《壓力的測量》PPT課件

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1、本章學(xué)習(xí)各種壓力傳感器的原理、應(yīng)用。2021/9/151第四章壓力的測量一、壓力和差壓壓力：垂直均勻作用在單位面積上的力（壓強(qiáng)）2021/9/152常用壓力形式：絕對壓力大氣壓力相對壓力差壓第一節(jié)壓力的基本概念二、壓力的單位國際單位為“帕斯卡”（牛頓/米2N/m2），簡稱“帕”（Pa）。除此之外，工程界長期使用許多不同的壓力計量單位。如“工程大氣壓”、“標(biāo)準(zhǔn)大氣壓”、“毫米汞柱”，氣象學(xué)中還用“巴”（bar）和“托”為壓力單位。2021/9/153第一節(jié)壓力的基本概念壓力單位轉(zhuǎn)換對照表2021/9/154一、液柱式壓力計基于流體靜力學(xué)原理，適用于低壓

2、、負(fù)壓或差壓的測量。2021/9/155第二節(jié)傳統(tǒng)壓力測量法一般是采用充有水或水銀等液體的玻璃U形管、單管或斜管進(jìn)行壓力測量的，其結(jié)構(gòu)形式如圖所示。(1)U形管壓力計(2)單管壓力計(3)斜管壓力計二、彈性式壓力表當(dāng)被測壓力作用于彈性元件時，彈性元件便產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形(即機(jī)械位移)。根據(jù)變形量的大小，可以測得被測壓力的數(shù)值。彈性壓力計的組成環(huán)節(jié)如圖4-3所示:彈性元件是核心部分，其作用是感受壓力并產(chǎn)生彈性變形，彈性元件采用何種形式要根據(jù)測量要求選擇和設(shè)計；變換放大機(jī)構(gòu)，其作用是將彈性元件的變形進(jìn)行變換和放大；指示機(jī)構(gòu)(如指針與刻度標(biāo)尺)用于給出壓力

3、示值；調(diào)整機(jī)構(gòu)用于調(diào)整零點(diǎn)和量程。圖4-3彈性壓力計組成框圖(1)彈性元件同樣的壓力下，不同結(jié)構(gòu)、不同材料的彈性元件會產(chǎn)生不同的彈性變形。常用的彈性元件有彈簧管、波紋管、薄膜等，如表4-2所示。其中波紋膜片和波紋管多用于微壓和低壓測量；單圈和多圈彈簧管可用于高、中、低壓或真空度的測量。表4-2彈性元件的結(jié)構(gòu)和特性類別名稱示意圖壓力測量范圍kPa輸出特性動態(tài)性質(zhì)最小最大時間常數(shù)/s自振頻率/Hz薄膜式平薄膜0～100～10510-5～10-210～104波紋膜0～10-30～10310-2～10-110～102撓性膜0～10-50～10210-2～11

4、～102波紋管式波紋管0～10-30～10310-2～10-110～102彈簧管式單圈彈簧管0～10-10～106－102～103多圈彈簧管0～10-20～105－10～102彈性元件常用的材料有銅合金、彈性合金、不銹鋼等，各適用于不同的測壓范圍和被測介質(zhì)。通過各種傳動放大機(jī)構(gòu)直接指示被測壓力值。這類直讀式測壓儀表有彈簧管壓力計、波紋管差壓計、膜盒式壓力計等。(2)彈簧管壓力計彈簧管式壓力計是工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用很廣泛的一種直讀式測壓儀表，以單圈彈簧管結(jié)構(gòu)應(yīng)用最多。其一般結(jié)構(gòu)如圖4-4所示。被測壓力由接口引入，使彈簧管自由端產(chǎn)生位移，通過拉桿使扇形齒輪逆時

5、針偏轉(zhuǎn)，并帶動嚙合的中心齒輪轉(zhuǎn)動，與中心齒輪同軸的指針將同時順時針偏轉(zhuǎn)，并在面板的刻度標(biāo)尺上指示出被測壓力值。圖4-4彈簧管壓力計結(jié)構(gòu)1-彈簧管；2-連桿；3-扇形齒輪；4-底座；5-中心齒輪；6-游絲；7-表盤；8-指針；9-接頭；10-橫斷面；11-靈敏度調(diào)整槽通過調(diào)整螺釘可以改變拉桿與扇形齒輪的接合點(diǎn)位置，從而改變放大比，調(diào)整儀表的量程。轉(zhuǎn)動軸上裝有游絲，用以消除兩個齒輪嚙合的間隙，減小儀表的變差。直接改變指針套在轉(zhuǎn)動軸上的角度，就可以調(diào)整儀表的機(jī)械零點(diǎn)。彈簧管壓力計結(jié)構(gòu)簡單,使用方便，價格低廉，測壓范圍寬，應(yīng)用十分廣泛。一般彈簧管壓力計的測壓

6、范圍為-105～109Pa；精確度最高可達(dá)±0.1％。三、差動變壓器1.原理：將壓力引起的位移變化轉(zhuǎn)換成電感的變化。次級次級骨架初級銜鐵次級次級初級螺管型差動變壓器結(jié)構(gòu)圖兩個次級線圈反相串聯(lián)，并且在忽略鐵損、導(dǎo)磁體磁阻和線圈分布電容的理想條件下,其等效電路。2.基本特性根據(jù)差動變壓器等效電路。當(dāng)次級開路時式中：U——初級線圈激勵電壓；ω——激勵電壓U的角頻率；I1——初級線圈激勵電流；r1、L1——初級線圈直流電阻和電感。..根據(jù)電磁感應(yīng)定律，次級繞組中感應(yīng)電勢的表達(dá)式分別為由于次級兩繞組反相串聯(lián)，且考慮到次級開路，則由以上關(guān)系可得上式說明

7、，當(dāng)激磁電壓的幅值U和角頻率ω、初級繞組的直流電阻r1及電感L1為定值時，差動變壓器輸出電壓僅僅是初級繞組與兩個次級繞組之間互感之差的函數(shù)。只要求出互感M1和M2對活動銜鐵位移x的關(guān)系式，可得到螺線管式差動變壓器的基本特性表達(dá)式。輸出電壓的有效值為分析……①活動銜鐵處于中間位置時M1=M2=M故Uo=0②活動銜鐵向上移動時M1=M+ΔM，M2=M-ΔM故與E2a同極性。.③活動銜鐵向下移動時M1=M-ΔM，M2=M+ΔM故與E2b同極性。.3.差動變壓器式傳感器測量電路問題：（1）差動變壓器的輸出是交流電壓(用交流電壓表測量，只能反映銜鐵位移的大

8、小，不能反映移動的方向);（2）測量值中將包含零點(diǎn)殘余電壓。銜鐵位移x與電橋輸出電壓Uo有效值的關(guān)系曲線，如