第三章压力和差压测量PPT讲稿.ppt

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1、第三章压力和差压测量第1页，共96页，编辑于2022年，星期二压力和差压测量压力和差压测量3.1 3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 3.2 液柱式压力计液柱式压力计 3.3 3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 3.4 3.4 活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用3.5 压力检测系统设计压力检测系统设计第第3章章第2页，共96页，编辑于2022年，星期二 垂直作用在单位面积上的力称压力。在

2、国际单位制垂直作用在单位面积上的力称压力。在国际单位制（SI）和我国法定计量单位中，压力的单位是）和我国法定计量单位中，压力的单位是“帕斯卡帕斯卡”，简称，简称“帕帕”，符号为，符号为“Pa”。即即1N的力垂直均匀作用在的力垂直均匀作用在1m2的面积上所形成的压的面积上所形成的压力值为力值为1Pa。3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 3.1.1 3.1.1 3.1.1 3.1.1 压力的概念及单位压力的概念及单位第3页，共96页，编辑于2022年，星期二 过去采用的压力单位过去采用的压力单位“工程大气压力工程大气压力”（kgf/cm2）、）、“毫米汞柱毫米汞柱”（mmHg）、

3、）、“毫米水柱毫米水柱”（mmH2O）、）、“物理大气压物理大气压”（atm）、）、“巴巴”（bar）、）、“PSI”等均等均应改成法定计量单位帕。应改成法定计量单位帕。3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 第4页，共96页，编辑于2022年，星期二3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 压力单位换算表压力单位换算表压力单位换算表压力单位换算表第5页，共96页，编辑于2022年，星期二 绝对压力绝对压力PA3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 3.1.2 3.1.2 压力表示方式压力表示方式 大气压力大气压力PO 表压力表压力PI PI=PAPO

4、真空度（负压）真空度（负压）差压差压 第6页，共96页，编辑于2022年，星期二3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 第7页，共96页，编辑于2022年，星期二 平衡法：通过仪表使液柱高度的重力或砝码的重平衡法：通过仪表使液柱高度的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理测量压力。量与被测压力相平衡的原理测量压力。3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 3.1.3 3.1.3 压力检测方法压力检测方法 弹性法：利用各种形式的弹性元件，在被测介质弹性法：利用各种形式的弹性元件，在被测介质的表压力或负压力作用下产生的弹性的表压力或负压力作用下产生的弹性变形来反映被测压力

5、的大小。变形来反映被测压力的大小。电气式：用压力敏感元件直接将压力转换成电阻、电气式：用压力敏感元件直接将压力转换成电阻、电荷量等电量的变化。电荷量等电量的变化。第8页，共96页，编辑于2022年，星期二液柱式：根据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高液柱式：根据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度。度。3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 3.1.4 3.1.4 压力测量仪表分类压力测量仪表分类按信号原理不同，大致可分为四类：按信号原理不同，大致可分为四类：机械式：根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换机械式：根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移。成位移

6、。电气式：将被测压力转换成各种电量，如电感、电容、电阻、电电气式：将被测压力转换成各种电量，如电感、电容、电阻、电位差等，实现压力的间接测量。位差等，实现压力的间接测量。活塞式：根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞式：根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量。活塞面积上所加平衡砝码的质量。第9页，共96页，编辑于2022年，星期二压力和差压测量压力和差压测量3.1 3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 3.2 3.2 液柱式压力计液柱式压力计液柱式压力计液柱式压力计 3.3 3.3 弹性

7、元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 3.4 3.4 活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用3.5 压力检测系统设计压力检测系统设计第第3章章第10页，共96页，编辑于2022年，星期二 原理：利用液柱对液柱底面产生的静压力与被测压力相平衡的原理：利用液柱对液柱底面产生的静压力与被测压力相平衡的原理，通过液柱高度反映被测压力的大小。原理，通过液柱高度反映被测压力的大小。3.2 液柱式压力计液柱式压力计 3.2.1 3.2.1 概述概述 优点：结构简单，使用方便，有相

8、当高的准确度，应用很广优点：结构简单，使用方便，有相当高的准确度，应用很广泛。泛。缺点：量程受液柱高度的限制，体积大，玻璃管容易损坏缺点：量程受液柱高度的限制，体积大，玻璃管容易损坏及读数不方便。及读数不方便。介质：采用水银或水为工作液，用介质：采用水银或水为工作液，用U形管或单管进行测量，常用形管或单管进行测量，常用于低压、负压或压力差的检测。于低压、负压或压力差的检测。应用：被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、风道各段应用：被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、风道各段压力、通风空调系统各段压力的测量。压力、通风空调系统各段压力的测量。第11页，共96页，编辑于2022年，星期二P=P1

9、P2 =g(h1+h2)3.2 液柱式压力计液柱式压力计 3.2.2 U3.2.2 U形管压力计形管压力计误差来源：误差来源：标尺刻度精度标尺刻度精度温度变化温度变化安装位置误差安装位置误差第12页，共96页，编辑于2022年，星期二3.2 液柱式压力计液柱式压力计 U型管压力计的安装可悬挂在墙壁和安放在工作台上型管压力计的安装可悬挂在墙壁和安放在工作台上,再用再用橡胶软胶管将被测介质接口与橡胶软胶管将被测介质接口与U形管的一个或二个管口连接；形管的一个或二个管口连接；读数时眼睛应与液面平齐读数时眼睛应与液面平齐,以工作液弯月面顶部切线为准以工作液弯月面顶部切线为准读取液面高度读取液面高度,工

10、作液注入量为标尺刻度的工作液注入量为标尺刻度的1/2处为好；处为好；常用的常用的U型管压力计工作液有型管压力计工作液有:水、水银、酒精、四氯化碳、水、水银、酒精、四氯化碳、三溴甲烷等三溴甲烷等.；使用中还应注意被测压力必须小于或等于使用中还应注意被测压力必须小于或等于U型管压力计的测量范型管压力计的测量范围的上限值围的上限值,并注意保持并注意保持U型管压力计管内壁及工作液的清洁纯净型管压力计管内壁及工作液的清洁纯净,不不用时应将橡胶软胶管口扎紧或用纱布或者棉花堵住管口用时应将橡胶软胶管口扎紧或用纱布或者棉花堵住管口,以保持以保持U型管型管压力计的测量精度。压力计的测量精度。第13页，共96页，

11、编辑于2022年，星期二3.2 液柱式压力计液柱式压力计 3.2.3 3.2.3 单管压力计单管压力计由于由于 Dd Dd，所以，所以 P=gh P=gh2 2 第14页，共96页，编辑于2022年，星期二例：例：U U形管压力计两肘管的内径分别为形管压力计两肘管的内径分别为d d1 1=6mm=6mm，d d2 2=6.5mm=6.5mm，管内，管内封液为水，被测压力作用于较细肘管，使水柱从零位下降封液为水，被测压力作用于较细肘管，使水柱从零位下降195mm195mm。如果以该值的。如果以该值的2 2倍作为被测压力值，试确定由于没有倍作为被测压力值，试确定由于没有读取较粗肘管的水柱从零位的升

12、高值而造成的测量误差。读取较粗肘管的水柱从零位的升高值而造成的测量误差。3.2 液柱式压力计液柱式压力计 解：解：第15页，共96页，编辑于2022年，星期二3.2 液柱式压力计液柱式压力计 3.2.4 3.2.4 斜管微压计斜管微压计第16页，共96页，编辑于2022年，星期二倾倾斜斜角角度度越越小小，l越越长长，测测量量灵灵敏敏度度就就越越高高；但但不不可可太太小小，否否则则液液柱柱易易冲冲散散，读读数数较较困困难难，误误差增大。差增大。3.2 液柱式压力计液柱式压力计 这这种种压压力力计计可可以以测测量量到到0.98Pa的的微微压压。为为了了进进一一步步提提高高微微压压计计的的精精确确度

13、度，应应选选用用密密度度小小的的酒酒精精作作为为工工作液体。作液体。第17页，共96页，编辑于2022年，星期二3.2 液柱式压力计液柱式压力计 3.2.5 3.2.5 液柱式压力计的测量误差及其修正液柱式压力计的测量误差及其修正 环境温度变化的影响环境温度变化的影响环环境境温温度度偏偏离离规规定定温温度度20C20C后后，封封液液密密度度改改变变对对压压力力计计读读数数影影响响的修正公式为的修正公式为 式中：式中：h h2020为为20 C20 C时封液液柱高度；时封液液柱高度；h h为为t Ct C时封液液柱高度；时封液液柱高度；为封液的体膨胀系数；为封液的体膨胀系数；t t为测量时的实际

14、温度。为测量时的实际温度。第18页，共96页，编辑于2022年，星期二3.2 液柱式压力计液柱式压力计 重力加速度变化的修正重力加速度变化的修正仪器使用地点的重力加速度仪器使用地点的重力加速度g g由下式计算由下式计算 式中：式中：H,H,为使用地点海拔高度（为使用地点海拔高度（m m）和纬度）和纬度()()；g gN N为为9.80665m/s9.80665m/s2 2，标准重力加速度；，标准重力加速度；R R为为6356766m6356766m，地球的公称半径。，地球的公称半径。式中：式中：h hN N为标准地点封液液柱高度；为标准地点封液液柱高度；h h为测量地点封液液柱高度。为测量地点

15、封液液柱高度。第19页，共96页，编辑于2022年，星期二3.2 液柱式压力计液柱式压力计 毛细现象造成的误差毛细现象造成的误差毛毛细细现现象象使使封封液液表表面面形形成成弯弯月月面面，这这不不仅仅会会引引起起读读数数误误差差，而而且且会会引引起起液液柱柱的的升升高高或或降降低低。这这种种误误差差与与封封液液的的表表面面张张力力、管管径径、管管内内壁壁的的洁洁净净度度等等因因素素有有关关，难难以以精精确确得得到到。实实际际应应用用时时，常常常常通通过过加加大大管管径径来来减减少少毛毛细细现现象象的的影影响。响。当封液为酒精时，管子内径当封液为酒精时，管子内径d3mmd3mm；水、水银作封液，；

16、水、水银作封液，d8mm d8mm。此此外外液液柱柱式式压压力力计计还还存存在在刻刻度度、读读数数、安安装装等等方方面面的的误误差差。读读数数时时，眼眼睛睛应应与与封封液液弯弯月月面面的的最最高高点点或或最最低低点点持持平平，并并沿沿切切线线方方向向读读数数。U U型管压力计和单管压力计都要求垂直安装，否则将带来较大误差。型管压力计和单管压力计都要求垂直安装，否则将带来较大误差。第20页，共96页，编辑于2022年，星期二压力和差压测量压力和差压测量3.1 3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 3.2 3.2 液柱式压力计液柱式压力计

17、液柱式压力计液柱式压力计 3.3 3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 3.4 活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用3.5 压力检测系统设计压力检测系统设计第第3章章第21页，共96页，编辑于2022年，星期二 用弹性传感器（又称弹性元件）组用弹性传感器（又称弹性元件）组成的压力测量仪表称为弹性式压力计。成的压力测量仪表称为弹性式压力计。弹性元件受压后产生的形变输出（力或弹性元件受压后产生的形变输出（力或位移），可以通过传动机构直接带动指位移），可以通过传动机构直接带动指针指示压力（或压差），也可以通过某针指示压力

18、（或压差），也可以通过某种电气元件组成变送器，实现压力（或种电气元件组成变送器，实现压力（或压差）信号的远传。压差）信号的远传。3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第22页，共96页，编辑于2022年，星期二3.3.1 3.3.1 弹性元件弹性元件测压原理：是利用弹性元件在被测压力作用下产生弹性变测压原理：是利用弹性元件在被测压力作用下产生弹性变形的原理来度量被测压力的形的原理来度量被测压力的 。当弹性元件受压力作用时会产生变形，于是输出位移当弹性元件受压力作用时会产生变形，于是输出位移或力；再把位移或力通过一定的元件转换成电量信号。或力；再把位移或力通过一定的元件转换成电量信号

19、。弹性元件的特点：构造简单，价格便宜，测压范围宽，弹性元件的特点：构造简单，价格便宜，测压范围宽，被测压力低至几帕，高达数百兆帕都可使用，测量精被测压力低至几帕，高达数百兆帕都可使用，测量精度也较高，在目前的测压仪表中占有统治地位。度也较高，在目前的测压仪表中占有统治地位。3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第23页，共96页，编辑于2022年，星期二 按剖面形状分为平膜片和波纹膜片按剖面形状分为平膜片和波纹膜片1.膜片膜片 常用材料：金属膜片，也有橡胶膜片常用材料：金属膜片，也有橡胶膜片 可测微压和粘滞性介质压力可测微压和粘滞性介质压力 可与其他转换元件合用可与其他转换元件合用

20、 电容式压力传感器电容式压力传感器 光纤式压力传感器光纤式压力传感器 力矩平衡式压力变送器力矩平衡式压力变送器3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第24页，共96页，编辑于2022年，星期二 广泛应用于测量差压广泛应用于测量差压2.膜盒膜盒 硬芯：用于实现输出机硬芯：用于实现输出机械位移或力械位移或力 硅油：用于传递压力和硅油：用于传递压力和对膜片起过载保对膜片起过载保护作用护作用3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第25页，共96页，编辑于2022年，星期二 灵敏，可测较低压力灵敏，可测较低压力 迟滞误差较大，精度一般迟滞误差较大，精度一般只有只有1.51.5级级

21、3.波纹管波纹管3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第26页，共96页，编辑于2022年，星期二3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第27页，共96页，编辑于2022年，星期二截面为非圆形（椭圆形截面为非圆形（椭圆形或扁圆形），并弯成圆或扁圆形），并弯成圆弧状的空心管子弧状的空心管子一端为封闭（自由端）一端为封闭（自由端），一端为开口（固定，一端为开口（固定端）端）4.弹簧管弹簧管3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第28页，共96页，编辑于2022年，星期二第29页，共96页，编辑于2022年，星期二结构简单，使用方便，价结构简单，使用方便，价格低廉

22、，使用范围广，测格低廉，使用范围广，测量范围宽量范围宽可测负压、微压、低压、可测负压、微压、低压、中压和高压中压和高压精度有精度有0.5、1.0、1.5、2.5等等3.3.2 3.3.2 弹簧管压力表弹簧管压力表3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第30页，共96页，编辑于2022年，星期二3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 电接点压力计可用电接点压力计可用作电气发讯设备联作电气发讯设备联锁装置和自动操纵锁装置和自动操纵装置装置 高低压给定指针指示指针电接点 第31页，共96页，编辑于2022年，星期二3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 弹性式压力计的

23、误差弹性式压力计的误差1 1迟迟滞滞误误差差 相相同同压压力力下下，同同一一弹弹性性元元件件正正反反行行程程的的变变形形量量不不一样，产生迟滞误差。一样，产生迟滞误差。2 2后后效效误误差差 弹弹性性元元件件的的变变形形落落后后于于被被测测压压力力的的变变化化，引引起起弹弹性性后后效效误差。误差。3 3间间隙隙误误差差 仪仪表表的的各各种种活活动动部部件件之之间间有有间间隙隙，示示值值与与弹弹性性元元件件的的变变形不可能完全对应，引起间隙误差。形不可能完全对应，引起间隙误差。4 4摩摩擦擦误误差差 仪仪表表的的活活动动部部件件运运动动时时，相相互互间间存存在在摩摩擦擦力力，产产生生摩摩擦误差。

24、擦误差。5 5温温度度误误差差 环环境境温温度度的的变变化化会会引引起起金金属属材材料料弹弹性性模模量量的的变变化化，造成温度误差。造成温度误差。第32页，共96页，编辑于2022年，星期二3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 弹性式压力计误差的改善途径弹性式压力计误差的改善途径 1 1用用无无迟迟滞滞误误差差或或迟迟滞滞误误差差极极小小的的“全全弹弹性性”材材料料和和温温度度误误差很小的差很小的“恒弹性恒弹性”材料制造弹性元件。材料制造弹性元件。2 2采采用用新新的的转转换换技技术术，减减少少或或取取消消中中间间传传动动机机构构，以以减减少少间隙误差和磨擦误差。间隙误差和磨擦误差

25、。3 3限限制制弹弹性性元元件件的的位位移移量量，采采用用无无干干磨磨擦擦的的弹弹性性支支承承或或磁磁悬悬浮浮支承等。支承等。4 4采用合适的制造工艺，使材料的优良性能得到充分的发挥。采用合适的制造工艺，使材料的优良性能得到充分的发挥。第33页，共96页，编辑于2022年，星期二 霍尔压力传感器霍尔压力传感器3.3.3 3.3.3 远传式弹性压力仪表远传式弹性压力仪表 电容式压力传感器电容式压力传感器 电感式压力传感器电感式压力传感器3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第34页，共96页，编辑于2022年，星期二1.霍尔压力传感器霍尔压力传感器 霍尔效应及霍尔元件霍尔效应及霍尔元

26、件 在在置置于于磁磁场场的的导导体体或或半半导导体体中中通通入入电电流流，若若电电流流与与磁磁场场垂垂直直，则则在在与与磁磁场场和和电电流流都都垂垂直直的的方方向向上上会会出出现现一一个个电电势势差差，这这种种现现象象就就是是霍霍尔尔效效应应，是是由由科科学学家家爱爱德德文文 霍霍尔尔在在18791879年年发发现现的的。产产生生的电势差称为霍尔电压。的电势差称为霍尔电压。3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第35页，共96页，编辑于2022年，星期二 霍尔电压霍尔电压U UH H与材料的性质有关。与材料的性质有关。霍尔电压霍尔电压U UH H与元件的尺寸有关。与元件的尺寸有关。

27、霍尔电压霍尔电压U UH H与控制电流及磁场强度有关。与控制电流及磁场强度有关。3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第36页，共96页，编辑于2022年，星期二 霍尔压力传感器霍尔压力传感器3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第37页，共96页，编辑于2022年，星期二测压原理测压原理:是利用转换元件将压力变化转换成是利用转换元件将压力变化转换成电容变化，再通过检测电容的方法来测量压力电容变化，再通过检测电容的方法来测量压力的。的。2.2.电容式压力传感器电容式压力传感器特点：结构简单（小型化、轻量化）、性能特点：结构简单（小型化、轻量化）、性能稳定、可靠，具有较高

28、的精度。稳定、可靠，具有较高的精度。3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第38页，共96页，编辑于2022年，星期二差动平板电容器的工作原理差动平板电容器的工作原理:差动平板电容器共有三个极板，其中中间一个电极差动平板电容器共有三个极板，其中中间一个电极板为活动电极板，两端为固定电极板。电容器在初始板为活动电极板，两端为固定电极板。电容器在初始状态下，活动极板正好位于两固定电极板的中间，如状态下，活动极板正好位于两固定电极板的中间，如图图(a)所示。此时上下两个电容容量完全相等，其差所示。此时上下两个电容容量完全相等，其差值为零。而每个电容的容量为值为零。而每个电容的容量为3.3

29、 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第39页，共96页，编辑于2022年，星期二当受到外界作用，使中间的活动电极板产生一个微小的位移后，如图当受到外界作用，使中间的活动电极板产生一个微小的位移后，如图(b)所示。所示。由上式可知，差动平板电容器的电容变化量与活动电极的位移成由上式可知，差动平板电容器的电容变化量与活动电极的位移成正比。而且当位移较小时，近似满足线性关系。电容式压力变送正比。而且当位移较小时，近似满足线性关系。电容式压力变送器正是基于这一工作原理而设计的。器正是基于这一工作原理而设计的。3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第40页，共96页，编辑于2022年

30、，星期二3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第41页，共96页，编辑于2022年，星期二3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 差压差压-膜片位移转换膜片位移转换第42页，共96页，编辑于2022年，星期二3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 差动电容式变送器的基本原理图差动电容式变送器的基本原理图正弦波正弦波E E加于加于C CH H和和C CL L上上,如如r r1 1及及r,rr,r2 2,r,r3 3比比C C1 1,C,C2 2的阻抗小的多的阻抗小的多,则则:第43页，共96页，编辑于2022年，星期二3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力

31、表 如令如令V V1 1、V V2 2、V V3 3为为r r1 1、r r2 2、r r3 3上的压上的压降降,即即V V1 1=I=I1 1r r1 1、V V2 2=I=I2 2r r2 2、V V3 3=I=I0 0r r3 3 那那么：么：第44页，共96页，编辑于2022年，星期二3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 在实际的电路中在实际的电路中,用反馈的方法保证总电流用反馈的方法保证总电流I0不变不变,即即 V3不不变变,则差压则差压P正正 比于比于 V2-V1,测量测量 r1、r2上上 的电压差即可得的电压差即可得知知P.第45页，共96页，编辑于2022年，星期二

32、3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 3.3.电感式压力传感器电感式压力传感器 由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝量变化的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流路并接通激励

33、电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。输出。常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺线管插铁常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺线管插铁型。在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高型。在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。第46页，共96页，编辑于2022年，星期二3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 变间隙型电感传感器：变间隙型电感传感器：气隙气隙随被测量的变化而改变随被测量的变化而改变,从而改变从而改变磁阻。它的灵敏度和非线性都随气隙的增大而减小，因此常磁阻。它的灵敏度

34、和非线性都随气隙的增大而减小，因此常常要考虑两者兼顾。常要考虑两者兼顾。一般取在一般取在0.10.5毫米之间。毫米之间。变面积型电感传感器：变面积型电感传感器：铁芯和衔铁之间的相对覆盖面积（即磁铁芯和衔铁之间的相对覆盖面积（即磁通截面）随被测量的变化而改变通截面）随被测量的变化而改变,从而改变磁阻。它的灵敏度从而改变磁阻。它的灵敏度为常数，线性度也很好。为常数，线性度也很好。螺管插铁型电感传感器：螺管插铁型电感传感器：螺管线圈和与被测物体相连的柱型衔铁构螺管线圈和与被测物体相连的柱型衔铁构成。其工作原理基于线圈磁力线泄漏路径上磁阻的变化。衔铁随被成。其工作原理基于线圈磁力线泄漏路径上磁阻的变化

35、。衔铁随被测物体移动时改变了线圈的电感量。这种传感器的量程大，灵敏度测物体移动时改变了线圈的电感量。这种传感器的量程大，灵敏度低，结构简单，便于制作。低，结构简单，便于制作。第47页，共96页，编辑于2022年，星期二 压电效应原理：压电材料受压时会在其表面产压电效应原理：压电材料受压时会在其表面产生电荷，其电荷量与所受的压力成正比。生电荷，其电荷量与所受的压力成正比。压电材料：单晶体、多晶体压电材料：单晶体、多晶体 特点：结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可靠，特点：结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可靠，线性度好，频率响应高，量程范围广线性度好，频率响应高，量程范围广3.3.4 3.3.4 其它压

36、力仪表其它压力仪表1.1.压电式压力传感器压电式压力传感器3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第48页，共96页，编辑于2022年，星期二3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第49页，共96页，编辑于2022年，星期二 应变片是基于应变效应工作的一种压力敏感元件，当应变片是基于应变效应工作的一种压力敏感元件，当应变片受外力作用产生形变时，应变片的电阻值也将应变片受外力作用产生形变时，应变片的电阻值也将发生相应变化。发生相应变化。应变式压力传感器是由弹性元件、应变片以及应变式压力传感器是由弹性元件、应变片以及相应的桥路组成的。相应的桥路组成的。3.3 弹性元件及弹性压

37、力表弹性元件及弹性压力表 2.2.应变式压力传感器应变式压力传感器第50页，共96页，编辑于2022年，星期二3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表（a a）丝绕式）丝绕式 （b b）箔式）箔式 （c c）半导体）半导体第51页，共96页，编辑于2022年，星期二3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 平膜片应变片分布以及应力曲线平膜片应变片分布以及应力曲线第52页，共96页，编辑于2022年，星期二 压阻元件是基于压阻效应工作的一种压力敏感压阻元件是基于压阻效应工作的一种压力敏感元件，它指在半导体材料的基片上用集成电路元件，它指在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散

38、电阻，当它受外力作用时，其工艺制成的扩散电阻，当它受外力作用时，其阻值由于电阻率的变化而改变。阻值由于电阻率的变化而改变。扩散电阻正常工作需依附弹性元件，常用的是扩散电阻正常工作需依附弹性元件，常用的是单晶体硅膜片。单晶体硅膜片。3.3.压阻式压力传感器压阻式压力传感器3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第53页，共96页，编辑于2022年，星期二3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第54页，共96页，编辑于2022年，星期二 优点：体积小，结构简单，优点：体积小，结构简单，能直接反映微小的压力变化，能直接反映微小的压力变化，动态响应好。动态响应好。缺点：敏感元件易

39、受温度的缺点：敏感元件易受温度的影响，从而影响压阻系数的影响，从而影响压阻系数的大小。大小。3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第55页，共96页，编辑于2022年，星期二3.3.5 3.3.5 真空测量及仪表真空测量及仪表3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 真空分类：真空分类：粗真空：粗真空：101.3KPa-1333Pa 低真空：低真空：1333Pa-0.1333Pa 高真空：高真空：0.1333Pa-1.333 10-6 Pa 超真空：超真空：1.333 10-6 Pa第56页，共96页，编辑于2022年，星期二1.1.压缩式真空计压缩式真空计3.3 弹性元件

40、及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 2.2.热导式真空计热导式真空计3.3.电离式真空计电离式真空计第57页，共96页，编辑于2022年，星期二压力和差压测量压力和差压测量3.1 3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 3.2 3.2 液柱式压力计液柱式压力计液柱式压力计液柱式压力计 3.3 3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 3.4 3.4 活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用3.5 3.5

41、压力检测系统设计压力检测系统设计压力检测系统设计压力检测系统设计第第3章章第58页，共96页，编辑于2022年，星期二3.4 活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用3.4.1 3.4.1 活塞式压力计活塞式压力计活塞式压力计，它由压力活塞式压力计，它由压力发生部分和测量部分组成，发生部分和测量部分组成，它的精度等级有它的精度等级有0.01、0.05和和0.2级，可用来校准级，可用来校准0.25级精密压力表，也可级精密压力表，也可校准各种工业用压力表，校准各种工业用压力表，被校压力的最高值为被校压力的最高值为60MPa。第59页，共96页，编辑于2022年，星期二3.4

42、 活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用第60页，共96页，编辑于2022年，星期二3.4 活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用3.4.2 3.4.2 压力计的校验压力计的校验 校验：就是将被校验压力表和标准压力表通以相同压校验：就是将被校验压力表和标准压力表通以相同压力，比较它们的指示数值，如果被校表对于力，比较它们的指示数值，如果被校表对于标准表的读数误差，不大于被校表规定的最标准表的读数误差，不大于被校表规定的最大准许绝对误差时，则认为被校表合格。大准许绝对误差时，则认为被校表合格。校验仪器：活塞式压力计。校验仪器：活塞式压力计。第6

43、1页，共96页，编辑于2022年，星期二3.4 活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用 定期校准是准确测量的保证定期校准是准确测量的保证压力表在使用一段时间之后会由于零部件变形、磨损压力表在使用一段时间之后会由于零部件变形、磨损,其准确性、其准确性、稳定性、灵敏性都会发生变化。因此为保证测量的准确就要对压力表稳定性、灵敏性都会发生变化。因此为保证测量的准确就要对压力表进行安装前的校准及使用中的周期校准。进行安装前的校准及使用中的周期校准。压力表的校准可用活塞式压力计或精密压力表进行压力表的校准可用活塞式压力计或精密压力表进行,按照国家检定按照国家检定规程的要求，对其外

44、观、示值、耐压等项目逐项进行校准规程的要求，对其外观、示值、耐压等项目逐项进行校准,压力表经校压力表经校准合格后应予封印准合格后应予封印,标明校准日期标明校准日期;校准不合格的压力表校准不合格的压力表,能降级使用的能降级使用的则降级使用则降级使用,但必须更改精度等级的标志但必须更改精度等级的标志,不能降级使用的应进行修理不能降级使用的应进行修理,重新校准合格后方能使用。压力表的校准周期应根据其使用的重要程重新校准合格后方能使用。压力表的校准周期应根据其使用的重要程度、使用的频度和环境等方面来确定度、使用的频度和环境等方面来确定,对重要岗位的压力表其校准周期对重要岗位的压力表其校准周期一般不超过

45、六个月。一般不超过六个月。第62页，共96页，编辑于2022年，星期二3.4.3 3.4.3 压力计的选择压力计的选择3.4 活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用 被测压力较稳定：最大工作压力不应超过仪表满量程的被测压力较稳定：最大工作压力不应超过仪表满量程的3/4；1.仪表量程的选择仪表量程的选择 被测压力波动较大或测脉动压力：最大工作压力不应超过仪表满被测压力波动较大或测脉动压力：最大工作压力不应超过仪表满量程的量程的2/3（或（或1/2）；）；为保证测量准确度：最小工作压力不应低于满量程的为保证测量准确度：最小工作压力不应低于满量程的1/3；优先满足最大工作压

46、力条件；优先满足最大工作压力条件；我国压力仪表测量测量范围的标准系列：我国压力仪表测量测量范围的标准系列：-0.10.06KPa、0.15KPa 01、1.6、2.5、4、6、10 x10nKPa第63页，共96页，编辑于2022年，星期二 压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误差来确定，压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误差来确定，即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差。本误差。2.仪表精度的选择仪表精度的选择3.4 活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用 以经济、实惠的原则确定仪表的精度

47、级。以经济、实惠的原则确定仪表的精度级。工业用压力仪表的精度通常在工业用压力仪表的精度通常在0.5级以下。一般工业用压级以下。一般工业用压力表力表1.5级或级或2.5级已足够级已足够,科研或精密测量用科研或精密测量用0.5级或更高级或更高等级的精密压力计或标准压力表。等级的精密压力计或标准压力表。第64页，共96页，编辑于2022年，星期二 被测介质的物理化学性质，如温度高低、粘度大小、被测介质的物理化学性质，如温度高低、粘度大小、脏污程度、腐蚀性，是否易燃易爆、易结晶等。脏污程度、腐蚀性，是否易燃易爆、易结晶等。3.4 活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用3.仪表

48、类型的选择仪表类型的选择通常需要考虑以下因素：通常需要考虑以下因素：生产过程对压力测量的要求，如被测压力范围、精确度以生产过程对压力测量的要求，如被测压力范围、精确度以及是否需要远传、记录或上下限报警等。及是否需要远传、记录或上下限报警等。现场环境条件，如高温、腐蚀、潮温、振动、电磁场现场环境条件，如高温、腐蚀、潮温、振动、电磁场等。等。第65页，共96页，编辑于2022年，星期二 现场就地指示的压力表一般表面直径为现场就地指示的压力表一般表面直径为100mm，在标准较高或照明条件关差的场合用，在标准较高或照明条件关差的场合用表面直径为表面直径为200250mm的，盘装压力表直径的，盘装压力表

49、直径为为150mm，或用矩形压力表。，或用矩形压力表。4.压力表外形尺寸的选择压力表外形尺寸的选择3.4 活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用第66页，共96页，编辑于2022年，星期二例例 若选用弹簧管压力表来测量某设备内的压力，已知被若选用弹簧管压力表来测量某设备内的压力，已知被测压力为（测压力为（0.71）106Pa，要求测量的绝对误差，要求测量的绝对误差不得超过不得超过0.02 106Pa，试确定该压力表的测量范围，试确定该压力表的测量范围及精度等级。及精度等级。可供选用的测量范围有可供选用的测量范围有:00.6 106Pa 01 106Pa 01.6 10

50、6Pa 02.5 106Pa 3.4 活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用第67页，共96页，编辑于2022年，星期二选择量程为选择量程为01.6 106Pa的仪表，当压力变化时，正处的仪表，当压力变化时，正处于量程的于量程的1/32/3。3.4 活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用解：解：所以应选所以应选 1.0级精度的压力表级精度的压力表要求仪表的允许误差为要求仪表的允许误差为第68页，共96页，编辑于2022年，星期二3.4 活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用3.4.4 3.4.4 压力计的安装压力计的