3.压力测量仪表.docx

三 压力测量仪表压强是垂直而均匀作用在单位面积上的力。在压力测量中，常用表压、绝对压力、负压或真空度来（如图3—1）表示： P表压＝P绝对压力－P大气压力P真空度＝P大气压力－P绝对压力压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，根据工业对象的特点，通常有三种检测压力的方法，即液柱测压法，弹性变形法和电测压力法。下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用 。（一）弹性式压力计弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件 , 在被测介质压力的作用下 , 使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。如图3—2所示，弹性元件分别为弹簧管（a）(b)，膜片(c)，膜盒(d)，波纹管（e）。图3—2 常用弹性元件弹簧管压力表的结构原理如图3—3所示。弹簧管l是压力表的测量元件。图中所示为单圈弹簧管,它是一根弯成 270o圆弧的椭圆截面的空心金属管子。管子的自由端 B 封闭,管子的另一端固定在接头9上。当通入被测的压力 p 后, 椭圆形截面在压力p的作用下,将趋于圆形,弹簧管也随之产生向外挺直的扩张变形。使弹簧管的自由端 B 产生位移。由于输入压力与弹簧管自由端B的位移成正比,所以只要测得B点的位移量,就能反映压力p的大小,这就是弹簧管压力表的基本测量原理。图3—3 压力表的结构弹簧管自由端B的位移量一般很小, 必须通过放大机构才能指示出来。放大过程如下:弹簧管自由端B的位移通过拉杆2(见图3—3)使扇形齿轮3作逆时针偏转,于是指针5通过同轴的中心齿轮4的带动而作顺时针偏转,在面板6的刻度标尺上显示出被测压力的数值。由于弹簧管自由端的位移与被测压力之间具有正比关系,因此弹簧管压力表的刻度标尺是线性的。游丝7用来克服因扇形齿轮和中心齿轮间的传动间隙而产生的仪表变差。改变调整螺钉8的位置(即改变机械传动的放大系数),可以实现压力表量程的调整。（二）霍尔式远传压力表1．霍尔效应在霍尔片的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Y轴方向通过。电子在霍尔片中运动时,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,这样一种物理现象就称为“ 霍尔效应 ”。如图3—4所示，霍尔片为一半导体(如锗)材料制成的薄片。在霍尔片的长度方向通入控制电流I，在平面法线方向外加磁场B，于是电子在磁场中受洛伦兹力，而向宽度方向偏移，因此在霍尔片两侧分别积累正负电荷并沿宽度方向产生霍尔电场。这一电场对电子产生的力阻止电子偏移。当电场力fE与洛伦兹力fL相平衡时，霍尔输出端电荷积累达到平衡，这就是霍尔效应。当磁感应强度B方向与霍尔片平面法线夹角为θ时，霍尔电压V=KIBcosθ，其中K 为霍尔元件灵敏度。当载流子为空穴时，它与电子运动方向相反，而洛伦兹力方向相同，所以产生的霍尔电压极性相反。霍尔元件主要用于磁场、转速、微小位移、加速度等的测量，是放音磁头、磁接近开关、同步传动装置、无刷直流电机、函数发生器、运算器、功率计、调制器、解调器、频谱分析、回转器、隔离器中的重要器件。 图2—11 霍尔效应原理2．霍尔压力传感器如图3—5所示，它将霍尔元件固定于弹性敏感元件上，在压力的作用下霍尔元件随弹性敏感元件的变形而在磁场中产生位移，从而输出与压力成一定关系的电信号。保持霍尔元件的激励电流不变，而使它在一个均匀梯度的磁场中移动时，它输出的霍尔电势大小就取决于它在磁场中的位移量(如图所示)。磁场梯度越大，灵敏度就越高；梯度变化越均匀，霍尔电势与位移的关系就图3—5 霍尔压力传感器越接近于线性。霍尔元件结构简单、形小体轻、无触点、频带宽、动态特性好、寿命长，而且已经商品化。霍尔元件用于压力传感器，按照弹性敏感元件的不同有多种结构形式。图a、b中的压力传感器分别采用膜盒和弹簧管作为弹性敏感元件，并由两块半环形五类磁铁产生梯度均匀的磁场。（三）应变片式压力传感器电阻应变片有金属应变片(金属丝或金属箔)和半导体应变片两类。当应变片产生压缩或拉伸应变时，其阻值减小或增加。应变片阻值的变化，再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。1．应变式压力传感器金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。金属电阻应变片的内部结构如图3—6所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值太小