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1、东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院 第三章第三章 运动测量运动测量11东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量第5章压力侧量东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量绪绪 论论p 压压力力是是工工业业生生产产中中重重要要的的参参数数之之一一。在在物物理理学学中中，流流体体介介质质垂垂直直作作用用于于单单位位面面积积上上的的压压力力称称为为压压强强，但但在在工工程程上习惯称为压力。上习惯称为压力。p 压强测量被称为压力侧量。压力用下式表示：压强测量被称为压力侧量。压力用下式表示：式中：式中：FF流体介质垂直作用于物体表面的力，单位为
2、流体介质垂直作用于物体表面的力，单位为N;N; A A承受力的面积，单位承受力的面积，单位mm2 2p 空空气气重重力力的的作作用用，在在地地球球上上的的任任何何物物体体都都会会受受到到它它的的压压力力作作用用，称称之之为为大大气气压压。大大气气压压在在海海平平面面上上的的标标准准值值为为1.01325 x101.01325 x105 5N/mN/m2 2。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量p 大大气气压压是是不不断断变变化化的的。天天气气预预报报的的高高压压和和低低压压的的参参考考值值是是不不同同的的大大气气压压。大大气气压压力力随随着着海海拔拔高高度度的
3、的不不同同而变化，离地面越高，空气就越稀薄，大气压就越低。而变化，离地面越高，空气就越稀薄，大气压就越低。p 绝绝对对大大气气压压的的侧侧量量要要求求一一个个精精确确的的大大气气压压测测量量。在在压压力力测测量量中中，一一个个常常用用的的术术语语是是表表压压力力，它它是是把把大大气气压作为零压力，反映的是相对于大气的压力。压作为零压力，反映的是相对于大气的压力。p 绝对压力是表压力与大气压之和。绝对压力是表压力与大气压之和。p 表表压压是是绝绝对对压压力力与与大大气气压压之之差差，当当物物体体仅仅在在大大气气压压作用下，其表压将为零。作用下，其表压将为零。p 压压强强的的国国际际单单位位是是帕
4、帕斯斯卡卡(Pa)(Pa)，即即为为1N/m1N/m2 2。压压强强的的其其他他非非国国际际单单位位方方式式：巴巴(bar)(bar)、毫毫米米汞汞柱柱(mHg)(mHg)、PSI PSI 以及大气压等。以及大气压等。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量p 传传感感器器装装置置在在测测量量液液体体压压力力时时，其其值值通通常常会会明明显显地地高高于于大大气气压压；当当测测量量气气体体压压力力时时，压压力力可可能能高高于于或或低低于大气压。于大气压。p 测测量量范范围围的的不不同同以以及及各各种种液液体体和和气气体体的的状状态态不不同同，很多压力表（传感器）可能
5、仅适合测量一种压力。很多压力表（传感器）可能仅适合测量一种压力。p 压压力力传传感感器器需需要要标标定定，高高精精度度的的传传感感器器需需对对每每一一个个传感器进行单独标定，并为用户提供专门的检定证书。传感器进行单独标定，并为用户提供专门的检定证书。p 使用时间超过有效标定期时，需要重新进行标定。使用时间超过有效标定期时，需要重新进行标定。p 为为达达到到测测量量的的最最高高精精确确度度，很很多多压压力力传传感感器器在在每每次次使用之前都要先进行标定。使用之前都要先进行标定。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量5.1 5.1 液体压力表液体压力表u 压力表是一
6、种用于测量流体压力的装置。压力表是一种用于测量流体压力的装置。u 通常是借助于管内液体检测其压力变化的。通常是借助于管内液体检测其压力变化的。u 压压力力表表是是压压差差式式传传感感器器，其其测测量量结结果果为为当当前前测量的压力与参考压力测量的压力与参考压力( (大气压大气压) )的差值。的差值。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量5.1.1 U5.1.1 U形管压力表形管压力表n U U形形管管内内装装入入部部分分液液体体，可可以以是是水水、酒酒精精、水水银银等等。液液体体的的密密度度越越低低，压压力力表表的的灵灵敏度就越高。敏度就越高。n U U形形管管
7、压压力力表表是是以以其其基基本本形形状状命命名名的的，其其基基本本形形式式是是由由一一个透明的被制作成个透明的被制作成“U”U”字形的玻璃或塑料管组成。字形的玻璃或塑料管组成。n 图图示示的的U U形形管管压压力力表表，管管子子两两端端是是开开口口的的，大大气气压压均均等等地地作作用用在在两两端端的的液液体体上上，U U形形管两端的液面高度是相同的。管两端的液面高度是相同的。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量p 图图示示为为一一个个未未知知压压强强P P未未知知作作用用在在U U形形管管压压力力表表的的一一端端管管口上，该管的另一端是开口的，受大气压口上，该
8、管的另一端是开口的，受大气压P P大气压大气压的作用。的作用。p 未未知知压压强强P P未未知知作作用用在在管管内内的的液液体体上上，迫迫使使液液位位向向下下移移动动一一段段距距离离，使使另另一一端端的的液液位位升升高高，管管内内两两端端液液体体的的高高度度不再相等不再相等. .p 两两端端液液体体的的高高度度差差h h与与未未知知压压强强和和大大气压强的压差成正比。气压强的压差成正比。p U U形形管管压压力力表表中中，未未知知压压强强和和大气压强的差就是表压。大气压强的差就是表压。P P表压表压= P= P未知未知P P大气压大气压 ghgh东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5
9、5章压力侧量章压力侧量P P未知未知= P= P大气压大气压+ + ghgh式中，式中， U U形管内液体的密度，单位为形管内液体的密度，单位为kg/mkg/m3 3; ; g g重力加速度，即重力加速度，即9.81m/s9.81m/s2 2; ; h hU U形管内两端液位的高度差，单位为形管内两端液位的高度差，单位为mm。u 如如果果已已知知大大气气压压，或或者者能能容容许许采采用用标标准准大大气气压压代代替替大大气气压所产生的误差，则可对上式重新进行整理得到压所产生的误差，则可对上式重新进行整理得到: :u U U形形管管压压力力表表的的结结构构简简单单，可可用用于于标标定定其其他他的的
10、压压力力仪仪表表，在工业上的应用并不是很广泛。在工业上的应用并不是很广泛。u 主主要要用用于于测测量量流流体体( (液液体体或或气气体体) )的的压压力力，但但其其缺缺点点是是不不能用于远程侧量。能用于远程侧量。u 被被侧侧压压力力的的波波动动频频率率很很高高时时，应应用用U U形形管管压压力力表表测测量量的的结果可能是会很不准确，且读数也很困难。结果可能是会很不准确，且读数也很困难。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量5.1.2 5.1.2 倾斜管压力表倾斜管压力表 倾斜管压力表是一种比倾斜管压力表是一种比U U形管压力表更灵敏的压差式压力表形管压力表更灵敏
11、的压差式压力表 它更适合于更低压力的测量，或要求测量精确度更高的场合。它更适合于更低压力的测量，或要求测量精确度更高的场合。 图示为它的一种基本设计形式。图示为它的一种基本设计形式。 倾倾斜斜管管压压力力表表管管柱柱的的一一端端连连接接到到储储液液池池中中，另另一一端端与与水水平平面面倾斜一个角度倾斜一个角度 。 倾倾斜斜端端管管柱柱由由玻玻璃璃或或塑塑料料等等透透明明材材料料制制成成。储储液液池池通通常常由由塑塑料料制制成成，但但不不必必是是透透明的。明的。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量表压由下式给出表压由下式给出: :P P表压表压= P= P未知未
12、知P P大气压大气压 gd.singd.sin 式式中中， 储储液液池池内内液液体体的的的的密密度度，单单位位为为kg/mkg/m3 3; ; g g重力加速度，即重力加速度，即9.81m/s9.81m/s2 2; ; d d液体沿倾斜管上升的距离，单位为液体沿倾斜管上升的距离，单位为mm。 倾斜管对水平面的倾斜角，单位为倾斜管对水平面的倾斜角，单位为radrad。用大气压的标准值代替实际值所引起的误差，则有：用大气压的标准值代替实际值所引起的误差，则有：P P未知未知= P= P大气压大气压+ + gd.sin gd.sin U U形形管管- -倾倾斜斜式压力计式压力计东北石油大学华瑞学院东
13、北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量用用倾倾斜斜管管压压力力表表侧侧定定未未知知压压强的计算实例强的计算实例: :例例题题：倾倾斜斜管管压压力力表表内内装装有有酒酒精精，有有一一个个作作用用于于储储液液池池末末端端的的未未知知压压强强，倾倾斜斜管管的的管管柱柱端端部部是是开开口口的的，并并仅仅受受大大气气压压的的作作用用，它它与与水水平平面面的的倾倾斜斜角角为为30300 0。当当受受未未知知压压强强作作用用时时，液液体体沿沿倾倾斜斜管管移移动动 距距 离离 为为 25mm25mm， 设设 酒酒 精精 的的 密密 度度 为为800kg/m800kg/m3 3，重重力力加加速速度度为
14、为9.81m/s9.81m/s2 2， 作作 用用 在在 压压 力力 表表 上上 的的 大大 气气 压压 为为1.01325101.01325105 5N/mN/m2 2，试确定未知压强。，试确定未知压强。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量解解: : 从题意得从题意得 d=25mm d=25mm =800kg/m=800kg/m3 3， g=9.81m/s g=9.81m/s2 2， P P大气压大气压= 1.0132510= 1.01325105 5N/mN/m2 2P P未知未知= P= P大气压大气压+ + gd.sin gd.sin 未知压强为：未知
15、压强为：=1.01325105Pa+(8009.810.025=1.01325105Pa+(8009.810.025sinsin30300 0) Pa) Pa=101423Pa=101423Pa所以，未知压强为所以，未知压强为101.423ka101.423ka东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量u 倾倾斜斜管管压压力力表表的的精精确确度度与与U U形形管管压压力力表表相相比比，受受人人为读数技巧的影响更小，而且更灵敏。为读数技巧的影响更小，而且更灵敏。u 除除非非倾倾斜斜管管相相对对很很长长，否否则则，它它将将不不能能用用于于压压强强范围很大的测量。范围很大
16、的测量。u 倾倾斜斜管管压压力力表表应应用用于于要要求求比比U U形形管管压压力力表表灵灵敏敏度度更更高高的的场场合合，但但它它不不能能用用于于远远程程读读数数，通通常常多多用用于于气气体体压强测量。压强测量。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量5.2 5.2 弹性压力传感器弹性压力传感器u 弹弹性性压压力力传传感感器器在在压压力力作作用用下下其其传传感感元元件件会会产产生弯曲、拉伸等暂时性的变形。生弯曲、拉伸等暂时性的变形。u 通通过过把把压压力力转转变变成成弹弹性性传传感感元元件件在在压压力力作作用用下下的变形量的变形量( (位移位移) )来测量。来测量。
17、u 可可以以利利用用测测量量位位移移的的传传感感器器来来作作为为压压力力传传感感器器的输出信号，如：压电式和电容式压力传感器。的输出信号，如：压电式和电容式压力传感器。u 应应用用电电子子式式位位移移传传感感器器的的地地方方，通通常常是是借借助助于于一种膜片检测其压强的变化。一种膜片检测其压强的变化。u 各种弹性压力传感器测量压强的方法各有不同。各种弹性压力传感器测量压强的方法各有不同。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量5.2.1 5.2.1 波登管压力计波登管压力计u 波波登登管管压压力力计计因因发发明明家家Eugene Eugene BourdnBour
18、dn的的名名字字而而得得名名，它它是是目目前前最最流行的压力传感器。流行的压力传感器。u 基基本本的的波波登登管管是是由由不不锈锈钢钢或或黄黄铜铜等等合合金金材材料料制制成成，它它由由横横截截面面为为椭椭圆圆形的管材制成，管的一端是封闭的。形的管材制成，管的一端是封闭的。u 波波登登管管有有各各种种形形状状，包包括括螺螺旋旋式式、扭扭杆杆式式和和盘盘绕绕式式。图图示示为为一一种种常常见见的的C C形波登管压力计。形波登管压力计。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量n C C形形波波登登管管在在大大气气压压下下，当当作作用用在在开开口口端端的的压压强强增增加加时
19、时，它它会会产产生生与与管管内内压压强强( (管管外外的的压压强强保保持持为为大大气气压压不不变变) )成成正正比比的的外外向向弯弯曲曲形形变变( (趋于变直趋于变直) )。n 当当压压强强减减小小时时，该该C C形形管管会会复复原原到到仅仅在在大大气气压作用下的位置。压作用下的位置。n C C形形管管的的形形变变量量取取决决于于作作用用的的压压强强和和C C形形管管的材料、形状、管壁的厚度和长度等因素。的材料、形状、管壁的厚度和长度等因素。n 与与其其他他弹弹性性压压力力传传感感器器相相比比，波波登登管管产产生生的的变形要更大一些。变形要更大一些。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第
20、5 5章压力侧量章压力侧量u 波登管压力计如图所示。波登管压力计如图所示。u 波波登登管管与与指指针针相相连连接接，指指针针可可以以在在整整个个标标定定好好的的刻刻度度盘盘上上转转动动，当当施施加加压压强强时时，波登管的形变量是很小的。波登管的形变量是很小的。u为为了了放放大大指指针针的的位位移移，常常采采用用机机械械式式放放大大（杠杠杆杆、扇扇形齿轮和支点）装置。形齿轮和支点）装置。u波波登登管管需需要要一一种种温温度度补补偿偿装装置置，温温度度的的变变化化会会影影响响其其精精确确度。度。u为为了了实实现现远远程程测测量量，由由压压强强变变化化引引起起的的波波登登管管的的形形变变量量( (位
21、位移移) )可以用一种适合的位移传感器检侧到。可以用一种适合的位移传感器检侧到。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量n 图图示示为为一一个个与与波波登登管管相相连连 的的 线线 性性 差差 动动 变变 压压 器器(LVDT)(LVDT)：可可以以把把波波登登管管末末端端的的位位移移转转换换成成一一种种电电信信号。号。n 该该电电信信号号可可以以在在一一个个用用压压强强的的单单位位标标定定的的电电子子装装置上进行显示或记录。置上进行显示或记录。n 适适用用于于液液体体和和气气体体的的压压强强侧侧量量，无无论论是是工工业业还还是是民民用用，都都得得到到了了广广泛泛
22、的的应应用，用，n 其其典典型型的的应应用用是是轮轮胎胎气气压压计计，用用于于充充气气时时侧侧量量轮轮胎胎内内的的气气压压并控制充气机的关闭，还可用于检测化工厂的管线压强等。并控制充气机的关闭，还可用于检测化工厂的管线压强等。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量5.2.2 5.2.2 波纹管压力计波纹管压力计u 波波纹纹管管压压力力计计是是一一种种压压差差式式压压力力传传感感装装置置，主主要要用用于于0 01000Pa1000Pa的低压范围的压强侧量。的低压范围的压强侧量。u 波波纹纹管管是是由由一一种种被被压压制制成成波波纹纹状状的的薄薄的铜合金管制成的。的
23、铜合金管制成的。u 管管的的一一端端是是密密封封的的，另另一一端端开开有有一一个个小小孔孔，当当通通过过这这个个小小孔孔施施加加一一定定压压强强时时，波波纹纹管管膨膨胀胀一一个个距距离离d d，其其位位移移量量可可以以按按压强的单位标定。压强的单位标定。u 波纹管所受的未知压强波纹管所受的未知压强P P未知未知由下式给出：由下式给出：P P未知未知d.d. /A/A东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量式式中中，dd由由波波纹纹管管移移动动的的距距离离，单单位位为为mm； AA波波纹纹管管的的横横截截面面积积，单单位位为为mm2 2； 波纹管的刚度，单位为波纹管
24、的刚度，单位为N/mN/m。u 单单腔腔波波纹纹管管，由由两两个个圆圆形形金金属属膜膜片背靠背连接组成。片背靠背连接组成。u 这这种种装装置置常常常常被被称称为为膜膜片片式式压压力力传传感感器器，可可以以检检测测出出比比多多腔腔式式波波纹纹管更小的位移。管更小的位移。u 波波纹纹管管传传感感器器产产生生很很小小的的位位移移，需需要要进进行行放放大大，线线性性差差动动变变压压器器(LVDT)(LVDT)和和线线性性电电位位计计等等位位移移传传感感器器可用于把位移转换成电信号。可用于把位移转换成电信号。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量n 图图所所示示为为一一个
25、个波波纹纹管管传传感感器器与与一一个个线线性性差差动动变变压压器器(LVDT)(LVDT)的连接图。的连接图。n LVDTLVDT产产生生一一个个与与位位移移输输人人信信号号关关联联的的电电信信号号输输出出，电电信信号号可以在以压强为单位标定的装置上显示或记录。可以在以压强为单位标定的装置上显示或记录。n 波波纹纹管管压压力力计计不不能能用用于于受受冲冲击击和和振振动动的的环环境境下下，而而且且它它的的精精确确度度也也会会受受到到温温度度变变化的影响。化的影响。n 波波纹纹管管压压力力计计的的应应用用之之一一是是在在各各种种控控制制中中，当当压压力力达达到到某某种种临临界界值值时时用用于于自自
26、动动关关闭管路中的阀门。闭管路中的阀门。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量5.2.3 5.2.3 电容式压力传感器电容式压力传感器u 电电容容式式压压力力传传感感器器是是利利用用电电容容的的特特性性，测测量量膜膜片片形形变量的一种测量装置。变量的一种测量装置。u 膜膜片片是是一一种种其其形形变变量量与与所所受受的的压压强强成成正正比比的的弹弹性性压压力力传传感感器器，它它本本身身作作为为电电容容器的一个极板。器的一个极板。u 膜膜片片由由一一种种薄薄片片金金属属合合金金( (如如不不锈锈钢钢或或黄黄铜铜) )制制成成的的。它它是是圆圆形形的的，并并且且其其边
27、边缘缘与与圆圆柱柱筒筒的的周周边边被被连连续续固固定。定。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量p 在在大大气气压压和和外外部部未未知知压压强强共共同同作作用用下下，膜膜片片产产生生的的形形变变( (位位移移) )量量取取决决于于它它的的形形状状、结结构构、尺尺寸寸、厚厚度度和和材材料料等因素，因此它是一种压差式传感器。等因素，因此它是一种压差式传感器。p 这这种种传传感感器器压压强强和和位位移移之之间间的的精精确确关关系系随随每每一一种种设设计计的的不不同同而而不不同同。它它用用来来检检测测很很小小的的位位移移量量，通通常常为为1mm1mm以内。以内。p 这种
28、仪器通常需要单个地进行标定。这种仪器通常需要单个地进行标定。p 用用膜膜片片作作为为电电容容器器的的一一个个极极板板是是一一种种非非接接触触侧侧量量位位移移的的方方法法，输输出出的的电电信信号号具具有有非非常常高高的的分分辨辨力力，尤尤其其适合于各种小位移的测量。适合于各种小位移的测量。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量 图图示示为为一一个个膜膜片片与与电电容容器器的的结结合合，电电容容器器的的一一个个极极板板被固定，另一个极板就是膜片。电介质通常是空气。被固定，另一个极板就是膜片。电介质通常是空气。 当当压压强强变变化化时时，膜膜片片会会产产生生与与它它成
29、成比比例例的的形形变变，电电容容器器的的电电容容C C与与两两极极板板间间的的距距离离成成反反比比，即：即：C C1/d1/d 在在电电容容器器的的两两极极接接入入调调理理电电路路，电电容容值值的的变变化化会会引引起起愉愉出出电电压压的的变变化化，该该电电信信号号经经过过调调制制并并标标定定为为压压强强的的形形式式显显示出来。示出来。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量5.2.4 5.2.4 压电式压力传感器压电式压力传感器l 图图所所示示为为压压电电式式压压力力传传感感器器的的原原理理图图。这这种种传传感感器器类类似似于于利用薄金属或半导体膜片检侧压强变化的
30、电容式压力传感器。利用薄金属或半导体膜片检侧压强变化的电容式压力传感器。l 当当其其所所受受压压强强变变化化时时膜膜片片会会挠挠曲曲变变形形，从从而而会会在在压压电电晶晶体体上上产产生生一一种种应应变变，在在晶晶体体表表面面会会出出现现与与其其应应变变量量成成正正比比的的极极性相反的电荷量。性相反的电荷量。l 这这种种压压力力传传感感器器的的压压电电晶晶体体通通常常是是石石英英，且且被被放放置置在在密密封封装装置置中中，并并引引入入了了由由集集成成电电路路技技术术制制成成的的信信号号调调制制电路。电路。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量u 压压电电式式压压力
31、力传传感感器器可可以以工工作作在在高高温温下下，其其温温度度特特性性非非常常好好，而而且且其其体体积积能能做做得得非常精小。非常精小。u 主主要要优优点点是是动动态态响响应应迅迅速速、且且工工作作范范围宽。围宽。u 它它还还具具有有很很高高的的灵灵敏敏性性和和很很高高的的精精度度，以及良好的重复性和很小的迟滞误差。以及良好的重复性和很小的迟滞误差。u 该传感器不适合静态力的测量。该传感器不适合静态力的测量。u 被被广广泛泛应应用用于于侧侧量量发发射射炮炮弹弹时时炮炮管管内内的压强。的压强。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量5.2.5 5.2.5 半导体压阻式
32、和应变片式传感器半导体压阻式和应变片式传感器n 半半导导体体压压阻阻式式压压力力传传感感器器工工作作原原理理类类似似于于压压电电式式压压力传感器。力传感器。n 在这种传感器中，硅膜片是核心部件。在这种传感器中，硅膜片是核心部件。n 是基于压阻效应工作的一种压力敏感元件。是基于压阻效应工作的一种压力敏感元件。n 当当硅硅膜膜片片受受外外力力作作用用产产生生形形变变时时，其其电电阻阻值值也也将将发发生相应变化，称为压阻效应。生相应变化，称为压阻效应。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量u 将将制制作作成成一一定定形形状状的的N N型型单单晶晶硅硅作作为为弹弹性性元
33、元件件，选选择择一一定定的的晶晶向向，通通过过半半导导体体扩扩散散工工艺艺在在硅硅基基底底上上扩扩散散出出4 4个个P P型电阻，构成惠斯登电桥的四个桥臂。型电阻，构成惠斯登电桥的四个桥臂。u 从从而而实实现现了了弹弹性性元元件件与与变变换换元元件件一一体体化化，这这样样的的敏敏感器件称为压阻式传感器。感器件称为压阻式传感器。u 压压阻阻式式传传感感器器主主要要用用于于测测量量压压力力、加加速速度度和和载载荷荷等等参数。参数。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量l 膜片上的四个压敏电阻构成了单臂电桥，如图所示。膜片上的四个压敏电阻构成了单臂电桥，如图所示。l
34、当当压压强强被被加加到到膜膜片片上上时时，它它会会引引起起电电阻阻应应变变片片的的应应变变，其其压压敏敏电电阻阻与与其其应应变变成成比比例例变变化化，因因此此输输出出电电压压也相应变化。也相应变化。l 压压阻阻式式压压力力传传感感器器用用于于要要求求有有良良好好的的可可重重复复性性、高高精精确确度度、低低迟迟滞滞误误差差和和长期稳定的场合。长期稳定的场合。l一一个个典典型型的的应应用用是是测测量量水水池池底底部部的的压压强强，这这种种压压强强直直接接与与水水的的深深度度有有关关，压压力力传传感感器器构构成成了了液液位位测测量系统的一部分。量系统的一部分。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院
35、第第5 5章压力侧量章压力侧量压阻式传感器输出信号调理压阻式传感器输出信号调理东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量5.3 5.3 气压表气压表u 气气压压表表是是一一种种专专门门用用于于测测量量大大气气压压的的传传感感器器。它它们们必必须须很很灵灵敏敏，且可以测量绝对压强。且可以测量绝对压强。u 主要用于气象领域。主要用于气象领域。u 高高气气压压通通常常与与晴晴朗朗的的天天气气对对应应，而低气压通常与恶劣的天气对应。而低气压通常与恶劣的天气对应。u 气气压压表表主主要要有有两两种种基基本本类类型型：液体玻璃管气压表和无液气压表。液体玻璃管气压表和无液气压表。
36、东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量u 液液体体玻玻璃璃管管气气压压表表由由一一个个被被固固定定在在背背面面板板上的上的U U形管组成。形管组成。u 一一端端管管柱柱形形成成一一个个开开口口的的储储液液池池，通通过过一一个个小小孔孔与与大大气气压压相相通通。另另一一端端为为细细管管，含含有有的的液体量与储液池相比要少。液体量与储液池相比要少。u 与与倾倾斜斜管管压压力力计计一一样样，通通过过一一端端管管柱柱内内的的液液体体所所对对应应的的刻刻度度可可以以读读出出大大气气压压，管管柱柱这这一一端是真空的并被密封。端是真空的并被密封。5.3.1 5.3.1 液体玻
37、璃管气压表液体玻璃管气压表u 可可以以用用气气压压表表侧侧量量绝绝对对压压强强，气气压压表表的的衡衡量量结果是两个管柱之间的压差。结果是两个管柱之间的压差。u 真真空空管管产产生生的的压压强强将将远远低低于于当当地地的的实实际际大大气气压压。作作用用在在含含真真空空端端管管柱柱的的压压强强是是可可以以忽忽略略的的，在在气气压压表表中中液液体体的的主主要要压压力力是是大大气气压压。在在玻玻璃璃管中液体的高度与大气压成正比。管中液体的高度与大气压成正比。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量n 储储液液器器的的液液面面可可以以用用玻玻璃璃管管中中的的液液体体来来调调
38、整整，这这样样，可可调节到与读数前的零刻度相对应，以提高侧量准确度。调节到与读数前的零刻度相对应，以提高侧量准确度。n 气气压压表表玻玻璃璃管管中中的的液液体体有有几几种种选选择择，它它们们都都能能实实现现精精确确测测量量，但但都都较较笨笨重重，或或是是很很脆脆弱弱的的，而而且且其其精确度受温度变化的影响比较显著。精确度受温度变化的影响比较显著。n 通通常常它它们们放放置置在在一一个个固固定定的的位位置置，并并经经常常用用来来标标定定其其他他的的压压力力传传感感器器，或或在在实实验验室室里里作作为为一一种种参参考考基准。基准。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧
39、量5.3 .2 5.3 .2 无液气压表无液气压表( (膜盒式气压表膜盒式气压表) )n 借借助助一一个个密密封封的的金金属属膜膜盒盒来来测测量量大大气气压压的的变变化化。膜膜盒盒的的一一个个或或两两个个面面是是膜膜片片，膜膜盒内为部分真空。盒内为部分真空。n 膜膜盒盒内内部部的的压压强强低低于于外外面面的的大大气气压压，而而且且是是不不变变的的，所所以以它它对对大大气气压压的的变变化化是是敏敏感的。感的。n 如如果果大大气气压压增增大大，膜膜片片变变形形且且膜膜盒盒变变得得展平；如果大气压降低了，膜盒就会膨胀。展平；如果大气压降低了，膜盒就会膨胀。n 这这种种位位移移通通过过一一个个强强力力
40、弹弹簧簧经经过过柱柱杆杆压压在在膜膜盒盒上上就就可可以以检检测测到到，然然后后由由齿齿轮轮和和杠杠杆杆进进行行机机械械放放大大，最最后后将将其其传传送送给给一一个个标标定好的刻度盘上的指针，由指针显出气压。定好的刻度盘上的指针，由指针显出气压。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量p 无无液液气气压压表表比比液液体体气气压压表表的的读读数数更更简简单单，占占用用空空间间更更小，测量精度不会因温度变化而受到明显的影响。小，测量精度不会因温度变化而受到明显的影响。p 其其精精度度较较低低，主主要要是是受受其其机机械械传传动动部部分分精精度度的的影影响响，实际上，无液
41、气压表通常是根据液体气压表进行标定的。实际上，无液气压表通常是根据液体气压表进行标定的。p 无无液液气气压压表表常常常常被被家家庭庭使使用用。它它们们很很多多以以非非国国际际单单位位进进行行标标定定，像像mmHgmmHg。也也有有用用几几种种更更直直观观的的天天气气状状况况( (如如: :晴、阴、雨等来表示。晴、阴、雨等来表示。p 如如果果需需要要电电子子方方法法测测量量，膜膜片片的的位位移移可可以以用用电电容容式式传传感感器器来来检检测测，可可以以提高精确度和分辨率。提高精确度和分辨率。p 大大气气压压随随着着海海拔拔高高度度而而变变化化，高高精精度度的的绝绝压压传传感感器器常常被被作作为为
42、飞飞机机飞飞行行高高度的检测仪。度的检测仪。东北石油大学华瑞学院东北石油大学华瑞学院第第5 5章压力侧量章压力侧量本章小结本章小结 本本章章介介绍绍了了压压力力及及用用于于测测量量压压力力的的各各种种装装置置，压压力力可可以以用用表表压压和和绝绝对对压压两两种种不不同同的的方方法法表表示示，压压力力传传感感器器可可以以大大致致分分为为压压力力表表、弹弹性性压压力力传传感感器器和和气气压压表表。还还有有其其他他更更专专用用和和有有效效的的压压力力传传感感器器，如如侧侧量量“绝绝对对真真空空”的的传传感感器器。但但本本章章只只是是给给出出对对压压强强及及其其测测量量用用常用仪器的一个基本的理解。常用仪器的一个基本的理解。 压压强强本本身身可可以以被被用用于于确确定定其其他他参参数数，例例如如液液体体的的深深度度、流流速速以以及及飞飞机机的的飞飞行行高高度度等等。压压力力传传感感器器的的选选择择取取决决于于很很多多因因素素，如如被被测测压压力力的的类类型型和和范范围围以以及及测测量所要求的精确度等。量所要求的精确度等。
