C攝氏溫度值；攝氏溫度值；F華氏溫度值；華氏溫度值；R列氏溫度值。列氏溫度值。 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 2）熱力學(xué)溫標(biāo)1848年英國科學(xué)家開爾文（Kelvin）提出以卡諾循環(huán)為基礎(chǔ)建立熱力學(xué)溫標(biāo)。認(rèn)為物質(zhì)有一個(gè)最低溫度點(diǎn)存在，定為0K，把水的三相點(diǎn)溫度273.15K選作唯一的參考點(diǎn),在該溫標(biāo)中不會(huì)出現(xiàn)負(fù)溫度值。從理想氣體狀態(tài)方程入手可以復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)，稱做絕對(duì)氣體溫標(biāo)。這兩種溫標(biāo)在數(shù)值上完全相同，而且與測溫物質(zhì)無關(guān)。能源

4、與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 3）國際溫標(biāo)國際溫標(biāo)是用來復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)的，其指導(dǎo)思想是采用氣體溫度計(jì)測出一系列標(biāo)準(zhǔn)固定溫度（相平衡點(diǎn)），以它們?yōu)橐罁?jù)在固定點(diǎn)中間規(guī)定傳遞的儀器及溫度值的內(nèi)插公式。第一個(gè)國際溫標(biāo)制定于1927年，此后隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，溫標(biāo)的探索也在不斷地進(jìn)展，1989年7月國際計(jì)量委員會(huì)批準(zhǔn)了新的國際溫標(biāo)，簡稱ITS90。我國于1994年起全面推行ITS90新溫標(biāo)。ITS90同時(shí)定義國際開爾文溫度（變量符號(hào)為T90）和國際攝氏溫度（變量符號(hào)為t90）。水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度為273.15K，攝氏度與開爾文度保留原有簡單的關(guān)系式 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測

5、儀表 t90=(T90-273.15) （4-2） ITS-90對(duì)某些純物質(zhì)各相（固、液體）間可復(fù)現(xiàn)的平衡態(tài)之溫度賦予給定值，即給予了定義，定義的固定點(diǎn)共17個(gè)。ITS-90規(guī)定把整個(gè)溫標(biāo)分成四個(gè)溫區(qū)，其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)儀器如下：0.655.0K之間，T90用3He和4He蒸氣壓與溫度的關(guān)系式來定義；3.024.5561K（氖三相點(diǎn)）之間，用氦氣體溫度計(jì)來定義；13.8033K（平衡氫三相點(diǎn)）961.78（銀凝固點(diǎn)）之間，用基準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)來定義；961.78以上，用單色輻射溫度計(jì)或光電高溫計(jì)來復(fù)現(xiàn)。 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 2.2.溫度檢測的主要方法及分類溫度檢測的主要方法及分類

6、1）接觸式測溫方法接觸式測溫方法是使溫度敏感元件和被測溫度對(duì)象相接觸，當(dāng)被測溫度與感溫元件達(dá)到熱平衡時(shí)，溫度敏感元件與被測溫度對(duì)象的溫度相等。這類溫度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，精度高，穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。這類測溫方法的溫度傳感器主要有：基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的膨脹式溫度傳感器；基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值隨溫度變化的電阻式溫度傳感器；基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度傳感器。 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 2）非接觸式測溫方法非接觸式測溫方法是應(yīng)用物體的熱輻射能量隨溫度的變化而變化的原理。物體輻射能量的大小與溫度有關(guān)，并且以電磁波形式向四周輻射，當(dāng)選擇合適的接收檢測裝置時(shí)，便可測得被測

7、對(duì)象發(fā)出的熱輻射能量，并且轉(zhuǎn)換成可測量和顯示的各種信號(hào)，實(shí)現(xiàn)溫度的測量。這類測溫方法的溫度傳感器主要有光電高溫傳感器、紅外輻射溫度傳感器、光纖高溫傳感器等。非接觸式溫度傳感器理論上不存在熱接觸式溫度傳感器的測量滯后和在溫度范圍上的限制，可測高溫、腐蝕、有毒、運(yùn)動(dòng)物體及固體、液體表面的溫度，不干擾被測溫度場，但精度較低，使用不太方便。能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 表表4-1溫度檢測方法的分類溫度檢測方法的分類 測溫 方式 溫度計(jì)或 傳感器類型 測量范圍 /? 精度% 特點(diǎn) 水銀 50650 0.11 簡單方便，易損壞（水銀污染） 雙金屬 0300 0.11 結(jié)構(gòu)緊湊，牢固可靠 液體

8、30600 熱膨脹式 壓力 氣體 20350 1 耐振，堅(jiān)固，價(jià)格低廉 鉑鍺 一鉑 01600 0.20.5 熱電偶 其他 2001100 0.41.0 種類多，適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)方便，應(yīng)用廣泛。需注意寄生熱電勢及動(dòng)圈式儀表電阻對(duì)測量結(jié)果的影響 鉑 260600 0.10.3 鎳 50300 0.20.5 銅 0180 0.10.3 精度及靈敏度均較好， 需注意環(huán)境溫度的影響 接觸式 熱電阻 熱敏電阻 50350 0.30.5 體積小，響應(yīng)快，靈敏度高，線性差，需注意環(huán)境溫度影響 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 表表4-1溫度檢測方法的分類溫度檢測方法的分類 輻射溫度計(jì) 800

9、3500 1 光高溫計(jì) 7003000 1 非接觸測溫，不干擾被測溫度場，輻射率影響小，應(yīng)用簡便 熱探測器 2002000 1 熱敏電阻探測器 503200 1 非接觸式 光子探測器 03500 1 非接觸測溫，不干擾被測溫度場，響應(yīng)快，測溫范圍大，適于測溫度分布，易受外界干擾，標(biāo)定困難 其他 碘化銀，二碘化汞， 氯化鐵， 液晶等 352000 NB，導(dǎo)體A因失去電子而帶正電，導(dǎo)體B因得到電子而帶負(fù)電，在A、B的接觸面處便形成一個(gè)從A到B的靜電場。這個(gè)電場又阻止電子繼續(xù)由A向B擴(kuò)散。當(dāng)電子擴(kuò)散能力與此電場阻力相平衡時(shí)，自由電子的擴(kuò)散達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，這樣在接觸處形成一個(gè)穩(wěn)定的電動(dòng)勢，稱為接觸電勢

10、。 AB( )ABET( )ABET( )ABET能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 圖4-7 兩端接觸電勢形成示意圖能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 在圖4-4回路中，T0點(diǎn)的接觸電勢其大小為 )()(ln)(000ABtNtNeKTtEBA（4-3） 上式中:EAB（T）為導(dǎo)體A、B在溫度T的接觸電勢；K為接觸處絕對(duì)溫度，K為波耳茲曼常數(shù)，K=1.3810-23J/K；e為電子電荷，e=1.6010-19C。 可以看出，如果熱電偶的兩個(gè)電極材料相同(NA=NB)，則不會(huì)產(chǎn)生接觸電勢。因此，熱電偶的兩個(gè)電極材料必須不同。 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 在圖4-4回路

11、中，T0點(diǎn)的接觸電勢為 )()(ln)()(ln)()(000000ABABtNtNTtNtNTeKtEtEBABA（4-5） 熱電偶回路總接觸電勢的大小只與熱電極材料及兩點(diǎn)的溫度有關(guān)，當(dāng)兩接點(diǎn)的溫度相等時(shí)，總接觸電勢為零。結(jié)論：能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 .溫差電勢溫差電勢溫差電勢（也稱湯姆遜電勢）是指在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的電動(dòng)勢。ABTT0TT0能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 在圖4-4回路中，A導(dǎo)體上的溫差電勢EA(T,T0)為 )()(1),(00TNTdTNeKTTEATTAA（4-6） B導(dǎo)體上的溫差電勢EB(T, T0)為 )()(1),

12、(00TNTdTNeKTTEBTTBB（4-7） 則在導(dǎo)體A、B組成的熱電偶回路中，兩導(dǎo)體上產(chǎn)生的溫差電勢之和為 )()(1)()(1),(),(0000TNTdTNTNTdTNeKTTETTEBTTBATTABA（4-8） 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 .熱電偶閉合回路的總電勢熱電偶閉合回路的總電勢EAB（T，T0）=EAB（T）-EAB（T0）+EA（T，T0）- EB（T，T0） （4-9） 接觸電勢接觸電勢溫差電勢溫差電勢能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 通常情況下，溫差電勢比較小，因此 EAB（T，T0）EAB（T）-EAB（T0） （4-10） 如果能使冷端溫度

13、T0固定，即EAB（T0）=C(常數(shù))，則對(duì)確定的熱電偶材料，其總電勢EAB（T，T0）就只與熱端溫度呈單值函數(shù)關(guān)系，即 EAB（T，T0）EAB（T）-C (4-11) 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 根據(jù)國際溫標(biāo)規(guī)定：在T0=0時(shí)，用實(shí)驗(yàn)的方法測出各種不同熱電極組合的熱電偶在不同的工作溫度下所產(chǎn)生的熱電勢值，并將其列成一張表格，這就是常說的分度表。溫度與熱電勢之間的關(guān)系也可以用函數(shù)關(guān)系表示，稱為參考函數(shù)。同時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：(1)兩種相同材料的導(dǎo)體構(gòu)成熱電偶時(shí)，其熱電勢為零；(2)當(dāng)兩種導(dǎo)體材料不同，但兩端溫度相同時(shí)，其熱電偶的熱電勢為零；(3)熱電勢的大小只與電極的材料和結(jié)點(diǎn)

14、的溫度有關(guān)，與熱電偶的尺寸、形狀無關(guān)。 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 3)熱電偶基本定律.中間導(dǎo)體定律熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，則對(duì)熱電偶回路總的熱電勢沒有影響，如圖4-5所示。熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體C后的熱電勢為 EABC（T，T0）=EAB（T）+EBC（T0）+ECA（T0） （4-13） 即 EBC（T0）+ECA（T0）= -EAB（T0） （4-14） EABC（T，T0）=EAB（T）-EAB（T0）=EAB（T，T0） （4-15） 所以能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 圖4-5中間導(dǎo)體定律 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀

15、表 .中間溫度定律中間溫度定律 熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為（T，T0）時(shí)的熱電勢，等于在結(jié)點(diǎn)溫度為（T，Tn）及（Tn，T0）時(shí)的熱電勢之和，其中，Tn 稱為中間溫度，如圖4-6所示。其熱電勢可用下式表示： （4-16） EAB（T，T0）=EAB（T，Tn）+EAB（Tn，T0） 圖4-6中間溫度定律 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 中間溫度定律的實(shí)用價(jià)值在于：(1)當(dāng)熱電偶冷端不為0時(shí)，可用中間溫度定律加以修正；(2)由于熱電偶電極不能做得很長，可根據(jù)中間溫度定律選用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償導(dǎo)線。 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 .標(biāo)準(zhǔn)電極定律標(biāo)準(zhǔn)電極定律如圖4-7所示，如果A、B兩種導(dǎo)體分

16、別與第3種導(dǎo)體C組成熱電偶，當(dāng)兩結(jié)點(diǎn)溫度為（T，T0）時(shí)熱電勢分別為EAC（T，T0）和EBC（T，T0），那么在相同溫度下，由A、B兩種熱電偶配對(duì)后的熱電勢為 EAB（T，T0）=EAC（T，T0）-EBC（T，T0） （4-17） 圖4-7標(biāo)準(zhǔn)電極定律 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 .均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路中，不論導(dǎo)體的截面和長度如何，以及各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。這條定理說明，熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的均質(zhì)材料構(gòu)成。 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 4）熱電偶的材料根據(jù)上述熱電偶的測溫原則，理論上任何兩種導(dǎo)體均可配成熱電偶，

17、但因?qū)嶋H測溫時(shí)對(duì)測量精度及使用等有一定要求，故對(duì)制造熱電偶的熱電極材料也有一定要求。除滿足上述對(duì)溫度傳感器的一般要求外，還應(yīng)注意如下要求:（1）在測溫范圍內(nèi)，熱電性質(zhì)穩(wěn)定，不隨時(shí)間和被測介質(zhì)而變化，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，不易氧化或腐蝕；（2）電導(dǎo)率要高，并且電阻溫度系數(shù)要??； 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 （3）它們組成的熱電偶的熱電勢隨溫度的變化率要大，并且希望該變化率在測溫范圍內(nèi)接近常數(shù)；（4）材料的機(jī)械強(qiáng)度要高，復(fù)制性好，復(fù)制工藝要簡單，價(jià)格便宜。完全滿足上述條件要求的材料很難找到，故一般只根據(jù)被測溫度的高低選擇適當(dāng)?shù)臒犭姌O材料。下面分別介紹國內(nèi)生產(chǎn)的幾種常用熱電偶。它們又分為標(biāo)

18、準(zhǔn)化熱電偶與非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系和允許誤差，并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表。 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 5）熱電偶的分類.按熱電偶材料分類按材料廉金屬貴金屬難熔金屬非金屬能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 表表4-2熱電偶的分類熱電偶的分類 中國 日本 名稱 IEC 新 舊 美國 英國 新 舊 俄國 鉑銠 10-鉑 S S LB-3 S S S - -1 鉑銠 13-鉑 R R - R R R PR - 鉑銠 13-鉑銠 6 B B LL-2 B B B - -30/6 鎳鉻-鎳鋁(硅) K K EU-2 K K K CA XA 鎳鉻-

19、銅鎳 E E EA-2 E E E CRC XK 鐵-銅鎳 J J - J J J IC - 銅-銅鎳 T T CK T T T CC - 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 表表4-3K型熱電偶分度表型熱電偶分度表 電動(dòng) 分 勢值 度 mV 溫度? 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 -0 0 -0.392 -0.777 -1.156 -1.527 -10.89 -2.243 -2.586 -2.92 -3.242 +0 0 0.397 0.798 1.203 1.611 2.022 2.436 2.85 3.266 3.681 100 4.095 4.508 4

20、.919 5.327 5.733 6.137 6.539 6.939 7.338 7.737 200 8.137 8.537 8.938 9.341 9.745 10.151 10.56 10.969 11.381 11.793 300 12.207 12.623 13.039 13.456 13.874 14.292 14.712 15.132 15.552 15.974 400 16.395 16.818 17.241 17.664 18.088 18.513 18.938 19.363 19.788 20.214 500 20.64 21.066 21.493 21.919 22.346

21、 22.772 23.198 23.624 24.05 24.476 600 24.902 25.327 25.751 26.176 26.599 27.022 27.445 27.867 28.288 28.709 700 29.128 29.547 29.965 30.383 30.799 31.214 31.629 32.042 32.455 32.866 800 33.277 33.686 34.095 34.502 34.909 35.314 35.718 36.121 36.524 36.925 900 37.325 37.724 38.122 38.519 38.915 39.3

22、1 39.703 40.096 40.488 40.897 1000 41.269 41.657 42.045 42.432 42.817 43.202 43.585 43.968 44.349 44.729 1100 45.108 45.486 45.863 46.238 46.612 46.985 47.356 47.726 48.095 48.462 1200 48.828 49.192 49.555 49.916 50.276 50.633 50.99 51.344 51.697 52.049 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 例：用鎳鉻一鎳硅（K型）熱電偶測量某一物體溫度，已

23、知熱電偶參考端溫度為30，測得熱電動(dòng)勢為33.686mV，求被測物體溫度為多少？解：查K型熱電偶分度表可知，En（30，0）=1.203 mV，Ek（T，40）=33.686mV，Ek（T，0）= Ek（T，40）+ En（30，0）=33.686+1.203=34.889mV，再查表可知：被測物體溫度大約為840。 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 圖4-8熱電偶的溫度與電勢特性曲線 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 .按用途和結(jié)構(gòu)分類按用途和結(jié)構(gòu)分類熱電偶按照用途和結(jié)構(gòu)分為普通工業(yè)用和專用兩類。普通工業(yè)用的熱電偶分為直形、角形和錐形（其中包括無固定裝置、螺紋固定裝置和法蘭固

24、定裝置等品種）。專用的熱電偶分為鋼水測溫的消耗式熱電偶、多點(diǎn)式熱電偶和表面測溫?zé)犭娕嫉取?能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 6）熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電偶的基本組成包括熱電極、絕緣套管、保護(hù)套管和接線盒等部分，其結(jié)構(gòu)如圖4-9所示。熱電偶的結(jié)構(gòu)形式各種各樣，按其結(jié)構(gòu)形式，熱電偶可分為以下4種形式:.普通型熱電偶普通型熱電偶這類熱電偶主要用來測量氣體、蒸氣和液體介質(zhì)的溫度，目前已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 圖4-9熱電偶的結(jié)構(gòu) 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 .鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶又稱纜式熱電偶，它是將熱電極、絕緣材料和金屬保護(hù)套三者結(jié)合成一

25、體的特殊結(jié)構(gòu)形式，其斷面結(jié)構(gòu)如圖4-10所示。它具有體積小、熱慣性小、精度高、響應(yīng)快、柔性強(qiáng)的特點(diǎn)，廣泛用于航空、原子能、冶金、電力、化工等行業(yè)中。 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 圖4-10鎧裝熱電偶斷面結(jié)構(gòu) 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 .薄膜熱電偶薄膜熱電偶薄膜熱電偶是采用真空蒸鍍的方法，將熱電偶材料蒸鍍?cè)诮^緣基板上而成的熱電偶。它可以做得很薄，具有熱容量小、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，適于測量微小面積上的瞬變溫度。能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 .快速消耗型熱電偶快速消耗型熱電偶這種熱電偶是一種專用熱電偶，主要用于測量高溫熔融物質(zhì)的溫度，如鋼水溫度，通常是一次性使

26、用。這種熱電偶可直接用補(bǔ)償導(dǎo)線接到專用的快速電子電位差計(jì)上，直接讀取溫度。 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 3.3.熱電阻熱電阻1）工作原理大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻具有隨溫度變化的特性，其特性方程如下： Rt=R01+a(t-t0) （4-18） 式中t表示任意絕對(duì)溫度時(shí)金屬的電阻值；0表示基準(zhǔn)狀態(tài)t0時(shí)的電阻值；是熱電阻的溫度系數(shù)（1/）。對(duì)于絕大多數(shù)金屬導(dǎo)體，并不是一個(gè)常數(shù)，而是有關(guān)溫度的函數(shù)，但在一定的溫度范圍內(nèi)，可近似地看成一個(gè)常數(shù)。不同的金屬導(dǎo)體，保持常數(shù)所對(duì)應(yīng)的溫度范圍也不同。 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 熱電阻第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 一般選作感溫電阻的材料

27、必須滿足如下要求：一般選作感溫電阻的材料必須滿足如下要求：電阻溫度系數(shù)要高；在測溫范圍內(nèi)，化學(xué)、物理性能穩(wěn)定；具有良好的輸出特性；具有比較高的電阻率；具有良好的可加工性，且價(jià)格便宜。能源與水利學(xué)院鉑、銅、鐵、鎳第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 2 2）熱電阻類型）熱電阻類型.鉑熱電阻（鉑熱電阻（WZPWZP型號(hào)）型號(hào)）鉑的物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，是目前制造熱電阻的最好材料。鉑電阻主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)，廣泛應(yīng)用于溫度的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。它是目前測溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種溫度計(jì)。鉑絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系在0850范圍內(nèi)為 )BtAt1 (RR20t（4-19） 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 在-

28、190范圍內(nèi)為 )t )100t (CBtAt1 RR320t（420） 式中Rt為溫度為t時(shí)的電阻值；R0為溫度為0時(shí)的電阻值；t為任意溫度值；A、B、C都是分度系數(shù)，A=3.9080210-3-1；B=5.80210-7-2；C=4.273 5010-12-4。 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 鉑熱電阻中的鉑絲純度用電阻比W（100）表示，即 0100)100(WRR（4-21） 式中R100為鉑熱電阻在100時(shí)的電阻值；R0為鉑熱電阻在0時(shí)的電阻值。電阻比W（100）越大，其純度越高。按IEC標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)使用的鉑熱電阻的W（100）1.3850。目前技術(shù)水平可達(dá)到W（100）=1

29、.3930其對(duì)應(yīng)鉑的純度為99.9995%。 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 表表4-5鉑熱電阻鉑熱電阻Pt100的分度表的分度表 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 溫度/? 電阻/ -200 18.49 -100 60.25 56.19 52.11 48.00 43.87 39.71 35.53 31.32 27.08 22.80 0 100.00 96.09 92.16 88.22 84.27 80.31 76.33 72.33 68.33 64.30 0 100.00 103.90 107.79 111.67 115.54 119.41 123.24 1

30、27.07 130.89 134.70 100 138.50 142.29 146.06 149.82 153.58 157.31 161.04 164.76 168.46 172.16 200 175.84 179.51 183.17 186.82 190.45 194.07 197.69 201.29 204.88 208.45 300 212.02 215.57 219.12 222.65 226.17 229.69 233.17 236.65 240.13 243.59 400 247.04 250.48 253.90 257.32 260.72 264.11 267.49 270.8

31、6 274.22 277.56 500 280.90 284.22 287.53 290.83 294.11 297.39 300.65 303.91 307.15 310.38 600 313.59 316.80 319.99 323.18 326.35 329.51 332.66 335.79 338.92 342.03 700 345.13 348.22 351.30 354.37 357.37 360.47 363.50 366.52 369.53 372.52 800 375.51 378.48 381.45 384.40 387.34 390.26 能源與水利學(xué)院第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)

32、檢測儀表 .銅熱電阻（銅熱電阻（WZCWZC型號(hào)）型號(hào)）銅的電阻溫度系數(shù)大，易加工提純，其電阻值與溫度呈線性關(guān)系，價(jià)格便宜，在-50150內(nèi)有很好的穩(wěn)定性。但溫度超過150后易被氧化而失去線性特性，因此，它的工作溫度一般不超過150。第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 在-50150的溫度范圍內(nèi)，銅電阻與溫度近似呈現(xiàn)性關(guān)系，可用下式表示，即 )CtBtAt1 (RR320t（4-22） 由于B、C比A小得多，所以可以簡化為 )At1 (RR0t（4-23）上式中:Rt是溫度為t時(shí)銅電阻值；R0是溫度為0時(shí)銅電阻值；A是常數(shù)，A=4.2810-3-1。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 表表4-6熱電阻新、舊

33、分度號(hào)熱電阻新、舊分度號(hào) 名稱 新型 舊型 - BA1 (R0=46) (=0.00391?-1) Pt100(R0=100) (=0.00385?-1) BA2 (R0=100) (=0.00391?-1) 鉑電阻 Pt10(R0=10) - 銅電阻 Cu50(R0=50) Cu100(R0=100) G(R0=53) 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 4.1.4 4.1.4 溫度檢測儀表的選用溫度檢測儀表的選用正常使用溫度范圍，一般為儀表量程的3090玻璃液體溫度計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測量準(zhǔn)確、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，但強(qiáng)度差、容易損壞，通常用于指示精度較高，現(xiàn)場沒有震動(dòng)的場合，還可作溫度報(bào)警和位式

34、控制。 雙金屬溫度計(jì)具有體積小、使用方便、刻度清晰、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，但測量誤差較大，適用于指示清晰，有震動(dòng)的場合， 也可作報(bào)警和位式控制。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 4.2 壓力檢測與儀表壓力檢測與儀表 1.1.壓力的描述與單位壓力的描述與單位 （1）絕對(duì)壓力。指作用于物體表面上的全部壓力，其零點(diǎn)以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)，又稱總壓力或全壓力，一般用大寫字母P表示。 （2）大氣壓力。指地球表面上的空氣柱重量所產(chǎn)生的壓力，以P0表示。 （3）相對(duì)壓力。指絕對(duì)壓力與大氣壓力之差，一般用P表示。當(dāng)絕對(duì)壓力大于大氣壓力時(shí)，稱為正壓力，簡稱壓力，又稱表壓力；當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，稱為負(fù)壓，負(fù)壓又可用真空度

35、表示，負(fù)壓的絕對(duì)值稱為真空度。 （4）壓差。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 表表4-7 壓力單位的相互換算壓力單位的相互換算 帕(Pa) 工程大氣壓（Kgf/cm2） 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm） 毫米水柱 （mmH2O） 毫米水銀柱（mmHg） 毫巴（mbar） 磅力/英寸2 （bf/in2） 1 1.0197110-5 0.9869210-5 0.101971 0.750010-2 110-2 1.4504410-4 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 表表4-8 壓力儀表的分類壓力儀表的分類 類別 壓力表型式 測壓范圍/kPa 精度等級(jí) 輸出信號(hào) 性能特點(diǎn) U 形管 -1010 0.2，0.5 水柱高度

36、實(shí)驗(yàn)室低，微壓測量 補(bǔ)償式 -2.52.5 0.02，0.1 旋轉(zhuǎn)刻度 用作微壓基準(zhǔn)儀器 液柱式壓力計(jì) 自動(dòng)液柱式 -102102 0.005，0.01 自動(dòng)計(jì)數(shù) 用光、電信號(hào)自動(dòng)跟蹤液面，用作壓力基準(zhǔn)儀器 彈簧管 -102106 0.14.0 就地測量或校驗(yàn) 膜片 -102102 1.52.5 用于腐蝕性、高粘度介質(zhì)測量 膜盒 -102102 1.02.5 微壓測量與控制 彈性式壓力表 波紋管 0102 1.5，2.5 位移， 轉(zhuǎn)角或力 生產(chǎn)過程低壓測控 活塞式 0106 0.010.1 負(fù)荷式壓力計(jì) 浮球式 0104 0.02，0.05 砝碼負(fù)荷 結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)實(shí)，精度極高，用作壓力基準(zhǔn)器。

37、 電阻式 -102104 1.0，1.5 電壓， 電流 結(jié)構(gòu)簡單，耐震動(dòng)性差 電感式 0105 0.21.5 毫伏， 毫安 環(huán)境要求低，信號(hào)處理靈活 電容式 0104 0.050.5 伏，毫安 響應(yīng)速度極快，限于動(dòng)態(tài)測量 壓阻式 0105 0.020.2 毫伏， 毫安 性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)簡單 壓電式 0104 0.11.0 伏 響應(yīng)速度極快，限于動(dòng)態(tài)測量 應(yīng)變式 -102104 0.10.5 毫伏 沖擊，溫濕度影響小，電路復(fù)雜 振頻式 0104 0.050.5 頻率 性能穩(wěn)定，精度高 電氣式壓力表 （壓力傳感式） 霍爾式 0104 0.51.5 毫伏 靈敏度高，易受外界干擾 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)

38、檢測儀表 1）壓力范圍的劃分（1）微壓壓力在00.1MPa以內(nèi)；（2）低壓壓力在0.110MPa以內(nèi)；（3）高壓壓力在10600MPa以內(nèi)；（4）超高壓壓力高于600MPa； 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 （5）真空（以絕對(duì)壓力表示）： 粗真空：1.33321031.0133105Pa； 低真空：0.133321.3332103Pa； 高真空：1.333210-60.13332Pa； 超高真空：1.333210-101.333210-6 Pa； 極高真空：d,所以 2Dd項(xiàng)可以忽略 1hh （4-37） 被測壓力P表可寫成 P表gh1 （4-38） 單管壓力計(jì)的“零”位刻度在刻度標(biāo)尺的下端，也可

39、以在上端。液柱高度只需一次讀數(shù)。使用前需調(diào)好零點(diǎn)，使用時(shí)要檢查是否垂直安裝。單管壓力計(jì)的玻璃管直徑，一般選用35mm。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 3.3.斜管壓力計(jì)斜管壓力計(jì) 一般當(dāng)測量的壓力較低，并要求有較高的測量精確度時(shí)，不應(yīng)采用形或單管壓力計(jì)。這時(shí)，通常改用斜管壓力計(jì)。斜管壓力計(jì)就是將單管壓力計(jì)的玻璃管傾斜放置，如圖4-23所示。由于h1讀數(shù)標(biāo)尺連同單管一起被傾斜放置，使刻度標(biāo)尺的分度間距離得以放大，這樣就可以測量到1/10mm水柱的微壓，所以有時(shí)又把斜管壓力計(jì)叫做微壓力計(jì)。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 圖4-23傾斜管壓力計(jì) 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 斜管壓力計(jì)有傾斜角固定的和變動(dòng)

40、的兩種。使用時(shí)注入容器內(nèi)的液體密度一定要和刻度時(shí)所用的液體密度一致，否則要加以校正。為了使用方便，通常把標(biāo)尺直接制成毫米水柱的刻度。傾斜管壓力計(jì)的“零”位刻度在刻度標(biāo)尺的下端。傾斜管角度是可以根據(jù)生產(chǎn)需要改變的，固定的斜管壓力計(jì)的液面變化范圍比單管壓力計(jì)放大倍。使用前需放置水平調(diào)好零位。更換工作液時(shí)，其密度與原刻度標(biāo)尺時(shí)的密度要一致。 sin1第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 若將被測壓力P通入容器，則玻璃管中液面的位置將移動(dòng)為l。如忽視容器中波面的降低，則測得的壓力可用下式表示 lhsing1（4-39） 式中：l為液體自標(biāo)尺零位向上移動(dòng)的毫米數(shù)；為玻璃管的傾斜角；為液體密度。可見，斜管壓力計(jì)所測

41、量的壓力等于傾斜管中液面移動(dòng)的距離，與該液體密度和玻璃管傾斜角的正弦之乘積。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 4.2.34.2.3彈性式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)彈性式壓力表是以彈性元件受壓產(chǎn)生彈性變形作為測量基礎(chǔ)的，它結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、使用方便、測量范圍寬、易于維修，在工程中得到應(yīng)用的廣泛。1.1.彈性元件彈性元件不同材料、不同形狀的彈性元件適配于不同場合、不同范圍的壓力測量。常用的彈性元件有彈簧管、波紋管和膜片等，圖4-24為一些彈性元件的示意圖。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 圖4-24彈簧管與波紋管 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 1）彈簧管它是一端封閉并且彎成圓弧形的管子，管子的截面為扁圓形或橢圓形

42、。當(dāng)被測壓力從固定端輸入后，它的自由端會(huì)產(chǎn)生彈性位移，通過位移大小進(jìn)行測壓。彈簧管式壓力計(jì)測量范圍最高可達(dá)109Pa，在工業(yè)上應(yīng)用普遍。這一類壓力計(jì)的彈簧管又有單圈管和多圈管之分，多圈彈簧管自由端的位移量較大，測量靈敏度也較單圈彈簧管高。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 2）波紋管這是一種表面上有多個(gè)同心環(huán)形狀波紋的薄壁筒體，用金屬薄管制成。當(dāng)輸入壓力時(shí)，其自由端產(chǎn)生伸縮變形，籍此測取壓力大小。波紋管對(duì)壓力靈敏度較高，可以用來測量較低的壓力或壓差。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 3）波紋膜片和膜盒波紋膜片由金屬薄片或橡皮膜做成，在外力作用下膜片中心產(chǎn)生一定的位移，反映外力的大小。薄膜式壓力計(jì)中膜片又

43、分為平膜片、波紋膜片和撓性膜片。其中，平膜片可以承受較大被測壓力，平膜片變形量較小，靈敏度不高，一般在測量較大的壓力而且要求變形不很大的場合使用。波紋膜片測壓靈敏度較高，常用在小量程的壓力測量中。平膜片在壓力或力作用下位移量小，因而常把平膜片加工制成具有環(huán)狀同心波紋的圓形薄膜，這就是波紋膜片。其波紋形狀有正弦形、梯形和鋸齒形，如圖4-25（a）所示。膜片的厚度在0.050.3mm之間，波紋的高度在0.71mm之間。波紋膜片中心部分留有一個(gè)平面，可焊上一塊金屬片，便于同其他部件連接。當(dāng)膜片兩面受到不同的壓力作用時(shí)，膜片將彎向壓力低的一面，其中心部分產(chǎn)生位移。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 圖4-2

44、5波紋膜片與薄壁圓筒（a）波紋膜片；（b）薄壁圓筒 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 4）薄壁圓筒薄壁圓筒彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)如圖4-25（b）所示。圓筒的壁厚一般小于圓筒直徑的1/20，當(dāng)筒內(nèi)腔受流體壓力時(shí)，筒壁均勻受力，并均勻地向外擴(kuò)張，所以在筒壁的軸線方向產(chǎn)生拉伸力和應(yīng)變。薄壁圓筒彈性敏感元件的靈敏度取絕于圓筒的半徑和壁厚，與圓筒長度無關(guān)。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 2.2.彈簧管壓力表彈簧管壓力表彈簧管壓力表的應(yīng)用歷史悠久，其敏感元件是彈簧管，彈簧管的橫截面呈非圓形（橢圓形或扁形），彎成圓弧形的空心管子，其中一端封閉為自由端、另一端開口為輸入被測壓力的固定端，如圖4-26所示。當(dāng)開口端通入被

45、測壓力P后，非圓橫截面在壓力作用下將趨向圓形，并使彈簧管有伸直的趨勢而產(chǎn)生力矩，其結(jié)果使彈簧管的自由端產(chǎn)生位移，同時(shí)改變中心角。中心角的相對(duì)變化量與被測壓力有如下的函數(shù)關(guān)系： )kEbh()ab1)(u1 (PRyy22222（4-40） 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 圖4-26單圈彈簧管結(jié)構(gòu) 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 圖4-27彈簧管壓力計(jì) 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 彈簧管壓力計(jì)測量范圍寬，包括負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓的測量。彈簧管的材料因被測介質(zhì)的性質(zhì)、被測壓力的大小而不同。一般在p20MPa時(shí)采用磷銅；p20MPa時(shí)，則采用不銹鋼或合金鋼。使用壓力表時(shí)，必須注意被測介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。

46、例如，測量氨氣壓力時(shí)必須采用不銹鋼彈簧管，而不能采用銅質(zhì)材料；測量氧氣壓力時(shí)，嚴(yán)禁沾有油脂，以免著火甚至爆炸。彈性式壓力表價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)實(shí)牢固，因此得到廣泛應(yīng)用。其測量范圍從微壓或負(fù)壓到高壓，精確度等級(jí)一般為12.5級(jí)，精密型壓力表可達(dá)0.1級(jí)。它可直接安裝在各種設(shè)備上或用于露天作業(yè)場合，制成特殊形式的壓力表還能在惡劣的環(huán)境（如高溫、低溫、振動(dòng)、沖擊、腐蝕、黏稠、易堵和易爆）條件下工作。但因其頻率響應(yīng)低，所以不宜用于測量動(dòng)態(tài)壓力。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 4.2.44.2.4負(fù)荷式壓力計(jì)負(fù)荷式壓力計(jì)1.1.活塞式壓力計(jì)活塞式壓力計(jì)活塞式壓力計(jì)也稱為壓力天平，主要用于計(jì)量室、實(shí)驗(yàn)室以

47、及生產(chǎn)或科學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)作為壓力基準(zhǔn)器使用，也有將活塞式壓力計(jì)直接應(yīng)用于高可靠性監(jiān)測的環(huán)節(jié)，對(duì)其他壓力儀表進(jìn)行校驗(yàn)?；钊綁毫τ?jì)是基于帕斯卡定律及流體靜力學(xué)平衡原理產(chǎn)生的一種高準(zhǔn)確度、高復(fù)現(xiàn)性和高可信度的標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)量儀器?；钊綁毫τ?jì)是通過將專用砝碼加載在已知有效面積的活塞上所產(chǎn)生的壓強(qiáng)來表達(dá)精確壓力量值的，由于活塞式壓力計(jì)較其他壓力量儀其測量結(jié)果極具真值可信、性能更顯穩(wěn)定，因此，活塞式壓力計(jì)在其領(lǐng)域內(nèi)有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。國際上常將活塞式壓力計(jì)作為國家基準(zhǔn)和工作基準(zhǔn)或壓力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 0.05級(jí)的活塞式壓力計(jì)是用來檢定0.25級(jí)和0.4級(jí)精密壓力表的基準(zhǔn)儀器。此種儀器是

48、按國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)的，其測量范圍有0.040.6MPa，0.16MPa，0.525MPa，160MPa，5250MPa。另外，-0.10.25MPa的活塞式壓力真空計(jì)是按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)的。 活塞式壓力計(jì)如圖4-28所示。由圖4-28（a）的原理圖可知，儀表的測量變換部分包括：活塞、活塞筒和砝碼。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 圖4-28活塞式壓力計(jì)（a）原理圖;（b）實(shí)物圖 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 活塞一般由鋼制成，在它上邊有承受重物的圓盤，而在活塞下邊為了防止活塞從活塞筒中滑出，裝了一個(gè)比活塞直徑稍大的限程螺帽?；钊驳膬?nèi)徑是經(jīng)過仔細(xì)研磨的，它的下部與底座相連，而上部裝有漏油斗，用它可以

49、把系統(tǒng)中漏出的油積聚起來?；钊蚕逻叺目椎朗桥c螺旋壓力計(jì)的內(nèi)腔相連的，轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋壓力機(jī)手輪，可以壓縮內(nèi)腔中的工作液體，以產(chǎn)生所需的壓力。與活塞系統(tǒng)相連的還有管接頭，通過它可以把被校壓力表接在系統(tǒng)中。往系統(tǒng)中注油或放油通過針閥和放油閥來實(shí)現(xiàn)。工作時(shí)，把工作液(變壓器油或蓖麻油等)注入系統(tǒng)中，再在活塞承重盤上部加上必要的砝碼，旋轉(zhuǎn)手輪，使系統(tǒng)壓力提高，當(dāng)壓力達(dá)到一定程度時(shí)，由于系統(tǒng)內(nèi)壓力的作用，使活塞浮起。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 在活塞壓力計(jì)工作中，應(yīng)使活塞及重物旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的目的是使活塞與活塞筒之間不會(huì)有機(jī)械接觸，產(chǎn)生摩擦。這樣也便于發(fā)現(xiàn)活塞工作中的一些不正?，F(xiàn)象，如點(diǎn)接觸、偏心、阻力過大等等

50、?；钊D(zhuǎn)以后，如果能很平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)，并且保持足夠的旋轉(zhuǎn)持續(xù)時(shí)間，說明儀表在最佳狀態(tài)下工作。當(dāng)系統(tǒng)處于平衡時(shí)，即系統(tǒng)內(nèi)的壓力作用在活塞上的力與重物及活塞本身的質(zhì)量相平衡，系統(tǒng)內(nèi)部的壓力為 0SGP （4-41） 式中:G為重物(砝碼)加活塞及上部圓盤的總質(zhì)量；S0為活塞的有效面積。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 2.2.浮球式壓力計(jì)浮球式壓力計(jì)浮球式壓力計(jì)是以壓縮空氣或氮?dú)庾鳛閴毫υ?，以精密浮球處于工作狀態(tài)時(shí)的球體下部的壓力作用面積為浮球有效面積的一種氣動(dòng)負(fù)荷式壓力計(jì)。如圖429(a)所示，精密浮球置于筒形的噴嘴內(nèi)部，專用砝碼通過砝碼架作用在球體的頂端，噴嘴內(nèi)的氣壓作用在球體下部，使浮球在噴嘴內(nèi)飄

51、浮起來。當(dāng)已知質(zhì)量的專用砝碼所產(chǎn)生的重力與氣壓的作用力相平衡時(shí)，浮球式壓力計(jì)便輸出一個(gè)穩(wěn)定而精確的壓力值。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 圖4-29浮球式壓力計(jì)原理圖（a）原理圖;（b）實(shí)物圖 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 在浮球式壓力計(jì)的砝碼架上增、減砝碼時(shí)，會(huì)改變測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，致使浮球下降或上升，排入大氣的氣體流量隨即發(fā)生改變，浮球下部的壓力則發(fā)生變化，流量調(diào)節(jié)器會(huì)及時(shí)準(zhǔn)確地改變氣體的流入量，使系統(tǒng)重新達(dá)到平衡狀態(tài)，保持浮球的有效面積恒定，保持輸出壓力與砝碼負(fù)荷之間的比例關(guān)系。確保了浮球式壓力計(jì)的高準(zhǔn)確度。浮球式壓力計(jì)原理圖如圖4-29（a）所示，壓縮空氣或氮?dú)馔ㄟ^流量調(diào)節(jié)器進(jìn)入球體的下

52、部，并通過球體和噴嘴之間的縫隙排入大氣，在球體下部形成的壓力將球體連同砝碼向上托起。當(dāng)排氣體流量等于來自調(diào)節(jié)器的流量時(shí)，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。這時(shí)，球體將浮起一定高度，球體下部的壓力作用面積(即浮球的有效面積)也就一定。由于球體下部的壓力通過壓力穩(wěn)定器后作為輸出壓力，因此輸出壓力將與砝碼負(fù)荷成比例。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 在砝碼架上增、減砝碼時(shí)，將破壞上述的平衡狀態(tài)，使浮球下降或上升。從而也改變了排入大氣的氣體流量，使浮球下部的壓力發(fā)生變化。調(diào)節(jié)器測出壓力變化后，立即改變氣體的流入量，使系統(tǒng)重新達(dá)到平衡狀態(tài)，以保持浮球的有效面積不變。因而，保持了輸出壓力與砝碼負(fù)荷之間的固定比例關(guān)系，使浮球式

53、壓力計(jì)達(dá)到很高的精確度。與傳統(tǒng)的活塞式壓力計(jì)相比，浮球式壓力計(jì)具有下列特點(diǎn)：(1）浮球式壓力計(jì)內(nèi)置自動(dòng)流量調(diào)節(jié)器，增減砝碼后無需再作任何操作，即可得到精確的輸出壓力； 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 (2）工作時(shí)浮球不下降，可連續(xù)、穩(wěn)定地輸出精確的壓力信號(hào)；(3）浮球式壓力計(jì)具有流量自行調(diào)節(jié)功能，其精確度與操作者的技術(shù)水平無關(guān)；(4）儀器工作時(shí)氣流使浮球懸浮于噴嘴內(nèi)，球體與噴嘴之間處于非接觸狀態(tài)。其摩擦小、重復(fù)性好、分辨能力高，且免除了旋轉(zhuǎn)砝碼的必要，這是浮球式壓力計(jì)所獨(dú)具的特性；(5）工作進(jìn)程中，氣流能不斷地對(duì)浮球體進(jìn)行自清洗，確保了儀器的高可靠性。第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 4.2.54.2.

54、5電測式壓力儀表電測式壓力儀表1.1.應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器金屬應(yīng)變片式傳感器的核心元件是金屬應(yīng)變片，它可將試件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成電阻變化。應(yīng)用時(shí)將應(yīng)變片用粘結(jié)劑牢固地粘貼在被測試件表面上，當(dāng)試件受力變形時(shí)，應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形，引起應(yīng)變片電阻值變化，通過測量電路將其轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)輸出。應(yīng)變式傳感器已成為目前非電量電測技術(shù)中非常重要的檢測部件，廣泛地應(yīng)用于工程測量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 1）金屬應(yīng)變片式傳感器的特點(diǎn)（1）精度高，測量范圍廣。對(duì)測力傳感器而言，量程從零點(diǎn)幾牛至幾百千牛，精度可達(dá)0.05%FS（FS表示滿量程）；對(duì)測壓傳感器，量程從幾十帕至1

55、011Pa，精度為0.1%FS。應(yīng)變測量范圍一般可由數(shù)微應(yīng)變（）至數(shù)千微應(yīng)變（1相當(dāng)于長度為1m的試件，其變形為1m時(shí)的相對(duì)變形量。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 （2）頻率響應(yīng)特性較好。一般電阻應(yīng)變式傳感器的響應(yīng)時(shí)間為10-7s，半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器可達(dá)10-11s，若能在彈性元件設(shè)計(jì)上采取措施，則應(yīng)變式傳感器可測幾十甚至上百上千赫的動(dòng)態(tài)過程。（3）結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕。因此，應(yīng)變片粘貼在被測試件上對(duì)其工作狀態(tài)和應(yīng)力分布的影響很小，同時(shí)使用維修方便。（4）可在高（低）溫、高速、高壓、強(qiáng)烈振動(dòng)、強(qiáng)磁場及核輻射和化學(xué)腐蝕等惡劣條件下正常工作。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 （5）易實(shí)現(xiàn)小型化、固態(tài)

56、化。隨著大規(guī)模集成電路工藝的發(fā)展，目前已有將測量電路，甚至A/D轉(zhuǎn)換器，與傳感器組成一個(gè)整體。傳感器輸出可直接接入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。（6）價(jià)格低廉，品種多樣，便于選擇。但是應(yīng)變式傳感器也存在一定的缺點(diǎn)：在大應(yīng)變狀態(tài)中具有較明顯的非線性，半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器的非線性更為嚴(yán)重；應(yīng)變式傳感器輸出信號(hào)微弱，故它的抗干擾能力較差，因此，信號(hào)線需要采取屏蔽措施；應(yīng)變式傳感器測出的只是一點(diǎn)或應(yīng)變柵范圍內(nèi)的平均應(yīng)變，不能顯示應(yīng)力場中應(yīng)力梯度的變化等。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 2）膜式應(yīng)變傳感器圖4-30是一種最簡單的平膜壓力傳感器。由膜片直接感受被測壓力而產(chǎn)生的變形，應(yīng)變片貼在膜片的內(nèi)表面，在膜片產(chǎn)生應(yīng)變

57、時(shí)，使應(yīng)變片有一定的電阻變化輸出。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 圖4-30平膜式壓力傳感器 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 對(duì)于邊緣固定的圓形膜片，在受到均勻分布的壓力p后，膜片中一方面要產(chǎn)生徑向應(yīng)力，同時(shí)還有切向應(yīng)力，由此引起的徑向應(yīng)變r(jià)和切向應(yīng)變分別為 42223r10)3xR)(1 (E8h3p（4-42） 4222310)xR)(1 (E8h3p（4-43） 式中:R、h為平膜片工作部分半徑和厚度；E、為膜片的彈性模量和材料泊松比；x為任意點(diǎn)離圓心的徑向距離。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 由式（4-42）和式（4-43）可知，在膜片中心處，即x=0,r和均達(dá)到正的最大值，即 223maxm

58、axr R)1 (E8h3p（4-44） 而在膜的邊緣，即x=R處，=0，而r達(dá)到負(fù)的最小值 223rminR)1 (E4h3p-（4-45） 在 3Rx，r=0 223R)1 (E4hp（4-46） 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 由式（4-42）和式（4-43）可畫出在均勻載荷下應(yīng)變分布曲線，如圖4-31所示。為充分利用膜片的工作壓限，可以把兩片應(yīng)變片中的一片貼在正應(yīng)變最大區(qū)（即膜片中心附近），另一片貼在負(fù)應(yīng)變最大區(qū)（靠近邊緣附近），這時(shí)可得到最大差動(dòng)靈敏度，并且具有溫度補(bǔ)償特性。圖4-32（a）中的R1,R2所在位置以及將兩片應(yīng)變片接成相鄰橋臂的半橋電路就是按上述特性設(shè)計(jì)的。 第4章生產(chǎn)工藝

59、參數(shù)檢測儀表 圖4-31平膜式壓力傳感器應(yīng)變分布曲線 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 圖4-32是專用圓形的箔式應(yīng)變片，在膜片范圍內(nèi)兩個(gè)承受切力處均加粗以減小變形的影響,引線位置在處。這種圓形箔式應(yīng)變片能最大限度地利用膜片的應(yīng)變形態(tài)，使傳感器得到很大的輸出信號(hào)。平膜式壓力傳感器最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高，但它不適于測量高溫介質(zhì)，輸出線性差。 3R3R第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 圖4-32專用圓形的箔式應(yīng)變片（a）箔式應(yīng)變片半橋電路;（b）箔式應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 3）電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)應(yīng)變片在使用時(shí)通常是用黏合劑粘貼在彈性體上的，粘貼技術(shù)對(duì)傳感器的質(zhì)量起著重要的作用。應(yīng)變片

60、的黏合劑必須適合應(yīng)變片基底材料和被測材料，另外還要根據(jù)應(yīng)變片的工作條件、工作溫度和濕度、有無腐蝕、加溫加壓固化的可能性、粘貼時(shí)間長短等因素來進(jìn)行選擇。常用的黏合劑有硝化纖維素粘合劑、酚醛樹脂膠、環(huán)氧樹脂膠、502膠水等。應(yīng)變片在粘貼時(shí)，必須遵循正確的粘貼工藝，保證粘貼質(zhì)量，這些都與最終的測量精度有關(guān)。應(yīng)變片的粘貼步驟如下。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 .應(yīng)變片的檢查與選擇應(yīng)變片的檢查與選擇首先應(yīng)對(duì)采用的應(yīng)變片進(jìn)行外觀檢查，觀察應(yīng)變片的敏感柵是否整齊、均勻，是否有銹斑以及斷路、短路或折彎等現(xiàn)象。其次要對(duì)選用的應(yīng)變片的阻值進(jìn)行測量，確定是否選用了正確阻值的應(yīng)變片。 第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表 .試