热工测量及仪表_第5章_压力仪表ppt课件VIP

第五章压力测量技术，5.1压力的力学测量方法5.2压力的电气测量方法5.3电阻应变式压力传感器5.5压电式压力传感器5.6压电式压力传感器5.7压力传感器的安装5.8传感器的标定，格里克，格里克是个博学多才的军人，从小就读书1621年在耶拿大学学习法律的1623年，在雷顿大学研究数学和力学。 1631年参军，在军队作为军机技术人员活跃。 之后投身政界，1646年当选为马德堡市市长。 无论是军旅还是市内都没有停止科学的探索。、麦德堡半球试验、概况、垂直于职场面积作用的力称为压力。 在国际单位制(SI )和我国的法定计量单位中，压力单位为“帕斯卡”，简称“帕”，符号为“Aa”。 也就是说，1N的力垂直均匀地作用于1m2的面积的压力值为1Pa。表压：相对于大气压的差压。 绝对压力和大气压力的差压用符号Pg表示。 正压(Positivepressure ) :绝对压力高于大气压时的表压简称为正压。 负压(Negativepressure ) :绝对压力低于大气压力时的表压称为负压。 真空度(Vacuum ) :用符号Pv表示比大气压低的绝对压力，Pv=|Pg|。 绝对压力(Absolutepressure):以符号Pi表示在绝对真空下测量的压力。 几种通用的非法定压力测量单位为1工序大气压(单位符号： at)(kgf/cm2)1kg的力垂直作用于1cm2面积的压力。 2标准大气压(单位符号： atm )首先规定摄氏温度0、纬度45、晴天时海面上的大气压为标准大气压，其值相当于约76厘米汞合金的高度。 但是，水银密度的大小受到温度的影响。 为了确保标准大气压恒定，在1954年第10次国际计量大会决议中，标准大气压值为1标准大气压=101325牛顿/米2，101325帕斯卡(Pa )、4毫米水柱(单位符号： mmH2O )为标准重力加速度，在4高1mm水柱在1cm2的底面发出3毫米汞柱(单位符号： mmHg )为标准重力加速度，约0下1mm高的水银柱在1cm2底面产生的压力。 特里解体是利用1米长的一端被封闭的玻璃棒进行的实验，装满水银后倒立在水银槽内，水银的高度为760mm，如果是水的话，应该是10.336m，是过去采用的压力单位“工程大气压”(kgf/cm2 )、“毫米汞合金”(kgf/cm2 ) “毫米水柱”(mmH2O )、“物理大气压”(atm )、“巴”(bar )、“PSI”等必须改为法定计量单位的pa。 1 kgf/cm2=0. 980505 pa1mm h2o=0. 98989805 pa1mmhg=1. 332102 pa1ATM=1. 015325 pa1bar=105 pa1PS I=6. 89103 pa，PSI:磅/平方英寸，换算关系： 平方英寸=0.1MPa Bar:1巴(bar)=100， 000pa(pa)=10牛顿/平方厘米，表压，绝对压力和负压(真空度)的关系，压力测定方法，一，力学测定方法：液体压力平衡，弹力平衡二，电气测定方法：电位式，应变式，静电电容式，电感式，涡电流，压电式，压电式弹力的平衡方法：利用弹性元件受到压力弹性变形产生的弹力和被测量压力的平衡。 机械力平衡方法：通过转换元件将被测量压力转换成集中力，用外力平衡。 物性测定方法：利用传感器将被测定压力直接转换成各种电量。压力测量方法(续)，5.1.1液体压力平衡利用液体柱在液体柱底面产生的静压力和被压力平衡的原理，根据液体柱的高度反映被压力大小的优点：结构简单，使用方便，具有相当高的精度，在本专业领域应用了广泛的缺点基本原理：流体静力学原理一般采用填充有水、水银等液体的玻璃u字管、单管.以水银或水为工作液，用u字管或单管测定，常用于低压、负压或压力差的测定，实验室压力测定或现场锅炉烟、风道各级压力、通风空调系统各级压力u字管压力计，P=P1-P2=g(h1 h2 )，提高工作液密度时，压力的测定范围增加，但灵敏度降低。 液体压力、流量节流孔压力、速度管、压力测量在气固两相流中的应用、完整的压力测量系统、二、单管压力计、u字管压力计需要两次读取液面高度，为了便于使用，设计了一次读取液面高度的单管压力计。 因为Dd，P=gh2、三、斜管微压力计主要用于测量微小压力、负压和差压，通过倾斜单管液柱压力计的测量管，可以提高灵敏度，减少读取值的相对误差。 因为Lh，斜管压力计比单管压力计更敏感，可以提高测定精度，l-斜管内液柱的长度-斜管的倾斜角、倾斜角度越小，l越长，测定灵敏度越高，但不可过小。 否则，液柱容易倒塌，难以读取，误差会变大。 这个倾斜管液柱压力计可以测量0.98Pa的微压。 为了进一步提高微压力计的精度，应该选择密度小的酒精作为工作液。5.1.2弹力平衡方法，把由弹性传感器(也称为弹性元件)构成的压力测定器称为弹性式压力计。 在弹性元件被压迫后产生的变形输出(力和位移)既可以经由传递机构直接动作指针来指示压力(或差压)，也可以由某个电元件构成振荡器来实现压力(或差压)信号的远传。基本原理：加载的力作用于弹性元件时，弹性元件会发生相应的弹性变形(即机械位移)。 根据变形量的大小，可以测量被测量压力的数值。 弹性压力计构成框图，弹性元件在弹性限度内施加压力后变形，变形的大小与被测量压力成正比。 常用的有单簧管、波纹管、胶卷等。 在相同的压力下，不同的结构、不同材料的弹性元件会产生不同的弹性变形。 波纹管隔膜和波纹管多用于微压和低压测量单转和多转单簧管可用于高中的低压或真空度测量。 (1)波纹管是表面有多个同心环状波纹的薄壁圆筒。 把开口端焊接在固定底座上，使流体通过管内后，密封件的自由端因流体的压力而产生一定的位移。 在弹性范围内，自由端的位移与作用压力呈线性关系。 (2)波登管是横截面为中空椭圆形或扁平圆形的金属管。 当一定压力的流体流过管的固定端时，管内外的压力差(管外一般为大气压)使管的截面成为圆形，该变形使波纹管的关闭自由端产生线位移或角位移。(3)单簧管的截面为非圆形(椭圆形或扁平圆形)，弯曲成圆弧状的中空管的一端为封闭(自由端)，一端为开口(固定端)，单簧管压力计是工业生产中广泛应用的直读式测力计，在单转单簧管结构中应用最多。 其一般结构如右图所示。 被检压力单簧管的位移，是通过拉杆使扇形齿轮偏转啮合的中心齿轮一边使指针旋转，一边偏转显示被检压力。单簧管压力计结构1-单簧管； 2-连杆3-扇形齿轮4-基座5-太阳齿轮6-游丝7表盘8-指针9-接头10-横截面11-灵敏度调整槽，单簧管压力计的结构简单，使用方便，廉价，使用范围广，测定范围广，负压、微压、低压、中压和高压(4)弹性压力计信号的远传方式在弹性压力计的结构上追加转换部件实现信号的远传。 多采用电远传输方式，常见的转换方式有电位计式、霍尔元件式、电感式、差动变压器式等。 (a )电位计式(b )霍尔元件式弹性压力计信号电远传方式的原理，(5)力平衡式压力计采用反馈力平衡的原理，反馈力的平衡方式可以实现弹性力平衡和电磁力平衡等。 41、弹力平衡式压力测量系统的原理图、弹性式压力表的误差、1 .滞后误差在相同的压力下，同一弹性元件的正反冲程的变形量不同，产生滞后误差。 2 .后效应误差弹性元件的变形比被测压力的变化慢，引起弹性后效应误差。 3 .间隙误差计的各种可动部件之间存在间隙，显示值和弹性元件的变形无法完全应对，引起间隙误差。 4 .摩擦误差计的可动部件一动，相互之间就有摩擦力，会产生摩擦误差。 5 .温度误差环境温度的变化引起金属材料的弹性模量的变化，引起温度误差。 弹性式压力计误差的改善途径是：1.用滞后误差和滞后误差少的“全弹性”材料和温度误差小的“恒弹性”材料制造弹性要素。 2 .采用新的转换技术，减少或消除中间传动机构，减少间隙误差和摩擦误差。 3 .限制弹性要素的位移量，采用没有干摩擦的弹性支撑和磁悬浮支撑等。 4、采用适当的制造技术，充分发挥材料的优异性能。 压力表的检查，常用的检查表是活塞式压力计。 所谓检查，是指在相同压力下使被校正压力计和标准压力计通过，并比较它们的指示值，从而在被校正表相对于标准表的读取误差不超过被校正表的最大允许绝对误差的情况下，被认为通过了校正表。1-油杯2-针阀3-供油阀4-油缸5-活塞6-砝码7-托盘8-耦合螺母9-导管10-摆动油泵11-水平调整螺钉12-底盘，5.2压力的电测量方法， 压力量的电气测量系统1 .传感器2 .测量电路3 .记录或显示器，5.3电阻应变式压力传感器，电阻应变测量系统电阻应变计传感器元件电阻应变计3354的转换部分，将部件表面的应变转换成电阻值的相对变化，应变计电阻的相对记录设备记录电阻应变计的输出。 应变式压力传感器的工作原理，应变片是基于应变效果工作的压力感应元件，应变片在外力的作用下变形时，应变片的电阻值也相应变化。 应变式压力传感器由弹性元件、应变片和对应的桥构成。 喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓653 347； l电阻线的长度； s-电阻线的截面积。 应变效果：导体或半导体材料在一定方向上受到力时，其电阻值变化的现象称为应变效果。 另外，工作原理、在电阻线上作用拉伸力f时l伸长，截面积相应地减少s，电阻率通过晶格的变形等使变化，因此电阻值的相对变化量在式中，L/L用长度的相对变化量、变形表示，S/S用圆形电阻线的截面积的相对变化量、 如果电线在弹性范围内受到张力，则沿轴向延伸，沿径向缩短，则轴向变形和径向变形的关系用式中：电阻线材料的泊松比表示，负的变形方向相反。、通常将单位应变能引起的电阻值变化称为电阻线的灵敏度系数。 灵敏度系数受两个因素的影响：受力后材料的几何尺寸的变化，即(1 2)。 受力时材料的电阻率发生变化，即(/)/。 在金属材料的电阻线中，灵敏度系数式的(1)的值比(/)/)大得多，半导体材料的(/)/)项的值比(1)大得多。 大量实验证明，电阻在电阻线的延伸极限内的相对变化与对应成比例，即k是常数。 用应变片测量应变和应力时，根据上述特征，外力使被测量对象产生微小的机械变形，应变片产生相同的变化，并且应变片的电阻值也相应地变化。 测量应变片的电阻值变化量r，就能得到被测量对象的应变值。 从应力和应变的关系来看，应力值喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓地响； 样品的变形347； e样品材料的弹性模量。 由此可知，应力值与应变成比例，样品的应变与电阻值的变化成比例，所以应力是利用应变片测量应变的基本原理。电阻应变计的测量特征，测量方法简单，价格便宜灵敏度高，测量应变的灵敏度等于l微应变，即10-6mm/mm，精度达到1%2%频率响应好，可以测量0500000Hz的动态应变，惯性极小范围广可以在高温(8001000)低温(-100-270)高压液(最高数万气压)、高速旋转(数千转数万转/分钟)强磁场、核放射等特殊条件下进行测量。 输出为电信号。 还可以远程传输信号，用计算机控制，用收音机发送信号，进行远程测量。 通过将电阻应变计作为传感器元件使用，可以制作各种各样的传感器。 用于测量力、压力、扭矩、加速度等物理量，应用于传感器的精度可达到0.05%1%。 电阻应变式压力传感器是许多电阻应变计之一。 应变式压力变换的类型(1) .直接粘贴式变换应变片直接粘贴在弹性元件上，反映弹性元件的变形。 组合式转换电阻应变片不直接粘贴在弹性元件上，而是粘贴在由弹性元件引导的弹性悬臂上。 用弹性体感受压力。 电阻应变式压力传感器(1)，结构原理压力使弹性感应元件变形，感应元件的电阻发生变化。 用桥接器记录电信号的变化，达到加载目的。 分为粘贴式和非粘贴式两种特征：结构简单，灵敏度高，范围宽，应用特殊场合。 输出信号小，对周围温度的反应敏锐。 电阻应变片的种类、金属应变片的组成、敏感栅格、基板、被复层和引线等部分，敏感栅格是应变片的核心部分，粘贴在绝缘基板上，在其上粘贴起保护作用的被复层，两端焊接引线引出。 金属电阻应变片的敏感网格有线式、箔式、薄膜式三种。 金属应变芯片传感器的核心部件是金属应变芯片，可以将试验片的应变变化转换成电阻变化。 电阻线应变片是由直径为0.020.04mm的高电阻率电阻线形成的。 为了得到高电阻值，把电阻线排列成网格状，称为传感器网格，贴在绝缘基板上，在电阻线的两端焊接导线。 敏感网格上贴着保护用的被复层。(a )线式(b )箔式(c )半导体，1读出栅极2基板3引线4盖5粘接剂6电极，(1)用读出栅极应变计实现应变电阻转换的读出元件。 将直径为0.0150.05mm的电线卷成格子状，或用金属箔腐蚀成格子状。 在图中，l表示栅极长度，b表示栅极宽度。 其电阻值一般在100以上。 (2)底座