建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)第5章壓力測(cè)量

1、1第五章第五章 壓力測(cè)量壓力測(cè)量 5.1 概述概述5.2 液柱式壓力計(jì)液柱式壓力計(jì)5.3 彈性壓力計(jì)彈性壓力計(jì)5.4 電氣式壓力檢測(cè)電氣式壓力檢測(cè)5.5 壓力檢測(cè)儀表的應(yīng)用與校準(zhǔn)壓力檢測(cè)儀表的應(yīng)用與校準(zhǔn)25.1 概述概述 o壓力：垂直作用在物體單位面積上的力。壓力：垂直作用在物體單位面積上的力。o絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力= =表壓力表壓力+ +大氣壓大氣壓 如果絕對(duì)壓力高于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，則高出的部分為正壓；如果絕對(duì)壓力高于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ瑒t高出的部分為正壓；如果如果絕對(duì)壓力低于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，則低處的部分為負(fù)壓。絕對(duì)壓力低于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，則低處的部分為負(fù)壓。o單位：?jiǎn)挝唬?國(guó)際單位制：帕（國(guó)際單位制：帕（

2、Pa） 1Pa1N/m210-5bar 巴（巴（bar）、工程大氣壓）、工程大氣壓(kgf/m2)、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)、 毫米水柱毫米水柱(mmH2O)、毫米汞柱、毫米汞柱(mmHg) 35.1.1 壓力測(cè)量方法壓力測(cè)量方法 o平衡法壓力測(cè)量平衡法壓力測(cè)量 液柱高度的重力或砝碼的重量與液柱高度的重力或砝碼的重量與被測(cè)壓力相平衡。被測(cè)壓力相平衡。o彈性法壓力測(cè)量彈性法壓力測(cè)量 利用彈性元件在壓力作用下產(chǎn)生利用彈性元件在壓力作用下產(chǎn)生的彈性變形（位移）。的彈性變形（位移）。 o電氣式壓力檢測(cè)電氣式壓力檢測(cè) 使用壓力傳感器直接將壓力轉(zhuǎn)換使用壓力傳感器直接將壓力轉(zhuǎn)換成電阻、電荷量等電量變

3、化。成電阻、電荷量等電量變化。 P2P1U型管型管h1h2045.1.2 壓力測(cè)量?jī)x表的分類(lèi)壓力測(cè)量?jī)x表的分類(lèi)從工作原理及結(jié)構(gòu)的角度，將壓力傳感器分為四大類(lèi)：從工作原理及結(jié)構(gòu)的角度，將壓力傳感器分為四大類(lèi)：p液柱式壓力計(jì)液柱式壓力計(jì) 根據(jù)流體靜力學(xué)原理，把被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度。如根據(jù)流體靜力學(xué)原理，把被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度。如U形管壓力形管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)和斜管壓力計(jì)等。計(jì)、單管壓力計(jì)和斜管壓力計(jì)等。p彈性式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì) 根據(jù)彈性元件受力變形的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成位移的測(cè)量，如根據(jù)彈性元件受力變形的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成位移的測(cè)量，如彈性壓力表。彈性壓力表。 p電氣式壓力檢測(cè)電氣式

4、壓力檢測(cè) 將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成各種電量（電感、電容、電阻、電位差等），依將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成各種電量（電感、電容、電阻、電位差等），依據(jù)電量的大小實(shí)現(xiàn)壓力的間接測(cè)量。如壓電式壓力傳感器、壓阻式據(jù)電量的大小實(shí)現(xiàn)壓力的間接測(cè)量。如壓電式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器等。壓力傳感器等。p負(fù)荷式壓力計(jì)負(fù)荷式壓力計(jì) 將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成砝碼的質(zhì)量，如活塞式壓力計(jì)、鐘罩式微壓計(jì)。將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成砝碼的質(zhì)量，如活塞式壓力計(jì)、鐘罩式微壓計(jì)。55.2 液柱式壓力計(jì)液柱式壓力計(jì) o原理：利用液柱產(chǎn)生的靜壓力與被測(cè)壓力相平衡的原理，原理：利用液柱產(chǎn)生的靜壓力與被測(cè)壓力相平衡的原理，通過(guò)液柱高度來(lái)反映被測(cè)壓力大小。通過(guò)液柱高度來(lái)反

5、映被測(cè)壓力大小。o優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，有相當(dāng)高的準(zhǔn)確度，在本優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，有相當(dāng)高的準(zhǔn)確度，在本專(zhuān)業(yè)中應(yīng)用很廣泛。專(zhuān)業(yè)中應(yīng)用很廣泛。o缺點(diǎn)：量程受液柱高度的限制，體積大，玻璃管易損、缺點(diǎn)：量程受液柱高度的限制，體積大，玻璃管易損、讀數(shù)不方便。讀數(shù)不方便。65.2.1 U形管壓力計(jì)形管壓力計(jì) o結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：由由U形玻璃管、工作液、刻度尺組成。形玻璃管、工作液、刻度尺組成。o測(cè)量過(guò)程：兩個(gè)管口測(cè)量過(guò)程：兩個(gè)管口分別接壓力分別接壓力P1和和P2。o當(dāng)當(dāng)P1P2時(shí)，左右兩管時(shí)，左右兩管的液體的高度相等。的液體的高度相等。o當(dāng)當(dāng)P2 P1時(shí)，時(shí)，U形管的形管的兩管內(nèi)的液面便會(huì)產(chǎn)兩管內(nèi)的

6、液面便會(huì)產(chǎn)生高度差。生高度差。75.2.1 U形管壓力計(jì)形管壓力計(jì) 21PPP)(21hhgP式中：式中： U形管內(nèi)所充工作液的密度；形管內(nèi)所充工作液的密度； g U形管所在地的重力加速度；形管所在地的重力加速度； h1，h2 U形管左右兩管的液面相形管左右兩管的液面相對(duì)于對(duì)于0刻度的高度差?？潭鹊母叨炔?。85.2.2 單管壓力計(jì)單管壓力計(jì) o結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：U形管，但兩側(cè)管子的直徑相差很大。形管，但兩側(cè)管子的直徑相差很大。o原理：在兩側(cè)壓力作用下，一側(cè)液原理：在兩側(cè)壓力作用下，一側(cè)液面下降，另一側(cè)液面上升。下降液面下降，另一側(cè)液面上升。下降液體的體積與上升液體的體積相等。體的體積與上升液體的體積

7、相等。式中式中：h1,2寬口容器內(nèi)液面的下降高度及測(cè)寬口容器內(nèi)液面的下降高度及測(cè)量管內(nèi)液面的上升高度；量管內(nèi)液面的上升高度；1,2寬口容器及測(cè)量管的橫截面積。寬口容器及測(cè)量管的橫截面積。2211AhAh2121hAAh 95.2.2 單管壓力計(jì)單管壓力計(jì) 2211AhAh2121hAAh21221) 1()(hAAghhgP 只需要讀取只需要讀取h2的數(shù)值，就可以求得被測(cè)壓力的數(shù)值，就可以求得被測(cè)壓力P。當(dāng)當(dāng)A1A2時(shí)，上式可近似為：時(shí)，上式可近似為：當(dāng)當(dāng)A1/A2100時(shí)，誤差小于時(shí)，誤差小于1%。2hgP105.2.3 斜管微壓計(jì)斜管微壓計(jì) o結(jié)構(gòu)：一種結(jié)構(gòu)：一種變形的單管壓力計(jì)，用于測(cè)量

8、微小壓力。變形的單管壓力計(jì)，用于測(cè)量微小壓力。o測(cè)量原理：為了減小讀數(shù)相對(duì)誤差，測(cè)量原理：為了減小讀數(shù)相對(duì)誤差，拉長(zhǎng)液柱拉長(zhǎng)液柱，把測(cè)量管，把測(cè)量管斜放一個(gè)角度。斜放一個(gè)角度。115.2.3 斜管微壓計(jì)斜管微壓計(jì) lAAh211sin2lh lAAghhgP)sin()(1221211lAAho角越小，角越小，l則越長(zhǎng)，測(cè)量靈敏度就越高；則越長(zhǎng)，測(cè)量靈敏度就越高；o但是，但是，角不能太小（一般不小于角不能太?。ㄒ话悴恍∮?5），否則讀數(shù)困難，），否則讀數(shù)困難，反而增加讀數(shù)誤差。反而增加讀數(shù)誤差。 12135.2.4 液柱式壓力計(jì)的測(cè)量誤差及其修正液柱式壓力計(jì)的測(cè)量誤差及其修正 1、環(huán)境溫度變化

9、、環(huán)境溫度變化 2、重力加速度變化、重力加速度變化 3、毛細(xì)管現(xiàn)象、毛細(xì)管現(xiàn)象p環(huán)境溫度偏離規(guī)定溫度時(shí)，工作液（水銀）的密度、環(huán)境溫度偏離規(guī)定溫度時(shí)，工作液（水銀）的密度、標(biāo)尺長(zhǎng)度都會(huì)發(fā)生變化。標(biāo)尺長(zhǎng)度都會(huì)發(fā)生變化。p工作液（水銀）的密度變化是修正的重點(diǎn)，因?yàn)樗y工作液（水銀）的密度變化是修正的重點(diǎn)，因?yàn)樗y的體積膨脹系數(shù)比標(biāo)尺的線膨脹系數(shù)大得多。的體積膨脹系數(shù)比標(biāo)尺的線膨脹系數(shù)大得多。p精密測(cè)量時(shí)，需要對(duì)標(biāo)尺長(zhǎng)度變化的影響進(jìn)行修正。精密測(cè)量時(shí)，需要對(duì)標(biāo)尺長(zhǎng)度變化的影響進(jìn)行修正。p壓力計(jì)讀數(shù)修正公式：壓力計(jì)讀數(shù)修正公式： ：工作液在：工作液在t0t之間的平均體積膨脹系數(shù)。之間的平均體積膨脹系數(shù)

10、。)(1 00tthhtt145.2.4 液柱式壓力計(jì)的測(cè)量誤差及其修正液柱式壓力計(jì)的測(cè)量誤差及其修正 1、環(huán)境溫度變化、環(huán)境溫度變化 2、重力加速度變化、重力加速度變化 3、毛細(xì)管現(xiàn)象、毛細(xì)管現(xiàn)象p儀器使用地點(diǎn)的重力加速度：儀器使用地點(diǎn)的重力加速度：RHggn21)2cos(00265. 01 hgghnnp壓力讀數(shù)的修正公式：壓力讀數(shù)的修正公式：155.2.4 液柱式壓力計(jì)的測(cè)量誤差及其修正液柱式壓力計(jì)的測(cè)量誤差及其修正 1、環(huán)境溫度變化、環(huán)境溫度變化 2、重力加速度變化、重力加速度變化 3、毛細(xì)管現(xiàn)象、毛細(xì)管現(xiàn)象p毛細(xì)管現(xiàn)象能使測(cè)量管內(nèi)的液柱升高或降低。毛細(xì)管現(xiàn)象能使測(cè)量管內(nèi)的液柱升高或

11、降低。當(dāng)管內(nèi)工作液表面張力小當(dāng)管內(nèi)工作液表面張力小時(shí)，如時(shí)，如水水、酒精，液面會(huì)、酒精，液面會(huì)形成形成凹面凹面，產(chǎn)生正誤差；，產(chǎn)生正誤差；當(dāng)管內(nèi)工作液表面張力大當(dāng)管內(nèi)工作液表面張力大時(shí)，如時(shí)，如水銀水銀，液面會(huì)形成，液面會(huì)形成凸面凸面，產(chǎn)生負(fù)誤差；，產(chǎn)生負(fù)誤差；p為了減小讀數(shù)誤差，通常采用加大管徑來(lái)減小毛細(xì)管的影響。為了減小讀數(shù)誤差，通常采用加大管徑來(lái)減小毛細(xì)管的影響。使用水使用水/酒精時(shí)，管徑酒精時(shí)，管徑d3mm。使用水銀時(shí)，管徑。使用水銀時(shí)，管徑d8mm。水銀水銀水水165.3 彈性壓力計(jì)彈性壓力計(jì)o原理：利用彈性元件作為壓力敏感元件，把壓力轉(zhuǎn)換成彈原理：利用彈性元件作為壓力敏感元件，把壓

12、力轉(zhuǎn)換成彈性元件的位移，位移的大小與被測(cè)壓力成正比關(guān)系。性元件的位移，位移的大小與被測(cè)壓力成正比關(guān)系。o目前，目前， 作為壓力檢測(cè)的彈性元件主要有膜片、波紋管和彈作為壓力檢測(cè)的彈性元件主要有膜片、波紋管和彈簧管簧管。175.3 彈性壓力計(jì)彈性壓力計(jì)o常用彈性元件示意圖：常用彈性元件示意圖：彈性元件受外部壓力彈性元件受外部壓力P作用后，通過(guò)受壓面表現(xiàn)為力的作用，作用后，通過(guò)受壓面表現(xiàn)為力的作用，作用力的大小為作用力的大小為 FA P式中：式中：A 彈性元件承受壓力的有效面積彈性元件承受壓力的有效面積P 作用力的大小作用力的大小18p同時(shí)，根據(jù)虎克同時(shí)，根據(jù)虎克定律，彈性元件在一定范圍內(nèi)的變形與所

13、定律，彈性元件在一定范圍內(nèi)的變形與所受外力成正比關(guān)系，即受外力成正比關(guān)系，即 FC x 式中：式中：C彈性元件的剛度系數(shù)；彈性元件的剛度系數(shù)；x 彈性元件在受到外力彈性元件在受到外力F作用下所產(chǎn)生的位移。作用下所產(chǎn)生的位移。 彈性元件受壓力為彈性元件受壓力為P 時(shí)。其位移量為：時(shí)。其位移量為：x F/C P A/C 比值比值A(chǔ)/C的大小決定了彈性元件的壓力測(cè)量范圍。的大小決定了彈性元件的壓力測(cè)量范圍。 A/C越小，可測(cè)壓力越大。越小，可測(cè)壓力越大。 5.3 彈性壓力計(jì)彈性壓力計(jì)195.3.1 膜片膜片 o形狀：形狀：膜片是一種片狀測(cè)壓彈性元件，外緣固定。膜片是一種片狀測(cè)壓彈性元件，外緣固定。o

14、按剖面形狀分為平膜片和波紋膜片。按剖面形狀分為平膜片和波紋膜片。PxPxPxPx平薄片波紋片膜盒205.3.1 膜片膜片 o特性：一般用中心的位移和被測(cè)壓力的關(guān)系來(lái)表征。特性：一般用中心的位移和被測(cè)壓力的關(guān)系來(lái)表征。當(dāng)膜當(dāng)膜片的位移很小時(shí)片的位移很小時(shí)，壓力與位移之間有良好的，壓力與位移之間有良好的線性關(guān)系線性關(guān)系。o膜片和轉(zhuǎn)換元件相結(jié)合，可以把壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。膜片和轉(zhuǎn)換元件相結(jié)合，可以把壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。o常用的有電容式壓力傳感器、光纖式壓力傳感器及力矩平常用的有電容式壓力傳感器、光纖式壓力傳感器及力矩平衡式壓力變送器等等。衡式壓力變送器等等。1. 電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器 1）單

15、端式電容壓力傳感器）單端式電容壓力傳感器 2）差動(dòng)式電容壓力傳感器）差動(dòng)式電容壓力傳感器2. 光纖式壓力傳感器光纖式壓力傳感器3. 力矩平衡式壓力變送器力矩平衡式壓力變送器211. 電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器單端式單端式 在膜片的一側(cè)，安在膜片的一側(cè)，安裝一個(gè)與該膜片平裝一個(gè)與該膜片平行并且固定不動(dòng)的行并且固定不動(dòng)的電極板電極板，使膜片與，使膜片與電極板構(gòu)成一個(gè)電極板構(gòu)成一個(gè)平平行板電容器行板電容器。當(dāng)膜片受壓產(chǎn)生位移時(shí)，改變了極板與膜片間的距離，從當(dāng)膜片受壓產(chǎn)生位移時(shí)，改變了極板與膜片間的距離，從而改變了電容器的電容值。而改變了電容器的電容值。通過(guò)測(cè)量電容的變化即可測(cè)得被測(cè)壓力。通過(guò)測(cè)

16、量電容的變化即可測(cè)得被測(cè)壓力?？梢杂脕?lái)測(cè)量單端壓力。可以用來(lái)測(cè)量單端壓力。221. 電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器差動(dòng)式差動(dòng)式 在膜片的兩側(cè)，各安裝一個(gè)在膜片的兩側(cè)，各安裝一個(gè)與膜片相平行并且固定不動(dòng)與膜片相平行并且固定不動(dòng)的極板（位于金屬鍍層內(nèi)的極板（位于金屬鍍層內(nèi)部），使膜片與極板構(gòu)成一部），使膜片與極板構(gòu)成一對(duì)平行板電容器。對(duì)平行板電容器。當(dāng)膜片受壓產(chǎn)生位移時(shí)，改當(dāng)膜片受壓產(chǎn)生位移時(shí)，改變了極板與膜片間的距離，變了極板與膜片間的距離，一個(gè)電容器的電容量增大，一個(gè)電容器的電容量增大，另一個(gè)則減小。另一個(gè)則減小。測(cè)量這對(duì)電容值的變化，并且經(jīng)過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成電流或電測(cè)量這對(duì)電容值的變化，并且

17、經(jīng)過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成電流或電壓信號(hào)傳輸，就構(gòu)成了差動(dòng)式電容壓力傳感器。壓信號(hào)傳輸，就構(gòu)成了差動(dòng)式電容壓力傳感器。232. 光纖式壓力傳感器光纖式壓力傳感器原理：采用光纖及其調(diào)制機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)位移原理：采用光纖及其調(diào)制機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)位移光強(qiáng)的轉(zhuǎn)換。光強(qiáng)的轉(zhuǎn)換。當(dāng)當(dāng)入射光纖入射光纖的光束照射到膜片上，其反射光分別被的光束照射到膜片上，其反射光分別被接收光接收光纖纖1、接收光纖、接收光纖2接收，其光強(qiáng)分別是接收，其光強(qiáng)分別是x1和和x2以及光纖至膜片以及光纖至膜片間的距離間的距離d的函數(shù)。的函數(shù)。243. 力矩平衡式壓力變送器力矩平衡式壓力變送器應(yīng)用杠桿、電磁反饋等機(jī)構(gòu)，根據(jù)力矩平衡原理將膜片的應(yīng)用杠桿、電磁反饋

18、等機(jī)構(gòu)，根據(jù)力矩平衡原理將膜片的位移變換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出。位移變換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出。255.3.2 波紋管波紋管 o波紋管是一種具有等間距、同軸的環(huán)狀波紋，能沿軸向伸波紋管是一種具有等間距、同軸的環(huán)狀波紋，能沿軸向伸縮的測(cè)壓彈性元件?？s的測(cè)壓彈性元件。o波紋管受沿軸向的作用力波紋管受沿軸向的作用力F時(shí)，時(shí)， 產(chǎn)生的位移為產(chǎn)生的位移為 ：2200221002/1BRhBAAAnEhFxo波紋管的位移相對(duì)較大，因此一般波紋管的位移相對(duì)較大，因此一般可在其頂端安裝傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)指可在其頂端安裝傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)指針直接讀數(shù)。針直接讀數(shù)。o特點(diǎn)：靈敏度高，常用于檢測(cè)較低特點(diǎn)：靈敏度高，常用于檢測(cè)較低的壓力

19、。但是遲滯誤差較大。的壓力。但是遲滯誤差較大。265.3.3 彈簧管彈簧管 p彈簧管：截面是非圓形（橢圓彈簧管：截面是非圓形（橢圓形或扁圓形），彎成圓弧狀。形或扁圓形），彎成圓弧狀。p管子一端固定（開(kāi)口端），另管子一端固定（開(kāi)口端），另一端是自由端（封閉）。一端是自由端（封閉）。p工作原理：被測(cè)壓力介質(zhì)從開(kāi)工作原理：被測(cè)壓力介質(zhì)從開(kāi)口端進(jìn)入并充滿彈簧管的整個(gè)口端進(jìn)入并充滿彈簧管的整個(gè)內(nèi)腔，并使彈簧管的自由端產(chǎn)內(nèi)腔，并使彈簧管的自由端產(chǎn)生位移，同時(shí)改變其中心角。生位移，同時(shí)改變其中心角。22222011kabbhREP275.3.3 彈簧管彈簧管 p彈簧管可以通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接指示被測(cè)壓力，也可以

20、使用彈簧管可以通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接指示被測(cè)壓力，也可以使用適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換元件把彈簧管自由端的位移變換成電信號(hào)輸出。適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換元件把彈簧管自由端的位移變換成電信號(hào)輸出。1. 彈簧管壓力表彈簧管壓力表2. 電遠(yuǎn)傳式彈簧管壓力表電遠(yuǎn)傳式彈簧管壓力表281. 彈簧管壓力表彈簧管壓力表p指示型儀表。指示型儀表。p工作原理：被工作原理：被測(cè)壓力測(cè)壓力P由接由接頭頭9接入，使接入，使彈簧管彈簧管1的的自自由端由端產(chǎn)生位移。產(chǎn)生位移。p通過(guò)拉桿通過(guò)拉桿2的端點(diǎn)的端點(diǎn)8使扇形齒輪使扇形齒輪3做逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，于是指針做逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，于是指針5通過(guò)同軸的中心齒輪通過(guò)同軸的中心齒輪4的帶動(dòng)而作順時(shí)針偏轉(zhuǎn)。在面板的帶動(dòng)而作順時(shí)針偏

21、轉(zhuǎn)。在面板6的的刻度標(biāo)尺上顯示出被測(cè)壓力的數(shù)值?？潭葮?biāo)尺上顯示出被測(cè)壓力的數(shù)值。自由端自由端292. 電遠(yuǎn)傳式彈簧管壓力表電遠(yuǎn)傳式彈簧管壓力表p電感式壓力遠(yuǎn)傳電感式壓力遠(yuǎn)傳 將處于電感線圈中的銜鐵與壓力將處于電感線圈中的銜鐵與壓力表的彈簧管自由端相連，把彈簧表的彈簧管自由端相連，把彈簧管自由端的位移轉(zhuǎn)換成線圈的電管自由端的位移轉(zhuǎn)換成線圈的電感量變化。感量變化。p電阻式壓力遠(yuǎn)傳電阻式壓力遠(yuǎn)傳 將滑動(dòng)電阻與壓力表的彈簧管自將滑動(dòng)電阻與壓力表的彈簧管自由端相連，把彈簧管自由端的位由端相連，把彈簧管自由端的位移轉(zhuǎn)換成電阻值的變化。移轉(zhuǎn)換成電阻值的變化。p霍爾片壓力遠(yuǎn)傳霍爾片壓力遠(yuǎn)傳 霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)

22、。30霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)o將矩形半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，將矩形半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B與薄片的與薄片的Z軸相同。軸相同。o沿著薄片的沿著薄片的Y軸方向通入恒定的軸方向通入恒定的控制電流控制電流I，在，在X軸方向就會(huì)產(chǎn)軸方向就會(huì)產(chǎn)生電子運(yùn)動(dòng)，使得薄片的左側(cè)帶生電子運(yùn)動(dòng)，使得薄片的左側(cè)帶負(fù)電，右側(cè)帶正電。這時(shí)沿著薄負(fù)電，右側(cè)帶正電。這時(shí)沿著薄片片X軸的兩側(cè)就會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)軸的兩側(cè)就會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)霍爾電勢(shì)?；魻栯妱?shì)。HHHIBlVRfK IBdb霍爾電勢(shì)：霍爾電勢(shì)： 將彈簧管的位移量轉(zhuǎn)換成將彈簧管的位移量轉(zhuǎn)換成I或或B值，就可以得到霍爾電勢(shì)，實(shí)現(xiàn)值，就可以得到霍爾電勢(shì)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳。遠(yuǎn)傳。I：霍

23、爾片的電流：霍爾片的電流B：霍爾片所處的磁感應(yīng)強(qiáng)度：霍爾片所處的磁感應(yīng)強(qiáng)度d：霍爾片的厚度：霍爾片的厚度31霍爾壓力傳感器霍爾壓力傳感器o霍爾片與彈簧管的自霍爾片與彈簧管的自由端相連，處于兩對(duì)由端相連，處于兩對(duì)磁極（兩塊磁鋼）所磁極（兩塊磁鋼）所形成的非均勻磁場(chǎng)之形成的非均勻磁場(chǎng)之中。中。o霍爾片的四個(gè)端面引霍爾片的四個(gè)端面引出四根導(dǎo)線。出四根導(dǎo)線。o其中兩根導(dǎo)線與其中兩根導(dǎo)線與直流直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源相連。相連。o另兩根導(dǎo)線用來(lái)輸出另兩根導(dǎo)線用來(lái)輸出霍爾電動(dòng)勢(shì)信號(hào)霍爾電動(dòng)勢(shì)信號(hào)?；魻柶魻柶瑥椈晒軓椈晒艽配摯配?25.4 電氣式壓力檢測(cè)電氣式壓力檢測(cè) o測(cè)量壓力變化快、高真空、超高壓。測(cè)量壓

24、力變化快、高真空、超高壓。o方法：使用方法：使用壓力敏感元件壓力敏感元件，直接將壓力轉(zhuǎn)換成電阻、電容，直接將壓力轉(zhuǎn)換成電阻、電容及電荷量等電量的變化。及電荷量等電量的變化。5.4.1 壓電材料及壓電材料及壓電式壓電式壓力傳感器壓力傳感器5.4.2 應(yīng)變片與應(yīng)變片與應(yīng)變式應(yīng)變式壓力傳感器壓力傳感器5.4.3 壓阻元件與壓阻元件與壓阻式壓阻式壓力傳感器壓力傳感器335.4.1 電氣式壓力檢測(cè)電氣式壓力檢測(cè)1壓電材料及壓電式壓力傳感器壓電材料及壓電式壓力傳感器 o原理：原理：壓電效應(yīng)，即壓電材料受壓時(shí)會(huì)在其表面產(chǎn)生電荷，壓電效應(yīng)，即壓電材料受壓時(shí)會(huì)在其表面產(chǎn)生電荷，其電荷量與所受的壓力成正比。其電荷

25、量與所受的壓力成正比。o壓電元件壓電元件的壓電特性：當(dāng)壓電元件沿著的壓電特性：當(dāng)壓電元件沿著Z軸方向受到軸方向受到FZ的作的作用力時(shí)，壓電元件將在垂直于用力時(shí)，壓電元件將在垂直于Z軸的平面上產(chǎn)生電荷軸的平面上產(chǎn)生電荷QZ：o壓電材料主要有壓電材料主要有3大類(lèi)：大類(lèi)：l壓電晶體壓電晶體l壓電陶瓷壓電陶瓷l有機(jī)壓電材料有機(jī)壓電材料o特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；響應(yīng)快、量程大。響應(yīng)快、量程大。34o原理：當(dāng)應(yīng)變片受外力作用產(chǎn)生形變（伸長(zhǎng)或縮短）時(shí)，原理：當(dāng)應(yīng)變片受外力作用產(chǎn)生形變（伸長(zhǎng)或縮短）時(shí)，應(yīng)變片的電阻值也將發(fā)生相應(yīng)變化。應(yīng)變片的電阻值也將發(fā)生相應(yīng)變化。o為了使應(yīng)變片（金屬或合

26、金絲、箔）能在受壓時(shí)發(fā)生變形，為了使應(yīng)變片（金屬或合金絲、箔）能在受壓時(shí)發(fā)生變形，一般要和彈性元件（金屬膜片）一起使用。一般要和彈性元件（金屬膜片）一起使用。5.4.2 電氣式壓力檢測(cè)電氣式壓力檢測(cè)2應(yīng)變片及應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變片及應(yīng)變式壓力傳感器 35o應(yīng)變片應(yīng)變片R1、R2、R3、R4貼在膜的上表面。貼在膜的上表面。o被測(cè)壓力被測(cè)壓力P作用在膜的下方。作用在膜的下方。o當(dāng)膜片受壓力作用變形向上凸起時(shí)，膜片上半徑為當(dāng)膜片受壓力作用變形向上凸起時(shí)，膜片上半徑為r處處發(fā)生發(fā)生徑向應(yīng)變徑向應(yīng)變r(jià)和切向應(yīng)變和切向應(yīng)變t。 應(yīng)變片分布圖應(yīng)變片分布圖徑向徑向應(yīng)變應(yīng)變r(jià)和切向應(yīng)變和切向應(yīng)變t的應(yīng)力的應(yīng)力分

27、布曲線分布曲線5.4.2 電氣式壓力檢測(cè)電氣式壓力檢測(cè)2應(yīng)變片及應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變片及應(yīng)變式壓力傳感器 36o原理：壓阻元件的壓阻效應(yīng)。原理：壓阻元件的壓阻效應(yīng)。o核心部分是一塊圓形的單晶硅膜片。膜片上布置四個(gè)電阻，組成核心部分是一塊圓形的單晶硅膜片。膜片上布置四個(gè)電阻，組成一個(gè)全橋測(cè)量電路。一個(gè)全橋測(cè)量電路。o當(dāng)兩側(cè)存在壓差時(shí)，膜片產(chǎn)生變形，使兩對(duì)電阻的阻值發(fā)生變化，當(dāng)兩側(cè)存在壓差時(shí)，膜片產(chǎn)生變形，使兩對(duì)電阻的阻值發(fā)生變化，其輸出電壓與膜片承受的壓差成比例。其輸出電壓與膜片承受的壓差成比例。壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖1低壓腔；低壓腔；2高壓腔；高壓腔；3硅杯；

28、硅杯；4引線；引線；5硅膜片硅膜片5.4.3 電氣式壓力檢測(cè)電氣式壓力檢測(cè)3壓阻元件與壓阻式壓力傳感器壓阻元件與壓阻式壓力傳感器 375.5 壓力檢測(cè)儀表的應(yīng)用與校準(zhǔn)壓力檢測(cè)儀表的應(yīng)用與校準(zhǔn) 5.5.1 壓力檢測(cè)儀表的選擇（壓力檢測(cè)儀表的選擇（量程、精度、壓力表類(lèi)型量程、精度、壓力表類(lèi)型）1、量程、量程o被測(cè)壓力較穩(wěn)定時(shí)，最大工作壓力不應(yīng)超過(guò)儀表滿量程的被測(cè)壓力較穩(wěn)定時(shí)，最大工作壓力不應(yīng)超過(guò)儀表滿量程的3/4。o被測(cè)壓力波動(dòng)較大或測(cè)量脈動(dòng)壓力時(shí)，最大工作壓力不應(yīng)超過(guò)儀表滿被測(cè)壓力波動(dòng)較大或測(cè)量脈動(dòng)壓力時(shí)，最大工作壓力不應(yīng)超過(guò)儀表滿量程的量程的2/3。o為了保證測(cè)量準(zhǔn)確度，最小工作壓力不應(yīng)低于滿

29、量程的為了保證測(cè)量準(zhǔn)確度，最小工作壓力不應(yīng)低于滿量程的1/3。o最大和最小工作壓力不能同時(shí)滿足上述要求時(shí)，選擇儀表量程應(yīng)首先最大和最小工作壓力不能同時(shí)滿足上述要求時(shí)，選擇儀表量程應(yīng)首先要滿足最大工作壓力條件。要滿足最大工作壓力條件。2、精度、精度 精度主要根據(jù)生產(chǎn)允許的最大誤差來(lái)確定。要求實(shí)際被測(cè)壓力允許的精度主要根據(jù)生產(chǎn)允許的最大誤差來(lái)確定。要求實(shí)際被測(cè)壓力允許的最大絕對(duì)誤差應(yīng)大于儀表的滿度相對(duì)誤差。最大絕對(duì)誤差應(yīng)大于儀表的滿度相對(duì)誤差。385.5 壓力檢測(cè)儀表的應(yīng)用與校準(zhǔn)壓力檢測(cè)儀表的應(yīng)用與校準(zhǔn) 3、壓力表類(lèi)型、壓力表類(lèi)型p被測(cè)壓力的大小被測(cè)壓力的大小l測(cè)量微壓（幾百至幾千帕），宜采用液柱

30、式壓力表或膜測(cè)量微壓（幾百至幾千帕），宜采用液柱式壓力表或膜盒式壓力表；盒式壓力表；l對(duì)于被測(cè)壓力不大（對(duì)于被測(cè)壓力不大（15kPa以下），不要求迅速讀數(shù)的，以下），不要求迅速讀數(shù)的，可選可選U形壓力計(jì)或單管壓力計(jì)；形壓力計(jì)或單管壓力計(jì)；l要求迅速讀數(shù)的，可選膜盒壓力表；要求迅速讀數(shù)的，可選膜盒壓力表；l壓力在壓力在50kPa以上，一般選用彈簧管式壓力表。以上，一般選用彈簧管式壓力表。395.5 壓力檢測(cè)儀表的應(yīng)用與校準(zhǔn)壓力檢測(cè)儀表的應(yīng)用與校準(zhǔn) 3、壓力表類(lèi)型（被測(cè)壓力的性質(zhì)、使用環(huán)境、儀表信號(hào)輸出）、壓力表類(lèi)型（被測(cè)壓力的性質(zhì)、使用環(huán)境、儀表信號(hào)輸出）p被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)l對(duì)腐蝕性

31、較強(qiáng)的介質(zhì)，應(yīng)使用像不銹鋼之類(lèi)的彈性元件對(duì)腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)，應(yīng)使用像不銹鋼之類(lèi)的彈性元件或敏感元件；或敏感元件；l對(duì)氧氣、乙炔等介質(zhì)，應(yīng)選用專(zhuān)用的壓力儀表。對(duì)氧氣、乙炔等介質(zhì)，應(yīng)選用專(zhuān)用的壓力儀表。p使用環(huán)境使用環(huán)境對(duì)爆炸性較強(qiáng)的環(huán)境，在使用電氣式壓力儀表時(shí)，應(yīng)選擇防對(duì)爆炸性較強(qiáng)的環(huán)境，在使用電氣式壓力儀表時(shí)，應(yīng)選擇防爆型壓力儀表；爆型壓力儀表；對(duì)于溫度特別高或特別低的環(huán)境，應(yīng)選擇溫度系數(shù)小的敏感對(duì)于溫度特別高或特別低的環(huán)境，應(yīng)選擇溫度系數(shù)小的敏感元件以及帶有溫度補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量?jī)x表。元件以及帶有溫度補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量?jī)x表。405.5 壓力檢測(cè)儀表的應(yīng)用與校準(zhǔn)壓力檢測(cè)儀表的應(yīng)用與校準(zhǔn) 3、壓力表類(lèi)型、壓力表

32、類(lèi)型o對(duì)儀表輸出信號(hào)的要求對(duì)儀表輸出信號(hào)的要求l對(duì)于只需要觀察壓力變化的情況，選用液柱式、彈簧管對(duì)于只需要觀察壓力變化的情況，選用液柱式、彈簧管式壓力表以及其它可以直接指示型的儀表。式壓力表以及其它可以直接指示型的儀表。l如需將壓力信號(hào)遠(yuǎn)傳到控制室或傳送給其它電動(dòng)儀表，如需將壓力信號(hào)遠(yuǎn)傳到控制室或傳送給其它電動(dòng)儀表，則選用具有電信號(hào)輸出的各種壓力測(cè)量?jī)x表，如霍爾壓則選用具有電信號(hào)輸出的各種壓力測(cè)量?jī)x表，如霍爾壓力傳感器。力傳感器。l如果要檢測(cè)快速變化的壓力信號(hào)，可用電氣式壓力檢測(cè)如果要檢測(cè)快速變化的壓力信號(hào)，可用電氣式壓力檢測(cè)儀表，或一體化壓力變送器。儀表，或一體化壓力變送器。415.5.2

33、壓力儀表的校準(zhǔn)壓力儀表的校準(zhǔn) p校準(zhǔn)：將校準(zhǔn)：將被校準(zhǔn)的壓力表被校準(zhǔn)的壓力表和標(biāo)準(zhǔn)壓力表通以相同壓力，比較和標(biāo)準(zhǔn)壓力表通以相同壓力，比較它們的指示數(shù)值。如果它們的指示數(shù)值。如果被校準(zhǔn)的壓力表被校準(zhǔn)的壓力表對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)誤對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)誤差，差，不大于最大準(zhǔn)許絕對(duì)誤差不大于最大準(zhǔn)許絕對(duì)誤差，則認(rèn)為合格。，則認(rèn)為合格。p常用的校準(zhǔn)儀器：活塞常用的校準(zhǔn)儀器：活塞式壓力計(jì)。式壓力計(jì)。p壓力發(fā)生部分壓力發(fā)生部分：手搖泵：手搖泵4，通過(guò)手輪，通過(guò)手輪7旋轉(zhuǎn)絲桿旋轉(zhuǎn)絲桿8，推動(dòng)工作活塞，推動(dòng)工作活塞9擠壓擠壓工作液工作液5，經(jīng)工作液傳，經(jīng)工作液傳給測(cè)量活塞給測(cè)量活塞1。425.5.2 壓力儀表的校準(zhǔn)壓力

34、儀表的校準(zhǔn) p測(cè)量部分測(cè)量部分：活塞：活塞1上端的托上端的托盤(pán)盤(pán)12上放有砝碼上放有砝碼2。活塞?；钊?插在活塞柱插在活塞柱3內(nèi)，下端承受內(nèi)，下端承受手搖泵手搖泵4向上擠壓工作液向上擠壓工作液5所產(chǎn)生的壓力所產(chǎn)生的壓力P的作用。的作用。p當(dāng)作用在活塞當(dāng)作用在活塞1下端的油壓下端的油壓與活塞與活塞1、托盤(pán)、托盤(pán)12、砝碼、砝碼2的質(zhì)量所產(chǎn)生的壓力相平的質(zhì)量所產(chǎn)生的壓力相平衡時(shí)，活塞就被托起并穩(wěn)衡時(shí)，活塞就被托起并穩(wěn)定在一定位置上。定在一定位置上。13-標(biāo)準(zhǔn)壓力表標(biāo)準(zhǔn)壓力表 11-進(jìn)油閥手輪進(jìn)油閥手輪10-油杯油杯 6-被校壓力表被校壓力表435.5.3 壓力表的安裝簡(jiǎn)介壓力表的安裝簡(jiǎn)介 1、取壓口的選擇、取壓口的選擇 2、導(dǎo)壓管的敷設(shè)、導(dǎo)壓管的敷設(shè) 3、壓力計(jì)、壓差計(jì)的安裝、壓力計(jì)、壓差計(jì)的安裝445.5.3 壓力表的安裝簡(jiǎn)介壓力表的安裝簡(jiǎn)介 1、取壓口的選擇、取壓口的選擇取壓口應(yīng)能代表被測(cè)壓力的真實(shí)情況。取壓口