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压力检测与变送分析三

2021年08月18日 青海机械设备网

压力检测与变送分析(三)

1.应变式压力传感器

应变式压力传感器是把压力的变化转换成电阻值的变化来进行测量的,应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体,其阻值随压力所产生的应变而变化。对于金属导体,电阻变化率 △R/R 的表达式为:

(2-1-8)

式中μ—材料的泊松系数;

ε—应变量。

图2-1-9为国产BPR-2型压力传感器的结构示意图。

在图2-1-9中,应变简的上端与外壳2固定在一起,下边与密封膜片3紧密接触,两片康铜丝应变片R1和R2用特殊胶合剂粘贴在应变筒的外壁上。R1沿应变简的轴向粘贴作为测量片,R2沿应变筒的径向粘贴作为温度补偿片。必须注意,应变片与筒体之间不能产生相对滑动,并且要保持电气绝缘,当被测压力p作用于膜片而使应变筒作轴向受压变形时,沿轴向贴置的应变片R1也将产生轴向压缩应变ε1,于是R1的阻值变小;而沿径向贴放的应变片R2,由于应变筒的径向产生了拉伸变形,也将产生拉伸应变ε2,于是R2的阻值变大。

应变片R1、R2与另两个固定电阻R3、R4组成一个桥式电路,见图2-1-9(b),由于R1和R2的阻值变化使桥路失去平衡,从而获得不平衡电压作为传感器的输出信号,本传感器桥路的电源为10V(直流),最大的输出为5mV直流信号,再经前置放大成为电动单元组合仪表的输入信号。

BPR-2型压力传感器有0~1MPa、0~10MPa、0~30MP等多种量程可供选用。选择时测量上限一般以不超过仪表量程的80%为宜,本传感器主要适用于变化较快的压力测量,其非线性及滞后误差小于±1%。

2.压电式压力传感器

压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应,目前广泛使用的压电材料有石英和钛酸钡等,当这些晶体受压力作用发生机械变形时,在其相对的两个侧面上产生异性电荷,这种现象称为“压电效应”。

晶体上所产生的电荷的大小与外部施加的压力成正比,即

q=ηp (2-1-9)

式中:q—压电量(电荷数);

p—外部施加的压力;

η—压电常数。

这种压力传感器的特点是:体积小,结构简单,不需外加电源,灵敏度和响应频率高,适用于动态压力的测量,广泛地应用于空气动力学、爆炸力学、发动机内部燃烧压力的测量等等。其测量范围可从0~700pa到0~70Mpa精确度可达0.1%.

压力式传感器的结构如图2-1-10所示.图中,由受压薄壁筒给出预载力,并将一挠性材料制成非常薄的膜片进行密封.预载筒外的空腔可以连接冷却系统,以保证传感器工作在环境温度一定的条件下,这样就避免了因温度变化所造成的预载力变化而引起测量误差.

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