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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 守恒定律守恒定律 场的定律场的定律 物质定律物质定律 统计法则统计法则第一节 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、2、场的定律、场的定律:是关于物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
3、检测的一般方法和原理一、自然规律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)21
4、pppgh 液体压力计的误差其他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=P
5、S 精确度高，允许误差可以小到0.050.02。 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，
6、克服了活塞式压力计因油的表面张力、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。 xpxpxp
7、xpxpxxxxx 平薄膜 波纹膜 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。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。 其它弹性式压力表 膜盒压力表 膜片和膜盒也常常被用作压力测量的弹
8、性元件，从而构成膜片压力表和膜盒压力表。 膜盒压力表主要用于测量较低压力或负压的气体压力，压力测量范围为2040kPa，仪表的准确度等级一般为1.52.5级。 膜片压力表 工作原理与膜盒压力表相近，测量准确度也差不多，但膜片压力表的可测压力范围较宽，最高可达2.5MPa。另外，作为弹性元件的膜片常常和其他转换元件一起使用构成电远传式压力仪表.其它弹性式压力表r1r2123P(a)传感器1外壳 2弹性筒 3膜片3.6.23.6.2霍尔压力变送器（霍尔压力变送器（YSHYSH型）型）压力变化压力变化位移变化位移变化霍霍尔电势尔电势V VH H变化。变化。Z Z方向，有恒定的非均匀的磁方向，有恒定的
9、非均匀的磁场场B BY Y方向，有恒定的电流方向，有恒定的电流I I通过通过由于受电磁力的作用，电子运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，另一端面的一个端面电子积累，另一端面正电荷过剩，这样在正电荷过剩，这样在X X方向上形方向上形成一个电位差（成一个电位差（V VH H），这一电位），这一电位差称为霍尔电势。这一物理现象差称为霍尔电势。这一物理现象称为称为“霍尔效应霍尔效应”。ZYX 霍尔电势：霍尔电势：VH=RHBIVH:霍尔电势，大小约几十霍尔电势，大小约几十mV ；RH：霍尔常数，单位：霍尔常数，单位：mV/mA(千高斯
10、千高斯)I：控制电流（通过霍尔片的电流），大小约：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，一般为几千高斯垂直作用于霍尔片的磁感应强度，一般为几千高斯 导体的霍尔效应比半导体小得多，因而霍尔片用半导体导体的霍尔效应比半导体小得多，因而霍尔片用半导体做比较多。做比较多。 霍尔片与弹簧管自由端连在一起，压力变化，弹簧管霍尔片与弹簧管自由端连在一起，压力变化，弹簧管自由端产生位移，霍尔片在非均匀磁场中的位置改变（相自由端产生位移，霍尔片在非均匀磁场中的位置改变（相当于当于B会改变），进而会改变），进而VH改变。这样就实现了把压力转变改变。这样就实现了把压力转变
11、成位移再转变成成位移再转变成VH的变化。的变化。 因因电阻率变化引起阻值变化电阻率变化引起阻值变化称为称为压阻效应压阻效应。 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。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。单晶硅膜片。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
12、杯4.引线引线 5.硅片硅片Ri1Ri2Ri3Ri4Ri1Ri2Ri3Ri4USRi1Ri2Ri3Ri4IS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结论：结论：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
13、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、压阻式压力传感器是一种发展比较迅速，应用十分广泛的压阻式压力传感器是一种发展比较迅速，应用十分广泛的一类压力传感器。一类压力传感器。5、 缺点是缺点是扩散扩散电阻电阻存在温度效应，存在温度效应，容易受环境温度的影响，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。 30.60.84AMPa10.41.23AMPa (a)(b)(c)(d)112233(e)4(f)蒸汽(g)5(f)蒸汽(g)5