《壓力檢測(cè)及儀表》PPT課件

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1、壓力檢測(cè)及儀表一、概述在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常要對(duì)壓力進(jìn)行檢測(cè)，如熔煉爐、加熱爐就要適當(dāng)?shù)目刂茽t膛壓力及煙道壓力，來(lái)獲得良好的熱工效果。又如許多冶金物化反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)空間的壓力有一定的要求，某些在常壓下不能發(fā)生反應(yīng)，需要高壓或一定的真空度下才能反應(yīng)等等。另外，要測(cè)量某些流體的流量，也是通過(guò)壓力來(lái)測(cè)量的，如孔板流量計(jì)。因次，對(duì)壓力的檢測(cè)是常見(jiàn)而非常重要的。壓力檢測(cè)的基本知識(shí)１．壓力的單位（這里的壓力指壓強(qiáng)：?jiǎn)挝幻娣e所受的力）２．壓力表示方法：１）絕對(duì)壓力；２）表壓力（相對(duì)壓力）；３）負(fù)壓力（真空度）３．壓力表分類：（按信號(hào)轉(zhuǎn)換原理不同）分為以下四類：１）液柱式壓力計(jì)將被檢測(cè)壓力

2、轉(zhuǎn)換成液柱高度差進(jìn)行測(cè)量的壓力計(jì)．如：Ｕ形管壓力計(jì)，斜管壓力計(jì)等．２）彈性式壓力計(jì)將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形所引起的位移而進(jìn)行測(cè)量的壓力計(jì)．如：彈簧管壓力計(jì)，波紋管壓力計(jì)，膜盒壓力計(jì)．３）電氣式壓力計(jì)將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電量進(jìn)行壓力測(cè)量的壓力計(jì)。如：壓電式壓力計(jì)、應(yīng)變片式壓力計(jì)、霍爾壓力計(jì)。4）活塞式壓力計(jì)將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加砝碼重量進(jìn)行測(cè)量的壓力計(jì)。它是一種標(biāo)準(zhǔn)型壓力計(jì)，對(duì)其它類型的壓力計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)。一．霍爾壓力傳感器屬于位移式壓力傳感器，是利用霍爾效應(yīng)，是將P作用下所產(chǎn)生的彈性元件的位移信號(hào)轉(zhuǎn)變成電勢(shì)信號(hào)來(lái)測(cè)量壓力。P→彈性元件（變形）→霍爾效應(yīng)→V（mv）→顯示1

3、）霍爾效應(yīng)霍爾片是一塊鍺半導(dǎo)體薄片。當(dāng)霍爾片中流過(guò)電流時(shí)，電子受磁場(chǎng)力（方向可由左手定則確定）的作用，其運(yùn)動(dòng)方向（與電流方向相反）將發(fā)生偏移，使得在“X軸方向的一個(gè)端面上造成電子積累而形成負(fù)的表面電荷，而在另一端面上則正電荷過(guò)剩，于是在“X軸方向出現(xiàn)了電場(chǎng)。由于電場(chǎng)的建立，產(chǎn)生了電場(chǎng)力，電場(chǎng)力阻止電子的偏移。當(dāng)磁場(chǎng)力與電場(chǎng)力相平衡時(shí)，電子積累達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)就建立了穩(wěn)定的霍爾電勢(shì)：式中：RH—霍爾常數(shù)（視霍爾片材料、結(jié)構(gòu)而定）2）霍爾壓力傳感器基本結(jié)構(gòu)（如圖）a）壓力—位移轉(zhuǎn)換部分霍爾片、彈簧管組成b）位移—電勢(shì)轉(zhuǎn)換部分霍爾片、磁鋼及引出線c）穩(wěn)壓電源二．壓電式壓力傳

4、感器利用壓電材料（功能材料）的壓電效應(yīng)做成的傳感器1）壓電效應(yīng)壓電材料在沿一定方向受到壓力或拉力作用時(shí)發(fā)生變性，并在其表面上產(chǎn)生電荷，去掉力時(shí)，又回到原不帶電的狀態(tài)。在蛋形范圍內(nèi)，電荷為：式中：S—作用面積；K—壓電常數(shù)常用壓電材料：石英晶體、壓電陶瓷（鈦酸鋇陶瓷；鈦酸鉛系列陶瓷）2）壓電式壓力傳感器結(jié)構(gòu)：（如圖）壓電元件夾于兩彈性片之間，一膜片接地，另一膜片通過(guò)金屬箔和引出線將電量引出。特點(diǎn)：體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠；動(dòng)態(tài)質(zhì)量小，固有頻率高，不需外加電源；適應(yīng)工作頻率高的壓力測(cè)量，范圍0~70MPa;輸出阻抗高；溫度效應(yīng)較大，環(huán)境適應(yīng)有限。三．電容式壓力傳感器1、原理

5、將被測(cè)壓力通過(guò)彈性膜片的位移轉(zhuǎn)換為平行板電容器的電容量平行板電容器電容量為式中:—平行極板間的介電常數(shù)；s—極板的面積；d—平行極板間的距離電容變換器通常有：a）變間隙式（d）b）變面積式（s）c）變介電常數(shù)（E）2、變間隙式電容壓力傳感結(jié)構(gòu)：差動(dòng)電容的活動(dòng)極板感壓元件：彈性膜片（彈性穩(wěn)定性好特殊合金制成，如合氏合金、蒙耐爾合金等）可左右移動(dòng)約0.1mm的距離。固定電極供極板在彈性膜片左右有兩個(gè)用玻璃絕緣體磨成的球形凹面，采用真空渡膜法在該表面鍍上一層金屬薄膜，作為差動(dòng)電容的固定極板。彈性膜片位于兩固定極板的中央，它與固定極板構(gòu)成兩個(gè)測(cè)壓室，壓室填充硅油。三、壓阻式壓力傳

6、感器1、原理基于單晶硅半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成的。采用單晶硅平膜片為彈性元件，在單晶硅平膜片上利用集成電路工藝，在單晶硅的特定方向制成擴(kuò)散壓敏電阻。單晶硅平膜片在微小變形時(shí)有良好的彈性特性。當(dāng)硅片受壓后，膜片的變形使擴(kuò)散電阻的阻值發(fā)生變化。相對(duì)電阻變化為：式中Ke—壓阻系數(shù)；—應(yīng)力2、壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)單晶硅平膜片的擴(kuò)散電阻通常做成橋式測(cè)量電路，相對(duì)的橋臂電阻對(duì)稱布量，電阻變化時(shí)，電橋輸出電壓與膜片所受壓力成對(duì)應(yīng)關(guān)系。平膜片在圓形硅杯的底部，硅杯內(nèi)外兩側(cè)分別感受被測(cè)壓力與參考?jí)毫?，壓差使膜片變形，膜片上的兩?duì)電阻的阻值發(fā)生變化。溫度效應(yīng)的影響，一般還可在膜片上沿對(duì)壓力不

7、敏感的晶向生成一個(gè)電阻，這個(gè)電阻只感受溫度變化，可接人橋路作為溫度補(bǔ)償電阻．以提高測(cè)量精度。3、特點(diǎn)：精度高，工作可靠，頻率響應(yīng)高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；可使用在環(huán)境惡劣的條件下，便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化。壓阻式壓力傳感器不僅可以用來(lái)測(cè)量壓力，稍加改變也可用來(lái)測(cè)量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。智能型壓力（差壓）變送器為滿足集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用要求，近年來(lái)出現(xiàn)了采用先進(jìn)傳感器技術(shù)和微處理器的智能差壓變送器。智能差壓變送器的精度、可靠性、穩(wěn)定性均優(yōu)越于模擬式差壓變送器，它可以輸出模擬和數(shù)字信號(hào)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)可與上位計(jì)算機(jī)相連。