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化

工

仪

表主讲：周开文

压力检测方法与仪表

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主要内容 压力检测方法

液柱测压法 弹性变形法 电测压力法 弹簧管压力表 霍尔式压力表 差压(压力)变送器

压力检测仪表

力平衡式压力变送器

微位移式变送器 智能差压(压力)变送器

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压力的基本概念垂直而均匀地作用在单位面积上的力

F S式中 P——压力(Pa) F——均匀垂直作用力(N) S——受力面积(m2)

单位: 牛顿/米2(N/m2),简称“帕”,用符号“Pa” 1Pa = 1*10-3KPa = 1*10-6MPa

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压力的几种表示形式被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压(或真空度)

表压(正压) 大气压力线 绝对压力 真空度

绝对压力 绝对压力的零线

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液柱测压法测量原理 根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量p1 p21

P01

1

1

h1 h h22 2

p h1

h22

0

0

常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、斜管压力表和 活塞式压力表等。

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弹性变形法测量原理 将被测压力转换成弹性元件变形的位移

P

P弹簧管式弹性元件 膜片式弹性元件

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测量原理

当弹性元件在轴向受到外力作用 时，就会产生拉伸或压缩位移，即

F CS

式中 F——轴向外力 S——位移 C——弹性元件的刚度系数 式中 A——弹性元件承受压力的有效面积 P——被测压力

F APA S P C

S ~ P

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弹 性 元 件 结 构 和 特 点

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弹簧管压力表游丝

刻度盘

中心齿轮 弹簧管 指针 扇形齿轮

拉杆 调整螺钉 接头

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电测压力法测量原理 利用转换元件(如某些机械和电气元件)直接把被测压力变换为电信号 来进行测量的。 1. 弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成相应 的电信号，如电阻式、电感式、电容式、霍尔片式、应变式、振弦式等；

2.

非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理性

质与压力有关，如压电式、压阻式、压磁式等。

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电测压力法 电容式测压原理测量原理

采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量，然后通过测量电容量C便可以知道被测 压力的大小，从而实现压力-电容转换的。

定极板

弹性元件

C

d

ε——电容器极板间绝缘介质的介电 常数，F/m A——电容器两平行板覆盖的面积，m2被测压力 动极板

d——两平行板之间的距离，m C——电容量，F

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电测压力

法 压电式测压原理

根据“压电效应”把被测压力变换为电信号的。

(a)单晶体

(b)剖面图

(c)X截割的石英片

电荷数

Qx KPx Ax压电常数

受力面积

作用在受力面积上的压力

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电测压力法 应变片式测压原理 组 成敏感栅 基 底 覆盖层 直径为0.025mm左右的合金电阻丝 绝缘 5 保护

l 1 2

4

位移、力、力矩、 加速度、压力

弹性敏 感元件外力作用

应变3 基片 1—敏感栅 2—

3—粘合剂 4—引线 5—覆盖片

应变片

被测对象表面产生微小机械变形 应变片敏感栅随同变形 电阻值发生相应变化

R l K R l

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压力检测仪表 霍尔式压力表 霍尔式压力表属于电气式压力表。

测压原理：利用霍尔片式传感器(根据半导体材料的霍尔效应的原理)实现压力-位移-霍尔电势的转 换。

霍尔片：是一种半导体或化合物半导体转换元件。霍尔效应：把一块霍尔元件置于均匀磁场中，并使 霍尔片与磁感应强度B的方向垂直，在沿着霍尔片的

左右两个纵向端面上通入恒定的控制电流I,则会在霍尔片的两个横向端面之间形成电位差VH,此电位线性非均匀磁场

差称为霍尔电势。

VH K H IB

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压力检测仪表 霍尔式压力表磁钢

霍尔片 + 弹簧管

弹簧管

霍尔片

VH Kx

K——霍尔式压力传感器输出系数 χ——自由端霍尔元件的位移量

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差压(压力)变送器 作用：将各种物理量转换成统一的标准信号 差压变送器 力平衡式变送器 位移平衡式变送器 气动单元组合仪表(简称为QDZ仪表) 20~100KPa 电动单元组合仪表(简称为DDZ仪表) DDZ-Ⅱ型仪表为0~10mADC DDZ-Ⅲ型仪表为4~20mADC

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