第3章_压力测量11.0.pptVIP

第3章 压力测量 一、基本概念 压力 垂直作用于物体表面上的力。 压强 垂直作用于单位面积物体表面上的力。 通常所说的压力实际上是指压强。 压差 测量两个压力之差称压差。 表压力 压力仪表指示的压力值。 缺省情况下，所说的压力值即指表压力， 表压力可正可负，为负时其绝对值称为真空度。 帕(Pa) N/m2，国际单位 兆帕(MPa) 106Pa 工程大气压， kgf/cm2 ，98070 Pa，约等于一个大气压（1.013×105 Pa) 1mmH2O= 9.81 Pa 1mmHg =133 Pa 三．压力测量仪表的分类 1．液柱式压力计 2．弹性式压力计 3．电气式压力计 4．活塞式压力计 3.1电气式压力计 3.1.1应变电阻效应及传感器 应变式传感器：将试件上的应力变化转换成电阻的变化。 1、应变电阻效应 金属材料: 应变灵敏系数：K=1.6～3.6, 3.1.1应变压阻效应及传感器 1、应变电阻效应 半导体材料： 通常KS=(50～80)K 3.1.1应变压阻效应及传感器 2、应变片的种类 1）金属电阻应变片 金属丝式应变片：横向效应大 金属箔式应变片：性能优于丝式 金属电阻应变片受压时，电阻的尺寸L、S发生变化，引起电阻的变化。精度不高。 3.1.1应变压阻效应及传感器 2）半导体应变片 灵敏度不高、体积小、机械滞后小、横向效应几乎为零。 温度稳定性差，需采取温度补偿措施。 如半导体扩散硅：在压力的作用下，电阻率发生变化。通常半导体扩散硅电阻变化的灵敏度要远远高于应变片，大约为100倍。 3.1.1应变压阻效应及传感器 3.1.1应变压阻效应及传感器 3、应变片的测量电路 1）电桥电路 (1)单臂接法 传感器可测十几帕的微压，易受温度的影响 膜片的应力分析 其膜片受到从下向上的压力时，中心区受拉应力（假设应力为正），周边区受压应力（应力为负），在R=0处应力达到正的最大值，而在大约距中心60%的地方应力为0。 注意：供给桥路的电流要恒定。输出电压为10～100毫伏， 后续一般要加电压放大电路。 3.1.2 压电效应和压力传感器 1 压电效应 正压电效应 某些材料在受压时在其表面产生电荷，电荷量与所受压力成正比。外力去除后，又恢复到不带电的状况的现象。 Q=d·F d：压电常数 逆压电效应 某些材料在其极化方向施加电场，将产生机械变形或机械力，当外电场去除后，变形或应力随之消失的现象。 压电材料：石英晶体SiO2 、 LiNbO3 、 BaTiO3 3.1.2压电效应和压力传感器 2 压电式压力传感器 串联法用于电压输出：U=U1+U2 并联法用于电荷输出: Q=Q1+Q2 特点：结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可靠，具有线性度高，量程范围大等优点。 缺点：由于产生的电荷量少，因此后续需加高阻抗的直流放大器。 3.2 液柱式压力计 分类 U型管压力计 单管压力计 斜管式微压计 特点：结构简单，使用方便，准确度比较高，常用于测量低压、负压、差压。 缺点：体积大，读数不方便，玻璃管易损坏。 液柱式压力计 3.2.1 U型管压力计 根据流体静力学原理可得： 一．U型管压力计 3.2.2 单管式压力计 A1、A2为常数，这样可通过一次读数进行压差测量。当A2/A1很小时，h1可忽略，公式简化为： 3.2.3斜管式压力计 3.2.3斜管式压力计 3.2.3 斜管式压力计 3.2.4液柱式压力计的误差 1．环境条件的影响 对于一般的工业测量，主要考虑温度使液体密度变化对压力测量的影响。修正公式为： 3.2.4液柱式压力计的误差 2．安装的影响 U形管采用自由悬挂、微压计要安装水平仪，管路不得泄露和堵塞。 3.2.4液柱式压力计的误差 3.3 机械式压力计 原理：利用各种不同形状弹性感压元件在被测压力的作用下，产生弹性变形制成的测压仪表。 F=CX， F=AP， X=A/C P C:弹性元件的刚性系数 特点：结构简单、牢固可靠、测压范围广、使用方便、造价低廉、有足够的精度，可远传。 常用弹性压力表： 弹簧管式 膜片式 波纹管式 3.4 机械式压力计 3.3 机械式压力计 膜片 使用时周边夹紧，测低压、微压。将两块膜片沿周边对焊起来，形成一膜盒，膜盒式微压计通常用于测量炉膛和烟道尾部负压。精度等级为2.5，最高可达1.5级。 开口端固定，封闭端的位移作为输出，由于波纹管的位移相对较大，大多直接指示，灵敏度高，常用于测量较低的压力（1.0-106Pa）精度等级1.5级