刘玉长
第一节 概 述
一、压力定义与单位
垂直作用在单位面积上的力称压力。 在国际单位制(SI)和我国法定计量单位中， 压力的单位是“帕斯卡”，简称“帕”，符 号为“Pa”。 由于历史原因，其它一些压力单位还在 使用，表1给出了各种压力单位之间的换算关 系。
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二、压力的表示方法
压力有三种表示方法，即绝对压力、表压 力、负压力或真空度，它们的关系如下图所示。
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二、弹性元件结构和特点
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三、弹性式压力计
(一)弹簧管压力计
弹簧管压力表在 弹性式压力表中更是 历史悠久，应用广泛。 2a 弹簧管压力表中压力 2b 敏感元件是弹簧管。 弹簧管的横截面呈非 圆形(椭圆形或扁形)， 弯成圆弧形的空心
B
A
p
弹簧管压力表
第二章 压力检测与仪表
压力(真空度)是工业生产过程中一种常 见而又重要的检测参数。 压力检测的意义：1.正确的检测和控制压力 是保证工业生产过程良好地运行，达到高产、 优质、低耗及安全生产的重要环节。
2.此外，生产过程的一些其它参数，如物 位、流量等也可以通过测量压力或差压的测 量而获得。 刘玉长
第一节 概述 第二节 弹性式压力计 第三节 压力(差压)传感器 第四节 真空计 第五节 压力检测仪表的选用
刘玉长 圆筒形应变压力传感器及应变检测桥路
五、压阻式压力检测
压阻元件是基于压阻效应工作的一种压力敏感元件。 它实际上就是在半导体材料的基片上利用集成电路工艺 制成的扩散电阻。
由于单晶硅平膜片在微小变形时有良好的弹性特性， 因此常作为弹性元件使用。
它具有精度高、工作可靠、动态响应好、迟滞小、 尺寸小、重量轻、结构简单等特点，可在恶劣的环境条 件下工作，便于实现显示数字化。
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S
d
ε
转换放大单元
I0
固定电极
P1
P2
填充液 (硅油)
可动电极
隔离膜片
电容式压力传感器结构与检测原理图
Δd=K1ΔP
ΔC=C2-C1=K3ΔP
测量部分包括电容膜盒、高低压室及法兰组件等。
测量原理：将被测压力的变化转换成电容量的变化；再将电容
的变化通过电容/电流转换电路，即可得到与压力成正比
刘玉长的4~20mADC输出信号。
(3) 机械力平衡方法： 将被测压力经变换元件转移成一个集中力，用外力与 之平衡，通过测得平衡时的外力来得到被测压力。
(4)物性测量方法： 基于敏感元件在压力的作用下某些物理特性发生与压 力成确定关系变化的原理。
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第二节 弹性式压力计
用弹性传感器(又称弹性元件)组成的压力测 量仪表称为弹性式压力计。 1.弹性元件受压后产生的形变输出(力或位移)， 可以通过传动机构直接带动指针指示压力(或压 差)， 2.也可以通过某种电气元件组成变送器，实现压 力(或压差)信号的远传。
刘玉可长使导压管内不积存液体，如右图。
(二)导压管的铺设
导压管的长度一般为3~50m，内径为6~8mm， 连接导管的水平段应保持1:10~1:20的坡度，以利于 排除冷凝液体或气体，测液体介质时下坡，测气体 介质时上坡。
(1)当被测介质为易冷凝或冻结时，应加伴热管 再行保温。
(2)在取压口与测压仪表之间，应靠近取压口装 切断阀。
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-20～40kPa，仪表的准确 度等级一般为1.5～2.5级。
金属膜片
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膜盒压力表
膜片压力表
第三节 压力(差压)传感器
压力传感器结构型式多种多样，常见的 型式有压电式、压阻式、应变式、电感式、 电容式、霍尔式及振弦式等。
电气式压力检测方法一般是用压力敏感 元件直接将压力转换成电阻、电荷量等电量 的变化。能实现这种压力-电量转换的压敏元 件有：压电材料、应变片和压阻元件。
P表压
P绝对压力
P真空度 P绝对压力
大气压力线 绝对压力的零线
绝对压力、表压、负压(真空度)的关系
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三、压力检测方法
(1) 弹性力平衡法： 利用弹性元件受压力作用发生弹性形变而产生的弹性 力与被测压力相平衡的原理。
(2) 重力平衡方法： 利用一定高度的工作液体产生的重力或砝码的重量与 被测压力相平衡的原理。
由于有灼热的灯丝，在气压较高时会 吸收气体，影响被测真空度，但在 0.1333～1.333μPa(即10-3～10-8mmHg)的范 围内能进行准确的测量。
刘玉可长用热电偶式真空计与电离式真空计组装成复合真空计。
第五节压力检测仪表的选用
一、压力计的选择
选择压力仪表应根据被测压力的种类(压力、负压或压差)、 被测介质性质、用途(标准、指示、记录和远传等)以及生产过程 所提的技术要求，同时应本着既满足测量准确度、又经济的原则， 合理地选择压力仪表的型号、量程和精度等。
(2)当必须在控制阀门附近取压时，若取压 口在其前，则与阀门距离应不小于2倍管 径，若取压口在其后，则与阀门距离应 不小于3倍管径；
(3)测量流动介质压力时，取压管与流动方 向应垂直；
(4)在测量液体介质的管道上取压时，宜在 水平及其以下45º间取压，可使导压管内 不积存气体；在测量气体介质的管道上 取压时，宜在水平及其以上45º间取压，
霍尔电势UH与电流I以及磁场强度B的关系 如下：
UH=RHIB 式中，RH为霍尔系数，与霍尔片材料、结构尺 寸有关。改变磁场强度B或电流I都可使UH发生 变化。
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霍尔效应原理
(二)霍尔式压力传感器
它由压力-位移转换部分、位移-电势转换部分和稳 压电源等三部分组成。
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霍尔片式压力传感器结构原理图 1－弹簧管； 2－磁钢； 3－霍尔片
(二)仪表精度的选择-即选表原则
压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误差来确定， 即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差。
(三)仪表类型的选择 –满足工艺生产的要求
(1)从被测介质压力大小来考虑：稳定、波动； (2)被测介质的性质：如腐蚀性、温度、黏度、易燃易爆等； (3)对仪表输出信号的要求：直接显示或远传、记录、报警等； (4)使用的环境：爆炸性、高温、低温场所。
常用的校验仪器是活塞式压力计，它由 压力发生部分和测量部分组成，它的精度等 级有0.02、0.05和0.2级，可用来校准0.25级精 密压力表，也可校准各种工业用压力表，被 校压力的最高值为60MPa。
当单晶半导体受到应力作用，其载流子的迁移率 发生变化，而改变其电阻率ρ，从而引起电阻值的相
刘对玉变长化，这种现象称为半导体的压阻效应。
压阻式压力传感器结构示意图
1-单晶硅平膜片；2-低压腔；3-高压腔；
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4-硅杯；5-引线
第四节 真空计
真空计是检测真空度的仪表。 按真空计刻度方法分类，可分为绝对真空计和相对 真空计。常用的U形管压力计、压缩式真空计等属于绝 对真空计；热传导真空计和电离式真空计等属于相对真 空计。 按真空计测量原理分类，可分为直接测量真空计和 间接测量真空计。
二、电容式压力传感器
电容式压力传感器是通过弹性膜片位移引起电容量 的变化从而测出压力(或差压)的。平行极板电容器的电 容量C与极板间介质的介电常数ε 、极板面积S以及极板 间距d的关系为：
C=εS/d 只要保持上式中任何两个参数为常数，电容就是另 一个参数的函数。故电容变换器有变间隙式、变面积式 和变介电常数式三种。电容式压力(差压)传感器器常采 用变间隙式。
(3)对液体测压管道，应靠近压力表处装排污。
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(三)压力计的安装
测压仪表安装时应注意： (1)仪表应垂直于水平面安装，且仪表应安装在取压口同一水平
位置，否则需考虑附加高度误差的修正； (2)仪表安装处与测定点之间的距离应尽量短，以免指示迟缓； (3)保证密封性，不应有泄漏现象出现，尤其是易燃易爆气体介
三、压电式压力传感器
压电式压力传感器是利用压电材料的压电 效应将被测压力转换为电信号。输出的大小与 输入压力成正比例关系，按压力指示。
压电材料在沿一定方向受到压力或拉力作 用时而发生变形，并在其表面上产生电荷；而 且在去掉外力后，它们又重新回到原来的不带 电状态，这种现象就称为压电效应。
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压电式压力传感器结构示意图
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1－绝缘体；2－压电元件； 3－壳体；4－膜片
四、应变式压力检测
应变式压力传感器是基于应变效应工作 的一种压力敏感元件。
应变效应：当金属导体受力(拉伸或压 缩)，导体的几何尺寸及其电阻率都会发生变 化，从而引起电阻值的相对变化，且阻值变 化与应变成正比。
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应变压力传感器及检测电路
应变式压力传感器就是由弹性元件、应变片以及相应测量 电路【通常采用桥式电路】组成，应变片粘贴在弹性元件上，弹 性元件可以是金属膜片、膜盒、弹簧管及其它弹性体；电路输出 电压的大小，就反应了被测压力的变化。
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压力表安装示意图
(a)压力表位于生产设备之下;(b)测量蒸汽;(c)测量腐蚀性介质 1－压力表； 2－切断阀； 3－冷凝管； 4－生产设备； 5－隔离罐； ρ2、ρ1－被测介质和隔离液的密度
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三、压力仪表的校验
校验就是将被校验压力表和标准压力表 通以相同压力，比较它们的指示数值，如果 被校表对于标准表的读数误差，不大于被校 表规定的最大准许绝对误差时，则认为被校 表合格。
(一)仪表量程的选择
选择原则：安全、可靠： (1)被测压力较稳定场合：最大工作压力不应超过仪表满量程的
3/4； (2)被测压力波动较大或测脉动压力：最大工作压力不应超过仪
表满量程的2/3； (3)为保证测量准确度，最小工作压力不应低于满量程的1/3； (4)优先满足最大工作压力条件；
刘(5)玉实量际程长量系程列符：合(1.国0、家1标.6、准2规.5定、值4.0。、我6.国0)×出1厂0n的Pa压。力(差压)仪表的