动力工程及仪器-第3章讲解.ppt

1 活塞式压电压力传感器 3.4.3. 电感式压力传感器 1、结构和工作原理 2．自感式压力传感器 图3-22 自感式压力传感器原理结构图 1—电感线圈 2—衔铁 3—测量膜片 4—隔离膜片 5—温度传感器 6、7—引线 8—非磁性套管 9—测量室 10—基座 按照传感器敏感元件结构形式的不同，可分为变气隙、变截面和螺管式三种，其中螺管式量程最大，虽然灵敏度低，但结构简单、便于制作，因而应用比较广泛。下面以螺管式压差传感器为例，简要介绍自感式压力传感器的工作原理。螺管式压差测量原理结构如图 3．互感式压力传感器 图3-23 差动变压器式压力传感器原理结构图 1—初级线圈 2、3—次级线圈 4—衔铁 5—骨架 变换原理:将被测量的变化转化为电容量变化 两平行极板组成的电容器,它的电容量为: + + + d S ? S,d 或ε发生变化时，都会引起电容的变化。 3.4.4. 电容式压力传感器 一)极距δ变化型 + + + + + + b)面积变化型 1角位移型 + + + 2 平面线位移型 3 柱面线位移型。 c) 介质变化型 电容式压力传感器分析举例 (1) 改变两极板的距离 输出的非线性失真不超过1%, 灵敏度提高一倍! 当 (2) 改变两极板间有效工作面积 当极板受被测机械量作用移动 后，两极板间电容量的变化为: ? (3) 改变介电常数 两极板的宽度为d ? 介电常数：空气１.00054，硅油2.7,水80,陶瓷103～４ 4. 1151系列电容式压力传感器 3.4.5 压电式压力传感器 1 、基本原理 压力作用 晶体产生电荷 产生电压或电流 特点：频率响应特性好，电荷不持久 切片产生的电菏与尺寸无关 切片产生的电菏与尺寸有关 压电陶瓷的压电特性及测压原理 感压弹性膜片、支持片、压电晶体及引出线、绝缘套管等组成。 2、压电式压力传感器结构 3 、压电式压力传感器测量电路 输出电荷的充要条件： 外电路负载无穷大 内部无漏电 电压放大器或电荷放大器电路 什么是电荷放大器？ 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 ～ 反馈电容 3.4.6 压阻式压力传测量 1.基本原理:材料的电阻值随压力变化而变化。如:半导体、铂、锰、康铜和钨等材料。 2. 优点:结构简单、体积小、稳定性好、动态响应快、耐振耐冲击、精度高、线性度好，是传感器的主流产品。 MPM380 型压阻式压力传感器 压阻式压力变送器 接流体 接输出信号 可显示的压阻式压力变送器 中国矿业大学动力工程系 学习要求 掌握流体稳态压力测量的基本原理、 弹性压力计的测压原理，几种压力信号变送 方法;电容式压力变送器的特点、结构原理、 调整及使用方法，智能型压力变送器 。 第三章 压力测量及仪表 3.1 压力的概念及单位 一、压力的定义 1 、法向压力 而静止流体中某点压力与在该点所取的面方向无关，即某点各方向上的压力相等。 (各向同性,静压) 1 mmH2O=9.81Pa mmH2O 毫米水柱 1 mmHg=1.33×102Pa mmHg 毫米汞柱 1 kgf/cm2=9.81×104Pa kgf/cm2 工程大气压 与Pa换算关系 符 号 单 位 名 称 表3-1 压力单位换算表 二、压力分类 1. 从测量的角度分： 静定压力 (稳态压力) 、变动压力、脉动压力 2. 按测量的方法分： 绝对压力 (abs) ，表压力 (G),差压力 3.按信号转换原理分 1．液柱式压力测量:根据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度差进行测量。一般常用仪器是充有水或水银等液体的玻璃U形管或单管等。 2．弹性式压力测量:根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成弹性元件的位移或力进行测量。常用的弹性元件有弹簧管、弹性膜片、弹性膜盒和波纹管等。 3．电气式压力测量:利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电参量进行测量，例如电阻、电容、电流及电压等。 4．活塞式压力测量:根据液压机械中液体传递压力的原理，将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的重力进行测量。它被普遍用作标准仪器对其它压力测量仪表进行检定，例如压力校验台等。 3.2.液柱式压力计 一、液柱式压力计 应用流体静力学知识，通过液柱高与压力的关系设计而成，基本原理比较简单。 问题：与直管式 比较，斜管式微 压计的优点是什 么？ 3.3. 弹性式压力计 利用材料在弹性范围内变形与外力为线性关系的原理，制成不同形式及满足不同要求的压力计。 一、弹性元件 弹性膜片（膜盒） 波纹管 μ、Ｅ——弹簧管的泊松系数和弹性模量 h ——弹簧管的壁厚 Ｋ——弹簧管的几何参数Ｒh／a2 α、β——与a和b有关的参数 弹簧管 二、常用弹性