第3章 壓力測量.ppt

1、第三章 壓力測量,第一節(jié) 壓力測量概述 第二節(jié) 液柱式壓力計(jì) 第三節(jié) 彈性式壓力計(jì) 第四節(jié) 電氣式壓力計(jì) 第五節(jié) 壓力儀表的選擇與校驗(yàn),一、壓力(壓強(qiáng))的概念 定義：氣體或液體均勻垂直地作用于單位面積上的力。 單位：帕斯卡/Pa,第一節(jié) 壓力測量概述,表1-1 常用壓力換算表,第一節(jié) 壓力測量概述,二、壓力的表示方法 絕對(duì)壓力：PJ 大氣壓力：PD 表 壓 力：PB 真 空 度：PZ,第一節(jié) 壓力測量概述,三、壓力的檢測方法 彈性力平衡法： 重力平衡法： 機(jī)械力平衡法： 物性測量法：,第一節(jié) 壓力測量概述,四、壓力測量儀表的分類 液柱式：根據(jù)流體靜力學(xué)原理 機(jī)械式：根據(jù)彈性元件受力變形的原理

2、電氣式：依據(jù)電量的大小 活塞式：根據(jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理,第一節(jié) 壓力測量概述,第三章 壓力測量,第一節(jié) 壓力測量概述 第二節(jié) 液柱式壓力計(jì) 第三節(jié) 彈性式壓力計(jì) 第四節(jié) 電氣式壓力計(jì) 第五節(jié) 壓力儀表的選擇與校驗(yàn),原理：根據(jù)流體靜力學(xué)原理 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價(jià)格低廉。 缺點(diǎn)：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，精度較低。,第二節(jié) 液柱式壓力計(jì),采用水銀或水為工作液，用U形管或單管進(jìn)行測量，常用于低壓、負(fù)壓或壓力差的檢測 被廣泛用于實(shí)驗(yàn)室壓力測量或現(xiàn)場鍋爐煙、風(fēng)道各段壓力、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)各段壓力的測量,第二節(jié) 液柱式壓力計(jì),一、U型管壓力計(jì),第二節(jié) 液柱式壓力計(jì)

3、,二、單管壓力計(jì),第二節(jié) 液柱式壓力計(jì),三、斜管壓力計(jì),第二節(jié) 液柱式壓力計(jì),第三章 壓力測量,第一節(jié) 壓力測量概述 第二節(jié) 液柱式壓力計(jì) 第三節(jié) 彈性式壓力計(jì) 第四節(jié) 電氣式壓力計(jì) 第五節(jié) 壓力儀表的選擇與校驗(yàn),原理：利用彈性元件受力產(chǎn)生彈性變形。 特點(diǎn)：測量范圍寬，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，使用方便。,第三節(jié) 彈性式壓力計(jì),第三節(jié) 彈性式壓力計(jì),彈性壓力計(jì)組成框圖,第三節(jié) 彈性式壓力計(jì),第三節(jié) 彈性式壓力計(jì),1. 膜片 按剖面形狀分為平膜片和波紋膜片 常用材料 可與其他轉(zhuǎn)換元件合用 電容式壓力傳感器 光纖式壓力傳感器 力矩平衡式壓力變送器,第三節(jié) 彈性式壓力計(jì),2. 波紋管 優(yōu)點(diǎn)：靈敏高，可測較

4、低壓力 缺點(diǎn)：測量范圍窄，遲滯誤差較大，精度一般只有1.5級(jí),第三節(jié) 彈性式壓力計(jì),3. 彈簧管 截面為非圓形（橢圓形或扁圓形），并彎成圓弧狀的空心管子 一端為封閉（自由端），一端為開口（固定端）,第三節(jié) 彈性式壓力計(jì),（1）彈簧管壓力表 結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價(jià)格低廉，使用范圍廣，測量范圍寬 可測負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓 精度有0.5、1.0、1.5、2.5等,第三章 壓力測量,第一節(jié) 壓力測量概述 第二節(jié) 液柱式壓力計(jì) 第三節(jié) 彈性式壓力計(jì) 第四節(jié) 電氣式壓力計(jì) 第五節(jié) 壓力儀表的選擇與校驗(yàn),第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),電氣式壓力檢測方法一般是用壓力敏感元件直接將壓力轉(zhuǎn)換成電阻、電荷量等電量的

5、變化。 能實(shí)現(xiàn)壓力電量轉(zhuǎn)換的壓敏元件主要有壓電材料、應(yīng)變片和壓阻元件。,第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),1. 壓電式壓力傳感器 壓電效應(yīng)原理：壓電材料受壓時(shí)會(huì)在其表面產(chǎn)生電荷，其電荷量與所受的壓力成正比。 壓電材料：單晶體、多晶體 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，小巧輕便，工作可靠，線性度好，頻率響應(yīng)高，量程范圍廣,第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),2. 應(yīng)變式壓力傳感器 應(yīng)變片是基于應(yīng)變效應(yīng)工作的一種壓力敏感元件，當(dāng)應(yīng)變片受外力作用產(chǎn)生形變時(shí)，應(yīng)變片的電阻值也將發(fā)生相應(yīng)變化。 應(yīng)變式壓力傳感器是由彈性元件、應(yīng)變片以及相應(yīng)的橋路組成的。,第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),(a) 絲式應(yīng)變片 (b) 箔式應(yīng)變片 圖6

6、2 應(yīng)變電阻片的結(jié)構(gòu),第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),壓縮,拉伸,第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),1) 工作原理,上述任何一個(gè)參數(shù)變化均會(huì)引起電阻變化.,金屬應(yīng)變片的電阻R為,第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),金屬應(yīng)變計(jì),第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),3) 應(yīng)變片測量電路,第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),令：,第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),3. 壓阻式壓力傳感器 壓阻元件是基于壓阻效應(yīng)工作的一種壓力敏感元件，它指在半導(dǎo)體材料的基片上用基成電路工藝制成的擴(kuò)散電阻，當(dāng)它受外力作用時(shí)，其阻值由于電阻率的變化而改變。 擴(kuò)散電阻正常工作需依附彈性元件，常用的是單晶體硅膜片。,第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),優(yōu)點(diǎn)：體積小，結(jié)構(gòu)簡單，能直接反映微小的壓

7、力變化，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好 缺點(diǎn)：敏感元件易受溫度的影響，從而影響壓阻系數(shù)的大小,第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),電容式壓力傳感器,電容式壓力變送器是通過彈性膜片的位移引起電容量的變化從而測出壓力(或差壓)的。,電容變換器有變間隙式、變面積式和變介電常數(shù)式三種，電容式壓力（差壓）變送器常采用變間隙式。,第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),變換原理:將被測量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化,兩平行極板組成的電容器,它的電容量為:,、A或發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電容量的變化。,第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),面積變化型,第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),平面線位移型,第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),柱面線位移型.,第四節(jié) 電氣式壓力計(jì),特點(diǎn),壓差P與C成正比例，將電容的變化

8、經(jīng)過適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換電路，可將差動(dòng)電容的變化量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的420mADC輸出信號(hào)。 這種傳感器結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)，穩(wěn)定可靠，靈敏度高；精度高，其精確度可達(dá)0.250.05。 量程可調(diào)，量程范圍寬，由01270Pa到042MPa；過載能力強(qiáng)，應(yīng)用廣泛，尤其適用測高靜壓下的微小壓差變化。,第三章 壓力測量,第一節(jié) 壓力測量概述 第二節(jié) 液柱式壓力計(jì) 第三節(jié) 彈性式壓力計(jì) 第四節(jié) 電氣式壓力計(jì) 第五節(jié) 壓力儀表的選擇與校驗(yàn),一、壓力檢測儀表的選擇 1. 儀表量程的選擇 被測壓力較穩(wěn)定：最大工作壓力不應(yīng)超過儀表滿量程的3/4 被測壓力波動(dòng)較大或測脈動(dòng)壓力：最大工作壓力不應(yīng)超過儀表滿量程的2/3 為保證測量準(zhǔn)確度：最小

9、工作壓力不應(yīng)低于滿量程的1/3 優(yōu)先滿足最大工作壓力條件,第五節(jié) 壓力計(jì)選擇與校驗(yàn),2. 儀表精度的選擇 壓力檢測儀表的精度主要根據(jù)生產(chǎn)允許的最大誤差來確定，即要求實(shí)際被測壓力允許的最大絕對(duì)誤差應(yīng)小于儀表的基本誤差。,第五節(jié) 壓力計(jì)選擇與校驗(yàn),3. 儀表類型的選擇 從被測介質(zhì)壓力大小來考慮 被測介質(zhì)的性質(zhì) 對(duì)儀表輸出信號(hào)的要求 使用的環(huán)境,第五節(jié) 壓力計(jì)選擇與校驗(yàn),校驗(yàn)就是將被校驗(yàn)壓力表和標(biāo)準(zhǔn)壓力表通以相同壓力，比較它們的指示數(shù)值，如果被校表對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)誤差，不大于被校表規(guī)定的最大準(zhǔn)許絕對(duì)誤差時(shí)，則認(rèn)為被校表合格。 常用的校驗(yàn)儀器是活塞式壓力計(jì)，它由壓力發(fā)生部分和測量部分組成，它的精度等級(jí)有0.02、0.05和0.2級(jí)，可用來校準(zhǔn)0.25級(jí)精密壓力表，也可校準(zhǔn)各種工業(yè)用壓力表，被校壓力的最高值為60MPa。,二、壓力儀表的校驗(yàn),第五節(jié) 壓力計(jì)選擇與校驗(yàn),壓力發(fā)生部分,測量