第二章 压力检测仪表

特点：结构简单、价格低廉、使用方便、测量范围宽，附加电气 变换、控制装置，可实现压力远传、报警、控制等。
2.2.1弹性元件
弹性元件：压力作用下产生弹性变形，是弹性式压力计的测压敏感元件。 常用弹性压力计弹性元件：
（1）弹簧管 结构简单，测量范围很广，最高可达109Pa。 （2）波纹管 刚度小、位移量大，灵敏度高，用来测量较低的压力。 （3）膜片膜盒 膜片刚度大、位移量小，灵敏度低。
E h Rh IB l f ( ) K h IB h b
图2.8 霍耳效应原理
2.3.2 霍尔片式压力传感器
霍尔式弹簧管压力传感器结构：两个完全相同的磁铁相对安装，磁钢两 对极靴形状特殊，使磁极间形成的磁场成线性分布，两侧方向相反。 原理：当被测压力为零时，霍尔片处 于极靴中央位置，左右两半磁场方向相 反、互相对称，霍尔片总电势之和为零。 当被测压力大于零时，弹簧管带动霍 尔片左移，霍尔片总电势大于零。当输 入压力是负压时，霍尔元件向右移动， 霍尔电势为负。并且压力越大，霍尔片 偏移越大，输出电势也越大。此霍尔电 势与被测压力成比例。利用该电势即可 实现压力信号的远传。
静触点被上（下）限指针1、3挡住，动、静触点脱
离接触，信号灯均不亮。
图2.7 电接点信号压力表
2.3 霍尔式压力计
组成：由霍尔式压力传感器和显示仪组成。
2.3.1 霍尔效应
霍尔元件：是置于磁场中的一半 导体材料片。 原理：磁场中的霍尔元件在Y向 通入恒定电流I，自由电子受洛伦 磁力F的作用发生偏移，霍尔片-X 方向端面上有电子积累，+X方向 端面上正电荷过剩，产生电位差E， 即“霍尔电势”
k――与弹簧管结构、尺寸、材料有关的常数。
结论 （1）弹簧管变形与弹簧管结构及尺寸有关。 （2）弹簧管变形与弹簧管材料性能有关。 （3）弹簧管变形与被测压力P成正比。
2．弹簧管的结构和材料
弹簧管的截面形状：有扁圆形、椭圆形、D型、双零形、8字形。 弹簧管的材料：磷锡青铜（QSn4-0.3）、弹簧铜（50CrVA）；不锈钢 （1Cr18Ni9Ti）或恒弹性合金钢（N42CrTi,Ni42Cr6Ti）。
弹性元件的材料:有金属（铜基、铁基、镍基、铌基弹性合金合金）、石
英、陶瓷和硅材料等。 弹性元件的基本特性： 刚度：产生单位位移所需要的压力。 弹性滞后：是指弹性材料在加载、卸载的正反行程中,相同压力下变形不 同,位移曲线是不重合的。 弹性后效：是指载荷在停止变化之后，弹性元件在一段时间之内还会继
续产生类似蠕动的位移。
3．压力的表示方法
（1）绝对压力P ：介质的真实压力。 p P Pa （2）表压力： p Pa P （3）负压力： 压力仪表指示的压力均为表压力。
2.1.2压力测量仪表的分类
（1）液柱式压力计 （2）弹性式压力计 （3）活塞式压力计
（4）电测式压力计
p Hρg
2.2 弹性式压力计
1 2 R2 b2 ＝ (1 2 ) P K P 2 E bh a
、 ――弹簧管材料的泊松系数和弹性模量；
R——弹簧管圆弧外半径； a、b——弹簧管截面长半轴、短半轴； h――弹簧管的壁厚； k――弹簧管的几何参数，
图2.3 弹簧管的测压原理
――系数；
(a)传感器结构

(b)非均匀磁场
图2.9 YSH-3型霍尔片式压力传感器
2.4 电感式压力计 2.4.1 差动变差器
差动变压器的结构：次级线圈由两个完全对称的线圈L21、L22反相串接。 铁芯的位置，影响次级线圈的磁耦合，使线圈L21、L22上的磁通及感应电
图2.4 常见弹簧管截面形状
3．弹簧管压力表的组成原理
弹簧管压力表结构：由弹簧管、传动放大机构（包括拉杆、扇形齿轮、中心齿轮 等）、指示装置（指针和表盘）以及外壳等几部分组成。 工作原理：被测压力由接头9通入弹簧管 内腔，使弹簧管1产生弹性变形，自由端B向 右上方位移。通过拉杆2使扇形齿轮3作逆时 针偏转，进而带动中心齿轮4作顺时针偏转， 于是固定在中心齿轮上的指针5也作顺时针偏 转，从而指出被测压力的数值。由于自由端B 的位移量与被测压力之间成正比例关系，因 此弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。 量程调整：改变调整螺钉8在扇形齿轮的 槽孔中位置，以改变传动放大机构的放大倍 数，实现压力表量程的调整。 变差校正：游丝7始终给中心齿轮施加一 个微小的力矩，使中心齿轮和扇形齿轮始终 有一侧齿面啮合，以克服齿轮传动啮合间隙 而产生的仪表变差。
2.2.3电接点压力表
作用：压力越限报警、控制。
结构：在普通弹簧管压力表上附加触点机构而成。 原理：当压力超过上限设定值时，动触点B和静 触点A接触，红色信号灯LH的电路被接通，使红灯
点亮。若压力低到下限设定值时，动触点B与静触
点C接触，绿色信号灯LL的电路接通,绿灯亮，依此 警示压力超限。而当压力回到上（下）限以内时，
温度系数：温度改变1度引起的刚度的变化。
2.2.2弹簧管压力表
1．弹簧管测压原理
被测压力p作用于弹簧管内腔后，其截面变形-变园。但是，弹簧管弧长 度拉伸变形可以忽略不计，弹簧管微元截面绕管轴心逆时针方向转动。 所有弹簧管截面微元变形累积的结果，使整个弹簧管中心角减小，弹簧 管产生向外挺直的扩张变形，自由端向右上方位移。
图2.5 弹簧管压力表结构
4. 弹簧管压力表的形式
（1）按弹簧管结构分：有单圈弹簧管压力表、多圈弹簧管压力表。 （2）按测量精度分：有工业用压力表（0.5级以下）、校验用精密压力表。 （3）按其用途分：有耐腐蚀压力表、耐震压力表、隔膜压力表，氧气压力 表、氨用压力表等。
弹簧管压力表的外形：径向、轴向、直接安装式、凸装式、嵌装式。
图2.6 弹簧管压力表的形式
(a)径向无边 (b)径向后边 (c)径向前边 (d)轴向无边 （e）轴向前边 （f）隔膜式
压力表公称直径（Φ40、Φ60、Φ100、Φ150、Φ250）。 压力计的测量范围：常用的有0～1.0、1.6、2.5、4.0、6.0×10n系列。 精度等级：4.0、2.5、1.5、1.0、0.5、 0.4、0.25、0.2、0.1级等。