电气器件系列二十四：电子式压力传感器PPG-D（1）

た入场券 2023-01-19 14:51 2阅读 0赞

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[https://max.book118.com/html/2017/0721/123285653.shtm][https_max.book118.com_html_2017_0721_123285653.shtm]

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### 正压、负压=真空压力、连成压=复合压力 ###

### 复合压力: ###

复合量程就是测量的量程是从负压到正压的，是负压和正压的叠加。  
（零点不是最低点，如果是变送器，4mA时是最低测量范围压力，不是压力为零时的mA值，例如-0.1-0MPa，当压力为-0.1MPa是输出4mA,压力为0时输出20mA,此时-0.1MPa才是理论上的零点）。  
  
起始点为负压，零点在起始点和终点之间（不一定是中间），终点为正压。  
注：1、这里说的零点是指：在测量地的大气压下，将压力表放置在空气中，无外接设备，  
没有外力作用的情况下的压力值。  
2、这里说的负压和正压，都是相对于当前测量地的大气压为零点的情况下，  
也就是理论上的相对压力。  
  
常压的国标量程有：-0.1-0.06，-0.1-0.15，-0.1-0.3，-0.1-0.5，-0.1-0.9，-0.1-1.5，-0.1-2.4，-0.1-3.9MPa（表示为复合量程应该为：-0.1~0~0.06，-0.1~0~0.15，-0.1~0~0.3，-0.1~0~0.5，-0.1~0~0.9，-0.1~0~1.5，-0.1~0~2.4，-0.1~0~3.9MPa）  
微压的量程没有对应规范，如±1kPa,±2kPa...........±30kPa等，也有-10-30kPa的，都可以做。

[https://zhidao.baidu.com/question/487354676348567332.html][https_zhidao.baidu.com_question_487354676348567332.html]

复合压力表是和绝对压力表相对应的，复合这个词的含义就是这个表得到的值是叠加了大气压的，或者说就是以大气压做基准的。它的值为（绝对压力值-大气压力值）

在下面的案例里，同一块表受到的绝对压力是7.5psi，在海平面上的压力为15psi，那么7.5-15=-7.5

![20210510225943426.png][]

## ##

### 真空压力： ###

可这样理解：瓶中气压（一团气体对瓶子的压力）一般为正的，如果出现负压，那么一定是被抽真空了。注意：这里的真空压力不是绝对压力。

真空压力是绝对压力低于大气压时，绝对压力与大气压力之差。也就是处于负压状态。

真空压力=[绝对压力][Link 1]\-[大气压力][Link 2]（真空压力为负值，表示某点压力低于对应大气压力的数值的负值，也就是真空度的负值，真空度为正值）

### 正压： ###

正压一般是指大气压的气体压力高的气体状态，是绝对压强减去标准大气压，与正压相反的就是负压，是标准大气压减去绝对压强，而且两者都是在密闭状态下的压强状态。注意:正压和负压都不是指的绝对压力。

### 真空压力和负压的关系 ###

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[http://www.chvacuum.com/engineering/102664.html][http_www.chvacuum.com_engineering_102664.html]

# 真空度、正压和负压关系及真空单位换算对应关系 #

一、简单得说，这三个概念分别对应气体的稀薄、正常、浓密状态。

**常压**：指一个大气压，即我们平常生活的这个大气层产生的气体压力。一个标准大气压为101325 Pa(帕，帕斯卡-常用压强单位)。100,000Pa=100KPa，所以“一个标准大气压”我们也常用100KPa或101KPa表示。每个地方由于地理位置、海拔高度、温度等不同，当地的实际大气压跟标准大气压也不相等，但出于简化目的，有时候可以近似认为常压就是一个标准大气压，即100KPa;

**负压**：就是指比常压的气压低的气体状态，也就是我们常说的“[真空][Link 3]”。例如，用管子喝饮料时，管子里就是负压;用来挂东西的吸盘内部，也是负压。

**正压**：就是指比常压的气压高的气体状态。例如，给自行车或汽车轮胎打气时，打气筒或打气泵的出气端产生的就是正压。

二、科研、生物工程、自动控制、环保、水处理等众多领域应用中，常常要进行气体采样、气体循环、物体吸附等，这时候就要用到真空泵。它的主要参数有真空度、流量等。

(一)、“[真空度][Link 3]”一般指泵工作时，能达到的极限压力，也即，它能将密闭容器内的气体抽走后，剩下气体的稀薄程度。

工业上，极限压力表示可以有两种,一种是“绝对压力”,即以“绝对的真空”(理论上才能达到的绝对真空，什么物质都没有)为零位,标出的数值都是正值，这个数字越小,越接近绝对真空,也就是真空度越高。比如我们有一款“高真空”微型[真空泵][Link 4] 。它的极限压力为10KPa(0.01MPa)，在微型真空泵里，就属于真空度很高的了。

另一种是“相对压力”,即以大气压作为零位,低于大气压的用负值表示,所以叫“负压”。这个负值的绝对值越大,则真空度越高。

国际真空行业通用的、也是最科学的是用“绝对压力”标识;但因为测量相对压力的方法简便、测量仪器普遍(如一般的真空表都是相对压力表)，所以国内习惯用“相对压力”来标识。

二者关系：相对压力=绝对压力-当地大气压。

如VCH1028的绝对压力：10Kpa，它的相对压力=10-100=-90Kpa(-0.09MPa)。

(二)、科研、实验室、医疗等领域中，常常有气体增压的应用，如：往本身有正压的容器内打气，或系统内阻力较大，需要泵克服阻力送气等。这时候，就需要泵能输出比大气压高的正压，通常用“相对压力”表示。我们的高压微型气泵、微型真空泵最大可以输出>100Kpa(0.1MPa)的正压，本身属于干式真空泵，不需要真空泵油及润滑油，不污染工作介质，可连续24小时运转，抽排气端都可堵塞，就特别适合这些场合。

综合举例：(不是特别严谨，只是为了说明三者的关系)

假设密闭容器内气体压力为常压，即表示内有100个气体分子，用负压为-90Kpa的VCH1028最后能抽走90个，剩下10个，则此时容器内负压为-90Kpa;换成 PH2506B 就只能抽走75个，剩下25个，相应的容器内负压为-75Kpa。

如果用PCF5015N往这个容器打气，则最后容器内有200个气体分子，用绝对压力表示为200Kpa，用相对压力(正压)则为100Kpa。

国际真空行业通用的“真空度” ，指得是“极限真空、绝对真空度、绝对压力” ，但“相对真空度”(相对压力、真空表表压、负压)由于测量的方法简便、测量仪器非常普遍而更广泛使用。

换算公式：相对真空度=标准大气压-绝对真空度

例如：绝对真空度为 80KPa，则它的相对真空度约为 100-80=20KPa，则在相对真空表上就该显示为-0.02MPa。

附压力单位换算： 1 Pa= 1.02×10-5Kgf/cm2= 1×10-5bar = 0.01mbar= 9.87×10-6atm= 7.5×10-3torr= 4.01×10-3inH20= 7.5×10-3mmHg= 1.45×10-4PSI

压力传感器必须具备高精度和可重复性的原因，你知道哪些？

[https://www.sohu.com/a/230139826\_99903201][https_www.sohu.com_a_230139826_99903201]

**应变式压力传感器****是压力传感器中应用比较多的一种传感器，它一般用于测量较大的压力，广泛应用于测量管道内部压力、内燃机燃气的压力、压差和喷射压力、发动机和导弹试验中的脉动压力，以及各种领域中的流体压力等。**它的弹性敏感元件为周边固定圆形金属平膜片。膜片受压力变形时，中心处径向应变和切向应变均达到正的最大值，而边缘处径向应变达到负的最大值，切向应变为零。

因此常把两个应变片分别贴在正负最大应变处，并接成相邻桥臂的半桥电路以获得较大灵敏度和温度补偿作用。采用圆形箔式应变计（见电阻应变计）则能最大限度地利用膜片的应变效果。这种传感器的非线性较显着。膜片式压力传感器的最新产品是将弹性敏感元件和应变片的作用集于单晶硅膜片一身，即采用集成电路工艺在单晶硅膜片上扩散制作电阻条，并采用周边固定结构制成的固态压力传感器（见压阻式传感器）。设计者通常选择将传感器放置在离待测介质尽可能近的地方，以便获得最准确的读数。但是，如果压力传感器与待测液体不兼容，这会给医疗设备设计人员造成大麻烦，迫使他们为传感器添加保护功能。在很多情况下，这些额外的组件会明显增加医疗设备的设计时间和成本。即使是在流体通常不会接触传感器的诊断应用中，设计者们仍然需要考虑最坏的情形，如在应用中可能出现过压或液体在管中流动超过预设值而触及传感器等情况。

设计者怎样做才能确保传感器与流体隔离呢？这就牵涉到管路的设计，因此他们需要考虑组件在系统中的定位，以将流体与传感器隔离开来，或是需要在设计中加入过滤器等附加组件，解决湿度的问题。为了简化设计者们为医疗设备挑选合适压力传感器工作量，传感器厂商专门开发出针对性解决方案。这些解决方案不仅隔离了液体介质，而且免去了集成附加保护功能的需要，使得工程师无需修改设计便可确保液体与传感器不会发生接触，从而简化了设计工作。化学分析仪就是一个很有说服力的应用示例，该析仪中使用了液体介质兼容的电路板安装型压力传感器。在化学分析仪中，需要使用移液管抽吸样本液体，然后把样本滴入样本瓶进行混合或分析。此时应判断移液管是否畅通或者是否正确放置在样本瓶里，以保证液体量正确，而这就需要用到压力传感器。

**化学分析仪应用中最基本要求就是以可重复的方式精确测量流过系统的特定液体量，因此压力传感器必须具备高精度和可重复性，可胜任低压力工作要求，还要能够耐受因冲洗或清洗液体通路而产生的较高压力。**又称应变筒式。它的弹性敏感元件为一端封闭的薄壁圆筒，其另一端带有法兰与被测系统连接。在筒壁上贴有2片或4片应变片，其中一半贴在实心部分作为温度补偿片，另一半作为测量应变片。当没有压力时4片应变片组成平衡的全桥式电路；当压力作用于内腔时，圆筒变形成“腰鼓形”，使电桥失去平衡，输出与压力成一定关系的电压。这种传感器还可以利用活塞将被测压力转换为力传递到应变筒上或通过垂链形状的膜片传递被测压力。应变管式压力传感器的结构简单、制造方便、适用性强，在火箭弹、炮弹和火炮的动态压力测量方面有广泛应用。

测量较小压力时，可采用固定梁或等强度梁的结构。一种方法是用膜片把压力转换为力再通过传力杆传递给应变梁。两端固定梁的最大应变处在梁的两端和中点，应变片就贴在这些地方。这种结构还有其他形式，例如可采用悬梁与膜片或波纹管构成。在组合式应变压力传感器中，弹性敏感元件可分为感受元件和弹性应变元件。

### 压力显示重复性： ###

测量重复性（repeatability of measurement），是指在相同测量方法、相同观测者、相同测量仪器、相同场所、相同工作条件和短时期内，对同一被测量连续测量所得结果之间的一致程度。

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F.S.为英文full scale缩写，意即满量程的意思，digit中文意思为数字，是指仪表显示值最后一位，也叫最小分辨率。  
  
精度计算举例：某温控仪表的精度为±(0.25%F.S.＋1digit），T型热电偶输入范围为-199.9～400.0℃，那么满量程=400+199.9=599.9℃，因为显示值带有一位小数，所以最小分辨率为0.1℃，则1digit=0.1℃。  
  
即，接T型热电偶时的此仪表的精度=±(0.25%F.S.＋1digit）=±(0.25%×599.9＋0.1）=±1.59975≈±1.6℃。

测量仪器的重复性，是指测量仪器测量时的随机误差分量，是测量不确定度的一个基本分量，是无法通过修正而加以消除的，是短时间内重复测量的变化。  
测量仪器的稳定性是指测量仪器的系统变化，是测量仪器的计量特性随时间恒定不变化的能力，通常需要通过多个周期的测试才能确定。  
测量仪器的重复性用标准偏差定量表示进行评定。测量仪器的稳定性评定方法很多，比较常用的方法，即将上级对该标准器相邻周期检定结果进行差值（适用于给出年稳定性指标的计量仪器），从而考核该标准器的该周期（一般为一年）的稳定性。

测量重复性表征的是测量结果之间的一致性，即在相同测 量程序、相同操作者、相同测量系统、相同操作条件和相同地点，在 短时间内对同一或相类似被测对象进行重复测量，所得结果之间 的一致性，常常针对某一组测量结果或某一测量程序。
    测量仪器的重复性是指在重复性测量条件下，对同一或相类 似被测对象重复测量，测量仪器提供相近示值的能力。它反映了 测量仪器示值的随机误差分量的大小，可以用示值的分散性定量 地表示，是衡量测量仪器计量性能的指标之一。测量仪器的重复性是针对测量仪器示值而言。

### 压力单位： ###

计算公式为P=F/S

[压力][Link 5]单位与物体重和受力面积有关

释义二: 压力在物理学方面指垂直作用在物体表面上的力。受力物是物体的支持面，作用点在接触面上，方向垂直于接触面，在受力物体是水平面的情况下，压力（F）=重量【请注意与质量不同（G），G=mg】。在这种情况下，压力单位为 [牛顿][Link 6]（简称 牛 字母为“N”）。

### PSI ###

### 英文全称为Pounds per square inch ###

P是磅pound，S是平方square，I是英寸inch。

把所有的单位换成公制单位就可以算出：1bar≈14.5psi

1psi=6.894757kPa=0.0689476bar

欧美等国家习惯使用psi作单位

### kgf/cm2 ###

### =kg（公斤）f（力）cm2（平方厘米） ###

在中国，我们一般把气体的压力用“公斤”描述（而不是“斤”），单位是“kgf/cm2”,一公斤压力就是一公斤的力作用在一个平方厘米上。

而在国外常用的单位是“psi”，具体单位是“lb/in²”, 就是“磅力/平方英寸”，这个单位就像华氏温标（℉ ）。

### Pa（帕斯卡，一牛顿作用在一平方米上），kPa，MPa ###

100千帕（kPa)=0.1兆帕（MPa）

## ##

### BAR ###

1巴（bar)=100千帕（kPa)=10[牛顿][Link 6]/平方厘米(N/cm2)=0.1MPa

**巴**（符号bar）、**毫巴**（符号mbar）都是表示压力的[单位][Link 7]。它们不属于[单位制][Link 8]或[厘米-克-秒制][-_-]，但接受与国际单位并用。因为巴与大气压力相似，所以被广泛用于描述压力。它在[欧洲联盟][Link 9]国家里律法上被承认。

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inHg

![20210513224314776.png][]

1巴(bar)=0.1兆帕(MPa)=100千帕(kPa)=1.0197162 公斤力/平方厘米

1标准大气压（atm）=0.101325兆帕(MPa)=1.01325巴（bar）

因为单位相差都很小，如果不是要精确计算，可以这样记：

1巴（bar）=1标准大气压（atm）=1公斤力/平方厘米 =100千帕（kPa)=0.1兆帕（MPa）

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[Link 5]: https://baike.baidu.com/item/%E5%8E%8B%E5%8A%9B
[Link 6]: https://baike.baidu.com/item/%E7%89%9B%E9%A1%BF
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[Link 8]: https://www.sg.wiiaa.top/baike-%E5%8D%95%E4%BD%8D%E5%88%B6
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