热工量电测法

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第11章 热工量电测法

11.1 压力和差压的电测法

11.1.1 压力的概念、单位和测量方法 一、压力的概念和术语

压力――流体介质作用于单位面积的力 压力术语间的关系――图11-1-1

1、绝压P a ――是相对于绝对真空(绝对零压力)所测得的压力

2、表压P g ――b a g P P P -= b P ——大气压力

3、负压P v ――v b a P P P =-

真空度V ――低于大气压力的绝对压力 4、差压Pd ――两个压力之间的差值

二、压力单位 2

/11m N P a =

三、压力测量方法

1、压力平衡法

(1) 砝码压力平衡式――活塞式压力计 (2) 液体压力平衡式――液柱式压力计

2、弹性变形法――弹性式压力计（应用最普遍）

3、电测法

(1)直接法，如压电式压力传感器，压阻式、压力传感器。 (2)间接法――以压力敏感型弹性元件作为敏感器配接传感器，

11.1.2压力敏感器

――能够将压力转换为应变和位移的弹性敏感元件

一、弹簧管 图11-1-2

弯曲成C 形的空心扁管，一端与接头相连，另一端(自由端)密封 二、波纹管 图11-1-3

带同心环状波形皱纹的薄壁圆管，一端开口，另一端(自由端)封闭 三、膜片

用金属或非金属制成的圆形薄片。平膜片――断面是平的 图11-1-4（a ）

波纹膜片――断面呈

波纹状 图11-1-4（b ）

四、膜盒：两个膜片边缘对焊起来，构成膜盒(图11-1-4c)。

几个膜盒连接起来，组成膜合组(图11-1-4d)

五、薄臂圆筒 图11-1-5

壁厚一般都小于圆筒直径的1/20，圆筒的一端开口，一端不通， 筒壁在圆周方向和轴向上的应变均与压力P 成正比。 11.1.3压力的电测法 一、应变式压力传感器

共同点：将应变片粘贴到压力敏感型弹性元件上，由弹性元件或弹性元件

组合将压力转换为应变，再由应变电桥将应变转换为电压输出。

1、膜片式压力传感器 图11-1-6

2、筒式压力传感器 图11-1-7

3、组合式压力传感器 图11-1-8 二、位移式压力传感器

共同点：将位移传感器的可动部分与压力敏感型弹性元件的自由端连在一起，

压力敏感型弹性元件将压力转换为位移，再由位移传感器将位移转换为电量，

1、 电容式压力传感器 图11-1-9

2、 电感式压力传感器 图11-1-10

3、 电位器式压力传感器 图11-1-11

4、 霍尔式压力传感器 图11-1-12

5、光电式压力传感器 图11-1-13 三、谐振式压力传感器——振弦式 图11-1-14 １、振弦式压力传感器 图11-1-14 ２、振膜式压力传感器 图7－4－8 ３、振筒式压力传感器 图7－4－5 四、压阻式压力传感器——图11-1-15

硅膜片上做四个相等的电阻，经蒸镀铝电极及连线，接成惠斯登电桥。 五、压电式压力传感器——图11-1-16

薄壁筒底承受外部压力为 F P A =⋅ 压电晶片组所受力F 1与外部压力F 之比为

121

11/F F k k =+ 11.1.4差压电测法

一、差压敏感器——把差压转换为应变或位移

测量膜片应变或中心点位移与测量膜片两侧压力差成正比

二、电容式（位移式）差压传感器 图9－4－6

公共动极板将两侧压力差转换成位移，使两电容差动变化与压差成正比。

P K P P K C C C C L H ∆=-=+-)(2

12

1

三、应变式差压传感器――测量膜片应变与两侧压力差成正比 1、应变式――应变片粘贴在膜片上 图11-1-6

2、硅压阻式――在硅膜片上制作应变电阻 图11-1-15

3、金属薄膜式――薄膜应变电阻直接制作在金属膜片上

11.2温度电测法

11.2.1温度的概念、单位和测量方法 一、温度的概念

温度是表征物体冷热程度的一种物理量，是物体内部分子无规则运动剧烈程度的标

志。

二、温度的单位

摄氏温度t ℃和华氏温度θ°F 的换算公式为：

5

(32)9

t θ=-

国际开尔文温度T(K)和国际摄氏温度t(℃)，二者的换算公式为

273.15t T =-

三、温度测量方法

１、 接触式――温度传感器与被测物体发生接触 ２、 非接触式――温度传感器与被测物体不发生接触

11.2.2接触式测温法

一、将温度转换为非电量——温度敏感器

1、热膨胀式――将温度转换成位移

液体膨胀式 酒精温度计、水银温度计

固体膨胀式——热敏双金属元件 图11-2－1

自由端的弯曲挠度21212

34l t h h ααδ-=

⋅⋅⋅∆+ 2、压力式——将温度转换为压力 二、将温度转换为电量——温度传感器 1．热电阻和热敏电阻 2．热电偶

3．半导体PN 结

4．集成温度传感器：电流型、电压型、数字型

11.2.3温度和温度差的电测法 一、单点温度的电测法 １、采用热电阻或热敏电阻

图11-2-2 RP 用于调满度，R o 用于调零 图11-2-5 RP 8为满度调整电阻

图11-2－3是三线连接法，消除连接导线电阻造成的测量误差。

图11-2-4是四线连接法，消除连接导线电阻和电位器接触电阻造成的测量误差。

2、采用热电偶