压力的检测

2. 压力检测的方法 (1) 液柱式平衡法 这种方法是基于流体静力学原理， 一定高度的液柱所产生的压力，与被 测压力相平衡的原理测量压力的，常 用的工作液体为蒸馏水、水银和酒精， 如U型管压力计。


(2) 负荷式平衡法 负荷式平衡法是基于重力平衡 原理，主要形式为活塞式压力计。被 测压力与作用于已知活塞有效面积上 的砝码重量相平衡。由于活塞和砝码 均可精确加工和测量，因此这类压力 计的误差很小，常被用来作压力量值 的传递器具和压力计量标准。

(3)变极距型电容传感器
测压原理


变极距型如图所示，其中一个极板 固定，另一个极板可动。 初始电容量为：
S C0 d0

当被测压力带动可动极板移动，间 距减小d时，电容量变化为：
d C0 (1 ) d0 S S C d 2 d 0 d d (1 d ) 1 2 0 d0 d0
主要内容


基本原理 结构类型 测量电路 电容式压力传感器
(一).基本原理与结构类型


电容式传感器实际上是具有可变 参数的电容器。 由两个平行极板组成的电容器,若 当忽略边缘效应，其电容量C为：

+ + +
S
C
S
d

0rS
d
d

当被测量使d、S和变化时，都会引 起电容量C的变化，如果保持其中的 任意两个参数不变，而仅改变另一个 参数，就可把该参数的变化变换为单 一电容量的变化，再通过配套的测量 电路，将电容的变化转换为电信号输 出.
1、电容式传感器结构类型
（1）变面积型电容传感器
（2）变介电常数型
表：几种介质的相对介电常数

常用于检测片状 材料（纸张、绝缘 膜）的厚度，及固 体物质(粮食\纺 织品\木材或煤等) 的湿度。 当某种介质在A、 B之间运动时，电 C C S 1 2 0 1 容输出（串联）与 C C C ( d d ) ( ) d 介质参数之间地关 1 2 1 0 1 0 1 1 系为：

当动极板移动x时，有
S C1 d0 x
S C2 d0 x
U SC
U x 2 d0

电桥输出电压与输入位移成线性关系， 由于电桥输出电压与电源电压成比例， 因此要求电源电压波动极小，桥压必须 稳定。同时必须后接高输入阻抗放大器 将信号放大后才能测量。

当d《d0时： C C
d ) 0 (1 d0

由上式可得单个变极距型电容式传感 器的灵敏度为： C C C C S 0 0 K
d d
2 d d 0 0


灵敏度K与极距平方成反比，极距愈 小，灵敏度越高，一般通过减少初始 极距来实现。所以变极距型电容传感 器在设计时要考虑满足d《d0的条 件，且一般d只能在极小的范围内 变化，才能减少非线性。 在实际应用中，为了提高灵敏度，增 大线性工作范围，常采用差动结构。
3.3.2 电容式压力检测



电容式压力传感器是以各种类型电容器作 为敏感元件，将被测压力的变化转化为电 容量的一种传感器。 结构简单、高分辨力、可非接触测量，并 能在高温、辐射和强烈震动等恶劣条件下 工作，这是它独特优点。 随着集成电路技术和计算机技术的发展， 促使它扬长避短，成为一种很有发展前途 的传感器

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变压器电桥，C1、C2是差动电容传感器的两个电容作 为两个桥臂，另外两个桥臂是变压器两个严格对称的 次级线圈，当电桥输出端开路时，电桥输出电压为 ：
U SC U = 2
UZ 2 U Z1 Z 2 2 Z 2 Z1 U Z1 Z 2 2 C1 C2 C1 C2
(二) 测量电路


电容式传感器将被测量转换为电容的 变化后，必须由后续测量转换电路转 换为电压、电流或频率信号。 目前常用的转换电路有电桥电路、谐 振电路、调频电路、差动脉冲调宽电 路、运算放大器式电路等。
（1）电桥电路

将电容传感器接入交流电桥作为电桥 的一个臂或两个相邻臂，另两个臂可 以是电阻、电容或电感 。
主要内容


压力的概念及检测方法 电容式压力检测 固态压阻式压力检测 霍尔式压力检测 压力变送器
3.3.1压力的概念及检测方法
1.压力的概念 在工程技术中，压力是指流体介 质作用于单位面积上的力，物理学中 称为压强。 由于参照点不同，工程表示方法： (1)绝对压力 (2)大气压力 (3)表压 力 (4)负压 (5)差压(压差)

3.3 压力的检测
压力测量广泛地应用于动力机械、石油 化工、航空航天、国防及科学实验、生物医 疗等领域，是工业生产过程中计量和控制的 重要工艺参数之一.正确地测量和控制压力 是保证工业生产过程良好地运行，达到高产 优质低耗及安全生产的重要环节，其计量准 确程度直接影响到生产的经济效益和能源的 利用率。
测量范围 0～98.1MPa
测量范围 0～0.981MPa
薄膜式
平薄膜
x
波纹膜
x
挠性膜
Px x
Px
Px
测量范围 0～ 98.1MPa
测量范围 0～ 0.981MP a
测量范围 0～ 0.0981M Pa

(4) 电测量法 电测量法利用敏感元件在压力的 作用下，发生某些物理特性变化，将 被测压力直接转换为各种电量来测量。 如压电式、应变式、压阻式、位移式 压力传感器等等。电测压力计具有动 态响应快，测量范围宽、准确度高、 便于远传和自动控制等特点。
压力的检测
3 ）使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测 量 。 A. 人的体重 B. 车刀的压紧力 C. 车刀在切削时感受到的切削力的变化量 4 ）动态力传感器中，两片压电片多采用 接法， 可增大输出电荷量；在电子打火机和煤气灶点 火装置中，多片压电片采用 接法，可使输出 电压达上万伏，从而产生电火花。 A. 串联 B. 并联 C. 既串联又并联

(3)弹性变形法 弹性变形法是利用弹性元件受 压力作用发生弹性变形，通过传动放 大机构把该弹性变形转换为刻度盘指 针位移来测量被测压力.这种弹性式 压力计结构简单、测量范围大，价格 便宜，如弹簧管压力计、波纹管差压 计等。
弹簧管式 单圈弹簧管 多圈弹簧管
x
波纹管式 波纹管
x
Px x
Px
Px
测量范围 0～981MPa