4 壓力測量及儀表

《4 壓力測量及儀表》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、4壓力測量及儀表4.1壓力單位與壓力檢測方法壓力的單位：國際單位制：帕，Pa，kPa，Mpa毫米汞柱：1.333224×102Pa標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：1.01325×105Pa壓力的表示方法絕對壓力大氣壓力表壓力真空度差壓壓力檢測方法重力平衡法：液位壓力計(jì)(U形管)、負(fù)荷式壓力計(jì)機(jī)械力平衡法彈力平衡法物性測量方法(1)電測式壓力計(jì)：電阻、電感、感應(yīng)式，霍爾式，應(yīng)變式，電容式，振弦式，壓電式(2)其它新型：集成式、光纖4.2常見壓力檢測儀表4.2.1液柱式壓力計(jì)p=Hρg<(2～3)×105Pa4.2.2活塞式壓力計(jì)可以用于0.25×105～109Pa的精確測量

2、4.2.3彈性壓力計(jì)(1)原理(2)測壓彈性元件：彈性膜片、波紋管、彈簧管(3)彈簧管壓力計(jì)(4)波紋管差壓計(jì)(5)信號(hào)遠(yuǎn)傳方式：電位式、霍爾式、電感式、差動(dòng)變壓器式4.3應(yīng)變式傳感器應(yīng)變式傳感器基本上是利用金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)將被測量轉(zhuǎn)換為電量輸出的。它有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，性能穩(wěn)定、可靠，由于有保護(hù)覆蓋層，可工作于各種惡劣環(huán)境；（2）易于實(shí)現(xiàn)測試過程自動(dòng)化和多點(diǎn)同步測量、遠(yuǎn)距測量和遙測；（3）靈敏度高，測量速度快，范圍大、體積小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，適合靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測量，如變形可從彈性到塑性，由1～20%變化；分辨率可達(dá)1～2微應(yīng)變（με）；誤

3、差小于1%；（4）可以測量多種物理量。因此，至今，它仍是測力與應(yīng)變的主要傳感器，廣泛應(yīng)用于測量應(yīng)變力、壓力、轉(zhuǎn)矩、位移、加速度等。其缺點(diǎn)是電阻會(huì)隨溫度變化，產(chǎn)生誤差。測量容器內(nèi)部應(yīng)變時(shí)無法粘貼，故難以測量。4.3應(yīng)變式傳感器一、工作原理（一）金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。4.3應(yīng)變式傳感器4.3應(yīng)變式傳感器電阻絲的靈敏系數(shù):單位應(yīng)變引起的電阻值相對變化對金屬絲而言通常金屬絲的靈敏系數(shù)為1.7～3.64.3應(yīng)變式傳感器（二）應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)及測量原理4.3應(yīng)變式傳感器二、金屬應(yīng)變

4、片的主要特性（一）靈敏系數(shù)（二）橫向效應(yīng)4.3應(yīng)變式傳感器（三）機(jī)械滯后、零點(diǎn)漂移和蠕變用于衡量應(yīng)變片特性對時(shí)間的穩(wěn)定性（四）應(yīng)變極限和疲勞壽命應(yīng)變極限是指在一定溫度下，應(yīng)變片的指示應(yīng)變與試件的真實(shí)應(yīng)變的相對誤差達(dá)規(guī)定值時(shí)的真實(shí)應(yīng)變值。在恒定幅值的交變力作用下，可以連續(xù)工作而不產(chǎn)生疲勞損壞的循環(huán)次數(shù)N稱為應(yīng)變片的疲勞壽命。（五）絕緣電阻和最大工作電流絕緣電阻是指已粘貼的應(yīng)變片的引線與被測件之間的電阻值。通常要求在50～100MΩ以上。最大工作電流是指已安裝的應(yīng)變片，允許通過敏感柵而不影響其工作特性的最大電流。通常靜態(tài)測量時(shí)取25mA左右，動(dòng)態(tài)測量時(shí)取7

5、5～100mA4.3應(yīng)變式傳感器（六）動(dòng)態(tài)響應(yīng)影響應(yīng)變片頻率響應(yīng)特性的主要因素是應(yīng)變片的基長和應(yīng)變波在試件材料中的傳播速度。1．當(dāng)應(yīng)變波為正弦波4.3應(yīng)變式傳感器4.3應(yīng)變式傳感器根據(jù)上面的公式即可計(jì)算動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量時(shí)的誤差或根據(jù)要求計(jì)算應(yīng)變片的工作頻率。對于鋼材，有v=5000m/s，可得下表4.3應(yīng)變式傳感器2．應(yīng)變片為階躍波4.3應(yīng)變式傳感器三、轉(zhuǎn)換電路（一）直流電橋4.3應(yīng)變式傳感器由分壓器原理，從上圖(a)可知，負(fù)載電流為當(dāng)IL=0時(shí)，電橋平衡，此時(shí)的輸出電壓UO=0，電橋平衡的條件為R1/R2=R3/R4設(shè)R1為工作應(yīng)變片，應(yīng)變將使其阻值變化

6、ΔR1，R2，R3，R4為固定電阻，并設(shè)RL=∞，則有4.3應(yīng)變式傳感器設(shè)橋臂比n=R2/R1，則有電橋靈敏度定義為則此電橋的電壓靈敏度為當(dāng)n=1，即R1=R2時(shí)，ku取最大值ku=U/44.3應(yīng)變式傳感器（二）交流電橋4.3應(yīng)變式傳感器其輸出電壓為其初始平衡條件為Z1Z4=Z2Z3也可寫為4.3應(yīng)變式傳感器若電橋初始時(shí)已平衡，設(shè)應(yīng)變將使Z1變化ΔZ1，而Z2，Z3，Z4不變，類似地可得對上圖(b)所示的半橋交流應(yīng)變電橋，其平衡條件為即4.3應(yīng)變式傳感器此電橋一般采用差動(dòng)式全等臂半橋，即取R1=R2=R3=R4=R，當(dāng)應(yīng)變片受到應(yīng)變時(shí)，R1增加ΔR，R

7、2減小ΔR，其輸出電壓為4.4壓阻式傳感器一、基本工作原理壓阻效應(yīng)：半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用時(shí)，其電阻率會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。電阻的變化主要是由電阻率的變化Δρ/ρ引起的，因此4.4壓阻式傳感器具有立方對稱性的晶體的壓阻系數(shù)，可用以下矩陣描述：在應(yīng)力σ作用下電阻變化率為其中行標(biāo)為1～3表示x、y、z方向的電阻相對變化，4～6表示繞x、y、z旋轉(zhuǎn)方向的電阻相對變化；列號(hào)為1～3表示x、y、z方向經(jīng)受拉壓應(yīng)力，4～6表示繞x、y、z旋轉(zhuǎn)方向經(jīng)受切應(yīng)力4.4壓阻式傳感器二、類型與特點(diǎn)1.半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器2.擴(kuò)散型壓阻式傳感器3.壓阻式傳感器的特點(diǎn)

8、壓阻式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是：（1）靈敏度高；（2）分辨率高，精度高，測壓是可達(dá)10-20Pa，精度可