检测仪表压力课件讲解
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§4压力
基本要求
1.了解有关压力的概念及常用测压仪表的分类
2.掌握液柱测压原理
3.掌握常用的弹性元件的结构、工作原理及特点
4.掌握金属丝应变式压力传感器的工作原理及应用(设计)
5.了解半导体应变片及扩散硅式差压变送器的工作原理
6.了解力平衡式差压变送器的结构及工作原理
7.了解电容式压力变送器的原理及特点
8.掌握压电式传感器的工作原理、常用结构形式及测量电路
§4.1概述
一.压力的概念及单位
压力:工程上,单位面积上所受的作用力(物理上的压强)
单位:Pa
绝对压力:所受的实际压力(自真空起算的压力)
相对压力:以大气压力为参照点起算的压力,各种压力表的指示值
表压:被测压力高于大气压时,(一般)用表压表示,表压等于绝对压力和大气压力之差
P表=P绝-P大
负压/真空度:被测压力高于大气压时,一般用真空度/负压来表示
P表= P大- P绝
二.常用测压仪表(按测量原理)
1.液柱式压力计:把被测压力转换成液柱高度;如U型管~、单管、斜管
2.弹性式压力计:把被测压力转换成弹性元件变形(位移),工业上应用最广泛。
3.电气式压力计:电量,如:应变片式,霍尔片式,电容式等。
4.活塞式压力计:把被测压力转换成活塞上的砝码重量;一般作为标准型压力测量仪,检验其它类型压力计。
§4.2液柱测压原理(液体静力学)
一.U型管
1.原理
如图
U 型玻璃管充一定量液体,一端通被测压力P ,另一端通大气,液面的高度差h ,则
P=ρgh ;ρ和g 为常数,被测压力P 与液面高度差h 呈正比(P ∝h )。
/*绝对压力P=P 0+ρgh, 若是相对压力(表压,以大气压起算)即P=ρgh*/
2.读数:分别读出h
1和h 2;凹型面以液面最低点为准;凸形面以液面最高点为准。 二.单管(为简化读数,将U 型管一侧管径改大)
由
⎪⎩
⎪⎨⎧⋅=⋅+=44)(212221d h D h h h g P ππρ 得
,便知被测压力
读出正值;因此,可忽略或作为修,即误差约若h D
d d D D
d gh p %,1.010001;6.31)1(2222
1=+=ρ 三.斜管
为读数方便;标尺加长。
§4.3弹性变形测压原理
一.弹簧管:空心管子,横截面是椭圆形或扁圆形,固定端通入被测压力,自由端产生向外位移;
弹簧管压力计(不是一种弹性元件,是介绍一种压力测量仪表)
1.结构原理图
2.工作原理(基本测量原理)
α
α
α
α
α
α
α
α
α
∝
−→
−
−→
−
−→
−
↑
−→
−
↑
↑
↑
−→
−
↑
↑
↑
P
P
P
P
P
P
或
即
值大小
,再面板上指示出
动偏转
指针与齿轮同轴,被带
齿轮顺时针偏转:
偏转:
拉杆使扇形齿轮逆时针
成正比:
压力
弹簧管自由端位移量和
扇
弹
扇
弹
二.膜片与膜盒
膜片:边缘固定,圆形,同心圆波纹
膜盒:两个膜片对焊
三.波纹管
§4.4应变式压力传感器及变送器
一.金属电阻丝应变式传感器
(一)原理
1.(电阻)应变效应:电阻值随变形发生变化的现象,叫~
应变:长度的相对变化量
2. 变效应表达式 即灵敏系数εR R
k ∆=/*描述电阻变化率与应变的关系
/*其物理意义是每单位应变所造成的相对电阻变化
/*K 在理论上的解释如下:
2
~6.15.0~3.021221121212122/*/*2,422=∴=+≈∴+∆∆++=∆∆=∆∆++∆=∆++∆=∆+∆--∆=∆∆∆-=∆∆∆∴∆∆∆∆∆-=∆∆=∆==∆∆+∆-∆=∆+-=+
-==k k k l
l l R R k l l l l l l l l l R R s s l
l s s l
l s s l l d d d d s s l
l d d d
d s s d s s
s s s l l R R d s ds l dl R dR d a l ds s
l
dl s dR s
l
R μμ
μρρμρρμρρμρρμμμμμμπρ
ρρ
ρρρρρ
化(小))电阻率随应变发生变几何形状引起的()受两个因素影响:(应变灵敏系数)()()(带入:把的关系和得的关系,又有和有这样一种关系;而和来表示关系,可用泊松比横向应变和纵向应变的:泊松系数取微分后,得?或:相对变化量很小),对上式全微分为求电阻的变化(假定
应变片的结构:
丝式:金属细丝弯曲后用胶粘剂贴于衬底
箔式:用光刻、腐蚀等工艺方法制成的一种很薄的金属箔栅
(二)测量电路
电阻应变式传感器=电阻应变片+测量电路
/*应变片K很小(约=2),而ε在10-6~10-5之内,要精确测量这一微小电阻的变化常采用电/*桥测量电路,把电阻的相对变化转换为电压或电流的变化。