压力测量系统

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1、5 压力测量系统2022-7-415 压力测量系统2022-7-42 5.5.压力测量系统压力测量系统压力压力:单位面积上的作用力单位面积上的作用力。分类分类:稳定压力稳定压力,瞬态压力瞬态压力 低压低压,高压高压,中压中压 负压负压,真空度真空度 流体压力流体压力5 压力测量系统2022-7-43压力单位压力单位:Pa,bar:Pa,bar1Pa=1N/m1Pa=1N/m2 2=10=10-5-5 bar bar标准大气压标准大气压:760mmHg:760mmHg 作用的压力。作用的压力。工程大气压：工程大气压：1kgf/cm1kgf/cm2 2水柱水柱:H:H2 2O O水银柱水银柱:Hg

2、:Hg单位换算如表5-1,P825 压力测量系统2022-7-441 kgf/cm1 kgf/cm2 2=0.9807=0.980710105 5PaPa1mmH1mmH2 2O=0.9807O=0.980710Pa10Pa1 mmHg=1.3321 mmHg=1.33210102 2PaPa1atm=1.013251atm=1.0132510105 5PaPa1bar=101bar=105 5Pa Pa 过去采用的压力单位过去采用的压力单位“工程大气压力工程大气压力”（kgf/cm2kgf/cm2）、）、“毫米汞柱毫米汞柱”（mmHgmmHg）、）、“毫米水柱毫米水柱”（mmH2OmmH2O

3、）、）、“物理大气压物理大气压”（atmatm）、）、“巴巴”（barbar）等均应改成）等均应改成法定计量单位帕。法定计量单位帕。5 压力测量系统2022-7-45流体压力流体压力:静压静压,动压动压,总压。总压。静压静压:流体运动时流体运动时,垂直作用于与流动垂直作用于与流动方向平行的单位面积上的作用力。方向平行的单位面积上的作用力。总压总压:流体从速度流体从速度v v等熵滞止到速度等熵滞止到速度0 0时所具有的压力。时所具有的压力。动压动压:流体总压与静压之差称为动压流体总压与静压之差称为动压,也叫也叫速度头速度头。5 压力测量系统2022-7-46压力检测方法压力检测方法1.1.平衡法

4、平衡法：通过仪表使液柱高度的重力或：通过仪表使液柱高度的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理测砝码的重量与被测压力相平衡的原理测量压力量压力2.2.弹性法弹性法：利用各种形式的弹性元件，在：利用各种形式的弹性元件，在被测介质的表压力或负压力作用下产生被测介质的表压力或负压力作用下产生的弹性变形来反映被测压力的大小的弹性变形来反映被测压力的大小3.3.电气式电气式：用压力敏感元件直接将压力转：用压力敏感元件直接将压力转换成电阻、电荷量等电量的变化换成电阻、电荷量等电量的变化5 压力测量系统2022-7-47压力测量仪表的分类压力测量仪表的分类u压力传感器从其原理及结构来看可分为：压力传感器从其

5、原理及结构来看可分为：液柱式、机械式及电气式。液柱式、机械式及电气式。u测量压力的仪表，按信号原理不同，大测量压力的仪表，按信号原理不同，大致可分为四类：致可分为四类：液柱式液柱式：根据流体静力学原理，把被测：根据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度。压力转换成液柱高度。机械式机械式：根据弹性元件受力变形的原理，：根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移。将被测压力转换成位移。5 压力测量系统2022-7-48电气式电气式：将被测压力转换成各种电量，：将被测压力转换成各种电量，如电感、电容、电阻、电位差等，依据如电感、电容、电阻、电位差等，依据电量的大小实现压力的间接测量。电量的大

6、小实现压力的间接测量。活塞式活塞式：根据水压机液体传送压力的原：根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞面积上所加理，将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量。平衡砝码的质量。5 压力测量系统2022-7-49 由液柱产生的压力和被测压力相平衡由液柱产生的压力和被测压力相平衡并用液柱高度表示相应压力。并用液柱高度表示相应压力。u优点：优点：结构简单，使用方便，有相当高结构简单，使用方便，有相当高的准确度，在本专业中应用很广泛。的准确度，在本专业中应用很广泛。u缺点：缺点：量程受液柱高度的限制，体积大，量程受液柱高度的限制，体积大，玻璃管容易损坏及读数不方便。玻璃管容易损坏及读数不

7、方便。5.15.1液柱式压力传感器液柱式压力传感器5 压力测量系统2022-7-410u采用水银或水为工作液，用采用水银或水为工作液，用U U形管或单管进形管或单管进行测量，常用于低压、负压或压力差的检测。行测量，常用于低压、负压或压力差的检测。u被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、风道各段压力、通风空调系统各段压力的测风道各段压力、通风空调系统各段压力的测量。量。5 压力测量系统2022-7-411P=PP=P0 0+h(+h(1 1-2 2)2 2 P0,h=h1+h25 压力测量系统2022-7-412 读数读数:从顶点水平方向读数。最小单位从顶点

8、水平方向读数。最小单位,光光学放大学放大,按弯月面切线方向。按弯月面切线方向。2被测流体重度常用封液:水银,水,酒精U形管内径:酒精:3mm 水银:8-12mm优点:制造简单,工作可靠,方便。缺点:读两个数,误差大,易碎,不能测高压。5 压力测量系统2022-7-413 单管式压力计单管式压力计:单管压力计是把单管压力计是把U U形管的一根管子换成大截面容器形管的一根管子换成大截面容器,由由于容器截面积大于容器截面积大500500倍以上倍以上,这样测这样测量时量时,可以认为容器的液面保持不变可以认为容器的液面保持不变,只读一根管的数就行了只读一根管的数就行了,克服了克服了U U形形管管读两个数

9、读两个数的缺点的缺点,误差减小。误差减小。P=P0+hP=P0+h2 2A A2 2/A/A1 1500500优点优点:读数精确读数精确缺点缺点:体积大体积大,工作液需要多。工作液需要多。5 压力测量系统2022-7-414 5.1.25.1.2斜管式微压计斜管式微压计 斜管式微压计是在单管式压力计的基础上斜管式微压计是在单管式压力计的基础上作了改进作了改进,即即把单管倾斜了一个角度把单管倾斜了一个角度,以便液柱以便液柱高度放大。高度放大。主要用来测量微小压力主要用来测量微小压力sin210AAlPP由于由于 A A1 1/A/A2 2 很小很小 ,可忽略不计可忽略不计,则有则有:sin0lP

10、P5 压力测量系统2022-7-415 越小越小,灵敏度越高灵敏度越高,但液面拉的越但液面拉的越长长,影响读数的精确性影响读数的精确性,测量范围越小。测量范围越小。1515 斜管式压力计斜管式压力计,有一弧形支架有一弧形支架,可以可以改变单管的角度改变单管的角度,上面刻有数字上面刻有数字,叫做叫做倍倍率率,使用时可放在一个倍率上使用时可放在一个倍率上,读出刻度读出刻度值值,乘以倍率乘以倍率,即为要测的值。即为要测的值。5 压力测量系统2022-7-416实际使用时读数：实际使用时读数：P=P-P0=glP=P-P0=gl倍率倍率=9.81=9.81读数读数倍率倍率N/mN/m2 2=1000k

11、g/m=1000kg/m3 3,l,l为为mm,1000mm,1000消去了。消去了。5 压力测量系统2022-7-417(1)(1)水平安装水平安装,将底座调平将底座调平,水平仪中气泡调水平仪中气泡调到中心。到中心。(2)(2)连接管中不得漏气。连接管中不得漏气。(3)(3)测正压时测正压时,高压接正极高压接正极,低压接负极。低压接负极。(4)(4)测压差时待测压力接正极。测压差时待测压力接正极。(5)(5)测压范围测压范围0-250mmH0-250mmH2 2O O。5 压力测量系统2022-7-418优点优点:结构简单结构简单,使用方便使用方便,价格低价格低,精度高。精度高。缺点缺点:测

12、压范围小测压范围小,体积大体积大,读数不直观。读数不直观。5 压力测量系统2022-7-419 利用弹性元件受力变形利用弹性元件受力变形,再经机械机构放再经机械机构放大转变为可直读的压力值。大转变为可直读的压力值。也称为弹性式压力也称为弹性式压力计计,压力表。压力表。分类分类:单圈、多圈弹簧管式压力计单圈、多圈弹簧管式压力计:测高压、中测高压、中压、真空度、低压。压、真空度、低压。波纹膜片式波纹膜片式:低压、微压。低压、微压。膜盒式压力计膜盒式压力计:低压、微压。低压、微压。5.25.2机械式压力传感器机械式压力传感器5 压力测量系统2022-7-420弹性变形法弹性变形法 将被测压力转换成弹

13、性元件变形的位移 测量原理P 弹簧管式弹性元件P 膜片式弹性元件5 压力测量系统2022-7-421弹性元件结构和特点5 压力测量系统2022-7-422特点特点:构造简单构造简单,尺寸小尺寸小,工作可靠工作可靠,量程宽量程宽,精度高精度高,价格低。价格低。不能测瞬态压力不能测瞬态压力,脉动压力脉动压力,不能电不能电测测,微机测量。微机测量。5 压力测量系统2022-7-423弹性弹性敏感元件（弹簧管）敏感元件（弹簧管）在下图中，弹簧管将压力转换为角位移在下图中，弹簧管将压力转换为角位移5 压力测量系统2022-7-424弹簧管放大图弹簧管放大图 当被测压力当被测压力p p增大时，弹簧管撑直，

14、通过齿条带增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。5 压力测量系统2022-7-425 在上图中的各种弹性元件也能将压力转在上图中的各种弹性元件也能将压力转换为角位移或直线位移。换为角位移或直线位移。其他各种弹性敏感元件其他各种弹性敏感元件5 压力测量系统2022-7-426压力传感器的压力传感器的外形及内部结构外形及内部结构5 压力测量系统2022-7-427 感受元件是一个截面为椭圆形的空心管感受元件是一个截面为椭圆形的空心管,弯成圆弧状弯成圆弧状,一端固定一端固定,一端自由一端自由,自由端封闭自由端封闭,固定端

15、固定端A A与被测压力相接与被测压力相接,当压力作用于管内腔当压力作用于管内腔时时,管子椭圆截面的短轴要增大管子椭圆截面的短轴要增大,长轴要缩短长轴要缩短,因而因而,圆弧形空心管产生伸直变形圆弧形空心管产生伸直变形,其自由端相其自由端相对固定端转过一角度对固定端转过一角度,由由B B点移到点移到BB点点,位位移量移量HH正比于压力正比于压力P P。5 压力测量系统2022-7-428 弹簧管压力表组成弹簧管压力表组成 弹簧管拉杆指针中心齿轮扇形齿轮接头游丝刻度盘调整螺钉5 压力测量系统2022-7-429 弹簧管弹簧管,中心齿轮中心齿轮,扇形齿轮扇形齿轮,张丝张丝,拉杆拉杆,指针指针,标尺张丝

16、标尺张丝:使中心齿轮与扇形齿轮只有一使中心齿轮与扇形齿轮只有一侧面接触侧面接触,消除间隙误差。消除间隙误差。扇形齿轮与拉杆连接位置可以改变扇形齿轮与拉杆连接位置可以改变,以调以调整传动比整传动比,(,(放大系数放大系数)。5 压力测量系统2022-7-430 P20MPa采用不锈钢或合金钢,镍铬合金,强度高,耐腐蚀 P20MPa,磷青铜,机械强度好,稳定。精确测量:石英材料 0.016%误差,滞后小，温度影响小。5 压力测量系统2022-7-431仪表选择原则：仪表选择原则：工艺要求工艺要求 现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信号报警。介质性质介质性质 温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃

17、性。现场环境现场环境 温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性。5 压力测量系统2022-7-432类型类型:低压低压:铜合金铜合金 高压高压:合金钢合金钢 氨用氨用:碳钢碳钢,禁铜禁铜 氧用氧用:禁油禁油范围范围:稳定压力稳定压力:2/3:2/3上限上限 脉动脉动:1/2:1/2上限上限 高压高压3/51/31/3上限上限根据上述要求根据上述要求,选择合适量程的仪表。选择合适量程的仪表。5 压力测量系统2022-7-433(1)(1)选有代表性的点选有代表性的点,静压静压,垂直垂直,液体放下面。液体放下面。(2)(2)易观察维修。易观察维修。(3)(3)避免振动高温。避免振动高温。(4)(4)蒸汽蒸

18、汽,装凝液管。装凝液管。(5)(5)腐蚀气体腐蚀气体,加隔离罐加隔离罐(6)(6)连接处密封。连接处密封。(7)(7)高压时高压时,应放在无人通过的地方应放在无人通过的地方,以免伤人。以免伤人。5 压力测量系统2022-7-434利用弹性元件受力变形来测压力。利用弹性元件受力变形来测压力。组成组成:应变计应变计,弹性元件弹性元件,传感器体传感器体,附件。附件。工作原理工作原理:压力信号转变成弹性元件变形压力信号转变成弹性元件变形,再由应变计将此变形转变成电信号再由应变计将此变形转变成电信号,从而从而实现压力测量。实现压力测量。压力信号压力信号变形变形电信号电信号压力值。压力值。5.35.3应变

19、式及压阻式压力传感器应变式及压阻式压力传感器5 压力测量系统2022-7-4351 1应变筒式应变筒式频率高频率高,范围大范围大,温度温度,300,300。弹性元件结构：弹性元件结构：5 压力测量系统2022-7-436r r径向应变径向应变t t切向应变切向应变r=r=r rt t最大最大r=Rr=Rt t=0,=0,r r最大负值最大负值温度补偿温度补偿,灵敏度高。灵敏度高。中低压测量中低压测量,非线性。非线性。采用应变花结构采用应变花结构,四个电阻四个电阻,全桥线路。全桥线路。5 压力测量系统2022-7-4373.3.应变梁式应变梁式波纹波纹,波纹管波纹管,平膜片。平膜片。低压测量。低

20、压测量。5 压力测量系统2022-7-438 利用硅单晶体受压时电阻率发生变利用硅单晶体受压时电阻率发生变化测压。化测压。工作原理工作原理:硅单晶体受到力的作用硅单晶体受到力的作用,其晶体电阻率会发生变化其晶体电阻率会发生变化,这种现象称为这种现象称为压阻效应压阻效应。利用硅单晶体的压阻效应测量压力利用硅单晶体的压阻效应测量压力的传感器的传感器,称为压阻式压力传感器。称为压阻式压力传感器。压阻式压力传感器压阻式压力传感器:5 压力测量系统2022-7-439固有频率高,百千赫兆赫，体积小。精度高。灵敏度高，应变式的50-100倍,微压传感器。缺点:易受温度变化影响。5 压力测量系统2022-7

21、-440种类:绝对压力,表压力,差压,液位。国产CYG20型压阻式微压计:量程:200Pa,输出信号100mV外径1.3mm,500kHz 医学领域外径1mm图5-8 几种压阻式传感器。5 压力测量系统2022-7-441压阻压力传感器5 压力测量系统2022-7-442利用晶体的压电效应测压力。利用晶体的压电效应测压力。5.4.15.4.1压电材料压电材料 压电效应压电效应:沿某一方向拉伸或压缩晶体时沿某一方向拉伸或压缩晶体时,其受力其受力表面会产生电荷表面会产生电荷,电荷大小与压力大小和材电荷大小与压力大小和材料本身特性有关料本身特性有关,电荷极性与受拉或受压有电荷极性与受拉或受压有关。关

22、。5.4 5.4 压电式压力传感器压电式压力传感器5 压力测量系统2022-7-443 压电式传感器是一种自发电式传感器。它压电式传感器是一种自发电式传感器。它以某些电介质的以某些电介质的压电效应压电效应为基础，在外力作用为基础，在外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量电测的目的。电测的目的。压电传感元件是力敏感元件，它可以测量压电传感元件是力敏感元件，它可以测量动态力、动态压力、振动加速度动态力、动态压力、振动加速度等，但不能用等，但不能用于静态参数的测量。于静态参数的测量。压电式传感器具有压电式传感器具有体积小、质量轻、频响体积小、质量轻、

23、频响高、信噪比大高、信噪比大等特点。由于它没有运动部件，等特点。由于它没有运动部件，因此结构坚固、可靠性、稳定性高。因此结构坚固、可靠性、稳定性高。5 压力测量系统2022-7-444 天然结构的石英晶体呈六角形晶柱，用金刚天然结构的石英晶体呈六角形晶柱，用金刚石刀具切割出一片正方形薄片。石刀具切割出一片正方形薄片。当晶体薄片受到当晶体薄片受到压力时，晶格产生变形，表面产生正电荷，电荷压力时，晶格产生变形，表面产生正电荷，电荷Q Q与所施加的力与所施加的力F F成正比成正比 ，这种现象称为压电效，这种现象称为压电效应应 。还有一些人造的材料也具有压电效应。还有一些人造的材料也具有压电效应。若在

24、电介质的极化方向上施加交变电压，它若在电介质的极化方向上施加交变电压，它就会产生机械变形。当去掉外加电场时，电介质就会产生机械变形。当去掉外加电场时，电介质的变形随之消失，这种现象称为的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应逆压电效应（电（电致伸缩效应）。致伸缩效应）。(一一)石英晶体石英晶体5 压力测量系统2022-7-445天然形成的石英晶体外形天然形成的石英晶体外形5 压力测量系统2022-7-446天然形成的石英晶体外形（续）天然形成的石英晶体外形（续）5 压力测量系统2022-7-447石英晶体切片及封装石英晶体切片及封装石英晶体薄片石英晶体薄片双面镀银并封装双面镀银并封装5 压力测量

25、系统2022-7-448当力的方向改变时当力的方向改变时,电荷的极性随之改变电荷的极性随之改变,输出电压输出电压的频率与动态力的频率相同的频率与动态力的频率相同;当动态力变为静态力当动态力变为静态力时时,电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。石英晶体的压电效应石英晶体的压电效应5 压力测量系统2022-7-449 当材料已定后当材料已定后,可根据压力的大小和可根据压力的大小和受拉受压来确定电荷的大小受拉受压来确定电荷的大小,反之反之,即确定即确定电荷的大小和极性电荷的大小和极性,就可知压力的大小。就可知压力的大小。Q=d.FQ=d.F d d压电常数压电常数

26、压电材料压电材料:石英晶体，石英晶体，居里点温度居里点温度:550:5505 压力测量系统2022-7-450d d随温度变化小。随温度变化小。有很高的体电阻有很高的体电阻,绝缘性能好。绝缘性能好。机械强度和刚度好。机械强度和刚度好。固有频率高固有频率高,动态好，测内燃机燃烧室动态好，测内燃机燃烧室,冲击波压力。冲击波压力。灵敏度低。灵敏度低。d=2.3pc/N d=2.3pc/N，2.112.111010-11-11库仑库仑/公斤力公斤力=2.3=2.31010-12-12库库仑仑/N/N 5 压力测量系统2022-7-451 压电陶瓷是人工制造的多晶压电材压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料，

27、它比石英晶体的压电灵敏度高得多，料，它比石英晶体的压电灵敏度高得多，而制造成本却较低，因此目前国内外生而制造成本却较低，因此目前国内外生产的压电元件绝大多数都采用压电陶瓷产的压电元件绝大多数都采用压电陶瓷 。常用的压电陶瓷材料有常用的压电陶瓷材料有锆钛酸铅锆钛酸铅系列压系列压电陶瓷（电陶瓷（PZTPZT）及非铅系压电陶瓷）及非铅系压电陶瓷 （如（如BaTiO3BaTiO3等）。等）。(二二)压电陶瓷压电陶瓷5 压力测量系统2022-7-452压电陶磁压电陶磁:钛酸钡（钛酸钡（BaTiO3BaTiO3）d=190 pc/Nd=190 pc/N 居里点温度居里点温度120,120,机械强度低。机械

28、强度低。锆钛酸铅：锆钛酸铅：压电系数压电系数71-590 pc/N,71-590 pc/N,居里点温居里点温度度:350:350。铌酸盐。铌酸盐。热释电性热释电性:温度高的释放电荷温度高的释放电荷,造成测量误差。造成测量误差。压电陶磁用于水声压电陶磁用于水声,振动测量。振动测量。常用压电材料常用压电材料:5 压力测量系统2022-7-453压电陶瓷外形压电陶瓷外形 5 压力测量系统2022-7-454无铅压电陶瓷及其换能器外形无铅压电陶瓷及其换能器外形 5 压力测量系统2022-7-455（三）高分子压电材料（三）高分子压电材料 典型的高分子压电材料有聚偏二氟乙烯典型的高分子压电材料有聚偏二氟

29、乙烯（PVFPVF2 2或或PVDFPVDF）、聚氟乙烯（）、聚氟乙烯（PVFPVF）、改性聚）、改性聚氯乙烯（氯乙烯（PVCPVC）等。它是一种柔软的压电材料，）等。它是一种柔软的压电材料，可根据需要制成薄膜或电缆套管等形状。它不可根据需要制成薄膜或电缆套管等形状。它不易破碎，具有防水性，可以大量连续拉制，制易破碎，具有防水性，可以大量连续拉制，制成较大面积或较长的尺度，价格便宜，频率响成较大面积或较长的尺度，价格便宜，频率响应范围较宽，测量动态范围可达应范围较宽，测量动态范围可达80dB80dB。5 压力测量系统2022-7-456高分子压电薄膜及拉制高分子压电薄膜及拉制 5 压力测量系统

30、2022-7-457高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆 5 压力测量系统2022-7-458可用于波形分析及报警的高分子压电踏脚板可用于波形分析及报警的高分子压电踏脚板 5 压力测量系统2022-7-459压电式脚踏报警器压电式脚踏报警器 5 压力测量系统2022-7-460高分子压电薄膜制作的压电喇叭高分子压电薄膜制作的压电喇叭（逆压电效应（逆压电效应）5 压力测量系统2022-7-4611.1.结构结构串联，并联。串联，并联。串联法：串联法：5.4.25.4.2压电式压力传感器压电式压力传感器压电片压电片1 1上面正电荷上面正电荷,2,2上面负电荷上面负电

31、荷,结合面正负抵结合面正负抵消。消。总电荷量：总电荷量：Q=QQ=Q1 1=Q=Q2 2总输出电压总输出电压:U=U:U=U1 1+U+U2 2电容电容:C=C:C=C1 1/2=C/2=C2 2/2/2可获得比单片高几倍的输出电压可获得比单片高几倍的输出电压,自身电容值小。自身电容值小。5 压力测量系统2022-7-462压电片压电片1 1的正负正负极分别与的正负正负极分别与2 2的正负极相接。的正负极相接。总电荷量：总电荷量：Q=Q1+Q2Q=Q1+Q2总输出电压总输出电压:U=U1=U2:U=U1=U2电容电容:C=C1+C2:C=C1+C2并联并联:串联输出电压高，灵敏度高。串联输出电

32、压高，灵敏度高。并联输出电荷量大并联输出电荷量大,电容大电容大,时间常数大。时间常数大。5 压力测量系统2022-7-4631)1)压电转换元件压电转换元件2)2)传感器体传感器体3)3)弹性膜片弹性膜片4)4)电极电极5)5)引线引线压电式传感器的结构压电式传感器的结构装配时装配时,弹性膜片要对压电转换元件施加一弹性膜片要对压电转换元件施加一定预紧力。定预紧力。5 压力测量系统2022-7-464 高温环境应用时高温环境应用时,采用水冷却来采用水冷却来降低温度。降低温度。振动加速度补偿振动加速度补偿:石英晶体受振石英晶体受振动时会输出电压动时会输出电压,因此用一补偿晶片因此用一补偿晶片产生一

33、输出电压与其抵消。产生一输出电压与其抵消。循环水冷却。循环水冷却。在压电元件与膜片之间加第三种材在压电元件与膜片之间加第三种材料制成温度补偿组件。料制成温度补偿组件。5 压力测量系统2022-7-4655.4.3压电传感器的测量转换电路 电荷量的测量是通过对电荷量在电容上电荷量的测量是通过对电荷量在电容上产生的电压测量而得到的。产生的电压测量而得到的。电压值随被测压电压值随被测压力的变化率称为力的变化率称为电压灵敏度电压灵敏度，写作：，写作：PUKU 压电式传感器的灵敏度是单位压力所生压电式传感器的灵敏度是单位压力所生成的电荷数成的电荷数:pc/Papc/PaPQKQCaKKQUCa-Ca-电

34、容量电容量 电荷放大器的输出电压仅与输入电荷和反电荷放大器的输出电压仅与输入电荷和反馈电容有关，电缆长度等因素的影响很小。馈电容有关，电缆长度等因素的影响很小。5 压力测量系统2022-7-466 (1)测电荷在电容上的电压值U=Q/Ca。电荷的测量方法:(2)直接测量电荷量Q,称为电荷放大器。5 压力测量系统2022-7-4671.电压放大器2)(1RCRdFUmm只用于精度不高的场合上。5 压力测量系统2022-7-4682.电荷放大器 电荷放大器是一种具有电容负反馈的输入阻抗非常高的高增益运算放大器,能将压电传感器输出的电荷转换为电压（Q/U转换器），但并无放大电荷的作用，只是一种习惯叫

35、法。电荷放大器的输出电压为:fCQU0Cf反馈电容不小于100pF5 压力测量系统2022-7-469四通道电荷放大器外形 .5 压力测量系统2022-7-470上图所示的四通道电荷放大器指标上图所示的四通道电荷放大器指标 灵灵 敏敏 度：度：0.10.11000mV/pC1000mV/pC 频率范围：频率范围：0.30.3100KHz100KHz 噪声噪声(最大增益最大增益)：折合至输入端小于：折合至输入端小于5V5V 准准 确确 度：度：1%1%最大输出：最大输出：10V/10mA10V/10mA 电电 源：源：220V/50Hz220V/50Hz 控制方式：控制方式：计算机或手动计算机或

36、手动焊接式焊接式 电荷放大器电荷放大器5 压力测量系统2022-7-471超小型电荷放大器模块超小型电荷放大器模块 主要指标主要指标:灵灵 敏敏 度：度：1、10、100mV/pC(任选一档任选一档)频率范围：频率范围：0.3100KHz(上、下限可选上、下限可选)噪声噪声(最大灵敏度最大灵敏度)：输出端小于：输出端小于1mV 归归 一一 化：外接电阻调整化：外接电阻调整 线性误差：线性误差：1%最大输出：最大输出：5V或或10V 电电 源：源：6V15V 特点：可组成经济的多点测试系统特点：可组成经济的多点测试系统5 压力测量系统2022-7-472其他电荷放大器外形其他电荷放大器外形面板式

37、电荷放大器面板式电荷放大器5 压力测量系统2022-7-473其他电荷放大器外形（续）其他电荷放大器外形（续）5 压力测量系统2022-7-474 (1)不能用于静态测量,脉动测量，其他优于压电式。(2)电缆用低噪声同轴电缆,绝缘 (3)进行标定 (4)二次仪表输入阻抗高,5.4.4应用5 压力测量系统2022-7-475压力变送器压力变送器:将压力信号转换为国际统一标准信号。将压力信号转换为国际统一标准信号。输出信号输出信号:标准信号标准信号:0-5 V,:0-5 V,0-10 V,0-10 V,4-20 mA 4-20 mA。扩散硅扩散硅:输出信号输出信号:4-20mA:4-20mA。量程

38、量程:0-1 MPa:0-1 MPa精度精度:0.2%-0.5%:0.2%-0.5%ADS-801 ADS-801 类型类型-范围范围 数显型，普通，隔爆数显型，普通，隔爆压力变送器压力变送器:5 压力测量系统2022-7-476进口芯片组装，结构紧凑、坚固、重量轻，零点、量程可在外部连续调节，迁移范围宽。适用于多种场合全天候恶劣危险环境和各类腐蚀性介质。可配置线性100%指针表或液晶显示表头。5 压力测量系统2022-7-477压力变送器压力变送器5 压力测量系统2022-7-478压电式压力传感器压电式压力传感器5 压力测量系统2022-7-479电容式差压变送器电容式差压变送器 高压侧高

39、压侧进气口进气口低压侧低压侧进气口进气口电子电子线路线路位置位置内部不锈钢膜片的位置内部不锈钢膜片的位置5 压力测量系统2022-7-48011高压侧进气口高压侧进气口22低压侧进气口低压侧进气口 33过滤片过滤片 44空腔空腔55柔性不锈钢波纹隔离膜片柔性不锈钢波纹隔离膜片66导压硅油导压硅油 7 7 凹形玻璃圆片凹形玻璃圆片88镀金凹形电极镀金凹形电极 99弹性平膜片弹性平膜片 1010 腔腔电容式差压变送器内部结构电容式差压变送器内部结构5 压力测量系统2022-7-481各种电容式差各种电容式差压变送器外形压变送器外形 5 压力测量系统2022-7-482法兰法兰各种电容式压力变送器外

40、形（续）各种电容式压力变送器外形（续）5 压力测量系统2022-7-483各种电容式压力变送器外形（续）各种电容式压力变送器外形（续）5 压力测量系统2022-7-484利用电容差压变送器测量液体的液位利用电容差压变送器测量液体的液位 差压变送器差压变送器施加在高压侧腔体内施加在高压侧腔体内的压力与液位成正比：的压力与液位成正比：p=g h5 压力测量系统2022-7-4855.5.15.5.1静态标定静态标定对压力表的输出值进行标准的定量测定对压力表的输出值进行标准的定量测定。对压力变送器的电量输出与被测压力间的对压力变送器的电量输出与被测压力间的比例系数标定。比例系数标定。5.55.5压力

41、传感器的标定压力传感器的标定使用仪表使用仪表:标准活塞式标准活塞式压力计压力计,标准压力表。标准压力表。5 压力测量系统2022-7-486 打开油杯阀门打开油杯阀门,活塞右移活塞右移,油进入油进入,关关上油杯油门上油杯油门,活塞左移活塞左移,加一压力加一压力,读标准读标准压力表和被校压力表的读数压力表和被校压力表的读数,两读数比较两读数比较,得到修正值。得到修正值。压电式传感器压电式传感器,用电荷放大器用电荷放大器,测量测量电荷放大器的输出电压电荷放大器的输出电压,用数字电压表测用数字电压表测量。量。标准活塞式压力计使用方法：标准活塞式压力计使用方法：5 压力测量系统2022-7-4875

42、压力测量系统2022-7-488标定过程要均匀加载和卸载标定过程要均匀加载和卸载,避免冲击。避免冲击。标定试验可以做标定试验可以做灵敏度灵敏度,非线性非线性,滞后滞后,重复重复性和变差。性和变差。变差标定时变差标定时,先正向从小到大先正向从小到大,再从大到小再从大到小,以一定间隔作出压力曲线。以一定间隔作出压力曲线。注意事项：注意事项：5 压力测量系统2022-7-4895.5.2 动态标定(略)5 压力测量系统2022-7-490实验六实验六 弹簧管压力表弹簧管压力表(变送器变送器)校验校验一、实验目的一、实验目的1 1熟悉弹簧管压力表的组成，基本结构和原理。熟悉弹簧管压力表的组成，基本结构

43、和原理。2 2了解弹簧管压力表中杠杆、齿轮传动的基本原理，了解弹簧管压力表中杠杆、齿轮传动的基本原理，并掌握调整并掌握调整(或改变或改变)传动比的方法。传动比的方法。3 3学会正确使用标准活塞式压力计校检压力表的方法，学会正确使用标准活塞式压力计校检压力表的方法，用用“标准表比较法标准表比较法”(标准压力表值与被校压力表值之间标准压力表值与被校压力表值之间对比对比)校验压力表。校验压力表。4 4掌握引用误差、绝对误差、变差和精度等基本概念掌握引用误差、绝对误差、变差和精度等基本概念及其计算方法。及其计算方法。5 压力测量系统2022-7-491二、实验原理二、实验原理 压力表的校验，压力表的校

44、验，就是通过实验建立就是通过实验建立压力表输入量和输出量之间的关系压力表输入量和输出量之间的关系，同时也确，同时也确定出不同使用条件下的误差关系。定出不同使用条件下的误差关系。压力表的标定方法有压力表的标定方法有“标准表比较标准表比较法法”和和“标准砝码比较法标准砝码比较法”，压力表的静态标，压力表的静态标定，主要指通过一系列的标定曲线得到其静态定，主要指通过一系列的标定曲线得到其静态特性指标，如灵敏度、非线性、变差、重复性特性指标，如灵敏度、非线性、变差、重复性和精度等。和精度等。5 压力测量系统2022-7-4921 1压力表校验中基本参数的定义：压力表校验中基本参数的定义：(1)(1)仪

45、表示值误差仪表示值误差（仪表指示值）（标准（仪表指示值）（标准表指示值）。表指示值）。(2)(2)仪表示值的相对误差仪表示值的相对误差（仪表示值误差）（仪表示值误差）/（仪表指示值）。（仪表指示值）。(3)(3)仪表引用误差仪表引用误差（仪表示值误差）（仪表示值误差）/（仪表（仪表满量程值）。满量程值）。(4)(4)仪表精度级别仪表精度级别仪表各刻度中引用误差绝仪表各刻度中引用误差绝对值最大的一个的百分数的分子值。对值最大的一个的百分数的分子值。5 压力测量系统2022-7-493xy%100maxmaxyy(5)仪表灵敏度式中：式中：yy输出信号变化量，输出信号变化量，xx输入信号变化输入信

46、号变化量。若二信号成线性关系，则灵敏度即直线的斜率。量。若二信号成线性关系，则灵敏度即直线的斜率。(6)(6)仪表的线性度仪表的线性度不成线性关系，用线性度表示标定曲线偏离直线的程不成线性关系，用线性度表示标定曲线偏离直线的程度。度。以标定曲线坐标原点和最大输入量时的输出量间作直以标定曲线坐标原点和最大输入量时的输出量间作直线，求出最大偏差值线，求出最大偏差值y ymaxmax，则：，则：线性度线性度5 压力测量系统2022-7-494%100maxmaxyymaxy(7)(7)仪表的变差仪表的变差外界环境条件不变的情况下，使用同一仪表外界环境条件不变的情况下，使用同一仪表对某一参数进行正、反

47、（被测参数由小到大对某一参数进行正、反（被测参数由小到大和由大到小）测量时，所得仪表示值之间的和由大到小）测量时，所得仪表示值之间的差值，称为变差，也称滞后误差、回差。差值，称为变差，也称滞后误差、回差。变差变差=仪表量程。5 压力测量系统2022-7-495 本实验以普通弹簧管压力表、压力变送器作被校表，用活塞式压力计做校验平台，用“标准表比较法”进行正行程和反行程的测量（或称为上行和下行），鉴定被校表和标准表的基本误差、变差和零位偏差，进而求出上述各参数。5 压力测量系统2022-7-496 2.活塞式压力计结构原理 测量活塞以及砝码的重力与螺旋压力发生器共同作用于密闭系统内的工作液体，当

48、系统内工作液体的压力与此重力相平衡时，测量活塞将被顶起而稳定在活塞筒内的任一平衡位置上。这时有压力平衡关系：gmmAp)(10 式中：p为系统内的工作液体压力；m与m0分别为活塞与砝码的质量；g为重力加速度；A为测量活塞的有效面积。对于一定的活塞压力计，A为常数。5 压力测量系统2022-7-497图6-3压力表校验实验装置图5 压力测量系统2022-7-498 关闭砝码端关闭砝码端阀门，在标准活塞压力计上阀门，在标准活塞压力计上接入标准压力表和被校压力表，由压力发接入标准压力表和被校压力表，由压力发生器改变工作液压力，比较被校表和标准生器改变工作液压力，比较被校表和标准表上的示值进行校准。同

49、样，将被校压力表上的示值进行校准。同样，将被校压力表换成压力传感器或压力变送器，就可以表换成压力传感器或压力变送器，就可以测量压力传感器（变送器）的输出与标准测量压力传感器（变送器）的输出与标准表上的示值的关系，对压力传感器（变送表上的示值的关系，对压力传感器（变送器）输出的比例常数进行静态标定。器）输出的比例常数进行静态标定。5 压力测量系统2022-7-499三、实验装置三、实验装置1 1活塞式压力计一台；活塞式压力计一台；2 2标准弹簧管压力表一只；标准弹簧管压力表一只；3 3普通弹簧管压力表一只；普通弹簧管压力表一只；4.4.压力变送器一只；压力变送器一只；5.5.毫安表一只；毫安表一

50、只；6 6工具若干。工具若干。5 压力测量系统2022-7-4100四、实验步骤方法四、实验步骤方法(一一)观察弹簧管压力表的外部结构观察弹簧管压力表的外部结构,记录标准记录标准压力表和被校压力表的以下参数压力表和被校压力表的以下参数:项目量程精度最小刻度其他标准压力表被校压力表被校压力变送器 掌握标准活塞压力计工作时正确的操作方法及注意掌握标准活塞压力计工作时正确的操作方法及注意事项。事项。5 压力测量系统2022-7-4101(二二)观察压力表内部结构观察压力表内部结构 详细观察弹簧管压力表内部传动部分的详细观察弹簧管压力表内部传动部分的结构，组成及其调整方法，弄懂杠杆、齿轮结构，组成及其

51、调整方法，弄懂杠杆、齿轮传动的基本原理和调整传动比传动的基本原理和调整传动比(即调量程即调量程)的的方法，观察弹簧管的特点，弄清游丝作用。方法，观察弹簧管的特点，弄清游丝作用。5 压力测量系统2022-7-4102(三三)弹簧管压力表的调整及校验：弹簧管压力表的调整及校验：1 1打开压力校验器的进油阀打开压力校验器的进油阀(不要取下不要取下)，关闭两，关闭两截止阀，逆时针方向转动压力泵的摇把，缓慢地把油从截止阀，逆时针方向转动压力泵的摇把，缓慢地把油从杯中抽到压力泵油缸内。杯中抽到压力泵油缸内。2 2打开两个截止阀，调整好零点后，关闭进油阀。打开两个截止阀，调整好零点后，关闭进油阀。3 3根据

52、被校压力表的被校压力值，顺时针方向转根据被校压力表的被校压力值，顺时针方向转动压力计的摇把，给压力表加压，并逐渐递增地加压到动压力计的摇把，给压力表加压，并逐渐递增地加压到所需被校压力值，这样被校压力值每次均由低压逐渐递所需被校压力值，这样被校压力值每次均由低压逐渐递增到被校压力值称为上行读数。由标准压力表上读取所增到被校压力值称为上行读数。由标准压力表上读取所需数据，填入数据表格。需数据，填入数据表格。5 压力测量系统2022-7-4103 4 4按上述方法，逐渐递减降压到所需被校压力值，按上述方法，逐渐递减降压到所需被校压力值，这样被校压力值每次由高压逐渐递减到被校压力值称这样被校压力值每

53、次由高压逐渐递减到被校压力值称为下行读数。由标准压力表上读取所需数据，填入数为下行读数。由标准压力表上读取所需数据，填入数据表格。据表格。5 5初步分析数据，判别被校压力表是否符合要求，初步分析数据，判别被校压力表是否符合要求，若不符合要求应该进行调整。若不符合要求应该进行调整。6 6根据记录的数据，判别被校压力表量程偏高还根据记录的数据，判别被校压力表量程偏高还是偏低。是偏低。5 压力测量系统2022-7-4104 1 1根据所测数据，求出被校压力表与标准压根据所测数据，求出被校压力表与标准压力表指示值的线性回归方程，绘出上行和下行力表指示值的线性回归方程，绘出上行和下行测量曲线，求出被校表的绝对误差、相对误差、测量曲线，求出被校表的绝对误差、相对误差、灵敏度、非线性度、变差、精度等级等，判断灵敏度、非线性度、变差、精度等级等，判断被校表是否合格。被校表是否合格。2 2阐述分析产生误差原因。阐述分析产生误差原因。3 3在数据表格之后，列出各项误差公式及在数据表格之后，列出各项误差公式及计算举例。计算举例。5 压力测量系统2022-7-4105七、实验数据记录表序号被校表压力值标准压力表指示值绝对误差变差引用误差MPa上行MPa下行MPa上行MPa下行MPa%123456789105 压力测量系统2022-7-4106