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壓力測量原理與實踐


發布日期:[2018-08-22]    作者:昊明壓力傳感器


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Figure 1. A dead weight tester, the primary standard for pressure measurements, uses calibrated weights on a piston to generate pressure in the tester volume. When the test pressure is increased until it just supports tthe weights and piston, it is known very accuractly (P = W/A).

以前審查壓力的物理機制,它是什么,壓力測量單元推導和與相關的另一種方式(“壓力傳感原理,”壓力傳感器)?,F在我們將探討測量壓力和設計進行任務儀器陣列的各種方法。


如何測量血壓?
與大多數被測量,壓力測量方法有不同的適用性。測試工程師需要熟悉幾個技術來選擇一個最適合他們的具體要求。

Deadweight Tester。最根本的壓力測量技術,有利于為壓力傳感器主要標定,是自重測試儀,或活塞式壓力計(見圖1)。該裝置采用校準砝碼(群眾),施加壓力的流體(通常是液體)通過一個活塞。自重測試儀可作為首要標準,影響精度的因素是可追溯的質量、長度和時間的標準。的活塞式壓力計操作簡單;壓力是由轉動絲杠,減少流體的體積內的測試生成,從而增加壓力。當通過減少體積產生壓力略高于權重產生的活塞上,活塞將上升,直到達到一個均衡點,壓力計和活塞底部的相等。系統中的壓力將:


P = W/A (1)

哪里:


W = weight of piston plus weights
= effective area of piston


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圖2。U形管壓力計是測量壓力的一個主要標準。壓力測量采用液柱高度平衡(一);如果壓力施加到一條腿,那水平會下降和水平另腿會上升(B)。
各種壓力范圍可以通過改變活塞的面積和權重的大小來實現的。非常準確和精確的壓力校準,許多必須作出更正,確切的面積和重量必須是已知的,必須格外小心,在程序上采取。顯然,這不是日常的壓力測量的一種可行方法。

manometers流體頭。一個液柱的高度,或區別的兩液柱高度之間,是用來測量裝置稱為U形管壓力計壓頭(見圖2)。如果流體是安裝在一個開放的U形管,在每側的液位將是相同的。當壓力施加到一邊,那水平會下降和水平另一方面將上升到之間的高度差等于壓頭。高度差的壓力和流體的密度成正比。U形管壓力計是測量壓力的一個主要標準。

雖然許多壓力表只是一塊玻璃管形成一個U形測量高度的參考尺度,有從大小、形狀的多種變化,和材料(見圖3)。如果左側連接到測量點,右邊是開放的氛圍,壓力表顯示壓力,積極或消極的(真空)。壓差可

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圖三。U形管壓力計可以有多種配置,但無論是兩條腿的大小或形狀,在液柱高度差將永遠是一個真正的指示壓差。
通過連接每個腿的一個測量點測量。絕對壓力可以通過疏散參考側測量。水銀氣壓計是一個絕對壓力測量壓力表指示大氣壓力。

在一些版本中,U的兩腿不同直徑。一些類型包括一個大口徑的“好”的一面。在其他國家,一個管傾斜,以提供更好的分辨率的閱讀。但他們都是按同樣的原理。因為在安裝和觀測幾何的諸多限制,和有限的范圍內,壓力表是不實際的或有效的大部分壓力測量。

受力裝置機械壓力表和壓力傳感器彈性元件的機電一體化設備,稱為受力改變形狀,當施加壓力時(見圖4)。

形狀的變化,然后轉換為位移。對受力設備種類繁多,最常見的是Bourdon tubes和隔膜。波登管提供相當大的位移運動,機械壓力表是有用的;較小的橫膈膜運動是機電傳感器更好。


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圖4。對受力裝置用于壓力傳感的品種繁多,最常見的是彈簧管。彈簧和連桿機構轉換裝置的運動,指針設計為零,線性調整,和跨度允許機械校準。


力的運動和設備可以連接到一個線性可變差動變壓器,作為機電轉換元件?;蛘?,它可以鏈接,通常是通過一個運動的放大機制,對potentiomenter雨刷。減少加速度誤差,平衡質量提供了可能。

機械壓力表在機械表、受力和設備產生的運動轉換的機械連接到撥號或指針的移動。更好的表提供調整為零,跨度大,線性,和(有時)機械校準溫度補償。高精度的機械表,利用特殊的材料,平衡的運動補償技術,鏡的尺度,刀口指針,和擴大規模來提高精度和讀數的準確性。最準確的機械表,測試儀表,作為傳遞標準壓力校準,但需要遙感、監控應用,或記錄他們是不切實際的。他們的機械聯系,也限制了他們的動態壓力測量的頻率響應。

機電式壓力傳感器機電式壓力傳感器或壓力傳感器,通過受力裝置,轉換成電信號產生的運動。這些傳感器比機械表更加實用、適應性強,特別是應用在數據采集和控制系統。在精心設計的傳感器,電機輸出是施加的壓力在很寬的壓力范圍內成正比。對于快速變化的動態壓力測量,換能器的頻率特性是一個重要的考慮因素。

壓力傳感器的類型
壓力傳感器可提供多種參考壓力選擇:表(psig),絕對(PSIA)、微分(PSID),密封(PSIS)。所有使用的力和設備將壓力一位移,但位移后再轉換成由一些轉導方法的電輸出。最常見的是應變計,可變電容,電。

應變式傳感器應變式傳感器是基于金屬或硅半導體應變計。壓力表可以離散單元表面附著的緊張元素或無規。儀表材料可以濺射到隔膜或擴散到硅膜片結構。最常見的受力裝置的應變式傳感器是隔膜,這可能是平的或雕刻。應變計也用在波登管和波紋管組件。

應變片的電阻變化時表現出顯著的應變材料。這種變化是3作用的總和。首先,當一個導體的長度是變化的,它經歷了一個電阻改變長度近似成正比。其次,根據泊松效應在導體的長度改變其截面積變化引起的電阻變化,一是改變面積近似成正比。第三、壓阻效應、材料的特性,是一種材料的體積電阻率的變化的時候是緊張的。所有的應變計材料具有這三種屬性,但不同材料的壓阻效應差別很大。

金屬應變片的薄金屬箔制造到基材和覆蓋有保護膜絲或模式的網絡(見圖5)。


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圖5。金屬箔或金屬絲應變計可用于粘結或無粘結感應變(位移)的力和設備。該表為季度,半年,或與標準應變電源和信號調理全橋。他們提供了一個穩態響應而患低靈敏度。

Their design permits the use of a large active length (= largeR在一個小的地區)。它們是用特制的合金具有較大的壓阻效應。硅應變計的摻雜電阻率水平產生壓阻式和熱阻影響的最佳組合。應變計材料的特點是應變靈敏度,但當制成應變片,它們的特點是“規范的因素,”定義為相對電阻變化除以應變:


equation

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(二)

哪里:


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圖6。應變計,無論是金屬或硅,通常結合的表面應變測量是。該表提供在他們的活動區域的平均應變輸出比例。
R = resistance
R = change in resistance
l = length
= strain =L

粘貼式應變計離散金屬或硅應變計通常粘(粘)的表面應變進行測量,并提供一個輸出在有源區的平均應變的比例(見圖6)。典型的儀表系數為2左右;一株在1μ。/。會產生2μ電阻變化/。應變電阻范圍從120到幾百歐姆。由于電線或箔的長度顯著提供高應變電阻是必要的,金屬應變片不能非常小。

應變計應變計傳感器使用比較長的線應變線延伸至連接到連桿機構崗位(見圖7)。聯動是這樣設計的,當壓力增加時,導線的一半

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圖7。應變計的拉繩,連接的受力裝置柱陣列,通常隔膜,這樣,他們的經驗相對運動的壓力下隔膜deformss。
進一步拉長,另一半是不。主要利用無粘結在保稅是一個更高規格的因素,3的訂單。因為沒有粘合劑是必需的,它們也可以被用于設計和制造在較高溫度下。應變計傳感器往往是大。

濺射的應變計應變材料可以濺射到非導電膜片產生應變片(見圖8)。位置和方向控制的掩蔽,并通過濺射過程中產生的分子鍵消除粘接的任何問題。表因素是相似的無規。表面處理等工藝控制非常關鍵。制造過程提供了一個硅膜片的優點,如良好的線性度和高

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圖8。薄膜應變計可以濺射到隔膜,消除定位粘接單獨計制造變化。此操作需要精確的過程控制,但提高了穩定性,線性度和溫度范圍。
固有頻率,以及金屬良好的溫度特性表。

gauges半導體應變。



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