chap04压力传感器（课件）- 《传感器检测技术》同步教学（铁道版）

传感器检测技术 中国铁道出版社 2024/1/5 2 4. 压力传感器 引言 4.1压力基本概念 4.2压力传感器分类选型与发展 4.3应变式压力计 4.4电容式压力传感器 4.5电感式压力传感器 4.6压磁式压力传感器 4.7电势输出式压力传感器 4.8谐振式压力传感器 4.9重载型压力传感器 4.10压力传感器工程应用实例 引言 压力与生产、科研、生活等方面密切相关。在工业自动化生产过程中，压力更是重要工艺参数之一。正确测量和控制压力是保障生产过程安全和优质运行的重要环节。 压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中应用最广泛的传感器之一，同流量、液位、温度传感器一同构成了支撑工业自动化的四大传感器，被广泛应用于空间流体测量、汽车、航空、航海、冶金、机械、机器人等各种工业自控环境领域，涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。 4.1压力基本概念 物理学中，压力指垂直作用于物体表面上的力，或是气体对于固体/液体表面的垂直作用力，或是液体对于固体表面的垂直作用力；物体的单位面积上受到的压力叫做压强。压力的方向始终和受力物体的接触面相垂直。 国际单位中，压力的单位牛顿（N）。压强的单位是帕斯卡（Pa）。1N的力垂直均匀作用在1m2面积上，所形成的“压强”为1Pa，1Pa=1N/㎡。帕斯卡是很小的压强单位。检测领域和工程技术中压力和压强不严格区分，将物理学中的压强也称为压力。但是必须明确压力和压强不是一个物理量。在看工程类书籍时，区分方法是看它所使用的物理单位。本书中的压力指压强。 工程技术界还广泛使用其他压力单位，主要有工程大气压(at)、 标准大气压(atm)、约定毫米汞柱(mmHg)等，气象学中还用“巴(bar)”等为压力单位。 4.1压力基本概念 表4-1 压强单位换算 兆帕 （MPa） 磅/平方英寸（psi） 千克力/平方厘米 （kgf/c㎡） 巴 （bar） 标准大气压 （at m） 毫米汞柱（mmHg） 1 145 10.2 10 9.8  — 0.006895 1 0.0703 0.0689 0.068 — 0.1 14.503 1.0197 1 0.987 — 0.101325 14.696 1.0333 1.0133 1 760 133.32（Pa） 1 4.1压力基本概念 压力分类： 1.大气压：地球周围大气 因重力而产生的压力。 2.差压（压差）：两处压力之间的差值（符号是Pd ）。 3.绝对压力：介质（液体、气体或蒸汽）所处空间的所有压力。 4.表压力（相对压力）：如果绝对压力和大气压的差值是一个正值，那么这个正值就是表压力（其符号表示是Pg） ，表压力>0。 5.密 封 压 ：以标准大气压（101325Pa）为基准来表示的压力（符号是Ps）。 6.负压（真空表压力）：和“表压力“相对应，如果绝对压力和大气压的差值是一个负值，那么这个负值就是负压力，负压力<0。负压也叫真空度。 7.静态压力：一般理解为“不随时间变化的压力，或者是随时间变化较缓慢的压力，即在流体中不受流速影响而测得的表压力值”。 8.动态压力：和“静态压力”相对应，“随时间快速变化的压力，即动压是指单位体积的流体所具有的动能大小。” 4.1压力基本概念 大气压、差压、绝对压力、表压、真空度相互之间关系如图4-1所示。据压力分类，测量压力的传感器也常分为绝对压力传感器、差压传感器和表压传感器。 图4-1 各种压力之间的相互关系 4.2压力传感器分类选型与发展 4.2.1压力传感器分类 表4-2 压力传感器分类 压力引起物理量的变化 电阻 压阻式压力传感器 广义的压阻式压力传感器指压力变化引起阻值变化的传感器，主要有金属应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、蓝宝石压力传感器、陶瓷压力传感器、半导体压电阻型压力传感器 。狭义的压阻式传感器是压力式传感器的一种，又称为扩散硅压力传感器。 半导体压电阻抗扩散压力传感器 扩散硅压力传感器，在薄片表面形成半导体变形压力，通过外力(压力)使薄片变形而产生压电阻抗效果，从而使阻抗的变化转换成电信号。 电容 静电容量型压力传感器 静电容量型压力传感器，是将玻璃的固定极和硅的可动极相对而形成电容，将通过外力(压力)使可动极变形所产生的静电容量的变化转换成电气信号。 电容式加速度传感器  电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器，其中一个电极是固定的，另一变化电极是弹性膜片。弹性膜片在外力（气压、液压等）作用下发生位移，使电容量发生变化。这种传感器可以测量气流（或液流）的振动速度（或加速度），还可以进一步测出压力。 电感 电感式压力传感器  电感式压力传感器是用电感线圈电感量变化来测量压力的仪表。 常见的有