第31章压力检测方法及仪表60页.ppt
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1、化工仪表及自动化,昆明理工大学 杨彪 20102011学年下,第三章,检测仪表及传感器,07:06:55,昆明理工大学,知识结构,第5章 自动控制仪表,第6章 执行器,第2章 过程特性,第3章 检测仪表与传感器,第4章 显示仪表,第1章自动控制系统基本概念,第7章 简单控制系统,第8章 复杂控制系统,第9章 新型控制系统,第10章 计算机控制系统,07:06:55,昆明理工大学,压力检测方法及仪表,本章内容,物位检测方法及仪表,流量检测方法及仪表,温度检测方法及仪表,数字式显示记录仪表,07:06:55,昆明理工大学,第二节 压力检测方法及仪表,第三章 检测仪表与传感器,07:06:55,昆明
2、理工大学,压力检测方法,液柱测压法 弹性变形法 电测压力法,压力检测仪表,弹簧管压力表 霍尔式压力表 差压(压力)变送器,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,主要内容,07:06:55,昆明理工大学,压力的基本概念,垂直而均匀地作用在单位面积上的力,式中 压力(Pa) 均匀垂直作用力(N) 受力面积(m2),1Pa = 1*10-3KPa = 1*10-6MPa,单位: 牛顿/米2(N/m2),简称“帕”,用符号“Pa”,07:06:55,昆明理工大学,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),07:06:55,昆明理工大学,液柱测压法,
3、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,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。,测量原理,07:06:55,昆明理工大学,弹性变形法,将被测压力转换成弹性元件变形的位移,测量原理,07:06:55,昆明理工大学,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,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,测量原理,07:06:55,昆明理工大学,弹性元件结构和特点,07:06:55,昆明理工大学,弹性敏感元件的一般特性,弹性元件弹性形变 I/O 广义的力广义的位移 常用的弹性敏感元件,0
4、7:06:55,昆明理工大学,弹性敏感元件的一般特性,常用的弹性敏感元件,07:06:55,昆明理工大学,弹性敏感元件的一般特性,常用的弹性敏感元件,07:06:55,昆明理工大学,弹性敏感元件的一般特性,常用的弹性敏感元件,07:06:55,昆明理工大学,弹性敏感元件的一般特性,常用的弹性敏感元件,07:06:55,昆明理工大学,弹性敏感元件的一般特性,常用的弹性敏感元件,07:06:55,昆明理工大学,弹性敏感元件的一般特性,常用的弹性敏感元件,07:06:55,昆明理工大学,弹性敏感元件的一般特性,常用的弹性敏感元件 220V供电 动态性能,07:06:55,昆明理工大学,弹性敏感元件的
5、一般特性,常用的弹性敏感元件,07:06:55,昆明理工大学,弹性敏感元件的一般特性,弹性敏感元件的一般特性 柔度(灵敏度) 刚度 刚度与测量,07:06:55,昆明理工大学,弹性敏感元件的一般特性,弹性敏感元件的一般特性 弹性滞后 迟滞 迟滞误差,07:06:55,昆明理工大学,弹性敏感元件的一般特性,弹性敏感元件的一般特性,07:06:55,昆明理工大学,弹性敏感元件的一般特性,弹性敏感元件的一般特性 弹性后效,07:06:55,昆明理工大学,弹性敏感元件的一般特性,弹性敏感元件的一般特性 弹性后效,07:06:55,昆明理工大学,弹性敏感元件的一般特性,弹性敏感元件的一般特性 弹性后效与
6、蠕变,07:06:55,昆明理工大学,弹性敏感元件的一般特性,弹性敏感元件的一般特性 弹性材料的机械品质因素,07:06:55,昆明理工大学,弹簧管压力表,07:06:55,昆明理工大学,电测压力法,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。,测量原理,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。,07:06:55,昆明理工大学,电测压力法,电容式测压原理,采用变电容原
7、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,测量原理,07:06:55,昆明理工大学,电容式压力传感器,典型的电容式压力传感器 硅微机械电容式压力传感器(MEMS),07:06:55,昆明理工大学,典型电容式压力传感器,-基于圆膜片的位移特性,07:06:55,昆明理工大学,电容式压力传感器原理,07:06:55,昆明理工大学,电容式压力传感器设计,圆平膜片几何结构参数的设计 圆平膜片的半径与厚度 圆平膜片的边界隔离部分 固定极板的设计 输出电路,07:06:55,昆明理工大学,电容式压力传感器输出电路,差动电桥的实
8、现 非线性特性的影响,07:06:55,昆明理工大学,硅微机械电容式压力传感器(MEMS),敏感结构与工作原理,-基于方膜片的位移特性,07:06:55,昆明理工大学,方膜片的位移特性,07:06:55,昆明理工大学,方膜片的位移特性(上表面),07:06:55,昆明理工大学,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,07:06:55,昆明理工大学,电测压力法,应变片式测压原理,1敏感栅 2基片 3粘合剂 4引线 5覆盖片,敏感栅 直径为0.025mm左右的合金电阻丝 基 底 绝缘 覆盖层 保护,组成,07:06:
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