压力流量和物位检测技术

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1、第8章压力、流量和物位检测技术8.1压力检测技术8.2流量测量技术8.3物位检测与控制思考与练习8.1压力检测技术8.1.1压力的基本概念及单位1.压力的基本概念压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力。它的大小由两个因素所决定，即受力面积和垂直作用力的大小，用数学式表示为(8-1)式中，P为压力；F为垂直作用力；S为受力面积。压力也可以用相当的液柱高度来表示，如图8-1所示。根据压力的概念，有（8-2）式中，γ为压力计中液体的重度；h为液柱的高度。可见压力等于液柱高度与液体重度的乘积。图8-1液柱压力示意图2.压力的单位在国际单位制中，压力的单位是帕斯卡，简

2、称帕，代号为Pa。它的定义是在每平方米面积上垂直作用1牛顿的力，即帕斯卡与其它压力单位的换算关系见表8-1。（8-3）表8-1常用压力单位的换算表3.大气压力、绝对压力、表压力与真空度（1）大气压力：指由于空气的重量垂直作用在单位面积上所产生的压力。（2）绝对压力：它是指流体的实际压力，它以绝对真空为零压力。（3）相对压力：它是指流体的绝对压力与当时当地的大气压力之差。当绝对压力大于大气压力时，其相对压力称为表压力；当绝对压力小于大气压力时，其相对压力称为真空度或负压力。因此，有式中，P表为表压力；P绝为绝对压力；P气为大气压力。8.1.2压力传感器及其

3、类别1.压力传感器类别压力传感器的主要类别有电位器式、应变式、霍尔式、电感式、压电式、压阻式、电容式及振弦式等，测量范围为7×10-5～5×108Pa；信号输出有电阻、电流、电压、频率等形式。压力测量系统一般由传感器、测量线路和测量装置以及辅助电源所组成。常见的信号测量装置有电流表、电压表、应变仪以及计算机等。目前，利用压阻效应、压电效应或其他固体物理特性的压力传感器已实现小型化、数字化、集成化和智能化，直接把压力转换为数字信号输出，并可与计算机连接，从而实现工业过程的现场控制。表8-2几种常见的压力传感器性能比较表2.常用压力传感器1）单圈弹簧管压力表

4、（1）结构：弹簧管压力表的结构如图8-2所示。它主要由弹簧管和一组传动放大机构（简称机芯，其中包括拉杆、扇形齿轮、中心齿轮）及指示机构(包括指针、面板上的分度标尺)所组成。图8-2弹簧管压力表3被测压力由接头9通入，迫使弹簧管1的自由端B向右上方扩张。自由端B的弹性变形位移通过拉杆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，使与中心齿轮同轴的指针5也作顺时针偏转，从而在面板6的刻度标尺上显示出被测压力P的数值。由于自由端的位移与被测压力之间具有比例关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺是线性的。游丝7用来克服因扇形齿轮和中心齿轮间的间隙而产生的仪

5、表变差。改变调整螺钉8的位置(即改变机械传动的放大系数)，可以实现压力表量程的调整。（2）材料：弹簧管的材料因被测介质的性质和被测压力的高低而不同，一般当P＜20MPa(约200kgf/cm2)时，采用磷铜；当P＞20MPa时，则采用不锈钢或合金钢。但是，在选用压力表时，必须注意被测介质的化学性质。例如，测量氨气压力必须采用不锈钢弹簧管，而不能采用易被腐蚀的铜质材料；测量氧气压力时，则严禁沾有油脂，以免着火甚至爆炸。目前，我国出厂的弹簧管压力表量程有0.1，0.16，0.25，0.4，0.6，1，1.6，2.5，4，6，10，16，25，40，60(MPa

6、)等。（3）信号远传式压力表：利用变频控制进行恒压供水已经广泛应用。在弹簧管压力表中装入电触点，可构成具有上、下限指示与控制的电接点信号压力表；与电位器配合，可构成电位器式远传压力表，如YCD-150型压力传感器，它结构简单，价格便宜。2）应变式压力传感器（1）板式压力传感器：该类传感器分为薄板式、膜片式和组合式。测量气体或液体压力的薄板式压力传感器如图8-3（a）所示。圆薄板直径为10mm，厚度为1mm，和壳体连接在一起，引线自上端引出。工作时将传感器的下端旋入引压管，压力均匀地作用在薄板的下表面。薄板受压变形后表面上应变分布如图8-3（b）所示。在薄板

7、周边上，其切向应变为零，径向应变为负应变，且绝对值最大，而在中心处其切向应变与径向应变相等且最大。因此，在贴片时，一般在薄板中心处沿切向贴两片R2和R3，在边缘处沿径向贴两片R1和R4。将应变片按R1、R2、R4、R3的顺序接成闭合回路，便构成差动电桥，可以提高灵敏度和进行温度补偿。图8-3板式压力传感器（2）筒式压力传感器：当被测压力较大时，多采用筒式压力传感器，如图8-4所示。图中工作应变片R1贴在空芯的筒臂外感受应变，补偿应变片R2贴在不发生变形的实芯部位作为温度补偿用。这种传感器可用来测量机床液压系统的压力(几十公斤/厘米2～几百公斤/厘米2)和枪、

8、炮筒腔内的压力(几千公斤/厘米2)(1kgf/cm2