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1、第一节 参数检测的一般方法和原理一、自然规律 守恒定律 场的定律 物质定律 统计法则第一节 参数检测的一般方法和原理一、自然规律1.守恒定律守恒定律守恒定律是自然界最基本的定律，它包括能量守恒、守恒定律是自然界最基本的定律，它包括能量守恒、动量守恒、电荷量守恒等等。动量守恒、电荷量守恒等等。例如：比托管流量计、孔板流量计、转子流量计等就例如：比托管流量计、孔板流量计、转子流量计等就是根据流体的动能和静压能之间的变化是根据流体的动能和静压能之间的变化(能量守恒能量守恒)来测来测量流体的流速。量流体的流速。 参见参见P23第一节 参数检测的一般方法和原理一、自然规律2、场的定律、场的定律:是关于物
2、质作用的定律是关于物质作用的定律, 如静电场、电如静电场、电磁场的感应定律、动力场的运动定律等等。磁场的感应定律、动力场的运动定律等等。 典型例子：电容传感器。典型例子：电容传感器。 C=S/d两平行板间物质的介电常数，两平行板间物质的介电常数，S平行板面积，平行板面积，d两平行板之间的距离。两平行板之间的距离。、如果把一个极板固定，把另一个极板与可产生位、如果把一个极板固定，把另一个极板与可产生位移的敏感元件相连，即可将敏感元件的位移转换成电移的敏感元件相连，即可将敏感元件的位移转换成电容量的大小。容量的大小。 、改变面积测物位。、改变面积测物位。第一节 参数检测的一般方法和原理一、自然规律
3、3.物质定律物质定律 是关于各种物质本身内在性质的定律、法则、规律。是关于各种物质本身内在性质的定律、法则、规律。统计法则统计法则 是利用统计方法把微观系统与宏观系统联系起来的是利用统计方法把微观系统与宏观系统联系起来的物理法则。物理法则。二、参数检测的一般方法 参数的检测是利用敏感元件把被测参数的信息转换为另一种形式的信息，便于进一步进行信息处理（变换）或显示 参数检测一般可分为： 光学法 力学法 热学法 电学法 声学法 磁学法 射线法pa1绝对压力零线pphpa2大气压p01.01325105Pa0appp0happp p1 p2p1 p2h(a)(b)21pppgh 液体压力计的误差其他
4、液柱式压力计测量原理：P=h 所以 h=P/ 单管压力计：P=P0+ghP0P斜管压力计：P=P0+ghP PP0PP0P 液体压力计的使用 液体压力计在使用时，须注意以下问题：压力计工作时，如实际工作温度和当地重力加速度偏离仪表设计值；应对仪表读数进行修正 ;压力计应垂直安装使用 ;应根据被测介质的特性和压力的测量范围选择合适的工作液; 在使用时，被测压力的瞬时值不能超过测量范围 。特点：特点：应用范围广、结构简单、稳定可靠、准确度高、重复性好、用途：用途：1、用作检验、检定压力表和压力传感器的标准仪器 2、标准压力发生器 测量原理： P=G/S 所以 G=PS 精确度高，允许误差可以小到0
5、.050.02。 常用作标准仪表，检验其它压力计 参见下图1、手轮2、手摇泵3、活塞4、被校压力表5、7、切断阀8、标准压力表 9、贮油杯、10、测量活塞、11、砝码托盘、12、砝码压力表的示值压力表的示值：P=(m1+m2)g/AP-被测压力；m1-活塞及托盘的质量； m2-砝码质量；A-活塞承受压力的有效面积；g-重力加速度101211 浮球式压力计浮球式压力计 浮球式压力计的用途：浮球式压力计的用途： 在气体压力仪器仪表的生产、科研和各级计量检定、校准机构使用。可用于测量各种气体压力，大多用来检验各种气体压力测量仪器仪表。 特点：特点：传压介质是压缩空气，克服了活塞式压力计因油的表面张力
6、、粘度等产生的摩擦力，也没有活塞式压力计的漏油问题，特别适用于禁油类压力计和传感器的检定。 组成：组成：浮球、喷嘴、砝码支架、专用砝码、流量调节器、气体过滤器、底座、水平调节器等。 工作原理：工作原理： 浮球式压力计是以气体作为压力源，以精密浮球处于工作状态时的压力作用面积为浮球有效面积的一种气动负荷式压力计。 精密浮球置于气流喷嘴内部，专用砝码通过砝码架作用在浮球体的顶端，当喷嘴内的气体压力作用在浮球体下部时，会使浮球在喷嘴内飘浮起来。在浮球处于飘浮状态下时，专用砝码质量所产生的重力与气压的作用力相平衡，浮球式压力计便输出一个稳定而精确的压力值。 xpxpxpxpxpxxxxx 平薄膜 波纹
7、膜 波纹管 单圈弹簧管 多圈弹簧管0P1弹簧管 2拉杆 3扇形齿轮4中心齿轮 5指针 6面板7游丝 8调节螺钉 9接头图 3 弹簧管压力表电源下限上限指针电接点压力表在普通弹簧管压力表的基础上改进而成，除在普通弹簧管压力表的基础上改进而成，除能就地显示外，还能进行上限值与下限值的能就地显示外，还能进行上限值与下限值的报警。报警。电磁继电器电磁继电器 波纹管差压计波纹管差压计波纹管的特点是灵敏度高（特别是在低压），但是迟滞误差较大，波纹管压力表的测量范围较小，一般为00.4MPa，仪表的准确度等级为1.52.5级 波纹管波纹管双波纹管压力表双波纹管压力表 结构：膜片式压力表由膜片部件，机芯部件，
8、指针部件及外壳连接部件四大部分组成。 原理：膜片式压力表是膜片作为仪表的弹性元件，当被测介质的压力作用到膜片上，仪表的弹性元件（膜片）产生与压力大小成正比的弹性变形位移，借助连杆经传动机构放大，由指示装置指示被测压力值 膜片压力表膜片压力表 技术特点：技术特点： 测量范围 ： -40-+40KPa 精确度等级：2.5级 使用环境温度：-40+70； 工作位置：垂直安装。 适用于测量有一定腐蚀性、粘稠性质和非结晶或非凝固的各种流体介质的压力或负压。 膜片压力表膜盒压力表 工作原理: 膜盒在被测介质的压力作用下，其自由端产生相应的弹性变形，再经齿轮传动机构的传动，由固定于齿轮轴上的指针逐将被测值在
9、仪表盘上指示出来。技术特点 1.膜盒压力表主要用于测量较低压力或负压的压力，压力测量范围为2040kPa. 2. 仪表的准确度等级一般为1.52.5级。膜盒压力表隔膜压力表隔膜压力表 结构:1.表头(弹簧管、拉杆、齿轮传动放大机构、指针、表盘、外壳等）2.膜座3.隔离膜片4.连接体隔膜压力表 主要技术指标 精度等级：1.5-2.5级 隔膜表的耐腐蚀性：选择合适的隔膜、法兰、密封圈 测量范围：0.10/0100 Mpa 安装方式：螺纹连接式、法兰连接式等隔膜压力表常见故障及原因 多数就地式压力表共同问题多数就地式压力表共同问题 压力表无指示原因：压力表无指示原因： 1弹簧管破裂 2表头内机械传动
10、机构失灵或被卡住隔膜压力表常见故障及原因 指针不回零原因指针不回零原因： 1.游丝力矩不足 2.指针松动 3.零点未校正 4.弹簧管变形 5.机芯固定位置不当 指针跳动原因指针跳动原因： 1.表头内机械传动部分配合不好,间隙有异物 2.齿轮和轴变形 3.弹簧管自由段拉杆活动受阻 4.游丝外圈与零件相碰 5.连杆与扇形齿轮间的活动螺丝不灵活 利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生应变变形时，其阻值改变，再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。 应变片压力传感器示意图r1,r2
11、应变电阻r3,r4应变电阻四、电气式压力检测压电式压力传感器压电式压力传感器压电效应：电荷量与压力成正比压电效应：电荷量与压力成正比 技术特点：技术特点： 结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可靠，量程范围大等优点 由于在晶体边界上存在漏电现象，所以这类传感器不能用于稳态测量 压电式压力传感器压电式压力传感器压电式压力传感器压电式压力传感器霍尔压力变送器霍尔压力变送器霍尔效应：1.Y方向，有恒定的电流I通过2.Z方向，有恒定的非均匀的磁场B3.由于受电磁力的作用，电子运动的轨迹发生偏移，造成霍尔片的一个端面电子积累，另一端面正电荷过剩，这样在X方向上形成一个电位差，这一电位差称为霍尔电势。ZYX 霍
12、尔电势：Vh=RhBIVh:霍尔电势，大小约几十mV ；Rh：霍尔常数，单位：mV/mA(千高斯)I：控制电流（通过霍尔片的电流），大小约3-20mAB:垂直作用于霍尔片的磁感应强度，一般为几千高斯霍尔压力变送器霍尔压力变送器霍尔压力变送器霍尔压力变送器 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。 1弹簧管；2 磁钢；3 霍尔片 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现远距离显示和自动控制。霍尔压力变送器霍尔压力变送器 霍尔电势与磁感应强度和电流成正比。提高B和I值
13、可增大霍尔电势UH，但两者都有一定限度，一般I为320mA，B约为几千高斯，所得的霍尔电势UH约为几十毫伏数量级。 P=0 Ci1=Ci2P0 Ci1的电容量减小的电容量减小 Ci2的电容量增大的电容量增大 差动差动电容测量原理电容测量原理 因电阻率变化引起阻值变化称为压阻效应。 压阻元件是指在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻。 扩散电阻正常工作需依附于弹性元件（常用的是单晶硅膜片）。 测量电路：四个扩散电阻组成全桥路电路四个扩散电阻组成全桥路电路构成框图构成框图：扩散硅压扩散硅压阻传感器阻传感器前置前置放大器放大器调零电路调零电路VI转换转换PUSU01UZIO把被测差压把被测
14、差压P成比例地转换为不平衡电压成比例地转换为不平衡电压US 1.负压室负压室 2.正压室正压室 3.硅杯硅杯4.引线引线 5.硅片硅片Ri1Ri2Ri3Ri4USRi1Ri2Ri3Ri4IS不受压时：不受压时：Ri1Ri2Ri3Ri4R US Ri1Ri2Ri3Ri4IS受压时：受压时：Ri1Ri4r1Ri2Ri3r224()2iiSSRRIU21()2Srr I结论：流经两个桥臂的电流始终相等；结论：流经两个桥臂的电流始终相等；计算如下：计算如下：P1K P US US 技术特点：技术特点：1、压阻式压力传感器主要优点是体积小，结构简单。、压阻式压力传感器主要优点是体积小，结构简单。2、扩散
15、电阻的灵敏系数是金属应变片的几十倍，能直接测量、扩散电阻的灵敏系数是金属应变片的几十倍，能直接测量出微小的压力变化。出微小的压力变化。3、压阻式压力传感器还具有良好的动态响应，迟滞小，可用、压阻式压力传感器还具有良好的动态响应，迟滞小，可用来测量几千赫兹乃至更高的脉动压力。来测量几千赫兹乃至更高的脉动压力。4、缺点是缺点是扩散电阻存在温度效应，容易受环境温度的影响，扩散电阻存在温度效应，容易受环境温度的影响，要要采用温度补偿电路，提高传感器的性能。采用温度补偿电路，提高传感器的性能。 30.60.84AMPa10.41.23AMPaMPapp562282max1例例 某台往复式压缩机的出口压力
16、范围为某台往复式压缩机的出口压力范围为25252828MPa，测量误差不得大于，测量误差不得大于1 1MPa。工艺上要求。工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。力表，指出型号、精度与测量范围。 解解由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以选择仪表的上限值为 根据就地观察及能进行高低限报警的要求，可选用YX-150型电接点压力表，测量范围为060MPa。316025 所以，精度等级为1.5级的仪表完全可以满足误差要求。%67. 1%100601例例 某台往复式压缩机的出口压力范围为某台往复式压缩机的出口压力范
17、围为25252828MPa，测量误差，测量误差不得大于不得大于1 1MPa。工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正。工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。 故被测压力的最小值不低于满量程的1/3，这是允许的。根据测量误差的要求，可算得允许误差为结论：选择的压力表为YX-150型电接点压力表，测量范围为060MPa，精度等级为1.5级。 例例 某台往复式压缩机的出口压力范围为某台往复式压缩机的出口压力范围为2528MPa，测量误差不得大于，测量误差不得大于1MPa。工艺上要求。工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。力表，指出型号、精度与测量范围。 讨论题 引压管内径与引压管长度引压管内径与引压管长度引压管内径 引压管 mm 长度 m被测介质1.61.64.54.59水、水蒸气、干气体791013湿气体131313低中粘度油品131925脏液体252533 +2131、2切断阀 3平衡阀(a)(b)(c)(d)112233(e)4