第7章 流量和压力的测试

1、1,流量测试,第7章,2,在工业自动化生产过程中，特别是化工、制药和供水等过程控制中，流量是必须测量和控制的物理量。流体在单位时间内流经某一有效截面的体积或质量，也称为瞬时流量,前者称体积流量qv（m3/s)，后者称质量流量qm(kg/s)。,流量的概念,7.1基本概念,3,体积流量：质量流量：,注意：用体积流量表征流体时，必须同时给出流体的压力和温度，因为流体的体积在不同的压力和温度下，是不同的。,如果在截面上速度分布是均匀的，则：,4,2、总量：指在一段时间内流过管道某横截面的流体数量，也称为累积流量。,3、平均流量：流体的总量除以流体流过的时间间隔。,流量计：用来测量流量的仪表的统称。测

2、量总量的仪表称为流体计量表或总量计。,5,1、流量是三大工业过程控制量(压力、温度、流量)之一；2、石油、天然气、化工原料等流体的计量直接关系到国家利益；3、自来水、灌溉、污水处理等关系到国计民生。,二.流量测量的重要性,6,大型化工企业中，流量是控制工艺过程和保证产品质量的关键因素。,7,（二）、流量的测量方法,流体的状态（如介质的温度，压力等）及流体的黏度、腐蚀性、导电性也不同，很难用同一种方法或原理测量不同的流体的流量。某些场合的流体时高温、高压的，某些场合是气液两相或液固两相的混合流体。,根据测量方法不同分为速度式、容积式和质量式三类。,8,三.流量计分类,容积式,总量流量计,瞬时流量

3、计,速度式,压差式,流体阻力式,测速式,流体振动式,容积流量计,质量流量计,9,1容积式2速度式,总量流量计大致有两大类：,7.2总量流量计,10,容积式流量计,（一）、容积式流量计的结构和工作原理结构：容积式流量计内部有一个已标定容积的计量室，容积是在仪表壳体与旋转体之间形成的。工作原理：旋转体转动，使流体从流入口流向排出口，当流体经过仪表时，利用仪表入口和出口之间产生的压力差，推动旋转体转动，将流体从计量室中容积V0，一份一份地推送出去。,椭圆齿轮流量计根据旋转体的结构不同，分为腰轮式流量计刮板式流量计,11,用仪表内一个固定容量的容积连续地测量被测介质，最后根据定量容积称量的次数来决定流

4、过的总量。根据结构不同，这类仪表主要有：,1.容积式计量表,12,每转一周，四个相同月牙形腔（测量室）被形成、被封闭、被传送、被卸出。两个齿轮共送出4个标准容积的流体。,1）椭圆齿轮流量计,粘度愈大的介质，从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量愈小，因此被测介质的粘度愈大，对测量愈有利。,13,椭圆齿轮流量计的结构和工作原理,14,15,16,（三）、椭圆齿轮流量计的特点优点：由于是借助于固定的容积来计量流量，与流体的流动状态及黏度无关。若保证加工精度，且各运动部件的配合紧密，使用中不腐蚀和磨损，测量精度可很高，一般为0.5%1%，较好时可达0.2%。,缺点：对流体的清洁度要求较高。另外，齿轮容

5、易磨损。,17,（四）、应有领域,18,2）腰轮流量计（罗茨流量计）,工作原理与椭圆流量计相同，只是转子不是椭圆齿轮，而是一对由圆弧和摆线围成的中间凹进的腰形光轮，形成菱角形测量室。,可用于液体、气体流量测量。,19,容积式流量计,20,特点：计量精度高，基本误差一般为0.5，特殊的可达0.2或更高。通常在昂贵介质或需要精确计量的场合使用。没有前置直管段要求。这一点在现场使用中有重要的意义。可用于高粘度流体的测量。范围度宽，一般为10：1到5：1，特殊的可达30：1或更大。直读式仪表，无需外部能源，可直接获得累计总量，清晰明了，操作简便。,1.容积式计量表,21,7.3流体阻力式流量计,22,

6、管道内置入一阻力体。,根据阻力体不同，这类流量计有：转子(浮子)流量计靶式流量计,一.工作原理,流量大小,阻力体受力变化,阻力体运动位置变化,23,浮子受力：B:流体内浮子的浮力F:流体作用于浮子的力W:浮子的重力,W,F,B,锥体,浮子,环隙,1.转子(浮子)流量计,结构：锥形管浮子,转子(浮子)流量计原理图,24,力平衡条件：,转子(浮子)流量计的测量原理,重力浮力阻力,25,该环形流通面积为A0，则体积流量为：,26,则体积流量：,27,R,r,h,qv与h近似成线性关系。,28,流体流量的修正：标定流体的密度为0，实测流体的密度为，则在同一个A0处有：,从仪表刻度上读出的流量值乘上修正

7、系数Cg，为实测值。,29,浮子式流量计,在工业生产中经常遇到小流量的测量，因流体的流速低，要求测量仪表有较高的灵敏度，才能保证一定的精度。,差压式流量计对管径小于50mm、低雷诺数的流体的测量精度是不高的。此时可采用而转子流量计来测量，流量可小到每小时几升。,30,工作原理差压式流量计是恒节流面积，变压降来反映流量的大小。而转子流量计，采用的是恒压降、变节流面积的流量测量方法。,31,32,故：转子流量计是以定压降、变节流面积法测量流量的。,33,34,35,1、锥形管是玻璃的，直接目视转子的位置。2、在转子内安装磁铁，锥形管外安装磁环随转子上下移动，触发显示。,转子位置信号的引出：,1,2

8、,36,3、在转子内安装磁铁，锥形管外安装双霍尔磁场传感器，测出磁场的水平分量和垂直分量，可确定转子位置。,4、在转子上方安装一导磁棒，使差动变压器输出随转子位置变化。,37,转子流量计的特点,1、转子流量计主要适合于检测中小管径、较低雷诺数的中小流量；2、流量计结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高；3、转子流量计必须垂直安装，流体流向必须自下而上；,38,结构简单；使用维护方便；测量范围宽；工作可靠且线性刻度；适用性广。,转子(浮子)流量计的特点,39,靶式流量计由靶式流量变送器和显示仪表两部分组成，其测量元件是一个在测量管中心并垂直于流向的被称为“靶”的圆板。通过测量流体

9、作用在靶上的力而实现流量测量靶式流量计是60年代随着工业生产迫切需要解决高粘度、低雷诺数流体，的流量测量而发展起来的一种新型流量测量仪表可用于低雷诺数、含固体颗粒的浆液及腐蚀介质流量测量。它具有结构简单，安装维修方便，成本低。,靶式流量计,40,靶式流量计的结构如图所示，在被测管道中心迎着流速方向安装一个靶，当介质流过时，靶受到流体的作用力。这个力由两部分组成，一部分是流体和靶表面的摩擦力，另一部分是由于流束在靶后分离，产生压差阻力，后者是主要的。当流体的雷诺数达到一定数值时，阻力系数不随雷诺数变化，而保持常数，这时阻力为,式中，F为靶受到流体的阻力；为阻力系数；A1为靶迎流面积，d为靶直径；

10、v为靶和管壁间环面积中的平均流速；为介质密度。,41,流量与靶输出力F的平方根成正比测量靶所受的力F，就可以测定被测介质的流量,42,7.4测速式流量计,43,1.涡轮流量计2.超声波流量计,测速式流量计的分类,44,以动量矩守恒原理为基础，涡轮的旋转速度随流量的变化而变化，从涡轮的转速可求出流量值；,一.涡轮流量计,45,qv=f/K,f流量计输出信号的频率；K流量计的仪表系数；,46,1）高精确度，基本误差可达0.251.5，在所有流量计中，它属于最精确的。2）重复性好，短期重复性可达0.05-0.2；3）输出脉冲频率信号，无零点漂移，抗干扰能力强。4）测量范围度宽，中大口径可达40：1-

11、10：1。5）结构紧凑轻巧，安装维护方便。6）适用高压测量，仪表表体上不必开孔，易制成高压型仪表。7）难以长期保持校准特性，需要定期校验。,涡轮流量计的特点,47,超声波流量计的原理：流速不同会使超声波在流体中传播的速度发生变化，通过分析计算改变的超声波信号，可以检测到流体的流速，进而可以得到流量值。,二.超声波流量计,主要介绍传播速度差法和多普勒法。,48,通过测量超声波脉冲在顺流和逆流传播过程中的速度之差来得到到被测流体的流速。,1.传播速度差法,测量速差的方法有：时差法、相差法和频差法。,F1到J2超声波传播速度为：,F2到J1超声波传播速度为：,得到：,49,1）时差法,测量顺、逆流传

12、播时由于超声波传播速度不同而引起的时间差。,顺流传播时间为：,逆流传播时间为：,时间差为：,50,1）时差法,因此可得出流速：,流量正比于时间差：,51,测量顺、逆流传播时超声波信号的相位差。,2）相差法,F1和F2发射角频率为w的连续超声波，则J1和J2到的信号相位差为：,流量正比于相位差：,52,脉冲重复频率的定义:在单通道中一个发射脉冲被接收器接收之后，立即发射出另一个脉冲，这样以一定频率重复发射,这个频率称为脉冲重复频率。,频差法是目前常用的测量方法，它是在前两种测量方法的基础上发展起来的,测量顺、逆流传播时超声脉冲的重复频率差。,3）频差法,53,顺流和逆流重复发射频率分别为:,3）

13、频差法,频率差为：,流量正比于频率差：,54,多普勒效应是当声源和目标之间有相对运动，会引起反射声波与声源在频率上的变化，这种频率变化正比于运动目标和静止的换能器之间的相对速度。,2.多普勒法,利用声学多普勒原理确定流体流量。,55,从发射晶体T1发射的超声波束遇到流体中运动着颗粒或气泡，再反射回来由接收晶体R1接收。发射信号与接收信号的多普勒频率偏移与流体流速成正比。,多普勒法原理,（忽略管壁影响，并假设流体没有速度梯度，以及粒子是均匀分布的。）,56,超声波流量计的特点,优点：流体中不插入任何元件，对流速无影响，也没有压力损失；能用于任何液体，也能测量气体的流量；非接触式仪表，适于测量不易

14、接触和观察的流体以及大管径流量；量程比较宽，可达5：1；输出与流量之间呈线性等优点。缺点：只能用于测量200以下的流体；结构复杂，成本较高。,57,按检测件的作用原理分：节流式、动压头式、水力阻力式、离心式、动压增益式和射流式等几大类。节流式和动压头式应用最为广泛。节流式特点：结构简单、使用寿命长，适应能力强，几乎能测量各种工况下的流量，至今无任何一类流量传感器可与之相比。,二、差压式流量计,58,（一）、差压式流量计的组成及测量原理1、组成,节流装置：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量成开方关系。引压导管：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。差压变送器：产生的差压转换为标准

15、电信号（4-20mA）,59,2、测量原理当流体流通面积突然缩小后，在缩小面积前和缩小面积处，会产生和流体流量成正比的压差。测量这个压差就可以得到流量大小。,流量越大，输出的压差就越大,差压计,流经节流件产生的压差,60,流体微团,流束将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后产生压差，流体流量越大，产生的压差越大。这种测量方法是以流体流动的质量守恒定律（连续性方程）和能量守恒定律（伯努利方程）为基础。,61,3、节流装置,62,、标准节流装置,63,常用节流件形式,孔板：比较容易制造，但是节流损失比较大。,喷嘴：节流损失小，但加工难度大。,64,标准孔板,标准喷嘴,

16、65,66,、取压装置标准孔板可采用角接取压，法兰取压标准喷嘴采用角接取压,67,、节流件配套的仪表,68,速度式流量计,速度流量计是液体冲击叶轮或涡轮旋转时，瞬时流量和速度成正比，一段时间内的转数与该时间段的累积总流量成正比。常用的有涡街流量计、电磁流量计和超声波流量计。,涡街基本原理：流体流经阻挡体或者是特制的元件时，产生了流动振荡，通过测定其振荡频率（与流速或流量有确定的关系）来反映通过的流量。,根据涡街基本原理制作的流量传感器称为流体振动传感器。涡街流量传感器流体振动传感器有旋进流量传感器射流流量传感器,69,（一）工作原理在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有

17、规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列，涡列的形成与流体雷诺数有关。,70,电磁式流量计,（一）、工作原理电磁流量计是一种根据法拉第电磁感应原理来测量管内导电介质体积流量的感应式仪表。由电磁流量传感器和电磁流量转换器组成。,把传感器输出的电压信号转换成0-10mA电流,71,在管道两端安装一对电极，当由导电液体流过时，两电极之间将产生感应电动势：从而体积流量为,72,电磁流量传感器按激磁方式分为直流激磁和交流激磁。直流激磁用于测量液体金属表面。交流激磁是用50Hz工频市电激磁，产生正弦波交变磁场。,73,（二）应用,74,（三）、特点1、电磁流量传感器不

18、能测量电导率很低的液体。如石油制品和有机溶剂等。2、不能测量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体。3、通用型电磁流量计由于衬里材料和电气绝缘材料限制，不能测量较高温度的液体。,75,流体振动流量计是60年代末期发展起来的一种较新的流量测量技术。它具有如下一些特点：可得到与流量成正比的频率输出信号；被测流体本身就是振动体，无机械可动部件，几乎不受流体组成、密度、粘度、压力等因素的影响；所以，该测量方法越来越受到人们的重视，涡街流量计（Vortexflowmeter)是利用流体流过阻碍物时产生稳定的漩涡，通过测量其漩涡产生频率而实现流量计量的。涡街流量计由涡街流量传感器和流量显示仪表两部分构成，,振

19、动式流量计,76,涡街流量计实现流量测量的理论基础是流体力学中著名的“卡门涡街”原理。在流动的流体中放置一根其轴线与流向垂直的非流线性柱形体(加三角柱、圆柱等)，称之为漩涡发生体，见图。当流体沿漩涡发生体绕流时，会在漩涡发生体下游产生如图所示不对称但有规律的交替漩涡列，这就是所谓的卡门涡街。,77,由于漩涡之间的相互影响，其形成通常是不稳定的。冯.卡门对涡列的稳定条件进行了研究，于1911年得到结论：只有当两漩涡列之间的距离h和同列的两漩涡之间的距离L之比满足,时，所产生的涡街才是稳定的,78,圆柱体后漩涡发生的频率为：,79,80,81,圆柱体表面开有导压孔，与圆柱体内部空腔相通空腔由隔板分

20、成两部分，在隔板的中央部分有小孔，在小孔中装有检测流体流动的铂电阻丝当旋涡在圆柱体下游侧产生时，出于升力的作用，使得圆柱体下方的压力比上方高一些，圆柱体下方的流体在上下压力差的作用下，从圆柱体下方导压孔进入空腔，通过隔板中央部分的小孔，流过铂电阻丝，从上方导压孔流出。如果将铂电阻丝加热到高于流体温度的某温度值，则当流体流过铂电阻丝时，就会带走热量，改变其温度，也即改变其电阻值。当圆柱体上方产生一个旋涡时，则流体从上导压孔进入，由下导压孔流出，又一次通过铂电阻丝，又改变一次它的电阻值。由此可知：电阻值变化与流动变化相对应，也既与旋涡的频率相对应。所以，可由检测铂电阻丝电阻变化频率得到涡频率，进而

21、得到流量值。,82,质量流量计,83,在工业生产中，由于物料平衡，热平衡以及储存、经济核算等所需要的都是质量，并非体积，所以在测量工作中，常需将测出的体积流量，乘以密度换算成质量流量。但由于密度随温度、压力而变化，所以在测量流体体积流量时，要同时测量流体的压力和密度，进而求出质量流量。在温度、压力变化比较频繁的情况下，难以达到测量的目的。这样便希望用质量流量计来测量质量流量，而无需再人工进行上述换算。,质量流量计,84,速度式、容积式流量计，测的是体积流量。但是在工业生产中，由于物料平衡、热平衡及储存，经济核算等所需要的都是质量流量。质量流量计大致分为三类：,直接式：即直接由检测元件检测与质量

22、流量成比例的量。检测元件直接反应出质量流量。间接式：即用体积流量计和密度计组成的仪表来测量出体积流量和流体密度，通过运算得出质量流量。补偿式：同时检测流体的体积流量和流体的温度、压力值，再根据流体密度与温度、压力的关系，计算出流体的密度。从而计算出流体的质量流量。补偿式质量流量则量方法，是目前工业上普遍应用的一种测量方法。,85,压力在生产过程中起着举足轻重的作用，在自动控制系统中对压力的控制和管理是关键。压力是工业生产中的重要参数之一。许多工艺过程只有在一定的压力条件下进行，才能取得预期的效果；压力的监控也是安全生产的保证。压力的检测和控制是保证工业生产过程经济性和安全性的重要环节。压力测量

23、仪表还广泛地应用于流量和液位的间接测量方面。在工业生产、科学研究等各个领域中,压力是需要检测的重要参数之一,它直接影响产品的质量,又是生产过程中一个重要的安全指标。因此,正确测量和控制压力是保证生产过程良好运行,达到优质高产,低消耗和安全生产的重要环节。此外,对于一些不易直接测量的参数,如液位,流量等往往也通过压力的检测来间接获取。因而,压力的检测在工业生产如石油,电力,化工,冶金,航天航空,环保,轻工等领域中具有特殊的地位和意义。,7.5压力的测试,86,1、压力的定义流体或固体垂直作用在单位面积（S）上的力（F）称为压力（p），也称压强。工程中常采用的压力有绝对压力（pa）、表压力（pg）

24、、真空（pv）和差压等几种。,87,pa、pg、pv与p0之间的关系,88,3.压力的分类压力：静态压力和动态压力静态压力：不随时间变化或变化非常缓慢的压力。动态压力：随时间变化的压力。压力测量方法静态压力测量：一般采用压力表、压力变送器进行测量。,89,压力单位及压力检测方法,压力传感器是使用最广泛的一种传感器，它是检测气体、液体、固体等所有物体间作用力能量的总称，也包括测量高于大气压的压力计以及低于大气压的真空计。压力敏传感器的种类很多，传统的测量方法是利用弹性元件的变形和位移来表示，但它的体积大、笨重、输出非线性。随着微电子技术的发展，利用半导体材料的压阻效应和良好的弹性，研制出半导体力

25、敏传感器，主要有硅压阻式和电容式两种，它们具有体积小、质量轻、灵敏度高等优点，因此半导体力敏传感器得到了广泛的应用。,90,压力的单位,在工程上，“压力”定义为垂直均匀地作用于单位面积上的力，通常用P表示，单位力作用于单位面积上，为一个压力单位。在国际单位制中，定义1牛顿力垂直均匀地作用在1平方米面积上所形成的压力为1“帕斯卡”，简称“帕”，符号为Pa。加上词头又有千帕(kPa)、兆帕(MPa)等。我国已规定帕斯卡为压力的法定单位。目前，工程技术部门仍在使用的压力单位还有工程大气压、物理大气压、巴、毫米水柱、毫米汞柱等。表3-1给出了各压力单位之间的换算关系。,91,压力单位换算表,92,压力

26、传感器的分类与选型,工业生产过程中压力测量的范围很宽，测量的条件和精度要求各异。常用压力传感器按原理可以分为四种：以液体静力学原理为基础制成的液压式压力传感器；根据弹性元件受力变形原理并利用机械机构将变形量放大的弹性变形压力传感器；基于静力学平衡原理将在已知面积上的重量作为负荷的压力传感器；通过弹性元件制成的将被测压力转换成电阻、电感、电容、频率等各种电学量的压力传感器。,93,1弹性式压力传感器,当被测压力作用于弹性元件时，弹性元件就产生相应的变形。根据变形的大小，可以知道被测压力的数值。弹性式压力传感器就是基于弹性元件(弹簧管、膜盒、膜片、波纹管等)受压后产生的位移与被测压力呈一定函数关系

27、的原理制成的。(1)弹簧管式压力表。单圈弹簧管是弯成圆弧形的空心管子，它的截面呈扁圆形或椭圆形，结构如图3-1所示，普通弹簧管式压力表的结构如图3-2所示。,94,图3-1单圈弹簧管的结构图3-2弹簧管式压力表的结构,弹性式压力传感器,95,工作原理:,当被测压力由接头9通入弹簧管，使弹簧管l的自由端8向右上方扩张，自由端8的弹性变形通过拉杆2使扇形齿轮3做逆时针偏转，则指针5通过同轴的中心齿轮4的带动而做顺时针偏转，在面板6的刻度标尺上显示出被测压力P的数值。由于弹性元件通常是工作在弹性特性的线性范围内，可认为弹性元件的位移与被测压力呈线性关系，弹簧管压力表的刻度标尺是线性的。游丝7用来克服

28、扇形齿轮和中心齿轮间的传动间隙而产生的仪表变差。调整螺钉8用于改变机械传动的放大倍数，改变其位置可以调整压力表的量程。,96,(2)霍尔片式远传压力传感器,霍尔片是一种半导体材料制成的薄片。如图3-3所示，在霍尔片的z方向施加磁场强度为B的恒定磁场，在y轴方向通以恒定电流，。当载流子(电子)在霍尔片中运动时，因受电磁力作用使电子运动轨道偏移，造成霍尔片一个端面有电子积累，另一个端面上正电荷过剩，则在它的x轴方向出现了电位差，此电位差称为霍尔电势，这种物理现象称为霍尔效应。霍尔电势与霍尔元件的材料、几何尺寸、输入电流，及磁感应强度B等有关，其关系式为=BI(3-6)式中，为霍尔常数。与B,I成正

29、比，提高B和I的值可增大，但都是有限的。一般I=3mA20mA，B约为零点几特斯拉，所得的约为几十毫伏数量级。元件的厚度越小灵敏度越高。一般d=01mm02mm，薄膜型霍尔元件只有lm左右。,97,霍尔片式传感器图3-3霍尔效应图3-4霍尔片式弹簧管压力传感器,98,2电气式压力传感器,电气式压力传感器感受被测压力并将压力信号转换为电气信号输出，供信号处理、显示、控制之用。在测量变化、脉动压力和高真空、超高压等场合采用电气式压力传感器较为合适。(1)应变式压力传感器。电阻应变片是可以将试件上应变变化转换为电阻变化的敏感元件，它是应变式传感器中的主要组成部分。电阻应变片有金属电阻应变片和半导体应

30、变片，使用时应变片可以比较理想地黏贴在被测试件的各个部位，或与弹性元件制成专用的传感器使用。金属导线电阻R=L/S(3-7)式中，为电阻率；S为截面积；L为金属丝的长度。当金属丝受外力作用时，使长度、面积发生变化，加，受压缩短时阻值减小，阻值变化与应变关系是RR=K引起电阻值变化，受力伸长时阻值增式中，R为金属丝电阻的变化量；K为金属材料的应变灵敏度系数，在弹性极限内，基本为常数；为金属材料的长度应变值，=LL(3-8)应用电阻应变片进行测量时，需要和电桥电路一起使用。因为应变片电桥电路的输出信号微弱，采用直流放大器又容易产生零点漂移，故多采用交流放大器对信号进行放大处理。所以应变片电桥电路一

31、般都采用交流电源供电，组成交流电桥。电桥又分为平衡电桥和不平衡电桥两种。平衡电桥仅适用于测量静态参数，而不平衡电桥则适用于测量动态参数。,99,电阻应变片图3-5金属电阻应变片结构,100,应变式压力测量系统组成使用注意事项1)在测量前应对系统进行标定，以获取测量系统的灵敏度及相关静态特性指标。2)使用时要注意电桥调平衡。3)系统抗干扰及绝缘措施。,101,应变片压力传感器图3-7应变片压力传感器示意图,102,(2)压阻式压力传感器,压阻式压力传感器是用集成电路工艺技术，在硅片上制造出四个等值的薄膜电阻，并组成电桥电路，当不受压力作用时，电桥处于平衡状态，无电压输出；当受到压力作用时，电桥失

32、去平衡，电桥输出电压。电桥输出的电压与压力成比例。其工作原理图如图3-8所示。图3-8压阻式压力传感器工作原理图,103,(3)压电传感器,压电传感器是利用某些压电材料的压电效应制成的，被广泛用于力、压力、加速度等非电量的测量。压电传感器的工作原理是以压电效应为基础的。某些物质(如石英、锆钛酸铅等)在特定方向上受到外力作用时，不仅几何尺寸发生变化，而且内部会产生极化现象，同时在其相应的两表面上产生符号相反的电荷而形成电场。当外力去掉时，又重新恢复到原来的不带电状态。这种现象称为压电效应。常见的压电材料有单晶和多晶两种。前者以石英晶体为代表，主要特点是温度稳定性和老化性能好，常用在标准、高精度传

33、感器中。后者以锆钛酸铅压电陶瓷为代表，主要特点是容易制作，性能可调，便于批量生产，大多用于普通测量用的压电传感器中。实际使用的压电材料主要有天然石英、人造铌酸锂单晶、钛酸钡及锆钛酸铅系压电陶瓷。另外，有机高分子压电材料聚偏二氟乙烯也有广泛应用。,104,压电传感器,图3-9压电晶片及等效电路,105,压电式压力测量系统组成,106,压电式压力传感器图3-10电荷放大器等效电路图3-11压电式压力传感器的结构图,107,(4)电容式传感器,以电容器作为敏感元件，将被测物理量的变化转换为电容量的变化的传感器称为电容式传感器。电容式传感器在力学量的测量中占有重要地位，它可以对荷重、压力、位移、振动、加速度等进行测量。这种传感器具有结构简单、灵敏度高、动态特性好等许多优点，因此在自动检测技术中得到普遍的应用。现以平板式电容器来说明电容式传感器的工作原理。电容是由两个金属电极、中间有一层电介质构成的，如图3-12所示。当在两极板间加上电压时，电极上就会储存有电荷，所以电容器实际上是一个储存电场能的元件。平板式电容器在忽略边缘效应时，其电容量C可表示为C=A/d=Ad(