第三章_压力测量.ppt

活塞式压电压力传感器 3－7. 真空测量 一、真空的概念及测量方法 1. 真空—低于一个标准大气压的气体状态其度量名称为 真空度 ，单位：帕。 (Pa) 2. 真空度等级： ① p(105~103)Pa ，粗真空 ② p(103~10-1)Pa ，低真空 ③ p(10-1~10-6)Pa ，高真空 ④ p(10-6~10-10)Pa ，超高真空 ⑤ p10-10 Pa ，极高真空 真空测量方法 弹簧管式真空表测量； 利用一些气体在低压下的某种特性（热传导、电离现象）作间接测量。 真空度较高的测量，一般用第二种方法。 二. 低真空测量仪 热偶真空计 以恒定电流流过的加热丝的温度与真空度有关。 热电偶测量加热丝温度，间接测量真空值。 测量范围： (102~10-1) Pa 三. 高真空测量仪 电离真空计 气体电离产生的正离子数目与气体的压力有关。 离子流大小可由电流表测量,间接测量真空值。 测量范围： 10-1 Pa 小结： 掌握流体稳态压力测量的基本原理、 稳态压力传感器的形式及构成，测量误差产 生的原因及解决方法；动态压力测量传感器 的原理、基本结构；压力计及压力测量系统 的标定；真空测量技术。 二、 压电式压力传感器 1 、基本原理 压力作用 晶体表面产生电荷 产生电压或电流 特点：频率响应特性好 压电效应 压力消失 晶体表面电荷消失 无电压或电流 X轴受力Fx时，切片产生的电菏与尺寸无关 y轴受力Fy时，切片产生的电菏与尺寸有关 2 、压电式压力传感器结构 压力P→压力接头1 →进入传感器→ 压迫膜片4 → 垫块5、6 →加压到压电晶体7 →压电晶体产生电荷→引出线9 →输出 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 替代 ～ 反馈电容 式中：Cpz-压电晶体的电容 Ccab-引线电容 Ca-放大器的输入电容 三. 电感式压力传感器 结构和工作原理 活动衔铁3移动→气缝间隙δ变化→线圈2的电感变化 Rm-总磁阻 Rg-导磁体磁阻 RF-空气缝隙磁阻 1 、差动式电感传感器 衔铁处于中间，电感L1、L2相等，负载电阻ZL无电流； 衔铁移动，一边气隙增大，另一边气隙减小，电感L1、L2一增大另一减小，两回路中产生不平衡电流，负载电阻ZL有电流，产生输出电压。 2. 差动变压器式传感器 衔铁处于中间，初级线圈和次级线圈电感相等，变压器输出电压为V2=V21-V22=0； 衔铁移动，两次级线圈电感不同，产生变压器输出电压V2=V21-V22。 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 ? 电容板间面积S、板间距离d 或板间介质的介电常数ε发生变化时，都会引起电容的变化。 四. 电容式压力传感器 电容式压力－差压－流量变送器 优点：灵敏度高、动态响应快。 缺点：导线的电容影响较大。 接流体 接输出信号 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 水位 水位变化，导致ε变化。 3 测量电路 a)电桥电路 b) 谐振电路 五. 压阻式压力传感器 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。 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 K压阻系数 R电阻 Ps被测压力 压阻式压力变送器 接流体 接输出信号 带显示的压阻式压力变送器 微型压阻式压力变送器 七. 霍尔效应压力传感器 1.基本原理:某些金属或半导体薄片两端通以控制电流Ip,并在薄片的垂直方向加上磁场B,则会在垂直于电流和磁场的方向产生一个电动势EH。 RH霍尔系数 KH霍尔元件灵敏度系数 d霍尔元件厚度 2. 优点:结构简单、灵敏度高、可用动圈仪表显示结果、可以远距离输送。 3. 缺点:控制电流必须恒定,容易受温度影响。 3 － 5 压力测量系统的标定 原位标定法：在测量系统上，直接改变待测物理量，标定压力仪表或压力传感器。 标准压力标定法：用精度高一级的标准压力计来标定压力仪表或压力传感器。 一. 静态标定 在被测压力稳定时， 确定测量系统的输出输 入量之间的关系。 1. 液柱式压力计的标定 2. 普通活塞式压力计标定法 标定精度达 0.2-0.05 级 标定方法 二。 动态标定 采用标准的动态信号发生仪器对压力 仪表进行标定,在需