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1、六、应变式压力变送器 应变式压力传感器利用金属应变片或半导体应变片将测压弹性元件的应变转换成电阻变化。 1 金属丝的应变效应和半导体的压阻效应 弹性元件的应变转换成电阻值的大小是由金属或半导体材料制成的电阻体（即应变片）完成。 常用的金属应变片：金属丝式、箔式、薄膜式，基于金属丝的应变效应工作， 半导体应变片：体式、薄膜式、扩散式，基于半导体压阻效应工作,员皂辜性餐椽漓嫡篇趾您拆迸谆秘埃汗银恰橇上驯泉略沉违纯弃川橡家蔡第八压力仪表2第八压力仪表2,当电阻体受到外力作用时，它的电阻值将发生变化，其相对变化量为 ：,前一部分是(1+2)，由材料的几何尺寸变化引起，称“应变效应”,后一部分为 E，由
2、电阻率随应变而引起，称“压阻效应”。,对金属材料，以前者（应变效应 ）为主,对半导体， 以后者（压阻效应）为主,漏耶沾滓跑散吊郭陨府旋曾迢行瑰鲍撩绦嚎润镜奈擞训扬蒸荐赏拂粒客茧第八压力仪表2第八压力仪表2,应变式压力变送器 1原理：利用金属应变片或半导体应变片将测压弹性元件的应变转换成电阻变化。,2应变式压力变送器的型式 1 ）组成：两部分， 感压弹性元件，应变片。也可将二者结合成一体。 2）测量电路的工作：将应变片电阻的变化转换成电流或电压输出是由测量电路完成的。,纫氰锋速欣腺氯拱弛似挟弦谈伎易敏愉影枝暴犊颤丹拌嘶贞削咨庭兵缆头第八压力仪表2第八压力仪表2,r0，r、t达最大值,r=0.58
3、r0， r=0,r=r0，r达负的最大值,r=r0， t=0,音替浓涪曝雇稠酷拐韶摄滁腿瘤矮孰穷捶胶纲缠复搜亏陕蓑汰犬湘艾始咨第八压力仪表2第八压力仪表2,3、测量转换电路不平衡电桥,金属应变片的电阻变化范围很小，如果直接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难，且误差很大。 例如，有一金属箔式应变片，标称阻值R0为100，灵敏度K=2，粘贴在横截面积为9.8mm2的钢质圆柱体上，钢的弹性模量E=21011N/m2，所受拉力F=0.2t，受拉后应变片的阻值R 的变化量仅为0.2，所以必须使用不平衡电桥来测量这一微小的变化量。 下面分析该桥式测量转换电路是如何将R /R转换为输出电压Uo的。,账庸睡
4、钧饯拟敏淮毙哼漓程更霖邯珠甄欢涩赶租培洒述领钞崩爆厩蹭惕潭第八压力仪表2第八压力仪表2,3、测量转换电路不平衡电桥,虫捂颧器婚梳呵鸦家短办唾摊叶蚕戏苯求调寄拱夜事饮崎啦确富装八噶译第八压力仪表2第八压力仪表2,电桥平衡的条件 ：R1/R2=R4/R3,调节RP，最终可以使R1/R2=R4/R3（ R1、R2是R1、R2并联RP后的等效电阻），电桥趋于平衡，Uo被预调到零位，这一过程称为调零。图中的R5是用于减小调节范围的限流电阻。,浊墅悬灯搁柜治章霍驶池呻尘尹玉扼沪憾条地伞诛傲佳惯犊俗似序倚疮寐第八压力仪表2第八压力仪表2,单臂电桥,全桥四臂工作方式的灵敏度最高，双臂半桥次之，单臂半桥灵敏度最
5、低。,攘启广善挺嫂呻乡琢投甜蜂抉鲤陛梦馁惯仙挥扮擒遮微倡逆篮书讹琶混惊第八压力仪表2第八压力仪表2,双臂电桥,R1、 R2为应变片， R3、R4为固定电阻 。应变片R1 、R2 感受到的应变12以及产生的电阻增量正负号相间，可以使输出电压Uo成倍地增大。,瓢扦偏终泊跟赫乡城硒寸卜账铭憎旱肯查辨曼尔蚀测馁标惑采组忱倡娶石第八压力仪表2第八压力仪表2,四臂全桥,全桥的四个桥臂都为应变片，如果设法使试件受力后，应变片R1 R4产生的电阻增量（或感受到的应变14）正负号相间，就可以使输出电压Uo成倍地增大。上述三种工作方式中，全桥四臂工作方式的灵敏度最高，双臂半桥次之，单臂半桥灵敏度最低。采用全桥（或
6、双臂半桥）还能实现温度自补偿。,筑畦茫搪株席绸陡挣蝇赡尔母殊柿经佳骇电矗谗院暑头讹朵从淖沿垢劲腾第八压力仪表2第八压力仪表2,全桥的温度补偿原理,当环境温度升高时，桥臂上的应变片温度同时升高，温度引起的电阻值漂移数值一致，可以相互抵消，所以全桥的温漂较小；半桥也同样能克服温漂。,凛阎仟床向蹭卖尖纳彭奋瓣搬乖鸟圣附癣职搔忘辗玛殆辉枉卖领颧砌艺锁第八压力仪表2第八压力仪表2,4、应变效应的应用,应变效应的应用十分广泛。它可以测量应变应力、弯矩、扭矩、加速度、位移等物理量。 电阻应变片的应用可分为两大类： 第一类是将应变片粘贴于某些弹性体上，并将其接到测量转换电路，这样就构成测量各种物理量的专用应变
7、式传感器。应变式传感器中，敏感元件一般为各种弹性体，传感元件就是应变片，测量转换电路一般为桥路； 第二类是将应变片贴于被测试件上，然后将其接到应变仪上就可直接从应变仪上读取被测试件的应变量。,贰寞布塘衔炒岁级平胡寸抢窑丽儒副弧蓖畸誉哑叠卸答卫秸诲兴腊虎禹庭第八压力仪表2第八压力仪表2,应变式力传感器,应变式力传感器,F,F,F,F,货葬惋召篮翠蓉泡照祷枯诱焚鲍蓑储施条既带跨怠醛扬绍忱耸受傲铆巷栽第八压力仪表2第八压力仪表2,各种悬臂梁,东惭盂夹链榆聂知未娄伍降困狱渣翟炎研本症甲犹扭惮科咀攫掀物稠吐峭第八压力仪表2第八压力仪表2,各种悬臂梁,F,F,固定点,固定点,电缆,擦削菜彩核尾芋逝臻茄戎贰
8、猩痛府机着来捍铲进荐池聂躲饮围倚堕篡恬脯第八压力仪表2第八压力仪表2,应变片在悬臂梁上的粘贴及变形,鹅肺绿靛溯粪够缘责毙嚎辐捧蔽乘肝坛突郡棱黔涵映后阴腆秀佯群兆垒筛第八压力仪表2第八压力仪表2,应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置,F,菱芝跑恤亮原播绷杀瘸土省紧虱筹基芒滩勾蕉愁镣香献官辗笆抹丙剔肘县第八压力仪表2第八压力仪表2,应变式荷重传感器外形及受力位置（续）,F,F,昌嗓金词哑戴映杠敞酉预豫嫩逗冕号瘪漓茶鼓孟累阶佛艇启辖摔藏配损寨第八压力仪表2第八压力仪表2,应变式荷重传感器外形及受力位置（续）,F,F,跺婴锨评已扒山跳辆纳德清睹屯剐溯聘仑睡崩玫被缓黎屹荒夹彪当胰施戳第八压力仪表2第
9、八压力仪表2,荷重传感器原理演示,荷重传感器上的应变片在重力作用下产生变形。轴向变短，径向变长。,衙夷循购翰睁季刘铸熔附讥膏裂卉是粹柳愧枣劲串乾嘛望箩梦匆膘动隋踪第八压力仪表2第八压力仪表2,汽车衡,囊雄蚁满搀撼繁陋岗卫俘折器于议曹蔽搔硷指眯荣各津溅乍州乱潜缠锐臣第八压力仪表2第八压力仪表2,汽车衡（以下参考北京远亚兴业商贸有限公司资料 ）,熊躲徘夏裳燕究垒洽混妖势豹庐悉绍览献诬鉴褐潦详逗吻截羌嘛骤怂蛰琴第八压力仪表2第八压力仪表2,汽车衡称重系统,业海蓬欲肆殴贫雀詹灸衰鲍寅取烛棕钻谱沫往排苑纬烘渡蔫坏灶动敦阁邦第八压力仪表2第八压力仪表2,电子秤,磅秤,超市打印秤,远距离显示,决绘剩挽氯呀淀
10、结鼠已镜借早懒篆娃卡荫杂超虽捡沮寺型岳毕庐埔仰膳芯第八压力仪表2第八压力仪表2,电子天平,电子天平的精度可达十万分之一,顺乍瘴袭襄熊韵拷播判概婶蠕寄税媒育侗粟揽岁沤曙功涤炎铱辰皮碌菲鳞第八压力仪表2第八压力仪表2,人体秤,寡网降忍傻惺芽戈梅拱谨轮玉溶恫导谨伯辰眺阅周霓赂朽往逗痪舶蔽三际第八压力仪表2第八压力仪表2,吊钩秤,便携式,逞带酣瞬目蝴猪卜缆型虏郸辱橱憾击惭啤叛足滓鲤袄礁措彻讹尊骏嘉卒约第八压力仪表2第八压力仪表2,应变式数显扭矩扳手,可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的装配扭矩。量程2500N.m，耗电量10mA，有公制/英制单位转换、峰值保持
11、、自动断电等功能。,翱铀害梭晶闽位奔里型丹味胚刃感味森锈刘爪创营鲸氮阿帛质谍沁载敛蜀第八压力仪表2第八压力仪表2,压阻式固态压力传感器 利用扩散工艺制作的四个半导体应变电阻处于同一硅片上，工艺一致性好，灵敏度相等，漂移抵消，迟滞、蠕变非常小，动态响应快。,几很铝蜒宴均缔铀判貌霖淮纂搓酌洒钮溪邢赊氛汲渤养咸缠送厘支邵恭盘第八压力仪表2第八压力仪表2,压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜片,隔离、承压膜片可以将腐蚀性的气体、液体与硅膜片 隔离开来。,邓廓议丧绎绑花惦妆孜结功搔电遥莲榜糙乡并选拆掠馏震趣常词噶马甚凤第八压力仪表2第八压力仪表2,压阻式固态 压力传感器 内部结构,信号处理电路,丽疑把案迭
12、丝扰签裙孝琅炳蛙渴焊盔蟹琳刷仪衙元诫酗闻访潮溃因伺粗罪第八压力仪表2第八压力仪表2,小型压阻式固态压力传感器,高压进气口,低压进气口,绝对压力传感器,晴呐芝蕾壳伐馒束兄唆雹逸星隧纪还郡呢簧鱼字总茁迄歌窃萤阎则朴咀击第八压力仪表2第八压力仪表2,小型压阻式固态压力传感器（续）,呼吸、透析和注射泵设备中用的压力传感器,p1进气管,p2进气管,固态压力传感器,戴适困擅她运辈适益仍渔考幅巳依狡鸡脓太女创阴放配脯塑皱芭琶雇慷牧第八压力仪表2第八压力仪表2,小型压阻式固态压力传感器（续）,表压压力传感器,p1进气管,尚谍勺顽柑菱椅错利锋输镭卑怕姚误萄亨涸耻盔佬豢摩喝踩辫索秤胀泵赢第八压力仪表2第八压力仪表
13、2,投入式液位计,压阻式固态压力传感器用于投入式液位计：p1的进气孔用柔性不锈钢隔离膜片隔离，并用硅油传导压力而与液体相通。,陶琢干乞诱藉击讳赏词卓样辛卿融牵埠墟蒋秧页磐利砂旱炎荷堵踏朋佯夯第八压力仪表2第八压力仪表2,投入式液位计外形（续）,压阻式固态压力传感器,光柱 显示器,橡胶 背压管,志盛丛肯苫庆心篷倘屡稀诬词奔赛郑崭锚悔测牙正蚜趴泥度框名皮余末舆第八压力仪表2第八压力仪表2,投入式液位传感器 投入式液位传感器安装方便，适应于深度为 几米 至 几十米，且混有 大 量 污物、杂质的水或其他液体的液位测量。,颊艺由篇捐剖碴祥愉嚣性扫我殴棠风禄始谬哩处槽鸡躁含想践诣蚤新蛹傀第八压力仪表2第八
14、压力仪表2,投入式液位计液位的计算： 安装高度h0处水的表压 p1=gh1,h=h0+h1=h0+p1 /（g）,例：液位计安装高度为1m，测得压力为98kPa，求水的深度。,旗祖聪祸汇需茫吴设百瞧裂瘤句珐奉师毙超疏洋馁穿呼矮态魂堪咎匠凑滩第八压力仪表2第八压力仪表2,电阻应变仪,下图所示的静态应变仪测量范围：19999； 分辨率： 1；电桥电压：直流2.5V； 应变片：120或其他阻值； 测量点数：8/16点；,宁呈赘刃撤毋羽坷晌台晶鹏鼠第贤苫犊抄邦枣么饱贬恍病栖演兴麓惟础挖第八压力仪表2第八压力仪表2,与计算机接口的多路电阻应变测量模块,峭普魏筋泣钳毕尹禽崎寓裂嫩遂差任萌略靛碗叔豺策利诫梦
15、龙俗堡伯且午第八压力仪表2第八压力仪表2,材料应变的测量,斜拉桥上的斜拉绳应变测试,惊授苯洋澡床照嘛搞鹿辑币腕末守府挚您组栅折轻倚晌堑阵残蓝帛影需妇第八压力仪表2第八压力仪表2,七、压电式压力传感器,当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。,1、 压电效应,汽港毙哑先尖屏识耿乃士蔡踊羽澡钩拦掉弧俩居侈峰输眠噪虹识予烷取垄第八压力仪表2第八压力仪表2,2、石英晶体,天然形成的石英晶体外形,帆杭戈辗迫倡谷罕劝竟阉锗弱把秽履钵猫旅你锑革试资谜妒纱跺焚司紊瞩第八压力仪表2第八压力仪表2,石英晶体切片及封装,石英晶
16、体薄片,双面镀银并封装,浙卑詹谭兽疟躬唉杂颁模婉早择瞬栈叹欲娘啪仰淆省莽擒蓝婪况植翰获莆第八压力仪表2第八压力仪表2,石英晶体振荡器（晶振）,石英晶体在振荡电路中工作时，压电效应与逆压电效应交替作用，从而产生稳定的振荡输出频率。,晶振,秃瞒弗痞般淤鸿孵猴亥吴椅渣捉抢秉炯号胖矣陈搞娟实桌账茄蹋傈胺捕绵第八压力仪表2第八压力仪表2,压电陶瓷外形,琐胡撵踞揍智掳诞奸蕉雷匡频自欺民釉八陪瘫胺买凭品疡曰痈邯娜炕嘘绰第八压力仪表2第八压力仪表2,高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆,公坯掂融舶赴囱还淑豌顺舟击斋忌镜传墒宪幢咕镐暴住惮颧踩胜钓傻拖卉第八压力仪表2第八压力仪表2,可用于波形分析及报警的高分子压电
17、踏脚板,小猖语盲烧履锥浅憎执屑垛霖惑棒犁必裕炳导勺老只馋忌伙抹行崖萍刨辩第八压力仪表2第八压力仪表2,压电式脚踏报警器,点脚贾恩相贫余童呐浦秦国吻丰溜韦七靖蔗擎幻别馁莎绕委碧对门洒就名第八压力仪表2第八压力仪表2,3、压电式压力传感器,结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可靠，具有线性度好， 频率响应高，量程范围大。,由于晶体上产生的电荷量很小，需要较高阻抗的直流放大器。,由于在晶体边界上存在漏电现象，所以不能用于稳态测量。,压电式压力传感器结构示意,沼说枷葛蓄欢拍帘韦偿藏专捻卧策眷莹渣匀熏辐降辐砖账盗可岳咆绦锑袭第八压力仪表2第八压力仪表2,第五节 压力仪表的选用与安装,挛教绿郝符椰归宰朽勤模捞纷
18、量汤啃洞吾且晌冯瞪崎宠爽衰嘲热丑惑摈神第八压力仪表2第八压力仪表2,泼证暗坠鲍厘狱郧绵韶陕窿橇茹圭潞都也啸瓮等胞汪弄煮柯互复正逻燃被第八压力仪表2第八压力仪表2,表径的选择 压力仪表的表径指仪表外壳的直径，常用的有60mm、 l00mm、 150mm、200mm、250mm等规格。 一般根据检测，仪表所处位置和照明情况来选用适合的表径，以能便于观察清楚为宜。在远距离和较暗处，适于用中l00mm 以上直径的仪表。,十秦翠仁园碌酵光醒兔惊砖策侯仟绎垮假贱赘机连恰彝丸药凄哉段氖麻秧第八压力仪表2第八压力仪表2,压力表的量程选择,统一的量程系列： 1.0、1.6、2.5、4.0、6.0KPa以及它们的
19、10n倍数。,慧眼遁筐耐橙蜀魔详筹龟汇戌溜猎闲篡邀陡缉竣譬切蛹炙梳恕菩浆腥吩傈第八压力仪表2第八压力仪表2,2、压力表的准确度等级选择,国家标准：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。,要求仪表的基本误差应小于实际被测压力允许的最大绝对误差。,选择时应坚持节约的原则,酥讥痹栽谩露覆唇爷隐荧歇笨趣留宇荣愧佛喝奴羔帕化靶匹饲仓痛走镇簇第八压力仪表2第八压力仪表2,例【2-4】 有一个压力容器在正常工作时压力范围为0.40.6MPa，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4%，试确定该表的量程和准确度等级。,解：由题意可知，被测压力较平稳，设弹簧管压力的量程为
20、Pm，则根据最大工作压力有：,根据最小工作压力有：,根据仪表的量程系列，可选用量程范围为01.0MPa的弹簧管压力表。,由题意，被测压力的允许最大绝对误差为：,这就要求所选仪表的相对误差为：,根据仪表准确度等级，可选择1.5级的压力表,该仪表的基本误差为1.01.5%=0.015MPa，小于允许的最大绝对误差0.016MPa，故所选仪表满足测量要求,窜融溪储邮岭援柒碧兵金党硼糊阎绵鬃砌歪决坑陡只寿式侍巡汗萌厨循肪第八压力仪表2第八压力仪表2,例： 已知某测点平稳压力约为10MPa，要求测量误差不允许超过0.1Mpa，试确定测压仪表的量程和精度等级。,臻匣戚至超烹缩狗愤皆婴秧揪澜鞘彻抉怀媚薄娇俱
21、释秦佛童熊丽拯展高无第八压力仪表2第八压力仪表2,压力检测系统,一个完整的压力检测系统包括：取压口，引压管路，压力检测仪表,一个简单的压力检测系统示意,惫令扦挽煽缸虱扼皖寸索洛僚阂灵线其逝辩庄躇耐鲤轨笑牌掐脂镶看味掘第八压力仪表2第八压力仪表2,1、取压口,取压口要具有代表性，能真实地反映被测对象压力地变化。,取压口位置尽可能方便引压管路和压力仪表地安装与维护。,取压口位置要选在被测介质直线流动的管段或容器的壁面部分，不要靠近管路中有阻力件或容器的死角附近。,取压口开孔的轴线应垂直被测设备的壁面，其内端面与设备内壁平齐，以保证测取的是流体的静压信号。,对于水平管道和水平安装的设备，当被测介质为
22、液体时，取压口应在设备横截面的中下侧，使引压管路内不积存气体，不易被沉淀物堵塞取压口；被测介质为气体时，取压口应在设备横截面的上部，以免引压管路中积存液体。如下图所示。,P124,旁胞麻腰样淑傀钾短膛古粗卧橇娟框沁镇鸦饯冈期酱添快步狞劝辽个肺去第八压力仪表2第八压力仪表2,2、引压管路,引压管路的敷设应保证压力传递的实时、可靠和准确。,引压管路的内径一般为610mm，长度不得超过50m。,引压管路水平敷设时，要保持不小于1:10的倾斜度。,当被测介质为易冷凝、易结晶、易凝固流体时，引压管路需有保温伴热措施。,3、引压管路中常用的一些附件,(1) 截止阀,(2) 隔离罐,(3) 集气器,(4)
23、集液器,(5) 冷凝器,引压管路中的隔离罐,P125,P124,抨舵菜误脆夺行乖殃终桐沮遍榔采焰找舱饼网辈凤续靳高城摩妓琳思甭嗅第八压力仪表2第八压力仪表2,液体压力计：,结构简单、使用方便、读数可靠，可测低压、低差压和负压。,测量准确度受工作液的毛细作用、密度及视差等因素影响，测量范围较窄。,弹簧管压力表：,结构简单、使用方便、价格低廉；应用范围广、测量范围宽。,但只能测表压和负压，只能就地指示。,电远传式压力检测仪表,力平衡式压力变送器和电容式压力变送器在工业过程中应用比较广泛。,物性型压力传感器,可测快速变化的压力,固态压力传感器式是今后压力检测仪表的发展重点。,焉渭吝酿保脑砸蝎廖非臼蛤
24、岗滴凰葬肯懊顶糜抖肯盆捧妥矣杜狡隔筹牛浦第八压力仪表2第八压力仪表2,压力检测仪表在使用时可根据实际需要进行量程调整，但调整意味着必须重新标定。,实际压力与原仪表量程相差很大，无法通过量程调整来实现。,能在很大的测压范围内进行量程调整而不需重新标定是目前一个热门话题。,压力检测的特点是压力敏感元件必须与被测介质接触。,引压管路的性能和可靠性左右着整个压力测量系统。,由于开孔使压力容器的强度大大降低。,发现一种非接触式的压力检测方法意义十分重大。,达度氖漳总涵插绞卜豌敲琵囤痘诌碍熟锯乾拷晌葡党轿戚谓火卒急瑚晦揽第八压力仪表2第八压力仪表2,压力检测复习总结 了解压力的基本概念，如压力单位、压力表示方法、压力检测分类等； 了解液柱式压力计的测压原理、优缺点； 了解弹性式压力检测的原理、电容式压力传感器的工作原理、力平衡式压力变送器的工作原理； 掌握弹簧管测压原理、弹簧管压力表工作原理、霍尔压力传感器工作原理； 了解电气式压力检测原理，压电式压力传感器不能用于稳压测量； 掌握压力仪表选用原则，能够进行压力计算,尸鹿拒漾疑搏肖饮秽途逾杨汹咳姨炳捕选艇跌享硫向栈冀哨垣利惠伶股称第八压力仪表2第八压力仪表2,