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简谈压力检测的方案及原理

发布时间:2023-09-22 22:36人气:

压力的表示及相互间的关系压力测量中常分为:表压、绝对压力、相对与真空、负压或真空度,工程上所用的压力指示值,大多为表压(绝对压力计的指示值除外)。表压是绝对压力和大气压力之差。
压力的表示及相互间的关系
工程上所用的压力指示值,大多为表压(绝对压力计的指示值除外)。表压是绝对压力和大气压力之差,即
常用压力测量仪表的分类
1)、液柱式压力计U形管压力计、单管压力计、倾斜式压力计
2)、活塞式压力计
3)、弹性压力计弹簧管压力表、膜盒式微压计
4)、电气式压力计
1、弹性式压力计与常用压力表
工作原理:采用弹性元件将压强大小转换为位移量,再通过机械传动和放大,推动指针偏移。
弹力式优点:具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点
根据敏感元件形式的不同可以分为以下3类:
1)、弹簧管式压力计
2)、薄膜式压力计
3)、波纹管式压力计
(1)弹簧管式弹性元件
如图(a)所示。弯成圆弧形的金属管子,它的截面做成扁圆形或椭圆形,当通入压力p后,它的自由端就会产生位移。
测压范围较宽,可测量高达1000MPa的压力。
(2)波纹管式弹性元件
波纹管式弹性元件是一个周围为波纹状的薄壁金属简体,如图b)所示。这种弹性元件易于变形,而且位移很大,常用于微压与低压的测量(一般不超过1MPa)。
弹簧→线性度好
(3)薄膜式弹性元件
薄膜式弹性元件根据其结构不同还可以分为膜片与膜盒等。它的测压范围较弹簧管式的为低。图(c)为膜片式弹性元件,它是由金属或非金属材料做成的具有弹性的一张膜片(有平膜片与波纹膜片两种形式),在压力作用下能产生变形。
由两张金属膜片沿周口对焊起来,成一薄壁盒子,内充液体(例如硅油),称为膜盒。
2.电气式压力计
它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量(如电阻、电容、电感或电势等)来进行测量的仪表。电气式压力计一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。优点为:反应快、测量范围广、精度高、远距离传输。
电气式压力计一次探头常用电参数有:电阻、电感、电容、电压等。
常见压力变换器(压力探头)有:
应变式压力变换器;
压电电阻式压力变换器;
电感式压力变换器;
电容式压力变换器;
霍尔片式压力变换器。
1)、应变式压力传感器的工作原理
应变式压力传感器是把压力转换成电阻值的变比来进行测量的。
如上图,应变简的上端与外壳2固定在—起.下边与密封膜片3紧密接触,两片康铜丝应变片R1和R2用特殊胶合剂贴在废变简的补壁上。R1沿府变简的铀向粘贴、作为测量片,R2沿径向粘贴,作为温度补偿片。当被测压力P作用于膜片而使应变简作轴向受压变形时,沿铂向贴放的应变片R1也特产生轴向压缩应变E1,于是R1的阻值变小,而沿径向贴放的应变片R2,由于受到横向压缩,将引起纵向拉伸应变E2,于是R2阻位变大。但由于E2比E1小,故实际上R1的减少量将比R2的增量大.
应变片R1、R2与另外两个固定电阻R3和R4组成桥式电路(见图b),由于R1和R2的阻值变化使桥路失去平衡,从而获得不平衡电压作为传感器的输出情号。
2)、压电式压力传感器工作原理
压电式传感的原理是基于某些品体材料的压电效应。目前广泛使用的压电材料有石英晶体和压电陶瓷.晶体上所产生的电荷的大小与外部施加的压力成正比.若测出压电使可求出外部所施加的压力.应用这一原理,可测量压力、力和加速度。
如图,由受压镕壁筒给出顶载力,并将—膜片进行密封.筒外空腔连冷却系统,以保证传感器工作在环搅温度—定的条件下,避免因温度变化造成须效力变化而引起的测量误差。
压电式传感器具有体积小,重量轻,结构简单、工作可靠及测量顾串范围宽等优点.同时还具有较强的抗干扰能力.故应用比较广泛。但它不能测量频率太低的被测量,特别是不能测量静态参数,因此,目前多用来测量力、压力和加速度。
3)、电容式压力传感器原理工作原理
下面就性能良好,可靠性高的静电容式的传感器加以叙述,如下图。
测量压力有表压力及绝对压力测量二种方式。表压测量采用以大气压为基准测容器内压力的方法。绝对压力的测量是采用以绝对真空为基准而测容器内压力的方法。二者的基本原理相同,所不同的是表压传感器将低压例制成对照大气开口的结构;而绝对压力测量则把低压设在真空室的结构.对高压和低压两例的接触溶液膜加压后,通过密封液加到感压膜上,感压膜(可变电极)接着高压侧和低压侧的压力差成正比地改变位置,感压膜的位移,使膜与两侧固定电极之间形成路电容运差,这个静电容放差位经电路转换、放大后就变成4-20mADc的输出信号。
4)、电感压力变送器
电感压力变送器由机械式指标压力表和转换器及电子放大器组成。外壳为防溅型结构具有较好的密封性,能防护内部机件免受污秽侵入。当被测介质的压力导入弹簧管内,即产生弹性变形—位移,管端位移时,一方面经传动机构放大,由指示装置在度盘上指示压力值,同时通过位移杆,带动电感圈内的铁芯改变其位置,从而使电感线圈的电感量发生变化,经电子线路转换成直流电压信号,并由电压—电流转换成直流电流信号,通过电子放大器放大后输出。
5)、霍尔片式压力传感器
霍尔片式压力传感器是根据霍尔效应制成的,即利用霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势,从而实现压力的测量。霍尔片为一半导体(如锗)材料制成的薄片。在霍尔片的Z轴方向加一磁感应强度为B的恒定磁场,在Y轴方向加一外电场(接入直流稳压电源),便有恒定电流沿丫轴方向通过。电子在霍尔片中运动(电子逆Y轴方向运动)时,由于受电磁力的作用,而使电子的运动轨道发生偏移,造成霍尔片的一个端面上有电子积累,另一个端面上正电荷过剩,于是在霍尔片的X轴方向上出现电位差,这一电位差称为霍尔电势,这种物理现象就称为“霍尔效应”。

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