第3章 检测仪表与传感器-压力.ppt

位移量一般很小，需要通过放大机构。 为了加大位移量，可采用多圈弹簧 管，其原理与单圈弹簧管相似。 单圈弹簧管压力表是工业现场使用最普遍的就地指示式压力检测仪表。 弹簧管压力表结构简单、使用方便、价格低廉、测量范围宽:负压－高压。1000MPa. 一般的工业用弹簧管压力表的精度等级为1.5级或2.5级，但根据制造的要求，其精度等级最高可达0.15级。 弹簧管压力表 弹簧管 拉杆 指针 中心齿轮 扇形齿轮 接头 游丝 刻度盘 调整螺钉 三、电气式压力计 电气式压力计=压力?电信号(传输显示) 测量范围广：7×10-5Pa~500MPa; 误差0.2%；远传；联机。 1.霍尔片式压力传感器 2.应变片式压力传感器 3.压阻式压力传感器 4.力矩平衡式压力传感器 5.电容式压力传感器 5种类型： 根据霍尔效应制成，将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。 Z轴：磁感应强度为B的恒磁场 Y轴：加一外电场。 电子在霍尔片中运动（逆Y轴） 在霍尔片的X轴方向上出现电位差，这电位差称为霍尔电势，这种现象为“霍尔效应”。 1. 霍尔片式压力传感器 霍尔电势的大小与半导体材料、所通过的电流I、磁感应强度B以及霍尔片的几何尺寸等因素有关，表示为：UH=RHBI 霍尔元件+弹簧管 = 霍尔片式弹簧管压力传感器。 霍尔电势与被测压力成比例。利用这一电势即可实现远距离显示和自动控制。 1. 霍尔片式压力传感器 压力-位移-电势 外力作用 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 应变片 利用金属或半导体材料制成的电阻体的阻值可表示为： 当电阻体受外力作用时，其长度、截面积或电阻率会发生变化，其阻值也会发生变化。这种因尺寸变化引起阻值变化称为应变效应（l/s） 。 电阻应变片多以金属材料为主，一般和弹性元件一起使用。 r1 r2 1 2 3 P (a) 传感器 1－外壳 2－弹性筒 3－密封膜片 r1沿应变筒轴向贴放，作为测量片；r2沿径向 贴放，作为温度补偿片。 r1、r2的静态性能完全相同。 膜片受到外力，r1产生轴向应变，阻值变小； r2受到径向拉伸，阻值变大。 r2的变化量比r1的变化量要小。 2. 应变片式压力传感器 应变片r1 , r2，两个阻值相等的精密固定阻R3 , R4 Ui E － ＋ ＋ － r1 r2 R3 R4 A B (b) 测量电桥 不受压时 r1= r2=r0 R3=R4=r 受压，则：r1= r0+Δr1；r2= r0+Δr2 (Δr1≠Δr2) Ui E － ＋ ＋ － r1 r2 R3 R4 A B (b) 测量电桥 由压力作用时，r1和r2一减一增，使电桥由较大的输出； 当环境温度发生变化时，r1、r2同时增减，不影响电桥的平衡。 如果把Ui转换为标准信号输出，即为应变式压力变送器。 结论： 应变片式压力检测仪表具有较大的测量范围，被测压力可达几百MPa；并具有良好的动态性能，适用于快速变化的压力测量。 应变片式压力检测仪表仍有比较明显的温漂和时漂，因此，该表较多用于一般要求的动态压力检测，测量精度一般在0.5～1.0％左右。 应用： 气动压力监测； 气象观察室控制； 汽车刹车系统监测； 军用和商用航行器。 3.压阻式压力传感器 电阻率变化引起阻值变化称为压阻效应。半导体材料的压阻效应明显。 1.负压室 2.正压室 3.硅杯 4.引线 5.单晶硅片 Ri1 Ri2 Ri3 Ri4 压力变化时，单晶硅产生应变，使扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。 测量部分——扩散硅压阻传感器 ——把被测差压ΔP成比例地转换为不平衡电压US p2 p1 硅杯 压阻式传感器示意图 正压侧隔离膜片 引出线 负压侧隔离膜片 硅油 测量部分——惠斯顿电桥 Ri1 Ri2 Ri3 Ri4 US Ri1 Ri2 Ri3 Ri4 IS 不受压时：Ri1＝ Ri4＝R Ri2＝ Ri3＝R 测量部分——电压转换 ＋ US － Ri1 Ri2 Ri3 Ri4 IS 受压时：△Ri1＝△Ri4＝r1 △Ri2＝△Ri3＝r2 受压时，流经两桥臂的电流始终相等 TO-8封装型压阻式压力传感器 MB16系列硅压阻式压力传感器 产品特点： 测量范围：0～5kPa～60MPa材料：316L不锈钢隔离膜片 恒压供电：10~15VDC 恒流供电：1.5mA~4mA 工作方式：表压、绝压、密封压 综合精度：0.1%FS，0.3%FS，0.5%FS 级可选 零点温度飘移：±0.0