《压力测量》课件2.ppt
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1、学习要求学习要求 掌握流体稳态压力测量的基本原理、掌握流体稳态压力测量的基本原理、弹性压力计的测压原理,几种压力信号变送弹性压力计的测压原理,几种压力信号变送方法方法;电容式压力变送器的特点、结构原理、电容式压力变送器的特点、结构原理、调整及使用方法,智能型压力变送器调整及使用方法,智能型压力变送器。第三章第三章 压力测量及仪表压力测量及仪表 3.1 压力的概念及单位压力的概念及单位一、压力的定义1、法向压力 而静止流体中某点压力与在该点所取的面方向而静止流体中某点压力与在该点所取的面方向无关,即某点各方向上的压力相等。无关,即某点各方向上的压力相等。(各向同性各向同性,静压静压)/(lim0
2、dAdFpdA单单 位位 名名 称称符符 号号与与Pa换算关系换算关系工程大气压工程大气压kgf/cm21 kgf/cm2=9.81104Pa毫米汞柱毫米汞柱mmHg1 mmHg=1.33102Pa毫米水柱毫米水柱mmH2O1 mmH2O=9.81Pa表3-1 压力单位换算表二、压力分类二、压力分类1.1.从测量的角度分:从测量的角度分:静定压力静定压力 (稳态压力稳态压力)、变动压力、脉动压力、变动压力、脉动压力2.2.按测量的方法分:按测量的方法分:绝对压力绝对压力 (abs)(abs),表压力,表压力 (G),(G),差压力差压力3.按信号转换原理分1液柱式压力测量:根据流体静力学原理,
3、把被测压力转换成液柱高度差进行测量。一般常用仪器是充有水或水银等液体的玻璃U形管或单管等。2弹性式压力测量:根据弹性元件受力变形的原理,将被测压力转换成弹性元件的位移或力进行测量。常用的弹性元件有弹簧管、弹性膜片、弹性膜盒和波纹管等。3电气式压力测量:利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电参量进行测量,例如电阻、电容、电流及电压等。4活塞式压力测量:根据液压机械中液体传递压力的原理,将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的重力进行测量。它被普遍用作标准仪器对其它压力测量仪表进行检定,例如压力校验台等。3.2.液柱式压力计液柱式压力计一、液柱式压力计 应用流体静力学知识,通过液柱高与压力的关系设
4、计而成,基本原理比较简单。12121221122)(ghphhghhhgpppamb时当%1.0,6.311)(1221221121误差dDghDdghDdhhghhgpppamb单管式压力计单管式压力计 问题:与直管式问题:与直管式比较,斜管式微比较,斜管式微压计的优点是什压计的优点是什么?么?lKAAglpppAAlhlhhhgpppambamb21212121sin,sin)(零平衡微压计零平衡微压计 (补偿微压计)(补偿微压计)图图3-5 零平衡微压计结构示意图零平衡微压计结构示意图量程有量程有0120,0150,0250mmH2O三种,基本精度为三种,基本精度为0.12mmH2O,若
5、是标准压力计,基本精度为,若是标准压力计,基本精度为0.06mmH2O。3.3 弹性式压力计弹性式压力计 利用材料在弹性范围内变形与外力为线性关系的利用材料在弹性范围内变形与外力为线性关系的原理,制成不同形式及满足不同要求的压力计。原理,制成不同形式及满足不同要求的压力计。MPa101.03xApF KxF xpKAKFx 一、弹性元件一、弹性元件弹性膜片(膜盒)弹性膜片(膜盒)波纹管波纹管 2222211KabbhREP、弹簧管的泊松系数和弹性模量弹簧管的泊松系数和弹性模量h 弹簧管的壁厚弹簧管的壁厚弹簧管的几何参数弹簧管的几何参数ha2、与与a和和b有关的参数有关的参数弹簧管弹簧管二、常用
6、弹性式压力计二、常用弹性式压力计 1 1膜片式压力计膜片式压力计 可用于测量对铜和钢及其合金可用于测量对铜和钢及其合金有腐蚀作用或粘度较大介质的压有腐蚀作用或粘度较大介质的压力或真空度(采用不锈钢膜片)。力或真空度(采用不锈钢膜片)。若采用敞开式法兰结构或隔膜式若采用敞开式法兰结构或隔膜式结构,可用于测量高粘度、易结结构,可用于测量高粘度、易结晶或高温介质的压力或真空度。晶或高温介质的压力或真空度。膜片式压力计的测量范围一般为膜片式压力计的测量范围一般为05.88106Pa,精度为,精度为2.5级。级。2 2、膜盒式压力计、膜盒式压力计 膜盒压力表的弹性感压元件为膜盒,适用于测量空气膜盒压力表
7、的弹性感压元件为膜盒,适用于测量空气或其他无腐蚀性气体的微压或负压。例如电厂锅炉风烟系或其他无腐蚀性气体的微压或负压。例如电厂锅炉风烟系统中风、烟压力测量及锅炉炉膛负压等参数的测量。统中风、烟压力测量及锅炉炉膛负压等参数的测量。膜盒式压力计的测量范围为膜盒式压力计的测量范围为15040000Pa,精度一,精度一般为般为2.5级,较高的可达级,较高的可达1.5级。级。3波纹管压力计波纹管压力计双波纹管差压表就是一双波纹管差压表就是一种机械位移变换就地显种机械位移变换就地显示压差的波纹管压力计,示压差的波纹管压力计,它主要作为流量和水位它主要作为流量和水位等测量的中间变换或显等测量的中间变换或显示
8、仪表。由于波纹管在示仪表。由于波纹管在轴向容易变形,所以灵轴向容易变形,所以灵敏度较高,在测量低压敏度较高,在测量低压时它比弹簧管和膜片灵时它比弹簧管和膜片灵敏得多。其缺点是迟滞敏得多。其缺点是迟滞值太大值太大 4 4弹簧管压力计弹簧管压力计弹簧管压力计主要弹簧管压力计主要由感压元件弹簧管、由感压元件弹簧管、齿轮机械传动放大齿轮机械传动放大机构、指针标尺等机构、指针标尺等部分构成部分构成 ,弹簧管,弹簧管压力计分为普通型压力计分为普通型压力计、精密压力压力计、精密压力计、密封型压力计、计、密封型压力计、充油型压力计、差充油型压力计、差压计、双针型压力压计、双针型压力计等。计等。5、电接点压力计
9、电接点压力计电接点压力计测量工作原电接点压力计测量工作原理和弹簧压力计相同。理和弹簧压力计相同。报警信号可以显示、连接报警信号可以显示、连接继电器联锁,但不能远距继电器联锁,但不能远距离离 传送。传送。3.4 电气式压力测量电气式压力测量 电气式压力测量是利用压力敏感元件将被测电气式压力测量是利用压力敏感元件将被测压力信号直接转换成各种电参数量的测量方法,压力信号直接转换成各种电参数量的测量方法,在集中测量、自动控制等自动化场合得到广泛应在集中测量、自动控制等自动化场合得到广泛应用。电气式压力测量方法有用。电气式压力测量方法有电位器电位器式、式、应变式应变式、电感式电感式、电容式电容式、压电式
10、压电式、压阻式压阻式、压磁式压磁式、霍霍尔效应式尔效应式、振弦式振弦式、光纤式光纤式 。3.4.1 电位器式压力测量电位器式压力测量 电位器式压力测量的原理是把被测电位器式压力测量的原理是把被测压力信号压力信号转换成转换成电位器电位器电阻电阻变化,通过测量电阻值达到测量压力目的的变化,通过测量电阻值达到测量压力目的的一种测量技术。适用于压力变化比较大的场合。一种测量技术。适用于压力变化比较大的场合。电位器式压力传感器在测量过程中,弹性元件的电位器式压力传感器在测量过程中,弹性元件的形变端与电位器的滑动触点刚性相连,弹性元件承受形变端与电位器的滑动触点刚性相连,弹性元件承受压力,产生形变,从而带
11、动滑动触点移动,把弹性元压力,产生形变,从而带动滑动触点移动,把弹性元件的输出位移转换成电位器滑动触点的位移,从而把件的输出位移转换成电位器滑动触点的位移,从而把被测压力的变化变换成电位器电阻值的变化。通过测被测压力的变化变换成电位器电阻值的变化。通过测量电位器电阻值的变化,就可以得知被测压力的大小。量电位器电阻值的变化,就可以得知被测压力的大小。对于电位器电阻值的测量,常采用对于电位器电阻值的测量,常采用不平衡电桥不平衡电桥测量法测量法或或恒流源恒流源测量法测量法 一一.应变式压力传感器应变式压力传感器1、基本思路压力作用电阻材料与受力材料同时变形电阻阻值变化电桥失衡比较得压力值输出电压变化
12、关键在于:材料变形与压力的关系3.4.2 应变式压力测量应变式压力测量 电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应,即金属导体在外力作用下发生机械变形时,其应,即金属导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值随着所受机械变形电阻值随着所受机械变形 (伸长或缩短伸长或缩短)的变化而的变化而发生变化。发生变化。2、基本原理:应变片应用电桥电路,将微小的电阻变化转换为电压或电流的变化,通过放大进行测量,由测得的应变推算出应力值。LLRRddKRRd K 应变片的灵敏系数AlR dAAldlAdAldR2 全微分全微分相对变化量相对变化量AdAldldRdR ld
13、lrdr ldl2SdS Fd ldlEEF ldlEd kE21ldl2ldlldlERdR1 rdrrrdrAdA222 x2pk xxkppkkRR 21d二、应变片结构及性能二、应变片结构及性能金属应变片金属应变片 半导体压阻片半导体压阻片 三应变片的温度误差及补偿三应变片的温度误差及补偿(1)线路补偿法线路补偿法(2)温度自补偿法温度自补偿法 应变片的温度补偿应变片的温度补偿四应变式压力传感器四应变式压力传感器 应变式压力传感器是将应变片粘贴在感压弹性元件应变式压力传感器是将应变片粘贴在感压弹性元件上构成的,它可将被测压力的变化转换成电阻的变化。上构成的,它可将被测压力的变化转换成电
14、阻的变化。五、固态压力传感器五、固态压力传感器 固态压力传感固态压力传感器采用半导体应变器采用半导体应变式压力测量原理,式压力测量原理,其敏感元件是用单其敏感元件是用单晶硅制成的硅杯。晶硅制成的硅杯。硅杯的结构有硅杯的结构有C型型和和E型等,其中型等,其中C型型适用于压力传感器,适用于压力传感器,E型适用于测量静型适用于测量静压力。压力。六、应变测量中的电桥电路六、应变测量中的电桥电路 将应变片作为将应变片作为 R1 接在电路中,调整接在电路中,调整其他电阻阻值,使电桥平衡。其他电阻阻值,使电桥平衡。当应变片阻值变化时,电桥失衡。输当应变片阻值变化时,电桥失衡。输出出211RREI432RRE
15、Iu 0432132413211 RRRRRRRRRIRIEBD电桥平衡条件3241RRRR 1R uADABEEuERRRERRRRR43312111RRRRR 4321ERRRu1122 ERRRu1122 11RR KEERRu4141半桥接法半桥接法:相邻的两个桥臂,一个受相邻的两个桥臂,一个受拉拉,一个受压一个受压u KE21全桥接法全桥接法:R1,R4增加,增加,R2 和和R3 减小减小uKE3.4.3.电感式压力传感器电感式压力传感器1、结构和工作原理结构和工作原理MRWL2S2SlRRR0iiigFM2SWLRR02gF2自感式压力传感器自感式压力传感器图3-21 自感式压力传
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