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压力检测

/pressure detection/
条目作者朱晓青秦斌
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朱晓青

秦斌

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最后更新 2023-05-05
浏览 136
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用于测量、检验、调控科研活动或生产过程中气体或液体压力的技术。

英文名称
pressure detection
所属学科
控制科学与工程

压力检测的方法很多,对应有多种类型压力计,常用的主要有流体压力计、弹性元件压力计、电气式压力计和活塞式压力计等。

(1)流体压力计。以流体静力学理论为基础测量压力,较常用的有U形管压力计(图1)、单管压力计与斜管压力计。如果为被测压力、为大气压,则位移量可表达被测压力或差压。U形管压力计既可用来测量压力又可用来测量差压。

图1 U形管压力计测量原理图图1 U形管压力计测量原理图


(2)弹性元件压力计。根据弹性元件受力变形的原理来测量压力。常用的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管等。弹簧管压力计(图2)主要由弹簧管、传动机构以及指示机构等组成。当被测压力从弹簧管的固定端输入时,弹簧管的自由端产生位移。在一定的范围内,该位移与被测的压力呈线性关系。

图2 弹簧管压力计测量原理图图2 弹簧管压力计测量原理图


(3)电气式压力计。利用一些特殊敏感元件将被测压力直接转换成各种电量进行测量的仪表,这些敏感元件包括应变元件、压电元件、霍尔元件以及差动电容元件和差动电感元件等。

应变元件一般由金属或半导体材料制成。当有应力作用于应变元件时会使应变元件产生变形(也即应变),由于应变元件的变形,其电阻值也将发生变化。这样力与电阻就形成了对应关系,测量该电阻也就可以测出对应的压力。压电元件是基于压电效应的。一些压电晶体、压电陶瓷和高分子压电材料,在某个方向力的作用下产生电荷的效应称为压电效应。测量该电荷也就可以测出对应的压力。霍尔元件是基于霍尔效应的。一个霍尔半导体材料的薄板在两个端点加直流电压作为激励,在与该板垂直的反向施加一个磁场,则在薄板的另一个端点上会产生一个与磁场强度成正比的输出电压。如果被测压力能使霍尔元件发生位移,使霍尔元件相对外部施加的磁场发生改变,测量该霍尔元件的输出电压也就可以测出对应的压力。

(3)差动电容压力计。差动电容元件的中心可动电极板与两侧固定电极板构成两个平面型电容。可动电极板与两侧固定电极板形成两个感压腔室,介质压力是通过两个腔室中的填充液作用到中心可动电极板。隔离膜片的作用既传递压力,又避免电容极板受损。当正负压力(差压)由正负压导压口加到膜盒两边的隔离膜片上时,通过腔室内硅油液体传递到中心测量膜片上,中心感压膜片产生位移,使可动电极板和左右两个电极板之间的间距发生改变,形成差动电容,差动电容的相对变化值与被测压力成正比。差动电容压力计需要附加对电容进行测量与转换放大电路才可实现压力测量。

(4)差动电感压力计。差动电感元件由一个初级线圈、两个次级线圈和插入线圈中央的圆柱形铁芯等组成。两个次级绕组反相串联,当活动衔铁处于初始平衡位置时,差动变压器输出电压为零。当活动衔铁受力向上移动或向下移动时,会导致一个线圈有较大的互感,而另一个线圈有较小的互感,随着衔铁位移变化,差动变压器输出电压也必将随之而变化。差动变压器的输出值与被测压力成正比。差动电感压力计需要附加对电感进行测量与转换放大电路才可实现压力测量。

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