压力的测量.pptx

一、压力和差压一、压力和差压压力：垂直均匀作用在单位面积上的力（压强）压力：垂直均匀作用在单位面积上的力（压强）2024/4/15周一1常用压力形式：常用压力形式：绝对压力绝对压力大气压力大气压力相对压力相对压力差压差压第一节第一节 压力的基本概念压力的基本概念二、压力的单位二、压力的单位 国际单位为国际单位为“帕斯卡帕斯卡”（牛顿牛顿/米米2N/m2），简称简称“帕帕”（Pa）。）。除此之外，工程界长期使用许多不同的压力除此之外，工程界长期使用许多不同的压力计量单位。如计量单位。如“工程大气压工程大气压”、“标准大气压标准大气压”、“毫米汞柱毫米汞柱”，气象学中还用，气象学中还用“巴巴”（bar）和和“托托”为压力单位。为压力单位。2024/4/15周一2第一节第一节 压力的基本概念压力的基本概念压力单位转换对照表压力单位转换对照表 2024/4/15周一3一、液柱式压力计一、液柱式压力计基基于于流流体体静静力力学学原原理理，适适用用于于低低压压、负负压或差压的测量。压或差压的测量。2024/4/15周一4第二节第二节 传统压力测量法传统压力测量法一一般般是是采采用用充充有有水水或或水水银银等等液液体体的的玻玻璃璃U形形管管、单单管管或或斜斜管管进进行行压压力力测测量量的的，其其结结构形式如图所示。构形式如图所示。(1)U1)U形管压力计形管压力计(2)(2)单管压力计单管压力计(3)(3)斜管压力计斜管压力计二、弹性式压力表二、弹性式压力表 当当被被测测压压力力作作用用于于弹弹性性元元件件时时，弹弹性性元元件件便便产产生生相相应应的的弹弹性性变变形形(即即机机械械位位移移)。根根据据变变形形量量的的大大小小，可以测得被测压力的数值。可以测得被测压力的数值。弹性压力计的组成环节如图弹性压力计的组成环节如图4-3所示所示:弹弹性性元元件件是是核核心心部部分分，其其作作用用是是感感受受压压力力并并产产生生弹弹性性变变形形，弹弹性性元元件件采采用用何何种种形形式式要要根根据据测测量量要要求求选择和设计；选择和设计；变变换换放放大大机机构构，其其作作用用是是将将弹弹性性元元件件的的变变形形进进行行变变换和放大；换和放大；指指示示机机构构(如如指指针针与与刻刻度度标标尺尺)用用于于给给出出压压力力示示值值；调整机构用于调整零点和量程。调整机构用于调整零点和量程。图4-3 弹性压力计组成框图(1)(1)弹性元件弹性元件 同同样样的的压压力力下下，不不同同结结构构、不不同同材材料料的的弹弹性性元元件件会会产产生生不不同同的的弹弹性性变变形形。常常用用的的弹弹性性元元件件有有弹簧管、波纹管、薄膜弹簧管、波纹管、薄膜等，如表等，如表4-2所示。所示。其中波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量；其中波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量；单单圈圈和和多多圈圈弹弹簧簧管管可可用用于于高高、中中、低低压压或或真真空空度的测量。度的测量。表表4-2 弹性元件的结构和特性弹性元件的结构和特性类别名称示意图压力测量范围kPa输出特性动态性质最小最大时间常数/s自振频率/Hz薄膜式平薄膜010010510-510-210104波纹膜010-3010310-210-110102挠性膜010-5010210-211102波纹管式波纹管010-3010310-210-110102弹簧管式单圈弹簧管010-10106102103多圈弹簧管010-2010510102 弹性元件常用的材料有铜合金、弹性合金、弹性元件常用的材料有铜合金、弹性合金、不锈钢等，各适用于不同的测压范围和被测介质。不锈钢等，各适用于不同的测压范围和被测介质。通过各种传动放大机构直接指示被测压力值。通过各种传动放大机构直接指示被测压力值。这类直读式测压仪表有这类直读式测压仪表有弹簧管压力计弹簧管压力计、波纹管差波纹管差压计压计、膜盒式压力计膜盒式压力计等。等。(2)(2)弹簧管压力计弹簧管压力计 弹弹簧簧管管式式压压力力计计是是工工业业生生产产上上应应用用很很广广泛泛的的一一种种直直读读式式测测压压仪仪表表，以以单单圈圈弹弹簧簧管管结结构构应应用最多。其一般结构如图用最多。其一般结构如图4-4所示。所示。被测压力由接口引入，使弹簧管自由端产被测压力由接口引入，使弹簧管自由端产生位移，通过拉杆使扇形齿轮逆时针偏转，并生位移，通过拉杆使扇形齿轮逆时针偏转，并带动啮合的中心齿轮转动，与中心齿轮同轴的带动啮合的中心齿轮转动，与中心齿轮同轴的指针将同时顺时针偏转，并在面板的刻度标尺指针将同时顺时针偏转，并在面板的刻度标尺上指示出被测压力值。上指示出被测压力值。图图4-4 弹簧管压力计结构弹簧管压力计结构1-1-弹簧管；弹簧管；2-2-连杆；连杆；3-3-扇形齿轮；扇形齿轮；4-4-底座；底座；5-5-中中心齿轮；心齿轮；6-6-游丝；游丝；7-7-表盘；表盘；8-8-指针；指针；9-9-接头；接头；10-10-横断面；横断面；11-11-灵敏度调整槽灵敏度调整槽 通过调整螺钉可以改变拉杆与扇形齿轮的通过调整螺钉可以改变拉杆与扇形齿轮的接合点位置，从而改变放大比，调整仪表的量程。接合点位置，从而改变放大比，调整仪表的量程。转动轴上装有转动轴上装有游丝游丝，用以消除两个齿轮啮合的间，用以消除两个齿轮啮合的间隙，减小仪表的变差。直接改变指针套在转动轴隙，减小仪表的变差。直接改变指针套在转动轴上的角度，就可以调整仪表的机械零点。上的角度，就可以调整仪表的机械零点。弹簧管压力计结构简单弹簧管压力计结构简单,使用方便，价格低使用方便，价格低廉，测压范围宽，应用十分广泛。一般弹簧管压廉，测压范围宽，应用十分广泛。一般弹簧管压力计的测压范围为力计的测压范围为-105109Pa；精确度最高可精确度最高可达达0.1。三、差动变压器三、差动变压器 1.原理：将压力引起的位移变化转换成电感的变化。原理：将压力引起的位移变化转换成电感的变化。次次级级次次级级骨架骨架初初级级衔衔铁铁次次级级次次级级初初级级螺管型差动变压器结构图螺管型差动变压器结构图两两个个次次级级线线圈圈反反相相串串联联，并并且且在在忽忽略略铁铁损损、导导磁磁体体磁磁阻阻和和线线圈分布电容的理想条件下圈分布电容的理想条件下,其等效电路。其等效电路。2.基本特性基本特性根据差动变压器等效电路。根据差动变压器等效电路。当当次级开路次级开路时时式中：式中：U初级线圈激励电压；初级线圈激励电压；激励电压激励电压U的角频率；的角频率；I1初级线圈激励电流；初级线圈激励电流；r1、L1初级线圈直流电阻和电感。初级线圈直流电阻和电感。.根据电磁感应定律，根据电磁感应定律，次级绕组中感应电势的表达式分别为次级绕组中感应电势的表达式分别为由于次级两绕组由于次级两绕组反相串联反相串联，且考虑到次级开路，则由以上关，且考虑到次级开路，则由以上关系可得系可得上上式式说说明明，当当激激磁磁电电压压的的幅幅值值U和和角角频频率率、初初级级绕绕组组的的直直流流电电阻阻r1及及电电感感L1为为定定值值时时，差差动动变变压压器器输输出出电电压压仅仅仅仅是是初初级级绕绕组组与与两两个个次次级级绕绕组组之之间间互感之差的函数。互感之差的函数。只只要要求求出出互互感感M1和和M2对对活活动动衔衔铁铁位位移移x的的关关系系式，可得到螺线管式差动变压器的基本特性表达式。式，可得到螺线管式差动变压器的基本特性表达式。输出电压的输出电压的有效值有效值为为分析分析 活动衔铁处于活动衔铁处于中间位置中间位置时时M1=M2=M故故Uo=0活动衔铁活动衔铁向上移动向上移动时时M1=M+M，M2=M-M故故与与E2a同极性。同极性。.活动衔铁活动衔铁向下移动向下移动时时M1=M-M，M2=M+M故故与与E2b同极性。同极性。.3.差动变压器式传感器测量电路差动变压器式传感器测量电路问题问题：（1）差差动动变变压压器器的的输输出出是是交交流流电电压压(用用交交流流电电压压表表测测量量，只只能能反映衔铁位移的大小，不能反映移动的方向反映衔铁位移的大小，不能反映移动的方向);（2）测量值中将包含）测量值中将包含零点残余电压零点残余电压。衔铁位移衔铁位移x x与电桥输出电压与电桥输出电压U Uo o有有效值的关系曲线，如右图所示。效值的关系曲线，如右图所示。虚线为理想特性曲线，实线为实虚线为理想特性曲线，实线为实际特性曲线，在零点总有一个最小的际特性曲线，在零点总有一个最小的输出电压。一般把这个最小的输出电输出电压。一般把这个最小的输出电压称为压称为零点残余电压零点残余电压，并用，并用e e0 0表示。表示。零残电压过大带来的影响：零残电压过大带来的影响：灵敏度下降、非线性误差增大灵敏度下降、非线性误差增大测量有用的信号被淹没，不再反映被测量变化造成放测量有用的信号被淹没，不再反映被测量变化造成放大电路后级饱和，仪器不能正常工作。大电路后级饱和，仪器不能正常工作。产生的原因产生的原因：两电感线圈的等效参数不对：两电感线圈的等效参数不对称称减小零点残余电动势的方法：减小零点残余电动势的方法：1.1.从制造工艺上减小残余电动势。从制造工艺上减小残余电动势。2.2.选择利于消除残余电动势的测量电路。选择利于消除残余电动势的测量电路。3.3.采用采用补偿电路补偿电路,调整元件参数调整元件参数,消除残余电动势。消除残余电动势。减小残余电动势的减小残余电动势的补偿电路补偿电路为为了了达达到到能能辨辨别别移移动动方方向向和和消消除除零零点点残残余余电电压压的的目目的的，实际测量时，常常采用差动整流电路和相敏检波电路。实际测量时，常常采用差动整流电路和相敏检波电路。(1)差动整流电路差动整流电路这这种种电电路路是是把把差差动动变变压压器器的的两两个个次次级级输输出出电电压压分分别别整整流流，然后将整流的电压或电流的差值作为输出。然后将整流的电压或电流的差值作为输出。从从图图（c）电电路路结结构构可可知知，不不论论两两个个次次级级线线圈圈的的输输出出瞬瞬时时电电压压极极性性如如何何，流流经经电电容容C1的的电电流流方方向向总总是是从从2到到4，流流经经电电容容C2的的电电流流方方向向总总是是从从6到到8，故故整整流流电电路路的的输输出电压为出电压为当衔铁在零位时，因为当衔铁在零位时，因为U24=U68，所以，所以U2=0；当衔铁在零位以上时，因为当衔铁在零位以上时，因为U24U68，则，则U20；当衔铁在零位以下时，当衔铁在零位以下时，则有则有U24U68，则，则U21，故上式可以近似为，故上式可以近似为结论结论:1)当输入信号频率当输入信号频率=0时时,电压放大器输入信号为零电压放大器输入信号为零,即即Ui=0,所以压电传感器不能测量静态物理量所以压电传感器不能测量静态物理量.2)电压放大器的主频响应好电压放大器的主频响应好,动态性好动态性好,这是电压放大这是电压放大器的突出优点器的突出优点.3)从式从式Ku=d/(Ca+Cc+Ci)可见可见,连接电缆的分布电容连接电缆的分布电容Cc影响传感器灵敏度影响传感器灵敏度,仪器使用时只要更换电缆就仪器使用时只要更换电缆就要重新标定要重新标定,测量系统对电缆长度变化很敏感测量系统对电缆长度变化很敏感.（2）电荷放大器）电荷放大器p能能将将高高内内阻阻的的电电荷荷源源转转换换为为低低内内阻阻的的电电压压源源，而而且且输输出出电电压压正正比比于于输输入入电电荷荷，因因此此，电电荷荷放放大大器器同同样样也也起起着着阻阻抗抗变变换换的的作作用用，其其输输入入阻阻抗抗高达高达10101012，输出阻抗小于，输出阻抗小于100。p电电荷荷放放大大器器是是一一个个具具有有深深度度负负反反馈馈的的高高增增益益放放大大器器，其其基基本本电电路路如如图图。若若放放大大器器的的开开环环增增益益K足足够够大大，并并且且放放大大器器的的输输入入阻阻抗抗很很高高，则则放放大大器器输输入入端端几几乎乎没没有有分分流流，运运算算电电流流仅仅流流入入反反馈回路馈回路Cf与与Rf。压电传感器与电荷放大器连接等效电路 理想情况下理想情况下,放大器的输入电阻和反馈电阻都等于无放大器的输入电阻和反馈电阻都等于无穷大穷大,因此可忽略因此可忽略,电荷放大器电压近似为反馈电容上电荷放大器电压近似为反馈电容上电压电压,即即充电电压接近等于放大器的输出电压充电电压接近等于放大器的输出电压几点结论几点结论：1、电荷放大器的输出电压只与输入电荷量和反馈电容有关，、电荷放大器的输出电压只与输入电荷量和反馈电容有关，而与放大器的放大系数的变化或电缆电容等均无关系，而与放大器的放大系数的变化或电缆电容等均无关系，2、只要保持反馈电容的数值不变，就可得到与电荷量、只要保持反馈电容的数值不变，就可得到与电荷量Q变化成变化成线形关系的输出电压。线形关系的输出电压。3、反馈电容、反馈电容Cf小，输出就大，小，输出就大，4、要达到一定的输出灵敏度要求，就必须选择适当的反馈电容。、要达到一定的输出灵敏度要求，就必须选择适当的反馈电容。5、输出电压与电缆电容无关条件：、输出电压与电缆电容无关条件：（1+K）Cf（Ca+Cc+Ci）四通道电荷放大器外形四通道电荷放大器外形.2024/4/15周一108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（参考东（参考东方振动和噪声技术研究所资料）方振动和噪声技术研究所资料）灵灵敏敏度：度：0.11000mV/pC频率范围：频率范围：0.3100KHz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5V准准确确度：度：1%最大输出：最大输出：10V/10mA电电源：源：220V/50Hz控制方式：控制方式：计算机或手动计算机或手动2024/4/15周一109焊接式焊接式电荷放大器电荷放大器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2024/4/15周一110其他电荷放大器外形其他电荷放大器外形2024/4/15周一111面板式电荷放大器面板式电荷放大器其他电荷放大器外形（续）其他电荷放大器外形（续）2024/4/15周一1122024/4/15周一1131.玻璃打碎报警装置玻璃打碎报警装置将高分子压电测将高分子压电测振薄膜粘贴在玻璃上，振薄膜粘贴在玻璃上，可以感受到玻璃破碎可以感受到玻璃破碎时会发出的振动，并时会发出的振动，并将电压信号传送给集将电压信号传送给集中报警系统。中报警系统。粘贴粘贴位置位置压电传感器的应用压电传感器的应用高分子压电材料制作的玻璃打碎传感器高分子压电材料制作的玻璃打碎传感器质量块质量块2024/4/15周一114将将厚厚约约0.2mm左左右右的的PVDF薄薄膜膜裁裁制制成成10 20mm大大小小。在在它它的的正正反反两两面面各各喷喷涂涂透透明明的的二二氧氧化化锡锡导导电电电电极极，再再用用超超声声波波焊焊接接上上两两根根柔柔软软的的电电极极引引线线。并并用用保保护膜覆盖。护膜覆盖。使用时，用瞬干胶将其粘贴使用时，用瞬干胶将其粘贴在玻璃上。当玻璃遭暴力打碎的在玻璃上。当玻璃遭暴力打碎的瞬间，压电薄膜感受到剧烈振动，瞬间，压电薄膜感受到剧烈振动，表面产生电荷表面产生电荷Q ，在两个输出引，在两个输出引脚之间产生窄脉冲报警信号。脚之间产生窄脉冲报警信号。2 2压电式周界报警系统压电式周界报警系统（用于重要位置出入口、周界安全防护等）（用于重要位置出入口、周界安全防护等）将长的压电电缆埋在将长的压电电缆埋在泥土的浅表层，可起分布泥土的浅表层，可起分布式地下麦克风或听音器的式地下麦克风或听音器的作用，可在几十米范围内作用，可在几十米范围内探测人的步行探测人的步行,对轮式或对轮式或履带式车辆也可以通过信履带式车辆也可以通过信号处理系统分辨出来。右号处理系统分辨出来。右图为测量系统的输出波形。图为测量系统的输出波形。2024/4/15周一1153.3.交通监测交通监测将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分类信息将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分类信息（包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎）、车速监测、收费站地（包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎）、车速监测、收费站地磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集（道路监磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集（道路监控）及机场滑行道等。控）及机场滑行道等。2024/4/15周一116高分子压电高分子压电电缆的应用电缆的应用演示演示 将两根高分子压电电缆相距将两根高分子压电电缆相距若干米若干米，平行埋设于柏油公路，平行埋设于柏油公路的路面下约的路面下约5cm，可以用来测量车速及汽车的载重量，并根据存，可以用来测量车速及汽车的载重量，并根据存储在计算机内部的档案数据，判定汽车的车型。储在计算机内部的档案数据，判定汽车的车型。2024/4/15周一117压电式动态力传感器以及在压电式动态力传感器以及在 车床中用于动态切削力的测量车床中用于动态切削力的测量2024/4/15周一118压电式动态力传感器在体育动态测量中的应用压电式动态力传感器在体育动态测量中的应用2024/4/15周一119压电式步态压电式步态分析跑台分析跑台压电式纵跳压电式纵跳训练分析装置训练分析装置压电传感器测量压电传感器测量双腿跳的动态力双腿跳的动态力三三 电容式传感器电容式传感器优点优点：测量范围大、灵敏度高、结构简单、适应性强、：测量范围大、灵敏度高、结构简单、适应性强、动态响应时间短、易实现非接触测量等。动态响应时间短、易实现非接触测量等。由于材料、工艺，特别是测量电路及半导体集成技术等由于材料、工艺，特别是测量电路及半导体集成技术等方面已达到了相当高的水平，因此寄生电容的影响得到方面已达到了相当高的水平，因此寄生电容的影响得到较好地解决，使电容式传感器的优点得以充分发挥。较好地解决，使电容式传感器的优点得以充分发挥。应用应用：压力、位移、厚度、加速度、液位、物位、湿度：压力、位移、厚度、加速度、液位、物位、湿度和成分含量等测量之中。和成分含量等测量之中。电容器是电子技术的三大类无源元件电容器是电子技术的三大类无源元件(电阻、电感和电电阻、电感和电容容)之一，利用电容器的原理，将非电量转换成电容量之一，利用电容器的原理，将非电量转换成电容量,进而实现非电量到电量的转化的器件或装置，称为电容进而实现非电量到电量的转化的器件或装置，称为电容式传感器，它实质上是一个具有可变参数的电容器。式传感器，它实质上是一个具有可变参数的电容器。各种电容式传感器各种电容式传感器电容式接近开关电容式接近开关电容式指纹传感器电容式指纹传感器电容式变送器电容式变送器差压传感器（一）（一）工作原理与类型工作原理与类型u工作原理工作原理用用两两块块金金属属平平板板作作电电极极可可构构成成电电容容器器，当当忽忽略略边边缘缘效效应时，其电容应时，其电容C为为 S极板相对覆盖面积；极板相对覆盖面积；极板间距离；极板间距离；r相对介电常数；相对介电常数；0真空介电常数，真空介电常数，08.85p pF/m；电容极板间介质的介电常数。电容极板间介质的介电常数。、S和和r r中中的的某某一一项项或或几几项项有有变变化化时时，就就改改变变了了电电容容C0 0、或或S的的变变化化可可以以反反映映线线位位移移或或角角位位移移的的变变化化，也也可可以以间间接接反反映映压压力力、加加速速度度等等的的变变化化；r r的的变变化化则则可可反反映映液面高度、材料厚度等的变化。液面高度、材料厚度等的变化。Su类型类型变极距型变极距型传感器传感器变面积型变面积型传感器传感器变介质型变介质型传感器传感器1、变极距式电容传感器、变极距式电容传感器 当动极板受被测物体作用引起位移时，当动极板受被测物体作用引起位移时，改变了两极板之间的距离改变了两极板之间的距离d d，从而使电容量发，从而使电容量发生变化。生变化。2024/4/15周一124a）结构示意图结构示意图b）电容量与极板距离的关系）电容量与极板距离的关系1定极板定极板2动极板动极板显然，显然，时，时，于是，于是2、变面积式电容传感器、变面积式电容传感器图图a是平板形直线位移式结构，其中极板是平板形直线位移式结构，其中极板1可以左右移动，称为动极板。可以左右移动，称为动极板。极板极板2固定不动，称为定极板。固定不动，称为定极板。图图b b是同心圆筒形变面积式传感器。外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内是同心圆筒形变面积式传感器。外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内作上、下直线运动。作上、下直线运动。图图c c是一个角位移式的结构。极板是一个角位移式的结构。极板2 2的轴由被测物体带动而旋转一个角的轴由被测物体带动而旋转一个角位移位移 度时，两极板的遮盖面积度时，两极板的遮盖面积A A就减小，因而电容量也随之减小。就减小，因而电容量也随之减小。2024/4/15周一126 电容：电容：电容增量：电容增量：测量灵敏度：测量灵敏度：变面积式电容传感器的特性变面积式电容传感器的特性变面积式电容传感器的输出特性是线变面积式电容传感器的输出特性是线性的，灵敏度是常数。这一类传感器多用于性的，灵敏度是常数。这一类传感器多用于检测直线位移、角位移、尺寸等参量。检测直线位移、角位移、尺寸等参量。2024/4/15周一1283、变介质型电容传感器、变介质型电容传感器 因为各种介质的相对介电常数不同，所以在因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电容器两极板间插入不同介质时，电容器的电容电容器两极板间插入不同介质时，电容器的电容量也就不同。量也就不同。2024/4/15周一129几种介质的相对介电常数几种介质的相对介电常数2024/4/15周一130相当于两电容并联：相当于两电容并联：其中：其中：取取x=0时电容为时电容为C0，有，有电容与电容与x的关系推导如下：的关系推导如下：结论：电容与位移结论：电容与位移x x之间呈线形关系。之间呈线形关系。（二）特性（二）特性1.1.等效电路等效电路2.2.静电引力静电引力3.3.寄生电容寄生电容4.4.温度影响温度影响2024/4/15周一132（三）测量电路（三）测量电路1 1、运算放大器式测量电路、运算放大器式测量电路2 2、脉冲调制电路、脉冲调制电路原原1 1充电充电原原0 0升压升压变变1 10 01 1初始初始C1=C2，M、N等间隔等间隔0、1翻转，翻转，输出平均电压为输出平均电压为0。如果如果C1、C2不等，不等，M、N翻转将不再等间翻转将不再等间隔，输出平均电压会向正（或负）偏离：隔，输出平均电压会向正（或负）偏离：输出限幅输出限幅3 3、变压器电桥、变压器电桥如果变压器电桥的如果变压器电桥的Z1、Z2采用两个变间隙电容，有采用两个变间隙电容，有（四）电容式压力传感器应用（四）电容式压力传感器应用1 1、电容式差压变送器电容式差压变送器 2024/4/15周一142高压侧高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电容式差压变送器内部结构电容式差压变送器内部结构 1 1高压侧进气口高压侧进气口 2 2低压侧进气口低压侧进气口 3 3过滤片过滤片 4 4空腔空腔 5 5柔性不锈钢波柔性不锈钢波纹隔离膜片纹隔离膜片 6 6导压硅油导压硅油 7 7凹形玻璃圆凹形玻璃圆片片 8 8镀金凹形电极镀金凹形电极9 9弹性平膜片弹性平膜片 1010 腔腔2024/4/15周一143各种电容式差各种电容式差压变送器外形压变送器外形 2024/4/15周一144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）2024/4/15周一145（参考（参考丹东长丹东长隆隆 自控有限公自控有限公司司 资料）资料）法兰法兰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）2024/4/15周一1462、利用电容差压变送器、利用电容差压变送器测量液体的液位测量液体的液位 差压变送器差压变送器2024/4/15周一147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 h电容差压变送器用于测量液电容差压变送器用于测量液体的液位体的液位 2024/4/15周一148投入式水位计投入式水位计四、四、压阻式传感器压阻式传感器是利用硅的压阻效应和微电子技术制成的，是一种新的是利用硅的压阻效应和微电子技术制成的，是一种新的物性型传感器。物性型传感器。优点：灵敏度高、动态响应好、精度高、易于微型化和优点：灵敏度高、动态响应好、精度高、易于微型化和集成化等。集成化等。（一）（一）压阻效应压阻效应固固体体材材料料在在应应力力作作用用下下发发生生形形变变时时，其其电电阻阻率率发发生生变变化化的现象被称为压阻效应。的现象被称为压阻效应。对半导体材料对半导体材料对金属材料对金属材料电阻相对变化量电阻相对变化量压阻系数压阻系数应力应力E弹性模量弹性模量由由于于E一一般般都都比比（1+2）大大几几十十倍倍甚甚至至上上百百倍倍，因因此此，引引起起压压阻阻效效应应的的主主要要原原因因是是半半导导体体材材料料电电阻阻相相对对变变化化，则上式可近似写成则上式可近似写成式中式中压阻系数；压阻系数；E弹性模量；弹性模量；应力；应力；应变。应变。上式表明压阻传感器的工作原理是基于压阻效应。上式表明压阻传感器的工作原理是基于压阻效应。扩扩散散硅硅压压阻阻式式传传感感器器的的基基片片是是半半导导体体单单晶晶硅硅。单单晶晶硅硅是是各各向向异异性性材材料料，取取向向不不同同其其特特性性不不一一样样。而而取取向向是用晶向表示的，所谓晶向就是晶面的法线方向。是用晶向表示的，所谓晶向就是晶面的法线方向。（二）（二）扩散型压阻式压力传感器扩散型压阻式压力传感器压阻式压力传感器结构简图压阻式压力传感器结构简图1低压腔低压腔2高压腔高压腔3硅杯硅杯4引线引线5硅膜片硅膜片采用采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀半导体电阻应变薄膜半导体电阻应变薄膜工作原理：工作原理：膜片两边存在压力差时，膜片产生变形，膜片上各点产生应力。膜片两边存在压力差时，膜片产生变形，膜片上各点产生应力。四个电阻在应力作用下，阻值发生变化，电桥失去平衡，四个电阻在应力作用下，阻值发生变化，电桥失去平衡，输出相应的电压，电压与膜片两边的压力差成正比。输出相应的电压，电压与膜片两边的压力差成正比。四个电阻的配置位置四个电阻的配置位置：按膜片上径向应力按膜片上径向应力r和切向应力和切向应力t的分布情况确定。的分布情况确定。设计时，适当安排电阻的位置，可以组成差动电桥。设计时，适当安排电阻的位置，可以组成差动电桥。扩散型压阻式压力传感器扩散型压阻式压力传感器 特点特点优点优点:体积小，结构比较简单，动态响应体积小，结构比较简单，动态响应也好，灵敏度高，能测出十几帕的微压，也好，灵敏度高，能测出十几帕的微压，长期稳定性好，滞后和蠕变小，频率响长期稳定性好，滞后和蠕变小，频率响应高，便于生产，成本低。应高，便于生产，成本低。测量准确度受到非线性和温度的影响。测量准确度受到非线性和温度的影响。智能压阻式压力传感器利用微处理器对智能压阻式压力传感器利用微处理器对非线性和温度进行补偿。非线性和温度进行补偿。Thanks!Thanks!2024/4/15周一154