自动检测技术--压力测量(及课后答案)

1、电远传式压力计电远传式压力计4.4概述概述4.1液柱式压力计液柱式压力计4.2弹性式压力计弹性式压力计4.3主要内容：主要内容：压力表的选择、校验和安装压力表的选择、校验和安装4.54.1 概述概述压力的检测与控制是保证生产安全和经济的重要环节。压力的检测与控制是保证生产安全和经济的重要环节。垂直并且均匀作用在单位面积上的力称为垂直并且均匀作用在单位面积上的力称为“压强压强”。工工程技术上一般称其为程技术上一般称其为“压力压力” 。4.1.1 压力的概念压力的概念国际单位国际单位 :帕斯卡，简称帕（帕斯卡，简称帕（Pa） 1 Pa = 1 N/m2常用单位：工程大气压（常用单位：工程大气压（公

2、斤力公斤力），），kgf/cm21 kgf/cm2 = 9.80065 104 Pa 1105 Pa = 0.1 MPa工程上经常使用兆帕（工程上经常使用兆帕（MPa） 1 MPa = 1106 PaFPS生产和生活中不同的压力概念生产和生活中不同的压力概念(1)大气压力：大气压力：大气压力是地球表面上空气的重量所产生大气压力是地球表面上空气的重量所产生的压力。的压力。 符号：符号：P0表示表示影响因素：气象情况、海拔高度和地理纬度影响因素：气象情况、海拔高度和地理纬度测量仪表：气压表测量仪表：气压表压力单位之一：压力单位之一：标准大气压，标准大气压，atm1 atm = 101 325 Pa

3、= 0.1MPa托里拆利托里拆利16081647(2) 表压力：表压力：如果测压仪表所指示的压力是以大气压力为如果测压仪表所指示的压力是以大气压力为0起点算的压力，则测量结果称为表压力。起点算的压力，则测量结果称为表压力。符号符号PG领域：工程中领域：工程中(3) 绝对压力：绝对压力：是指不附带任何条件的全压力，它等于大是指不附带任何条件的全压力，它等于大气压力和表压力之和。气压力和表压力之和。符号：符号：Pa如：液体、气体和蒸汽所处空间的全部压力。如：液体、气体和蒸汽所处空间的全部压力。0aGPPP(4) 真空压力：真空压力：当绝对压力小于大气压力时，大气压力与绝当绝对压力小于大气压力时，大

4、气压力与绝对压力之差。对压力之差。(5) 差压（压差）：差压（压差）：两个相关压力之差。两个相关压力之差。0GaPPP又称：真空度、负压力、疏空压力。又称：真空度、负压力、疏空压力。符号：符号：P注意：基准点任意且相同注意：基准点任意且相同12PPP不同压力间的关系不同压力间的关系大气压大气压P0代表规定基准点代表规定基准点代表任意基准点代表任意基准点完全真空完全真空0压力差压力差P4.1.2 压力的单位换算压力的单位换算公斤力公斤力/米米2kgf/m2工程大气压工程大气压kgf/cm2牛牛顿顿/米米2N/m2（pa）巴巴bar标准大气压标准大气压atm毫米水柱毫米水柱mmH2O毫米汞柱毫米汞

5、柱mmHg磅磅/英寸英寸psi110-49.819.8110-50.967810-4173.5610-31.42210-3104198.11030.9810.9678104735.614.220.10210.210-6110-50.986910-50.1027.5010-314510-610.21031.0210510.986910.210375014.501.03321041.03321.01331051.013311.033210476014.696110-49.8198.110-60.967810-4173.5610-31.42210-313.61.3610-3133.31.33310-

6、31.31610-313.6119.3410-370370.310-36.8910368.910-368.0510-370351.7211工程大气压工程大气压=9.80665104牛顿牛顿/米米2（帕斯卡）（帕斯卡）=0.980665巴巴 =0.967841标准大气压标准大气压=10米水柱（米水柱（4，g=9.80665米米/秒秒2）=735.559毫米汞柱（毫米汞柱（0，g=9.860665米米/秒秒2）=14.223磅磅/英寸英寸2公斤力公斤力/米米2kgf/m2工程大气压工程大气压kgf/cm2牛牛顿顿/米米2N/m2（pa）巴巴bar标准大气压标准大气压atm毫米水柱毫米水柱mmH2O

7、毫米汞柱毫米汞柱mmHg磅磅/英寸英寸psi110-49.819.8110-50.967810-4173.5610-31.42210-3104198.11030.9810.9678104735.614.220.10210.210-6110-50.986910-50.1027.5010-314510-610.21031.0210510.986910.210375014.501.03321041.03321.01331051.013311.033210476014.696110-49.8198.110-60.967810-4173.5610-31.42210-313.61.3610-3133.31

8、.33310-31.31610-313.6119.3410-370370.310-36.8910368.910-368.0510-370351.7211巴巴=105牛顿牛顿/米米2（帕斯卡）（帕斯卡）=10197.2公斤力公斤力/米米2=1.01972公斤力公斤力/厘米厘米2 =14.5038磅磅/英寸英寸2=750.062毫米毫米汞柱（汞柱（0，g=9.80665米米/秒秒2）=1.01972104毫米水柱毫米水柱（4，g=9.80665米米/秒秒2）公斤力公斤力/米米2kgf/m2工程大气压工程大气压kgf/cm2牛牛顿顿/米米2N/m2（pa）巴巴bar标准大气压标准大气压atm毫米水柱

9、毫米水柱mmH2O毫米汞柱毫米汞柱mmHg磅磅/英寸英寸psi110-49.819.8110-50.967810-4173.5610-31.42210-3104198.11030.9810.9678104735.614.220.10210.210-6110-50.986910-50.1027.5010-314510-610.21031.0210510.986910.210375014.501.03321041.03321.01331051.013311.033210476014.696110-49.8198.110-60.967810-4173.5610-31.42210-313.61.361

10、0-3133.31.33310-31.31610-313.6119.3410-370370.310-36.8910368.910-368.0510-370351.7211公斤力公斤力/米米2 =1.000028毫米水柱（毫米水柱（4，g=9.80665米米/秒秒2）=1.001797（20，g=9.80665/米秒米秒2）毫米水柱。）毫米水柱。1标准大气压标准大气压=101325牛顿牛顿/米米2（帕斯卡）（帕斯卡）=10332.27公斤力公斤力/米米2=760毫米汞柱（毫米汞柱（0，g=9.80665米米/秒秒2）4.1.3 压力测量系统的分类压力测量系统的分类静重式静重式弹性式弹性式远传式远

11、传式静重式静重式U型管型管单管单管斜管斜管钟罩钟罩测压力测压力测真空测真空用途用途单活塞单活塞双活塞双活塞圆柱形活塞圆柱形活塞球形活塞球形活塞液柱式压力计液柱式压力计活塞式压力计活塞式压力计弹性式弹性式弹簧管式弹簧管式膜片式膜片式膜盒式膜盒式波纹管式波纹管式远传式远传式电阻式电阻式电感式电感式电容式电容式振弦式振弦式4.2 液柱式压力计液柱式压力计4.2.1 原理原理4.2.2 误差误差4.2.1 液柱式压力计的原理液柱式压力计的原理原理：利用液柱所产生的压力与被测原理：利用液柱所产生的压力与被测压力平衡，根据液柱高度来确压力平衡，根据液柱高度来确定被测压力的大小。定被测压力的大小。封液：封液

12、： 水、酒精、水银水、酒精、水银特点：结构简单，物理本质清晰。特点：结构简单，物理本质清晰。12ppgh12ppgh12sinppgl4.2.2 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（2）重力加速度变化的影响）重力加速度变化的影响封液影响：封液影响：标尺长度影响：精密测量时考虑标尺长度影响：精密测量时考虑体积膨胀系数；体积膨胀系数；20120thht1 0.00265cos 212NggHR标准地点封液高度标准地点封液高度NNh ghggN标准重力加速度，标准重力加速度，9.80665m/s2H海拔高度，海拔高度，m； R地球半径，地球半径，6356766m；海拔纬度海

13、拔纬度, 。（1）环境温度变化的影响）环境温度变化的影响h测量地点封液高度（3）毛细现象造成的影响）毛细现象造成的影响毛细现象使封液表面形成毛细现象使封液表面形成弯月弯月面面，不仅引起读数误差，还会，不仅引起读数误差，还会引起液柱的升高或降低。通过引起液柱的升高或降低。通过加大管径来解决。加大管径来解决。酒精：管径酒精：管径D=3mm；水银：管径水银：管径D=8mm（4）安装、）安装、读数读数、刻度等方面的误差、刻度等方面的误差4.3 弹性式压力计弹性式压力计全不锈钢压力表全不锈钢压力表充液防震压力表充液防震压力表弹性元件弹性元件弹簧管弹簧管膜片膜片波纹管波纹管波纹管波纹管单圈弹簧管压力计单圈

14、弹簧管压力计结构：弹簧管、齿轮传动机构、指针、刻度盘。结构：弹簧管、齿轮传动机构、指针、刻度盘。4.3.1 弹簧管压力计弹簧管压力计单圈弹簧管压力表单圈弹簧管压力表 受力变形分析受力变形分析22 bb受压后短轴长度增加：受压后短轴长度增加：2 2bb,bbb BBRr2b2aAP2bRRRrRrrr bb abb整理得：整理得：b bbbbbbbbb增大灵敏度的方法？增大灵敏度的方法？特点：特点：精度等级：普通型：精度等级：普通型： 级；级；精密：精密：0.10.5 级。级。测量范围：真空测量范围：真空109 Pa；工作范围：工作范围：1/31/2量程量程(波动大波动大)； 1/32/3量程量

15、程(波动小波动小)；注意：防尘、防爆、防腐等问题，并要定期校验。注意：防尘、防爆、防腐等问题，并要定期校验。弹性式压力计弹性式压力计4.3.2 膜式压力计膜式压力计膜片式膜片式测量腐蚀性介质、非凝固、非结晶介质；测量腐蚀性介质、非凝固、非结晶介质；膜盒式膜盒式测量气体的微压和负压。测量气体的微压和负压。精度：精度：2.5 级级测量范围：测量范围：膜片式：膜片式：真空或真空或06106 Pa膜盒式：膜盒式：04104 Pa特点特点4.3.3 波纹管式压力计波纹管式压力计波纹管是外周沿轴向有深槽形波纹褶皱，可沿轴向伸缩波纹管是外周沿轴向有深槽形波纹褶皱，可沿轴向伸缩的的薄壁管子薄壁管子。它受压时线

16、性输出范围比受拉时大，故。它受压时线性输出范围比受拉时大，故常常在压缩状态下使用在压缩状态下使用。用途：用途：做流量和液位测量的显做流量和液位测量的显示仪表。示仪表。4.3.4 弹性式压力计的误差来源弹性式压力计的误差来源迟滞误差：迟滞误差：相同压力下，同一弹性元件正反行程的变形相同压力下，同一弹性元件正反行程的变形不一样；不一样；弹性后效误差：弹性后效误差：弹性元件变形落后于被测压力变化；弹性元件变形落后于被测压力变化； （动态响应误差动态响应误差）间隙误差：间隙误差：仪表的各种活动部件之间有间隙，示值与弹仪表的各种活动部件之间有间隙，示值与弹性元件的变形不完全对应；性元件的变形不完全对应；

17、摩擦误差：摩擦误差：仪表活动部件运动时，相互间有摩擦力；仪表活动部件运动时，相互间有摩擦力；温度误差：温度误差：环境温度改变会引起金属材料弹性模量变化。环境温度改变会引起金属材料弹性模量变化。达到达到0.1%的精度是极为困难的。的精度是极为困难的。4.3.5 弹性式压力计的改善途径弹性式压力计的改善途径采用采用“全弹性全弹性”和和“恒弹性恒弹性”材料：减小迟滞误材料：减小迟滞误 差差 和和 后后 效效 误误 差差 ； 如如 合合 金金 Ni42CrTi 、Ni36CrTiA、熔凝熔凝石英；石英；采用采用新的转化技术新的转化技术，减小中间环节，如电阻应变技，减小中间环节，如电阻应变技术、差动变压

18、器技术；术、差动变压器技术；采用采用无干摩擦的弹性轴承或磁悬浮轴承无干摩擦的弹性轴承或磁悬浮轴承；改善制造工艺改善制造工艺 。4.4 电远传式压力计电远传式压力计根据测量原理分类：根据测量原理分类：电阻式电阻式电容式电容式电感式电感式振弦式振弦式4.4.0 远传式弹簧管压力计远传式弹簧管压力计差动变压器式压力计差动变压器式压力计ie1oeoe2oe12oooeee1212ooooeeee铁心向上时，差动结构使信号成倍增长铁心向下时， 图3-9 霍尔效应霍尔效应：霍尔片为一半导体霍尔效应：霍尔片为一半导体材料制成的薄片。在霍尔片的材料制成的薄片。在霍尔片的Z Z轴方向加一磁感应强度为轴方向加一磁

19、感应强度为B B的恒的恒定磁场，在定磁场，在Y Y轴方向加一外电场轴方向加一外电场（接入直流稳压电源），便有（接入直流稳压电源），便有恒定电流沿恒定电流沿Y Y轴方向通过。电子轴方向通过。电子逆电流方向运动，由于受逆电流方向运动，由于受洛伦洛伦兹力兹力的作用，而使电子的运动的作用，而使电子的运动轨道发生偏移，造成霍尔片的轨道发生偏移，造成霍尔片的一个端面上有电子积累，另一一个端面上有电子积累，另一个断面上正电荷过剩，于是在个断面上正电荷过剩，于是在霍尔片的霍尔片的X X轴方向上出现电位差，轴方向上出现电位差，称称霍尔电势霍尔电势。这一现象称为。这一现象称为霍霍尔效应尔效应。霍尔电势霍尔电势表示

20、为表示为 BIRUHH式中，式中，U UH H为霍尔电势；为霍尔电势；R RH H为霍尔常数，与霍尔片材料、为霍尔常数，与霍尔片材料、几何形状有关；几何形状有关；B B为磁感应强度；为磁感应强度；I I为控制电流的大小。为控制电流的大小。 霍尔电势与磁感应强度霍尔电势与磁感应强度B B 和电流和电流I I成正比。提高成正比。提高B B 和和I I值可增大霍尔电势值可增大霍尔电势U UH H，但两者都有一定限度，一般，但两者都有一定限度，一般I I为为3 320mA20mA，B B约为几千高斯，所得的霍尔电势约为几千高斯，所得的霍尔电势U UH H约为约为几十毫伏数量级。几十毫伏数量级。 导体也

21、有霍尔效应，不过它们的霍尔电势远比半导体导体也有霍尔效应，不过它们的霍尔电势远比半导体的霍尔电势小得多。的霍尔电势小得多。 将霍尔元件与弹簧管配合，就组将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管压力传感器，成了霍尔片式弹簧管压力传感器，如图所示。如图所示。 霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器1 1弹簧管；弹簧管；2 2 磁钢；磁钢；3 3 霍尔片霍尔片 当被测压力引入后，在被测压当被测压力引入后，在被测压力作用下，弹簧管自由端产生位力作用下，弹簧管自由端产生位移，因而改变了霍尔片在非均匀移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场中的位置，使所产生的霍尔磁场中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比

22、例。电势与被测压力成比例。 利用这一电势即可实现远距利用这一电势即可实现远距离显示和自动控制。离显示和自动控制。 是根据霍尔效应制成的，即利用是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。势，从而实现压力的测量。 4.4.1 电阻应变式压力变送器电阻应变式压力变送器箔式应变片：箔式应变片： 0.0030.01（1）金属电阻丝应变片式传感器）金属电阻丝应变片式传感器 =lRS在在均匀应力均匀应力的作用下的作用下,导线电阻的相对变化量为导线电阻的相对变化量为2,=lldRdldSdRlSSSS

23、lRlSRdS令单根导线的电阻单根导线的电阻 ：电阻率：电阻率、长度和截面积，其、长度和截面积，其关系：关系：=lRSRlSRlS对于圆导线，对于圆导线， ，故近似有，故近似有24dS2SdSd受拉时，受拉时，l 增大的同时增大的同时 d 减小，反之，受压时，减小，反之，受压时，l 减小，减小，同时同时 d 增大，定义材料的泊松比：增大，定义材料的泊松比：2d dSll lSl 材料的泊松比，材料的泊松比， 金属金属:.2.4 半导体半导体:0.3512RlRl定义应变定义应变ll121212RlRRlRR RK ：导线每单位应变引起的电阻值的相对变化量。：导线每单位应变引起的电阻值的相对变化

24、量。 越大越好！越大越好！应力应力引起引起材料应变材料应变灵敏系数灵敏系数金属材料金属材料应变灵敏系数应变灵敏系数K12R RK 影响很小影响很小12R RK式中：式中： 为应变，为应变，材料的泊松比。材料的泊松比。lld dl l K =1.73.6材料材料 康铜康铜 （Ni 45%,Cu 55%）灵敏系数约为）灵敏系数约为1.92.1，铁铬铝合金铁铬铝合金 （Fe70%，Cr2%，AL）灵敏系数约为灵敏系数约为2.42.6；直径；直径 0.050.15 mm。纸或胶质：纸或胶质：0.02-0.04mm应变片分布设计？应变片分布设计？分析边缘固定膜片上的应变分布状况！分析边缘固定膜片上的应变

25、分布状况！受拉受拉膜片膜片受压受压切向应变切向应变t t和径向应变和径向应变r r既和压力有关，又和该点距膜片既和压力有关，又和该点距膜片中心的远近有关。中心的远近有关。在膜片中心，在膜片中心，径向应变和切向应变都达到最大值；径向应变和切向应变都达到最大值；当当x=0.58r时，径向应变时，径向应变r =0；当当x=r时，径向应变达到负最大值，而切向应变为时，径向应变达到负最大值，而切向应变为0；切向应变：切向应变：23tRR拉伸，14rRR压缩，径向应变：径向应变：测量电桥测量电桥应变片粘帖位置应变片粘帖位置平膜片上的应变分布平膜片上的应变分布124EIRR213EIRR1221212413

26、=OABUUUI RI RERERRRRR23142413=OR RR RUERRRR2314RRRRRRRR22=ORRRRRUEERRRRRRRRR OpRU 举例：用电阻应变片制作电子秤举例：用电阻应变片制作电子秤金属电阻丝应变片贴牢在悬臂梁上下表面，悬臂梁金属电阻丝应变片贴牢在悬臂梁上下表面，悬臂梁远端加砝码使它弯曲，上表面受到拉伸，下表面受到压远端加砝码使它弯曲，上表面受到拉伸，下表面受到压缩。所以上表面电阻阻值变大，下表面电阻阻值变小。缩。所以上表面电阻阻值变大，下表面电阻阻值变小。 应变片的结构示意图应变片的结构示意图1 敏感栅敏感栅 ；2 引线；引线；3 粘粘结剂结剂 ；4 盖

27、层；盖层； 5 基底基底分别将一个、两个或四个电分别将一个、两个或四个电阻应变片与固定电阻组成电阻应变片与固定电阻组成电桥（所谓桥（所谓 单臂、半桥或全单臂、半桥或全桥桥 ）,以电压表为平衡检测器。以电压表为平衡检测器。未加砝码时，调节电桥平衡，未加砝码时，调节电桥平衡，输出电压为零。随输出电压为零。随着负载增加，电桥不平衡性着负载增加，电桥不平衡性加大，电压表读数越大。加大，电压表读数越大。m p R U om = f (U o )线性关系线性关系金属电阻丝应变片式传感器的特点：金属电阻丝应变片式传感器的特点：优点：金属丝或箔式应变片优点：金属丝或箔式应变片性能稳定，精确度高性能稳定，精确度

28、高，已得到，已得到广泛应用。广泛应用。缺点：缺点：灵敏度系数较小（灵敏度系数较小（2.42.6），对粘贴工艺要求严格，），对粘贴工艺要求严格，不利于使用不利于使用。粘贴位置：粘贴位置：防止受被测介质污染、氧化、腐蚀，防止受被测介质污染、氧化、腐蚀，贴在弹贴在弹性元件不和被测介质接触的一面。性元件不和被测介质接触的一面。（2）半导体压阻式传感器）半导体压阻式传感器 半导体的定义：是指常温下导电性介于导体和绝缘体之半导体的定义：是指常温下导电性介于导体和绝缘体之间的材料。间的材料。 半导体材料：掺杂质的单晶硅或锗，具有晶体属性，即半导体材料：掺杂质的单晶硅或锗，具有晶体属性，即各向异性各向异性。

29、导电特性：半导体通过导电特性：半导体通过电子或空穴电子或空穴传导的方式传输电流。传导的方式传输电流。 扩散硅压阻式传感器制作工艺：在半导体材料上用扩散硅压阻式传感器制作工艺：在半导体材料上用扩散扩散方法形成的电阻；方法形成的电阻； 特点：灵敏度系数大、弹性元件和应变电阻特点：灵敏度系数大、弹性元件和应变电阻集成在一起，集成在一起，易大批量生产，利于微型化、集成化和智能化。易大批量生产，利于微型化、集成化和智能化。半导体材料半导体材料应变灵敏系数应变灵敏系数K12R RK 影响很小影响很小dE 压阻系数压阻系数应力应力弹性模量弹性模量应变应变112112408010/1.67 10/N mEmN

30、50100dK 半导体材料的半导体材料的 、E、K均为各向异性，是随晶向而变的参数。均为各向异性，是随晶向而变的参数。（）单晶硅的（）单晶硅的晶向晶向和和晶面表示晶面表示及其压阻系数及其压阻系数1 1 1cos:cos:cos:h k lrs t举例举例1：图中，为某一晶面，晶面的：图中，为某一晶面，晶面的法线方向法线方向就就是晶向是晶向(为为 ），与），与x,y,z轴的方向余弦分别为轴的方向余弦分别为:cos,cos,cos；该平面在；该平面在x,y,z轴的截距分别为轴的截距分别为r,s,t,则则ABC 晶面的晶面的晶向晶向ABC 晶面晶面（）h,k,l为密勒指数，它们为无公约数的最大整数为

31、密勒指数，它们为无公约数的最大整数 晶向和晶面表示方法晶向和晶面表示方法名称晶面晶向ABCD(100)ADGF(110)AFH(111)BCHE(110) 压阻系数压阻系数llttRR l 纵向应力； t 横向应力； l 纵向压阻系数；t 横向压阻系数。tl独立的正应力独立的正应力独立的剪应力独立的剪应力 RR六个独立的应力将引起六个独立的电阻率六个独立的应力将引起六个独立的电阻率的相对变化量。的相对变化量。压阻系数压阻系数剪应力不引起正向压阻效应剪应力不引起正向压阻效应正应力不引起剪切压阻效应正应力不引起剪切压阻效应剪切应力只在自身剪切平面内产生压阻效应无交叉影响。剪切应力只在自身剪切平面内

32、产生压阻效应无交叉影响。由于正立方晶体的对称性，正向压阻效应相等。由于正立方晶体的对称性，正向压阻效应相等。由于对称性，正应力产生由于对称性，正应力产生横向压阻效应横向压阻效应并且相等。并且相等。由于对称性，剪切压阻效应相等。由于对称性，剪切压阻效应相等。正向电阻率相对变化量正向电阻率相对变化量 (1 , 2 , 3 ) 由正向压阻效应由正向压阻效应和横向压阻效应构成；和横向压阻效应构成；剪切电阻率相对变化量剪切电阻率相对变化量 (4 , 5 , 6 ) 仅由剪切压阻效仅由剪切压阻效应构成。应构成。典型压阻系数典型压阻系数RR 影响压阻系数大小的因素影响压阻系数大小的因素杂质浓度杂质浓度压阻系

33、数压阻系数温度温度压阻系数压阻系数（4）固态压阻器件）固态压阻器件金属丝应变片金属丝应变片u金属丝金属丝电阻电阻具有一定的具有一定的温度系数温度系数；u弹性元件（基底）与金属丝的弹性元件（基底）与金属丝的线膨胀系数不等线膨胀系数不等；扩散硅压阻应变片扩散硅压阻应变片u温度特性温度特性补补偿偿方方法法金属丝应变片：仅适用于恒流源供电电桥法；金属丝应变片：仅适用于恒流源供电电桥法；扩散硅压阻应变片：扩散硅压阻应变片：电桥法电桥法集成方法集成方法软件法软件法MPX4100AMAX1457ST3000（5）测量桥路及温度补偿）测量桥路及温度补偿温度补偿温度补偿差动结构差动结构（2个应变片）个应变片）电

34、桥（相邻桥臂）电桥（相邻桥臂） 实现：温度补偿，输出实现：温度补偿，输出电压灵敏度电压灵敏度1倍。倍。电桥结构电桥结构（4个应变片）个应变片）电桥（电桥（4个桥臂）个桥臂）温度补偿，电压灵敏度温度补偿，电压灵敏度2倍。倍。恒压源供电电桥恒压源供电电桥假设假设1：个电阻的初始值为：个电阻的初始值为，当有压力时，应力变化，当有压力时，应力变化，电阻值两个电阻值两个，两个，两个。假设假设2： 温度变化则每个电温度变化则每个电阻值会变化阻值会变化；电桥输出电压为电桥输出电压为整理整理=OtRUURR若若0tR=ORUUR说说 明：明：电桥输出电桥输出Uo R /R P(被测压力被测压力)；与与U的大小

35、和精度有关；的大小和精度有关；当当0时，还与温度有关；时，还与温度有关；恒压源供电原理的测量桥路，不能消除温度的影响恒压源供电原理的测量桥路，不能消除温度的影响。恒流源供电电桥恒流源供电电桥假设：两个支路的电阻相等，即假设：两个支路的电阻相等，即电桥输出电桥输出 Uo R P(被测压力被测压力 )；与电流源与电流源 I的大小和精度有关；的大小和精度有关；与与 无关；无关；恒流源供电原理的测量桥路，能消除温度的影响恒流源供电原理的测量桥路，能消除温度的影响 。桥路输出桥路输出20.5ABCADCtABCADCRRRRIII1122OBDttOUUI RRRI RRRUI R 说说 明明:tR零点

36、温度补偿零点温度补偿零点温度漂移，是由于零点温度漂移，是由于4个扩散电阻的阻值及其温度系个扩散电阻的阻值及其温度系数不一致造成的。数不一致造成的。串联电阻主要起调零的作用，并联电阻主要起补偿的作用。串联电阻主要起调零的作用，并联电阻主要起补偿的作用。当温度升高时，如果当温度升高时，如果R2增加比较大，就会使增加比较大，就会使D点电位低于点电位低于B点电位，点电位，B、D两点间的电位差即为零点漂移。两点间的电位差即为零点漂移。如何消除呢？如何消除呢？在在R2上并联一个温度系数为负、阻值较大的电阻上并联一个温度系数为负、阻值较大的电阻RpRp和和Rs如何计算？如何计算？零点温度补偿零点温度补偿Rp

37、和和Rs如何计算？如何计算？21432+=+pspR RRRRRRR21432+=+pspR RRRRRRR= 1+ssRRT= 1+ppRRT由以上四式求得由以上四式求得Rp，Rs,和和，再计算出常温下再计算出常温下Rp和和Rs的值，然后选择该温度系数的电阻即可。的值，然后选择该温度系数的电阻即可。灵敏度温度补偿灵敏度温度补偿为什么要进行灵敏度补偿？为什么要进行灵敏度补偿？如何进行灵敏度补偿？如何进行灵敏度补偿？答：因为压阻系数随温度变化引起灵敏度温度漂移。答：因为压阻系数随温度变化引起灵敏度温度漂移。答：在电源回路中串联二极管。答：在电源回路中串联二极管。4.4.2 电容式压力（差压）变送

38、器电容式压力（差压）变送器微位移式变送器微位移式变送器压力压力测量膜片测量膜片微位移微位移电容变化电容变化测量电路测量电路标准信号标准信号(1) 结构形式结构形式（2）特点）特点精度可达精度可达0.075。可测压力、差压、绝对压力、带开方器的可测压力、差压、绝对压力、带开方器的差压（流量测量）以及高差压、微差压、高静压。差压（流量测量）以及高差压、微差压、高静压。灵敏度高：利于微压测量。灵敏度高：利于微压测量。/相对变化量大相对变化量大:3050输出信号大、抗干扰能力强。输出信号大、抗干扰能力强。环境适应性强，工作稳定性优良。环境适应性强，工作稳定性优良。抗过载能力强，过载消除后可恢复正常工作

39、。抗过载能力强，过载消除后可恢复正常工作。安装方位有影响；安装方位有影响；存在分布电容的影响；存在分布电容的影响；测量膜片工作特性存在非线性。测量膜片工作特性存在非线性。制造难度大：制造难度大：(微位移：微位移：0.1mm)，加工精度要求高。，加工精度要求高。开环误差按开环误差按1:1传递。膜片微小蠕变、测量电路误差影响整传递。膜片微小蠕变、测量电路误差影响整机性能。机性能。优点：优点：缺点：缺点：（3）工作原理）工作原理 检测元件检测元件22022brbRddRR22000000002200002222ln2ln222bbbrrrrbrddrdrrRCRRdRrrRdddRR 检测元件工作原

40、理检测元件工作原理膜片半径膜片半径任意半径任意半径求出求出C0和和CA就可求出就可求出CL和和CH了了激励电压的角频率输出电流与压差呈线性关系输出电流与压差呈线性关系振荡器激励电压振荡器激励电压补充：补充：干式陶瓷电容压力传感器（变送器）干式陶瓷电容压力传感器（变送器）传感器基底和膜片都采用陶瓷，基底和膜片电极构成电容，传感器基底和膜片都采用陶瓷，基底和膜片电极构成电容，中间中间无传递液无传递液，压力直接作用在陶瓷膜片上，使膜片产生，压力直接作用在陶瓷膜片上，使膜片产生0.03mm的位移的位移,电容的变化值经激光微调电容的变化值经激光微调,传感器专用信号调传感器专用信号调理电路理电路ASIC放

41、大放大 。电极材料：采用钯银电极浆料（电极材料：采用钯银电极浆料（Pd-Ag 电极）。电极）。优点：优点：零力学滞后、高弹性、无污染，抗腐蚀性好、蠕变和零力学滞后、高弹性、无污染，抗腐蚀性好、蠕变和迟滞小、温漂小、过载能力强，抗磨损、蠕变小；兼有较高迟滞小、温漂小、过载能力强，抗磨损、蠕变小；兼有较高的热导率和电绝缘强度；安装位置无影响；可测量低微压力。的热导率和电绝缘强度；安装位置无影响；可测量低微压力。缺点：缺点：差压传感器制作困难。差压传感器制作困难。硅电容压力传感器（变送器）硅电容压力传感器（变送器）对称的差动电容被刻蚀到单晶硅片上，压力使硅片弯曲，对称的差动电容被刻蚀到单晶硅片上，压

42、力使硅片弯曲，电容器两极间的距离发生了改变，传感器的电容值相应的电容器两极间的距离发生了改变，传感器的电容值相应的也变了。这种传感器也变了。这种传感器兼有电容式和硅传感器的优点兼有电容式和硅传感器的优点，国内，国内外都是研究热点，并有相关产品，如外都是研究热点，并有相关产品，如富士、沈阳传感器研富士、沈阳传感器研究所究所等都在研究生产，具有很大发展前景。等都在研究生产，具有很大发展前景。微机械加工技术微机械加工技术 :MEMS4.4.3 电感式压力（差压）变送器电感式压力（差压）变送器（1）工作原理）工作原理组成：组成：1线圈，线圈，2铁芯，铁芯，3衔铁衔铁空气隙空气隙的磁阻的磁阻导磁体导磁体

43、的磁阻的磁阻202ANL自感式传感器实质上是一个带气隙的铁心线圈。自感式传感器实质上是一个带气隙的铁心线圈。目前常用的自感式传感器有变气隙式和变面积式两种。目前常用的自感式传感器有变气隙式和变面积式两种。 非线性项非线性项非线性项非线性项（2）结构）结构4.4.4 振弦式压力（差压）变送器振弦式压力（差压）变送器以拉紧的金属弦作为敏感元件。当弦的长度确定以拉紧的金属弦作为敏感元件。当弦的长度确定之后，其固有振动频率的变化量即可表征弦所受拉之后，其固有振动频率的变化量即可表征弦所受拉力的大小力的大小,通过相应的测量电路通过相应的测量电路,就可得到与拉力成一就可得到与拉力成一定关系的电信号（频率信

44、号）。定关系的电信号（频率信号）。 4.4.4 振弦式压力（差压）变送器振弦式压力（差压）变送器弦振动的激励方式：连续激励法和间歇激励法弦振动的激励方式：连续激励法和间歇激励法012Tfl因为因为 中，频率与张力是非线性关系，所以中，频率与张力是非线性关系，所以需加装线性化变换电路。需加装线性化变换电路。0TfUI三个方面三个方面选用时应根据生产工艺对压力检测的要求、选用时应根据生产工艺对压力检测的要求、被测介质的特性、现场使用的环境等条件本着被测介质的特性、现场使用的环境等条件本着节约的原则合理地考虑仪表的节约的原则合理地考虑仪表的量程量程、精度精度、类类型（材质）型（材质）等。等。 量程量

45、程 仪表的量程是指该仪表可按规定的精确度对被测量进行测量的范围仪表的量程是指该仪表可按规定的精确度对被测量进行测量的范围关键：根据被测参数的大小来确定，同时必须考虑到被测对象可能关键：根据被测参数的大小来确定，同时必须考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地。发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地。 测量稳定压力：最大工作压力测量稳定压力：最大工作压力P Pimaximax不超过上限值不超过上限值P Pmaxmax的的3/43/4 测量脉动压力：最大工作压力测量脉动压力：最大工作压力P Pimaximax不超过上限值不超过上限值P Pmaxmax

46、的的2/32/3 测量高压压力：最大工作压力测量高压压力：最大工作压力P Pimaximax不超过上限值不超过上限值P Pmaxmax的的3/53/5 最小工作压力最小工作压力P Piminimin不低于上限值不低于上限值P Pmaxmax的的1/31/3 仪表的量程等级：仪表的量程等级：1 1、1.61.6、2.52.5、4.04.0、6.0kPa6.0kPa以及它们以及它们1010n n倍。倍。 在选用仪表量程时，应采用相应规程或者标准中的数值。在选用仪表量程时，应采用相应规程或者标准中的数值。 被测参数的正常值一般要求工作被测参数的正常值一般要求工作在仪表量程在仪表量程1/32/3为宜。

47、（经验为宜。（经验要求而已）要求而已）4.5 压力表的选择、校验和安装压力表的选择、校验和安装4.5.1 压力表的选择压力表的选择仪表精度仪表精度 根据生产允许的最大误差来确定，即要求根据生产允许的最大误差来确定，即要求仪表的基本仪表的基本误差应小于误差应小于实际被测压力允许的最大绝对误差。实际被测压力允许的最大绝对误差。在选择时应坚持节约的原则，只要测量精度能满足生在选择时应坚持节约的原则，只要测量精度能满足生产的要求，就不必追求用过高精度的仪表。产的要求，就不必追求用过高精度的仪表。 例：有一压力容器在正常工作时压力范围为例：有一压力容器在正常工作时压力范围为0.40.40.6MPa0.6

48、MPa，要求使用，要求使用弹簧管压力表进行检测，并使测量误差不大于被测压力的弹簧管压力表进行检测，并使测量误差不大于被测压力的4 4，试确定该表的量程和精度等级。试确定该表的量程和精度等级。 根据工作压力的要求：根据工作压力的要求： 30.60.84AMPa10.41.23AMPa根据仪表的量程系列，可选用量程范围为根据仪表的量程系列，可选用量程范围为0 01.0MPa1.0MPa的弹簧管压力表。的弹簧管压力表。 由题意，被测压力的允许最大绝对误差为：由题意，被测压力的允许最大绝对误差为：max=max=0.40.4* *4%=4%=0.016 MPa0.016 MPa这就要求所选仪表的相对百

49、分误差为：这就要求所选仪表的相对百分误差为： 0.016/ 0.016/（1-01-0）* *100%=1.6%100%=1.6%按照仪表的精度等级，可选择按照仪表的精度等级，可选择1.51.5级的压力表。级的压力表。 仪表类型仪表类型仪表类型仪表类型对爆炸性较强的环境，在使用电气压力仪表时，应选择防对爆炸性较强的环境，在使用电气压力仪表时，应选择防爆型压力仪表；对于温度特别高或特别低、环境温度变化爆型压力仪表；对于温度特别高或特别低、环境温度变化大的场合，应选择使用温度适当、温度系数小小的敏感元大的场合，应选择使用温度适当、温度系数小小的敏感元件以及其他变换元件。件以及其他变换元件。 上述选

50、型原则也适用于差压、流量、液位等其它检测仪上述选型原则也适用于差压、流量、液位等其它检测仪表的选型表的选型MPapp562282max1例例3 3 某台往复式压缩机的出口压力范围为某台往复式压缩机的出口压力范围为25252828MPa，测量误差不得大于，测量误差不得大于1 1MPa。工艺上。工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。台压力表，指出型号、精度与测量范围。 解解由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以选择仪表的上限值为 根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由本章附录一，可查得选用YX-150型电接

51、点压力表，测量范围为060MPa。 316025 由于 ，故被测压力的最小值不低于满量程的 1/3，这是允许的。另外，根据测量误差的要求，可算得允许误差为 所以，精度等级为1.5级的仪表完全可以满足误差要求。至此，可以确定，选择的压力表为YX-150型电接点压力表，测量范围为060MPa，精度等级为1.5级。%67. 1%1006014.5.2 压力表的校验压力表的校验（1）取压口的选择原则：）取压口的选择原则： 取压口要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选取压口要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管道弯曲、分叉及流束形成涡流的地方。在管道弯曲、分叉及流束形成涡流的地方。 当管道中有突

52、出物（如温度计套管）时，取压口应在当管道中有突出物（如温度计套管）时，取压口应在突出物的突出物的上游上游方向一侧。方向一侧。 取压口处在管道阀门、挡板之前或之后时，其与阀门、取压口处在管道阀门、挡板之前或之后时，其与阀门、挡板的距离应大于挡板的距离应大于2D及及3D（D为管道内径）。为管道内径）。 流体为流体为液体介质液体介质时，取压口应开在管道横截面的下侧时，取压口应开在管道横截面的下侧部分，以防止介质中气泡进入压力信号导管，引起测量部分，以防止介质中气泡进入压力信号导管，引起测量延迟，但也不宜开口在最低部，以防沉渣堵塞取压口。延迟，但也不宜开口在最低部，以防沉渣堵塞取压口。 如果是如果是气

53、体介质气体介质，取压口应开在管道横截面上侧，以，取压口应开在管道横截面上侧，以免气体中析出液体进入压力信号导管，产生测量误差，免气体中析出液体进入压力信号导管，产生测量误差，但对但对水蒸气水蒸气压力测量时，由于压力信号导管中总是充满压力测量时，由于压力信号导管中总是充满凝结水，所以应按液体压力测量办法处理。凝结水，所以应按液体压力测量办法处理。4.5.3 压力表的安装压力表的安装（）压力信号导管安装（）压力信号导管安装 为了减小管道阻力而引起的测量迟延，导管总长一般为了减小管道阻力而引起的测量迟延，导管总长一般不应超过不应超过60 m，内径一般在，内径一般在610 mm。 应防止压力信号导管内积水（当被测介质为气体时）应防止压力信号导管内积水（当被测介质为气体时）或积气（被