第二章 压力检测仪表

图2.4 常见弹簧管截面形状
3．弹簧管压力表的组成原理
弹簧管压力表结构：由弹簧管、传动放大机构（包括拉杆、扇形齿轮、中心齿轮 等）、指示装置（指针和表盘）以及外壳等几部分组成。 工作原理：被测压力由接头9通入弹簧管 内腔，使弹簧管1产生弹性变形，自由端B向 右上方位移。通过拉杆2使扇形齿轮3作逆时 针偏转，进而带动中心齿轮4作顺时针偏转， 于是固定在中心齿轮上的指针5也作顺时针偏 转，从而指出被测压力的数值。由于自由端B 的位移量与被测压力之间成正比例关系，因 此弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。 量程调整：改变调整螺钉8在扇形齿轮的 槽孔中位置，以改变传动放大机构的放大倍 数，实现压力表量程的调整。 变差校正：游丝7始终给中心齿轮施加一 个微小的力矩，使中心齿轮和扇形齿轮始终 有一侧齿面啮合，以克服齿轮传动啮合间隙 而产生的仪表变差。
E h Rh IB l f ( ) K h IB h b
图2.8 霍耳效应原理
2.3.2 霍尔片式压力传感器
霍尔式弹簧管压力传感器结构：两个完全相同的磁铁相对安装，磁钢两 对极靴形状特殊，使磁极间形成的磁场成线性分布，两侧方向相反。 原理：当被测压力为零时，霍尔片处 于极靴中央位置，左右两半磁场方向相 反、互相对称，霍尔片总电势之和为零。 当被测压力大于零时，弹簧管带动霍 尔片左移，霍尔片总电势大于零。当输 入压力是负压时，霍尔元件向右移动， 霍尔电势为负。并且压力越大，霍尔片 偏移越大，输出电势也越大。此霍尔电 势与被测压力成比例。利用该电势即可 实现压力信号的远传。
图2.5 弹簧管压力表结构
4. 弹簧管压力表的形式
（1）按弹簧管结构分：有单圈弹簧管压力表、多圈弹簧管压力表。 （2）按测量精度分：有工业用压力表（0.5级以下）、校验用精密压力表。 （3）按其用途分：有耐腐蚀压力表、耐震压力表、隔膜压力表，氧气压力 表、氨用压力表等。
弹簧管压力表的外形：径向、轴向、直接安装式、凸装式、嵌装式。
3．压力的表示方法
（1）绝对压力P ：介质的真实压力。 p P Pa （2）表压力： p Pa P （3）负压力： 压力仪表指示的压力均为表压力。
2.1.2压力测量仪表的分类
（1）液柱式压力计 （2）弹性式压力计 （3）活塞式压力计
（4）电测式压力计
p Hρg
2.2 弹性式压力计
温度系数：温度改变1度引起的刚度的变化。
2.2.2弹簧管压力表
1．弹簧管测压原理
被测压力p作用于弹簧管内腔后，其截面变形-变园。但是，弹簧管弧长 度拉伸变形可以忽略不计，弹簧管微元截面绕管轴心逆时针方向转动。 所有弹簧管截面微元变形累积的结果，使整个弹簧管中心角减小，弹簧 管产生向外挺直的扩张变形，自由端向右上方位移。
wenku.baidu.com图2.6 弹簧管压力表的形式
(a)径向无边 (b)径向后边 (c)径向前边 (d)轴向无边 （e）轴向前边 （f）隔膜式
压力表公称直径（Φ40、Φ60、Φ100、Φ150、Φ250）。 压力计的测量范围：常用的有0～1.0、1.6、2.5、4.0、6.0×10n系列。 精度等级：4.0、2.5、1.5、1.0、0.5、 0.4、0.25、0.2、0.1级等。
k――与弹簧管结构、尺寸、材料有关的常数。
结论 （1）弹簧管变形与弹簧管结构及尺寸有关。 （2）弹簧管变形与弹簧管材料性能有关。 （3）弹簧管变形与被测压力P成正比。
2．弹簧管的结构和材料
弹簧管的截面形状：有扁圆形、椭圆形、D型、双零形、8字形。 弹簧管的材料：磷锡青铜（QSn4-0.3）、弹簧铜（50CrVA）；不锈钢 （1Cr18Ni9Ti）或恒弹性合金钢（N42CrTi,Ni42Cr6Ti）。
弹性元件的材料:有金属（铜基、铁基、镍基、铌基弹性合金合金）、石
英、陶瓷和硅材料等。 弹性元件的基本特性： 刚度：产生单位位移所需要的压力。 弹性滞后：是指弹性材料在加载、卸载的正反行程中,相同压力下变形不 同,位移曲线是不重合的。 弹性后效：是指载荷在停止变化之后，弹性元件在一段时间之内还会继
续产生类似蠕动的位移。
静触点被上（下）限指针1、3挡住，动、静触点脱
离接触，信号灯均不亮。
图2.7 电接点信号压力表
2.3 霍尔式压力计
组成：由霍尔式压力传感器和显示仪组成。
2.3.1 霍尔效应
霍尔元件：是置于磁场中的一半 导体材料片。 原理：磁场中的霍尔元件在Y向 通入恒定电流I，自由电子受洛伦 磁力F的作用发生偏移，霍尔片-X 方向端面上有电子积累，+X方向 端面上正电荷过剩，产生电位差E， 即“霍尔电势”
1 2 R2 b2 ＝ (1 2 ) P K P 2 E bh a
、 ――弹簧管材料的泊松系数和弹性模量；
R——弹簧管圆弧外半径； a、b——弹簧管截面长半轴、短半轴； h――弹簧管的壁厚； k――弹簧管的几何参数，
图2.3 弹簧管的测压原理
――系数；
(a)传感器结构
(b)非均匀磁场
图2.9 YSH-3型霍尔片式压力传感器
2.4 电感式压力计 2.4.1 差动变差器
差动变压器的结构：次级线圈由两个完全对称的线圈L21、L22反相串接。 铁芯的位置，影响次级线圈的磁耦合，使线圈L21、L22上的磁通及感应电
特点：结构简单、价格低廉、使用方便、测量范围宽，附加电气 变换、控制装置，可实现压力远传、报警、控制等。
2.2.1弹性元件
弹性元件：压力作用下产生弹性变形，是弹性式压力计的测压敏感元件。 常用弹性压力计弹性元件：
（1）弹簧管 结构简单，测量范围很广，最高可达109Pa。 （2）波纹管 刚度小、位移量大，灵敏度高，用来测量较低的压力。 （3）膜片膜盒 膜片刚度大、位移量小，灵敏度低。
2.2.3电接点压力表
作用：压力越限报警、控制。
结构：在普通弹簧管压力表上附加触点机构而成。 原理：当压力超过上限设定值时，动触点B和静 触点A接触，红色信号灯LH的电路被接通，使红灯
点亮。若压力低到下限设定值时，动触点B与静触
点C接触，绿色信号灯LL的电路接通,绿灯亮，依此 警示压力超限。而当压力回到上（下）限以内时，