《壓力檢測及儀表》PPT課件

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1、壓力檢測及儀表一、概述在工業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常要對壓力進行檢測，如熔煉爐、加熱爐就要適當?shù)目刂茽t膛壓力及煙道壓力，來獲得良好的熱工效果。又如許多冶金物化反應(yīng)，對反應(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，要測量某些流體的流量，也是通過壓力來測量的，如孔板流量計。因次，對壓力的檢測是常見而非常重要的。壓力檢測的基本知識１．壓力的單位（這里的壓力指壓強：單位面積所受的力）２．壓力表示方法：１）絕對壓力；２）表壓力（相對壓力）；３）負壓力（真空度）３．壓力表分類：（按信號轉(zhuǎn)換原理不同）分為以下四類：１）液柱式壓力計將被檢測壓力

2、轉(zhuǎn)換成液柱高度差進行測量的壓力計．如：Ｕ形管壓力計，斜管壓力計等．２）彈性式壓力計將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形所引起的位移而進行測量的壓力計．如：彈簧管壓力計，波紋管壓力計，膜盒壓力計．３）電氣式壓力計將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量進行壓力測量的壓力計。如：壓電式壓力計、應(yīng)變片式壓力計、霍爾壓力計。4）活塞式壓力計將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加砝碼重量進行測量的壓力計。它是一種標準型壓力計，對其它類型的壓力計進行校驗。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轉(zhuǎn)變成電勢信號來測量壓力。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。當霍爾片中流過電流時，電子受磁場力（方向可由左手定則確定）的作用，其運動方向（與電流方向相反）將發(fā)生偏移，使得在“X軸方向的一個端面上造成電子積累而形成負的表面電荷，而在另一端面上則正電荷過剩，于是在“X軸方向出現(xiàn)了電場。由于電場的建立，產(chǎn)生了電場力，電場力阻止電子的偏移。當磁場力與電場力相平衡時，電子積累達到了動態(tài)平衡，這時就建立了穩(wěn)定的霍爾電勢：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發(fā)生變性，并在其表面上產(chǎn)生電荷，去掉力時，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，另一膜片通過金屬箔和引出線將電量引出。特點：體積小，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠；動態(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、將被測壓力通過彈性膜片的位移轉(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)：差動電容的活動極板感壓元件：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）可左右移動約0.1mm的距離。固定電極供極板在彈性膜片左右有兩個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)成兩個測壓室，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散壓敏電阻。單晶硅平膜片在微小變形時有良好的彈性特性。當硅片受壓后，膜片的變形使擴散電阻的阻值發(fā)生變化。相對電阻變化為：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)單晶硅平膜片的擴散電阻通常做成橋式測量電路，相對的橋臂電阻對稱布量，電阻變化時，電橋輸出電壓與膜片所受壓力成對應(yīng)關(guān)系。平膜片在圓形硅杯的底部，硅杯內(nèi)外兩側(cè)分別感受被測壓力與參考壓力，壓差使膜片變形，膜片上的兩對電阻的阻值發(fā)生變化。溫度效應(yīng)的影響，一般還可在膜片上沿對壓力不

7、敏感的晶向生成一個電阻，這個電阻只感受溫度變化，可接人橋路作為溫度補償電阻．以提高測量精度。3、特點：精度高，工作可靠，頻率響應(yīng)高，結(jié)構(gòu)簡單；可使用在環(huán)境惡劣的條件下，便于實現(xiàn)顯示數(shù)字化。壓阻式壓力傳感器不僅可以用來測量壓力，稍加改變也可用來測量差壓、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)場總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用要求，近年來出現(xiàn)了采用先進傳感器技術(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，通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)可與上位計算機相連。