第三章 力及压力测量-应变片
第三章 压力检测仪表
mm m dyn/cm2 lb/in2
常见压力传感器外形
工业压力变送器 数字压力变送器 通用压力变送器 隔离压力变送器 高温压力变送器 隔离压差变送器 隔离液位变送器 微压变送器 电容压力变送器 隔膜压力变送器 绝压变送器 双膜压差变送器
微型探针压力计 暖风空调压力计 湿式压力变送器 本安压力变送器
§3.1 概 述 一、测量过程与测量误差
1.测量过程：不论检测方法和仪表结构多么不同， 测量的实质都是将被测参数与其所对应的测量 单位进行比较的过程，而测量仪表是实现这种 比较的工具。尽管测量原理各式各样，但都是 将被测参数经过一次或多次能量的转换，最终 获得一种便于显示和传递的信号形式的过程。 例如：采用热电偶进行温度的测量 （温度－> 电流信号－>毫伏测量表指针偏转－>与温度标 尺进行比较）
示值之比，即：Y= Δ/ X0=(X-X0)/X0
二、检测仪表的性能指标
1. 准确度与允许误差
• 准确度（精度）：反映测量值与其真值的接近程度；
• 仪表的精度不仅与绝对误差（通常指各测量点绝对误 差中的最大值）有关，而且与仪表的测量范围有关， 因此，工业中不是用绝对误差来表示精度，而是用相 对百分误差δ或者允许误差δ允来表示， δ允越大，精度 越低，反之，精度越高。
OEM血压计
OEM压力芯片
压力计的分类与工作原理
工业压力计通常按敏感元件的类型及转换原 理的不同进行分类： • 液柱式压力计 • 活塞式压力计 • 弹性式压力计 • 电气式压力计
1. 液柱式压力计
测量原理： 根据流体静力学原理，将被测压力转换为液柱高度的 测量。 即：P=ρgh 所以 ： h=P / ρg
该类传感器利用电阻应变原理构成。（金属、半导体应变片两类） （1）当应变片产生压缩应变时，其阻值减小； （2）当应变片产生拉伸应变时，其阻值增加。 应变片式压力计将应变片阻值的变化，通过桥式电路转换 成相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他仪表显示出 被测压力的大小。
热工第3章 压力测量
U 改变铁芯与线圈之间的相对位置
差动变压器式（互感式）压力测量
次级线圈头尾对接 1：铁芯；2：初级线圈； 3：次级线圈；4：骨架
u=e1-e2
起始状态：铁芯处于中间e1=e2，u=0； 铁芯上移： e1↑e2↓，u>0； 铁芯下移： e1↓e2↑ ，u<0。
注意事项：
电源 i 、f 变大则灵敏度变大；但i 过大线 圈发热，f 过高则铁芯涡流损失变大。 由于两次级线圈不完全对称，S=0时有残存 电势。
3、仪表精确度的选取
按国家标准化系列规定生产，有： 0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，4七个等级。 通常（0.5~4.0)％精度压力表用于工业现场； 0.2％精度用于企事业单位作三等标准表。
[例3-1] 己知某测点压力约10MPa，要求其测量误差不超过 0.1MPa。试确定该测点用的压力表量程范围及精度等级？
4、保证仪表与取压口要在同一水平上 对于未预先调整仪表机械零位的压力 表，在使用中其读值应注意安装高度的 液柱修正。
[例3-3] 已知如图(a)和(b)的测压系统中，脉冲水密度 为ρ=988kg/m3，高度差H=10m，仪表指示压力 pd=40bar，大气压力为patm=1atm,试求图(a)和图(b)中 容器内介质绝对压力各为多少MPa？ 解：高度差压头 Hρg = 10×988×9.80665= 96889.7 Pa 对于图（a）: pabs= pd+ Hρg+patm = 40×105＋96889.7＋101325 ≈ 4.2 MPa 对于图（b）: pabs= pd -Hρg+patm = 40×105-96889.7＋101325 ≈ 4.0 MPa
热工测量仪表
教师： 朱红霞 Email： zhxia@
应变片式压力传感器工作原理
应变片式压力传感器工作原理应变片式压力传感器是一种常用的压力测量设备，它通过检测物体受力而产生的应变来测量压力大小。
其工作原理基于材料力学中的应变-应力关系。
应变片式压力传感器的工作原理可以分为两个主要步骤：应变测量和压力计算。
首先，应变片感知物体受力后产生的应变。
应变片是一种特殊的电阻材料，通常由金属或半导体材料制成。
当物体受力时，应变片会发生微小的形变，从而产生应变。
应变片上的电阻值会随着应变的变化而发生相应的变化。
为了测量应变片上电阻的变化，常用的方法是采用电桥电路。
电桥电路由四个电阻组成，其中一个电阻是变化的应变片电阻，其余三个电阻是固定的。
当应变片受到应变时，电桥电路中的电阻差会导致电压差的产生。
这个电压差可以通过测量电桥电路的输出电压来得到。
接下来，根据应变和压力之间的线性关系，可以通过压力传感器的校准曲线来将输出电压转换为压力值。
校准曲线可以通过实验测量获得，将已知压力值与输出电压值进行对应，获得一个压力-电压的关系曲线。
当测量到的输出电压通过校准曲线转换后，就可以得到物体所受的压力值。
应变片式压力传感器的精度和灵敏度主要取决于应变片的材料和几何形状。
常用的应变片材料有金属（如钢、铜、铝）和半导体材料（如硅）。
不同的材料具有不同的力学性质，因此适用于不同范围的压力测量。
此外，应变片的形状和布局也会影响传感器的灵敏度和响应速度。
需要注意的是，应变片式压力传感器在使用过程中还需要考虑温度对其性能的影响。
由于材料的热膨胀性质，温度变化会导致应变片的形变，从而产生误差。
为了解决这个问题，常见的方法是在应变片上加热敏电阻，通过测量电阻值的变化来补偿温度的影响。
应变片式压力传感器通过检测物体受力而产生的应变来测量压力大小。
其工作原理基于应变测量和压力计算两个步骤。
通过测量应变片上电阻的变化，并将输出电压转换为压力值，可以实现对压力的准确测量。
在实际应用中，还需要考虑材料的选择和温度补偿等因素，以提高传感器的性能和精度。
应变片测压应变
应变片测压应变
应变片测压应变的工作原理是将应变片粘贴在受力的物体表面，当物体发生形变时，应变片会感应到形变并产生相应的电压变化。
这个电压变化与物体的形变成正比关系，因此可以通过测量电压变化来计算物体的形变量。
具体来说，应变片是一种电阻应变计，它由金属丝构成，当金属丝受到拉力或压力作用时，其电阻值会发生变化。
这个电阻变化与金属丝所受的力成正比关系。
因此，将应变片粘贴在物体表面，当物体受到压力作用时，应变片会感应到物体的形变并产生相应的电阻变化。
通过测量电阻变化，可以计算出物体所受的压力大小。
常用的测量方法是使用电桥电路将应变片的电阻变化转换成电压信号，然后通过后续的信号处理和计算得到压力值。
应变片测压应变具有测量准确、响应速度快、使用方便等优点，因此在压力测量领域得到了广泛应用。
第三章过程检测技术误差及压力测量
引用 误 差:
δ=△max/ （x上 －x 下）=0.5%
三仪表的性能指标
1.精确度: 是衡量仪表准确程度的一个品质指标。数值上等于在规 定的正常情况下，仪表所允许的引用误差。
允
max x上 x下
100 %
k%
精确等级：将仪表允许的引用误差±号及%号去掉，和国家规 定的 精度等级比较后，确定仪表的精度等级 国家规定的精确度等级有：
。求出：
允
max x上 x下
100 %
k%
去掉%和±并与国家精度等级相比，取相等或高档的精度等级。
例3：
② 或判断现有的仪表精度等级是否满足工艺要求： 即仪表的量程N和精度等级都已知，判断仪表是否满足工艺要求。
先算出仪表的： △允max=N×δ% 再测出仪表的： △测max=X指－X0 再 比 较： △测max ≤ △允max 合格
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前言
●检测仪表：用来检测生产过程中工艺参数的技术工具。 ●感 传 器：将生产工艺参数转换为一定的便于传送的 信号（如气信号或电信号）的仪表。 ●变 送 器：当传感器的输出信号为单元组合仪表中规 定的标准信号时，如：气压信号（0.02～0.1MPa或电 压、电流信号（0～10mA或4～20mA） ，称为变送器
指
0
的 仪表的读数（标准表的指
示 值）
2 相对误差：某一点的绝对误 差与标准表在这一点的指示值 x0之比。
y x x0 100 %
x0
x0
3 引用误差：将绝对误差折合成仪表测量范围（量程范围）的百分 数
max 100 %
x上 x下
x上 ——仪表的测量上限 x下——仪表的测量下限
N——仪表的量程（x上－x下）
化工仪表自动化 【第三章】概述及压力检测及仪表
3.1 概述
测量工具不够准确
测量者的主观性
周围环境的影响等
3.1 概述
1.测量误差的定义 由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。 2.测量误差的表示方法
绝对误差
相对误差
xi：仪表指示值, xt：被测量的真值 由于真值无法得到 x：被校表的读数值， x x0 x0 ：标准表的读数值
导体也有霍尔效应，不过它们的霍尔电势远比半导 体的霍尔电势小得多。
3.2 压力检测及仪表
将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹 簧管压力传感器，如图3-10所示。 当被测压力引入后，在 被测压力作用下，弹簧管自由 端产生位移，因而改变了霍尔 片在非均匀磁场中的位置，使 所产生的霍尔电势与被测压力 成比例。 利用这一电势即可实 图3-10 霍尔片式压力传感器 现远距离显示和自动控制。
将检测的参数转换为一定的便 于传送的信号的仪表
变送器
传感器的输出为单元组合仪表 中规定的标准信号
3.1 概述
测量过程的实质： 将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。 测量仪表： 将被测参数经过一次或多次的信号能量变换，最终获得 一种便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式 显示。
第三章 检测仪表及传感器 3.2 压力检测及仪表
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1.压力的单位
压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。
F S 式中，p表示压力；F表示垂直作用力；S表示受力面积。 p
压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）
1Pa 1 N m2
1MPa 1106 Pa
3.2 压力检测及仪表
工程上除了（帕）外使用的压力单位还有：工 程大气压、物理大气压、汞柱、水柱等。 帕与汞柱和物理大气压的换算关系为：
华科 工程测试技术 4压力测量
-0.5
Kp=1：临界点，为 滞止压力； kp=0：ps1=ps 压力探针： Xh：3-8D, Xs：8-15D d/D=0.3
v
0
0.5 1
Xh
0 1D 2D 3D 4D
Xh
D
Xs
3.2稳态压力测量
二、流体静压的测量与静压探针 1、壁面静压测量
测压孔轴线 与壁面垂直 d=0.5～ 1.5mm
2 2
h—液面高度差；d—玻璃管径； D—大容器直径。由于D>>d， 故d2/D2可以忽略，则
∆p ≈ hρg
3.2稳态压力测量
3、斜管压力计 测量微小的压力时，将单管压力计的玻璃管制成斜 管。大容器通入被测压力 p1 ，斜管通大气压力 p2 ， 则
∆p ≈ hρg = Lρg sin α
L—斜管内液柱的长度； α—斜管倾斜角。 由于L>h， 比单管压力计更灵敏
3.3动态压力测量
金属应变片的电阻R为
R = ρ ⋅l / A
ρl
上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数
代入
l dR = dl − 2 dA + dρ A A A R = ρ ⋅l / A
dρ dl dA dR = R − R +R l A ρ
ρ
3.3动态压力测量
dR dl dA dρ = − + R l A ρ
3.2稳态压力测量
1、弹簧管压力计
测压范围为-105~ +109 Pa； 精确度可达±0.1％。
3.2稳态压力测量
2、膜片/膜盒式压力计 单膜片测压元件主要用于低压的测量。金属膜片/ 橡胶膜片；平面/波纹；膜片/膜盒 优点是：可测微压和粘滞性介质压力。
应变片式压力传感器测量桥路原理
应变片式压力传感器测量桥路原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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应变片工作原理
应变片工作原理应变片是一种常见的传感器，用于测量物体在力或压力作用下的应变情况。
它具有简单、灵敏、可靠等特点，在工程领域得到广泛应用。
下面将详细介绍应变片的工作原理。
一、应变片的结构和材料应变片通常由金属箔片制成，常见的材料有金属铜、铬镍合金等。
它的结构一般呈网格状或螺旋状，有时也会采用细线或导电胶片等形式。
应变片的尺寸和形状可以根据实际需要进行设计和制造。
二、应变片的工作原理应变片的工作原理基于金属的电阻随应变发生变化的特性。
当物体受到力或压力作用时，应变片会发生形变，导致其内部电阻发生变化。
根据应变片的电阻与应变之间的线性关系，可以通过测量电阻值的变化来确定物体所受力或压力的大小。
三、应变片的电桥测量原理为了提高应变片的灵敏度和准确度，通常将多个应变片组合成电桥进行测量。
电桥是由四个电阻组成的电路，其中两个电阻是固定的，另外两个电阻是应变片。
当物体受到力或压力作用时，应变片的电阻发生变化，导致电桥不平衡，产生电桥输出信号。
通过测量电桥输出信号的大小和方向，可以确定物体所受力或压力的大小和方向。
四、应变片的灵敏度和精度应变片的灵敏度和精度是衡量其性能的重要指标。
灵敏度是指应变片电阻变化与应变之间的关系，通常用单位应变引起的电阻变化来表示。
精度是指应变片测量结果与实际值之间的偏差，通常用百分比或小数表示。
为提高应变片的灵敏度和精度，需要注意以下几点：1.选择合适的应变片材料和结构，使其具有较大的应变灵敏度。
2.正确安装应变片，使其与被测物体紧密接触，避免应变传递的损失。
3.使用合适的电桥电路和测量仪器，提高测量的准确度和稳定性。
4.进行校准和调试，确保应变片的测量结果与实际值相符。
五、应变片的应用领域应变片具有广泛的应用领域，常见的应用包括：1.结构应变测量：用于测量建筑、桥梁、航天器等结构的应变情况，评估其安全性和可靠性。
2.力学实验：用于测量材料的应力-应变关系、材料的弹性模量等力学性能参数。
化工仪表第3章1压力检测
第二节 压力检测及仪表
在压力测量中，常有:表压、绝对压力、负压或真空 度之分。
p表 大气压力线
p表压 p绝对压力 p大气压力
P绝
P真 P绝 零线
图3-4 绝对压力、表压、负 压（真空度）的关系
当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度 来表示。
0～100℃的温度测量仪表才满足本题的测量要求。
检测仪表的主要性能指标
二、变差
在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对被测变量在全量程 范围内进行正反行程（即逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量 时，对应于同一被测值的仪表输出可能不等，二者之差的绝对 值即为变差。 变差的大小，根据在同一被测值下正反特性间仪表输出的最大 绝对误差和测量仪表量程之比的百分数来表示：
变差
最大绝对差值 测量范围上限值 测量范围下限值
100%
检测仪表的主要性能指标
三、灵敏度和灵敏限
仪表的灵敏度是表征仪表指针的线位移或角位移与引起这个
位移的被测参数的变化量的比值，即
灵敏度＝Δy/Δx
仪表的灵敏度-在数值上等于单位被测参数变化量所引起的 仪表的灵敏限-引起仪表指针发生动作的被测参量的最小变
慢常采用时间常数T和传递滞后时间（纯滞后时
间）τ两个参数表示（这两个参数的含义与上
一章中对象数学模型中的时间常数T和纯滞后时
间τ的数学含义是一致的）。 它们的存在会降低检测过程的动态性能，其中 纯滞后时间τ的不利影响远远超过时间常数T的 影响。
工业仪表的分类
1、按仪表使用的能源分类： 气动仪表、电动仪表、液动仪表
检测仪表的主要性能指标
力、扭矩和压力传感器
(a)短接式；(b)箔式；(c)用于扭矩测量；(d)用于流体压力测量
3.1 测力传感器 3. 应变片的材料 4. 应变片的粘贴工艺
粘贴工艺包括应变片的质量检查和阻值检查、试件表面处 理、定位划线、粘贴应变片、干燥固化、引线焊接、固定以 及防护与屏蔽处理等。
5. 应变片的工作特性及参数 1）灵敏系数
3.1 测力传感器 4．轮辐式力传感器： 10kN以上
F
F作用在轮毂顶部和轮圈底部，每根轮辐可等效为一端固 定、另一端承受 F / 4力和 Fl/8 力矩作用的等截面梁。两端断 面处产生的弯矩最大，应变片粘贴处的应变为：
M M 3 l ( -lx )F 2 2 E EW Ebh / 6 2 Ebh 2
R1 R2 ， R3 R4 —— 输出对称电桥
3.1 测力传感器 在实际应用中：
（ 1） R1 R2 R3 R4 R —— 全等臂电桥
R1 R2 R ， R3 R4 R —— 输出对称电桥 （ 2）
若 Ri Ri Ri ，且 R R，则
U R1 R2 R4 R3 Uo ( ) 4 R1 R2 R4 R3
2）试件材料和敏感栅材料线膨胀系数的影响
(
Rt
R
) 2 S ( 1 2 ) t
由温度变化引起的总电阻相对增量为：
Rt
R
[ t S ( 1 2 )] t
相应的热输出为： t
Rt / R
S
t
S
t ( 1 2 ) t
3.1 测力传感器 2. 温度补偿
90%
3.1 测力传感器
2）假设试件内的应变波按正弦规律变化。设应变波的波长为 ，应变片两端点的坐标为 x1和x2 ，于是沿应变片基长 l 内测得的平均应变为：
热工测试技术第3章 压力测试技术
第2节 稳态压力的测量
不同型式总压管对气流偏斜的敏感性
18
第2节 稳态压力的测量
常用总压管 单点L型总压管
制造方便，使用、安装
简单，支杆对测量结果
影响小，其缺点是不敏
感偏流角较小，一般为
10° ～ 15° ， 如 果 将 孔
口加一个扩张角，则可
加大至25°～30°。
19
第2节 稳态压力的测量
AA11
llllssiinn
aa)
g(
A22 A11
ssiinnaa))ll
35
第3节 稳态压力指示仪表
倾斜角度越小，l越长，测量灵敏度就越高；但不可太 小，否则液柱易冲散，读数较困难，误差增大。
这种倾斜管液柱式压力计可以测量到0.98Pa的微压。 为了进一步提高微压计的精确度，应选用密度小的酒 精作为工作液体。
传送部分
感受部分
16
第2节 稳态压力的测量
总压的测量方法及不敏感偏流角 用于总压测量的测压管称为总压管。 总压管的一端管口轴线对准气流方 向，另一端管口与二次仪表相连， 这样便可测出被测点的气流总压与 大气压之差。 要求管口无毛刺，壁面光洁；并要求 管口轴线对准来流方向。
习惯上取使测量误差占速度头1%的偏流角αp作为总压管的不 敏感偏流角，αp的范围越大，对测量越有利。
大。梳状凸嘴型总压管和耙状总压管的不敏感偏流角αp较小；凹 窝型的αp较大，但测量精度受气流扰动的影响较大；带套型的αp 最大，但结构较复杂。在实际使用时要根据具体情况选用。 21
第2节 稳态压力的测量
附面层总压管 一般取 h=0.03～0.1mm H=0.1 ～ 0.18mm 。
22
第2节 稳态压力的测量
化工仪表与自动化第五版第三章作业与答案
第三章1．什么是真值？什么是约定真值？相对真值？答：真值是一个变量本身所具有的真实值，它是一个理想的概念，一般是无法得到的。
所以在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。
约定真值是一个接近真值的值，它与真值之差可忽略不计。
实际测量中以在没有系统误差的情况下，足够多次的测量值之平均值作为约定真值。
相对真值是指当高一级标准器的误差仅为低一级的1/3~1/20时，可认为高一级的标准器或仪表示值为低一级的相对真值。
2．什么叫仪表的基本误差、测量误差和附加误差?有何区别?答：仪表的基本误差是指在规定条件下仪表的误差。
仪表在制造厂出厂前，都要在规定的条件下进行校验。
规定条件一般包括环境温度、相对湿度、大气压力、电源电压、电源频率、安装方式等。
仪表的基本误差是仪表本身所固有的，它与仪表的结构原理，元器件质量和装配工艺等因素有关，基本误差的大小常用仪表的精度等级来表示。
使用仪表测量参数时，测量的结果不可能绝对准确。
这不仅因为仪表本身有基本误差，而且还因为从开始测量到最后读数，要经过一系列的转换和传递过程，其中受到使用条件、安装条件、周围环境等一系列因素影响，也要产生一定的误差。
所以在很多情况下，仪表的显示数值与标准值(真实值)之间存在着一个差值，这个差值称为测量误差。
通常情况下，仪表的测量误差大于基本误差，因为测量过程还产生-二些附加误差。
附加误差是仪表在非规定的参比工作条件下使用时另外产生的误差。
如电源波动附加误差，温度附加误差等。
3．什么是仪表的反应时间?用什么方法表示?答：当用仪表对被测量进行测量时，被测量突然变化以后，仪表指示值总要经过一段时间后才能准确地显示出来。
反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快地反应出参数变化的品质指标。
反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。
反应时间的表示方法有两种。
(1)当输入信号突然变化一个数值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新稳态值。
仪表的输出信号(即指示值)由开始变化到新稳态值的63．2％所用的时间，即为反应时间。
请简述应变片的原理及应用
应变片的原理及应用1. 应变片的原理应变片（Strain Gauge）是一种电阻型传感器，主要用于测量物体的应变。
应变片通过被称为应变的物理量来检测应变，应变是指物体在受到力或外力作用下发生的长度变化。
应变片的原理建立在所谓的电阻应变效应上。
电阻应变效应是指当应变片受到应变时，其内部电阻发生变化。
这是因为应变片通常由金属箔片制成，当应变作用在金属表面时，金属的形状会发生改变，从而改变了金属箔片的长度和面积，进而改变了它的电阻。
应变片通常包含一个金属箔片电阻，通过粘贴或焊接到需要测量应变的物体上。
当应变作用在物体上时，应变片内部的电阻发生变化。
这个变化可以通过通过变化的电阻值来测量。
2. 应变片的应用应变片被广泛应用于工程和科学领域，用于测量材料的应变和压力、负荷等力学量。
以下是一些常见的应变片应用：2.1 压力传感器应变片被用作压力传感器的核心组件。
应变片可以将物体受到的压力转换成电信号。
通过测量应变片的电阻变化，可以得到物体受到的压力大小。
这种技术在工业领域、汽车工程和航空航天等领域中被广泛应用。
2.2 应力分析应变片可以用于应力分析，即测量物体受到的内部力的大小和分布情况。
通过将应变片粘贴或焊接到需要测量的物体表面上，可以测量物体在受力条件下的应变情况。
结合物体的几何形状，可以计算出物体受力的大小和方向。
2.3 称重传感器应变片被广泛应用于称重传感器领域。
通过将应变片安装在称重装置上，可以测量出物体的重量。
当物体放在称重装置上时，应变片受到物体重力的作用，从而发生应变。
通过测量应变片的电阻变化，可以得到物体的重量值。
2.4 疲劳测试应变片在材料和结构疲劳测试中也发挥着重要的作用。
通过测量应变片在材料或结构受到循环载荷作用下的变化，可以分析材料或结构的疲劳性能。
2.5 雷达、声纳应变片可用于雷达和声纳系统中，用于测量天线或声纳振动的应变变化。
通过测量应变片的电阻变化，可以得到天线或声纳振动的变化情况，从而实现对目标的检测和追踪。
中国石油大学化工检测仪表第三章 压力测量
当绝对压力大于大气压时，一般用表压表示； 绝对压力小于大气压时，一般用真空度表示。
基本概念
三、压力仪表分类：根据信号传输方式 1. 就地指示式：液柱式、弹管压力表 2. 远传信号式：电阻式、电容式、霍尔式、电感式等
第二节 就地指示压力测量仪表
3.2.1 液柱式压力计 3.2.2 弹性式压力计
3.2.1 液柱式压力计
四、 液柱式压力计特点 （1） 就地指示，简单直观 （2） 测量低压（差压）
（3）常用于实验室，因不能耐高温、易碎，现场很少用
（4）因工作液不同，液柱表面会出现弯月现象，正确的读数方法： 浸润性工作液:读取凹月 面的最低点；
非浸润性工作液:读取凸 月面的最高点。
3.3.2 弹性式压力计
ห้องสมุดไป่ตู้
三、电接点压力表 在普通弹簧管压力表的基础 上附加两个静触点1和2，触点 位置可根据要求的压力上、下 限数值设定。 指针3为测量值，是动触点， 在动、静触点之间接入电源。 压力超限时，动、静触点闭 合，报警回路接通，信号灯亮 （蜂鸣器响）发出报警信号。 还可经中间继电器实现某种信号联锁控制或位式控制。
3.2.1 液柱式压力计
一、U型管压力计
根据静力平衡原理可知，在U形管2-2截面上 左右压力平衡
被测介质 ρ´
教材是力平衡：PA ghA ghA PA A 有问题
P gh gh PA
g — 重力加速度； PA — 相对较低的压力或大气压； P — 相对较高的压力。
结论：
x k1 P
k1 ↑ →量程↓
K1由若弹簧管横截面几何形状、刚度决定，则 P↑→ x↑ 可据位移x变化测量压力P。
刚度↑→ k1↓→量程↑ 弹簧管长度↑→ k1 ↑ →量程↓ 用于小量程（多圈弹簧管）
应变片测试原理及在实际工程中的应用
应变片测试原理及在实际工程中的应用应变片是一种用于测量物体变形和应力的传感器。
它由一个薄而灵活的材料制成，常用的材料包括金属，如铜和铬镍合金，以及聚合物，如聚酰胺。
当物体受到力或压力时，应变片发生形变，形成应变，然后应变片根据形变的大小产生电阻或电压的变化。
应变片的工作原理是基于金属材料的一个重要性质，即电阻随着其长度和横截面积的变化而改变。
当应变片受到外力作用时，它会发生形变，长度和横截面积会发生变化，导致电阻值发生变化。
一般情况下，应变片的电阻值与应变成正比，可以通过测量电阻值的变化来确定应变的大小。
在实际工程中，应变片被广泛应用于应力和变形的测量。
下面是一些常见的应用例子：1.结构工程：应变片可以用于测量建筑物、桥梁、隧道等结构体的应力分布和变形情况。
通过安装在结构体上的应变片，可以实时监测结构体的受力状况，从而判断其是否超过了设计极限。
2.汽车工业：应变片可以用于测量汽车结构中的应力和变形，在汽车碰撞测试中起到重要作用。
通过安装在车身、座椅等部位的应变片，可以检测到碰撞力的传递路径和程度，为汽车的安全设计提供重要参考。
3.航空航天工业：应变片在航空航天领域被广泛应用于机身、机翼、发动机等部件的应力和变形测量。
通过在关键部位安装应变片，可以对飞行器在恶劣环境下的应力状况进行监测，为结构设计和材料选择提供指导。
4.压力传感器：应变片可以用于制作压力传感器，常见的例子是称重传感器。
应变片被安装在称重传感器的弹性结构上，当物体施加在传感器上时，结构会发生弯曲形变，导致应变片发生形变，进而测量出物体的重量。
总之，应变片测试原理是基于材料的电阻随长度和横截面积变化的特性，当受到力或压力时，应变片会发生形变，产生电阻或电压的变化。
在实际工程中，应变片广泛应用于结构工程、汽车工业、航空航天工业以及压力传感器等领域，用于测量应力和变形，为设计和生产提供重要参考。
《热能与动力工程测试技术（第3版）》俞小莉（试卷及其答案）
《热能与动力工程测试技术》试题I姓名：学号：专业：得分：一、填空题（填空题（2020分，每空1分）1.1.和共同表达了测量系统的频率响应特性。
和共同表达了测量系统的频率响应特性。
2.2.与之差称为误差。
与之差称为误差。
3.3.当激光照射到跟随流体一起运动的微粒上时，与之间的频率偏离量称作多普勒频移。
当激光照射到跟随流体一起运动的微粒上时，与之间的频率偏离量称作多普勒频移。
4.4.电磁流量计（简称电磁流量计（简称EMF EMF）是基于进行工作的。
）是基于进行工作的。
5.光电式转速传感器是利用光电元件对光的敏感性来测量转速的，可分为、两种。
6.6.测振系统分为、以及。
测振系统分为、以及。
7.7.传声器是一种声传声器是一种声传声器是一种声--电信号转换器件，有、和等种类。
8.8.温标有、温标有、、和四种。
9.9.就大多数测量而言，其随机误差都服从规律。
就大多数测量而言，其随机误差都服从规律。
二、是非题（是非题（1010分，每题2分）1.振动测量的主要参数为位移、速度、加速度。
（）2.从本质上讲，液位测量是一门检测气体-液体之间分界面的技术。
（）3.3.差压式液位计的理论依据是可压缩流体（液体）的静力学原理。
差压式液位计的理论依据是可压缩流体（液体）的静力学原理。
（）4. A 计权网络模拟人耳40phon 等响度曲线设计，主要衰减人耳不敏感的低频声音，对中频段声音有一定衰减。
（）5. 声功率级不能直接测得，可在一定条件下利用声压级进行换算。
（）三、简答题（共35分）1.1.测量系统的输出量与输入量之间关系可采用传递函数表示，测量系统的输出量与输入量之间关系可采用传递函数表示，试说明串联环节、并联环节及反馈联接的传递函数的表示方法。
（10分）2.2.什么叫做传递误差？为何测量系统中采用负反馈可以提高测量精度？（什么叫做传递误差？为何测量系统中采用负反馈可以提高测量精度？（什么叫做传递误差？为何测量系统中采用负反馈可以提高测量精度？（1010分）分）3.3.试说明为何水银温度计可作为精密标准温度计？（试说明为何水银温度计可作为精密标准温度计？（试说明为何水银温度计可作为精密标准温度计？（55分）分）4.4.简述光纤流量计和超声波流量计的工作原理、特点。
力学量检测技术
0.980665
1×104
0.9678
1
0.73556 ×103
1.422398 ×10
毫米汞柱 (mmHg)
1.333224 ×102
1.333224 ×10-3
1.35951 ×10
1.316 ×10-3
1.35951 ×10-3
1
1.934 ×10-2
磅力/英吋2 (lbf/m2)
通过调整螺钉可以改变连杆与扇形齿轮的接合点位置，从而改变放大比，调整仪表的量程。转动轴上装有游丝，用以消除两个齿轮啮合的间隙，减小仪表的变差。直接改变指针套在转动轴上的角度，就可以调整仪表的机械零点。 弹簧管压力计结构简单,使用方便，价格低廉，测压范围宽，应用十分广泛。一般弹簧管压力计的测压范围为 105～109Pa；精确度最高可达±0.1％。 弹性压力计信号远传方式 弹性压力计可以在现场指示，但是许多情况下要求将信号远传至控制室。一般可以在已有的弹性压力计结构上增加转换部件,实现信号的远距离传送。弹性压力计信号多采用电远传方式，即把弹性元件的变形或位移转换为电信号输出。常见的转换方式有电位计式、霍尔元件式、电感式、差动变压器式等，图3-5给出两种电远传弹性压力计结构原理。
0.75006 ×10-2
1.450442 ×10-4
巴 (bar)
1×105
1
1.019716 ×104
0.9869236
1.019716
0.75006 ×103
1.450442 ×10
毫米水柱 (mmH2O)
0.980665 ×10
0.980665 ×10-4
1
0.9678 ×10-4
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2) 试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响
当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时, 不论 环境温度如何变化, 电阻丝的变形仍和自由状态一样, 不会产生附加变形。 当试件和电阻丝膨胀系数不同 时, 由于环境温度的变化, 电阻丝会产生附加变形, 从 而产生附加电阻。
4.接引线
引出导线要用柔软、 不易老化的胶合物适 当地加以固定，以防 止导线摆动时折断应 变片的引线。然后在 应变片上涂一层柔软 的防护层，以防止大 气对应变片的侵蚀， 保证应变片长期工作 的稳定性。
应变片的应用——力及压力传感器
1 应变式力传感器
1. 柱（筒）式力传感器
2 环式力传感器 被压缩
2. 电阻应变片的温度补偿方法
电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补 偿法和应变片自补偿两大类。
1) 线路补偿法
若实现完全补偿, 上述分析过程必须满足四个条件:
① 在应变片工作过程中, 保证R3 =R4。 ② R1和RB两个应变片应具有相同的电阻温度系 数α, 膨胀系数β, 应变灵敏度系数K和初始电阻值R0。 ③ 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被 测试件材料必须一样, 两者线膨胀系数相同。 ④ 两应变片应处于同一温度场。
（4） 粘结剂
用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起 。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构 件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后的表面应变传 递给应变计的基底和敏感栅。
常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低 温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅 树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸盐 、硅酸、硼酸盐等。
（大m气m压Hg）”、（“a毫tm米）水、柱”“（巴mm”H（2O）ba、r“）标、准 “PSI” ）、“PSI”（“磅力每平方英寸 ）
1 kgf/cm2 = 0.9807×105Pa 1mmH2O = 0.9807×10Pa 1 mmHg = 1.332×102Pa 1atm = 1.01325×105Pa 1bar=105Pa 1 PSI=6.89×103Pa
斜拉桥上的斜拉绳应变测试
四、应变片的测量电路
金属应变片的电阻变 化范围很小，如果直接用 欧姆表测量其电阻值的变 化将十分困难，且误差很 大。常利用桥式测量转换 电路将R /R转换为输出 电压U0。
1、桥式测量转换电路工作方式
① 单臂电桥 双臂电桥 四臂全桥
单臂电桥
R1为应变片， R2 、 R3、R4为 固定电阻 。
2、压力的表示
绝对压力PJ
大气压力PD
表压力PB 1 PB= PJ －PD
真空度PZ（负压）
PZ＝ PD－ PJ
0
表压
绝对 压力
大气压力线
1
负压
真空度
绝对压力的零线
绝对 压力
二、应变式传感器
1、应变片的工作原理
我们可以做这样一个较简单的实验：取一根细电阻丝， 记下其初始阻值（图中为10.01）。当我们用力将该电 阻丝拉长时，会发现其阻值略有增加（增加到为 10.05）。测量应力、应变、力的传感器就是利用类似 的原理制作的。
双臂电桥
R1、 R2为应变片，R3、 R4为固定电阻 。应变 片R1 、R2 感受到的 应变1~2以及产生
的电阻增量正负号相 间，可以使输出电压
Uo成倍地增大。
试 件
四臂全桥
全桥的四个桥臂都为应变片， 如果设法使试件受力后，应变
片R1 ~ R4产生的电阻增量（或 感受到的应变1~4）正负号相 间，就可以使输出电压Uo成倍
地增大。上述三种工作方式中， 全桥四臂工作方式的灵敏度最 高，双臂半桥次之，单臂半桥 灵敏度最低。采用全桥（或双 臂半桥）还能实现温度自补偿。
3、 应变片的温度误差及补偿
a. 应变片的温度误差
由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差, 称为应变片的温度ห้องสมุดไป่ตู้差。 产生应变片温度误差的主要因素有:
电阻温度系数的影响
应变片温度误差
材料与应变片 膨胀系数不同
1) 电阻温度系数的影响 敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式
表示：
Rt=R0（1+α0Δt） 式中: Rt——温度为 t ℃时的电阻值;
R0——温度为t 0℃时的电阻值; α0——金属丝的电阻温度系数; Δt——温度变化值, Δt=t -t0。 当温度变化Δt时, 电阻丝电阻的变化值为
2
14
3
1—等 强 度 梁 ； 2—质 量 块 ； 3—壳 体 ； 4—电 阻 应 变 敏 感 元 体
图3-17 电阻应变式加速度传感器结构图
测量原理：将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被 测物体以加速度a 运动时，质量块受到一个与加速度方向 相反的惯性力作用， 使悬臂梁变形，该变形被粘贴在悬臂 梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电 阻发生变化。 电阻的变化引起应变片组成的桥路出现不平 衡，从而输出电压， 即可得出加速度a值的大小。
• 用应变片测试应变时，将应变片粘 贴在试件表面。当试件受力变形后， 应变片上的电阻丝也随之变形，从 而使应变片电阻值发生变化，通过 测量转换电路最终转换成电压或电 流的变化。
三、应变片的种类
1、金属应变片（应变式压力传感器） （1）金属丝式 （2）箔式 （3）薄膜式 2、半导体应变片（压阻式压力传感器）
设有一长度为、截面积为A、半径为r、电阻率为 的金属单丝，它的电阻值R可表示为
R
l A
l
r2
当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）时
，上式中、r、l都将发生变化，从而导致电阻值R发生
变化。
例如
（1）金属丝受拉时，l将变长、r变小，均导致R变大； （2）某些半导体受拉时,将变大，导致R变大。
由金属细丝绕成栅形。电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、 200Ω等多种规格，以120Ω最为常用。
对敏感栅的材料的要求： ①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数； ②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片； ③电阻温度系数要小； ④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强； ⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度； ⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材； ⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。 对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。
应变式荷重传感器的
外形及应变片的粘贴 F
位置
R4
R
R1
2
应变式荷重传感器外形及受力位
置F F
应变式荷重传感器外形及受力位置
F
F
荷重传感器原理演示
荷重传感器 上的应变片 在重力作用 下产生变形。 轴向变短， 径向变长。
汽车衡
汽车衡称重系统
电子秤
远距离 显示
磅秤
超市打印秤
电子天平
电子天平的精度 可达十万分之一
料而言，由于其感受到应变时，电阻率 会产生很大的变化，所以灵敏
度比金属材料大几十倍。
二、应变片的结构
与材料
由敏感栅1、基底2、盖片3、引线4和粘结剂等组成。 这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因 此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。
43
b
2
l
栅宽
1 电阻应变片结构示意图 栅长
（1） 敏感栅
• 半导体应变片是用半导体材料制成的, 其工 作原理是基于半导体材料的压阻效应。所 谓压阻效应，是指半导体材料在某一轴向 受外力作用时, 其电阻率ρ发生变化的现象。
•
• 半导体应变片的灵敏度特别高，但是对温 度敏感.
应变片具有体积小、价格便宜、精度高、频率响应好等 优点，被广泛应用于工程测量及科学实验中。
适用范围：不适用于频率较高的振动和冲击场合， 一 般适用频率为10~60 Hz范围。
1、应变片测量力的原理是什么？
2、应变片有哪几种类型？
3、单臂、半桥和全桥电路的灵敏度有怎样的倍数关系？谁的灵 敏度最大？
4、如右下图是一个圆柱体弹性元件，A、B、C、D是四个应变 片，观察他们粘贴的位置后判断四个应变片在电桥中应怎样连接？ 画出电桥电路来说明.
2、 应变式压力传感器
应变式压力传感器主要用来测量流动介质的动态或静态压 力。如动力管道设备的进出口气体或液体的压力、发动机内部 的压力变化, 枪管及炮管内部的压力、内燃机管道压力等。 应 变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。
应变式力传感器
F
F
F
F
各种悬臂梁
F
F
固定点
固定点
电缆
人体 秤
吊钩秤
便携式
应变式数显扭矩扳 手
可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械 制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的 装配扭矩。量程2~500N.m，耗电量≤10mA， 有公制/英制单位转换、峰值保持、自动断电等 功能。
3.4.4 应变式加速度传感器 用于物体加速度的测量。
依据：a=F/m。
1.什么是压力
垂直作用在单位面积上的力称压力。 在国际单位制（SI）和我国法定计量单位 中，压力的单位是“帕斯卡”，简称 “帕”，符号为“Pa”。
1Pa
1N / m2
kgm 1 m2s2
1kgm1s2
即1N的力垂直均匀作用在1m2的面积上所 形成的压力值为1Pa。
其他压力单位： “工程大气压力”（kgf/cm2）、“毫米汞柱”
（2） 基底和盖片
基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片 既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基 底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。
（3） 引线
是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。对引线材料的性 能要求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊 接。大多数敏感栅材料都可制作引线。