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Welcome to PL40,Pressure world!. The basic knowdage of PL 40. 压力产品的基础知识。. 什么是压力 ?. 定义 ( 物理 ) : 压力 : 垂直作用于 单位面积上的力的大小定义为压力 P( 压强 ) 有如下公式 :. p = F/A. 单位 : 帕斯卡 ( 牛顿每平方米 ):. 1 Pa = 1 N/ m 2. 各种的压力单位. A) 官方定义的单位（ 1978 年 1 月 1 日 启用） - Pascal ( 帕斯卡 ) 1 Pa = 1 N/m 2

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Presentation Transcript

  1. Welcome to PL40,Pressure world!

  2. The basic knowdage of PL 40.压力产品的基础知识。

  3. 什么是压力? 定义 (物理): 压力: 垂直作用于单位面积上的力的大小定义为压力P(压强) 有如下公式: p = F/A 单位: 帕斯卡 (牛顿每平方米): 1 Pa = 1 N/m2 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  4. 各种的压力单位 • A) 官方定义的单位（1978年1月1日 启用） • - Pascal (帕斯卡) 1 Pa = 1 N/m2 • bar 1 bar = 105 Pa (广泛用工程技术行业) • B) 用于液位测量 • - mmWS 1 mmWS = 9.80665...Pa = 0.098 mbar • C) 地区性的单位 (主要是英联邦国家和美国) • psi, ftH20, inH20, inHg 1 psi = 0.068 bar • D) 用于医疗行业,比如血压 • - mm 汞柱 1 mmHg = 1 Torr = 133.322 Pa • E) 过时的单位 (从公斤力转换成牛顿) • - kp/cm2 1 kp/cm2 = 1 at = 98.0665...KPa Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  5. 不同压力单位间换算 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  6. 不同的压力形式 从技术上分为3种不同的压力形式: 1. 差压 (differential pressure) 2. 绝压 (absolute pressure) 3. 相对压力(表压)(gauge pressure, relative pressure) Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  7. 3. 表压 表压(相对压力) prel是以环境压力pamb（实际大气压）为基准来表示的压力. 它根据海波高度和天气的不同变化. 表压的值 : 从-pamb ... 无穷大, 也可以是负值(负压)  表压是差压的一种 “差压,其中 p2 = 环境压力” 其它的表压表示方法:超压(高于大气压),负压(低于大气压),标准压力(英语) 带大气压力补偿的表压变送器 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  8. 2. 绝压 绝压pabs是以绝对真空（零压）为基准，高于绝对真空的压力. 绝压的值从 0到无穷大, 永远是正值 绝压也是差压的一种,其中 p2 = 真空 例如: 通过真空泵把一个容器抽真空 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  9. 1. 差压 两个压力p1和p2间的差被称为差压 p = p1 - p2 例如: 流量测量或过滤网监测 p2 p 例如: 带两个过程连接的智能压差变送器 p1 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  10. 3. 表压 举例：表压，用于液位测量 表压测量变送器测量压力 p (一定高度的液体产生的静压) 并把这个信号转换成电子信号. 该信号在已知液体密度情况下，正比于液位的高度.公式：P=ρgh 应用: 井水,湖水,积水,游泳池,容器,罐,暖气系统等等. 例如: 表压变送器作为投入式液位仪使用 Quiz Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  11. 只有用绝压才能保证开关点为常数. 区别:表压/绝压 举例: 通过真空泵把容器抽真空 目的: 当容器内压力达到5 mbar绝压的时候，关闭真空泵 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  12. 其它的压力定义 • 请不要与前面3个压力形式混淆: • 静压 (Static pressure) • - 公称压力(PN)

  13. 公称压力(PN) 公称压力 PN 是… (根据 ISO-Norm 7268) 用数字形式，表示设备的耐压能力 目的是设备上的所有部件选用一个相同的公称直径和公称压力. 实际上允许的工作压力取决于材料, 设计和工作温度. 是根据规定的压力/温度表格来选用. 可以替代PN 的另外一个概念是等级"Class“, 它的单位是psi 例如: DIN PN 16 (in bar) PN420 (in bar) ANSI lbs 150 (in psi) lbs 300 (in psi) Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  14. min/ max / typ 汽车轮胎压力 约 2 bar rel 自行车轮胎压力 约 4 bar rel 香槟酒瓶中的压力(密封时) 约 6 bar rel 水管中的压力 约 4 bar rel 10米深的水的压力 约 1 bar rel 100 m 深的水的压力 约 10 bar rel 约 1013 mbar abs 海平面的大气压(绝压) 楚格峰(德国)顶的大气压 (约 2962 m) 约 724 mbar abs 朱穆朗玛峰顶的大气压 (约 8848 m) 约 404 mbar abs 宇宙中的压力 (真空) 绝对 0 mbar abs 天气: 高压（晴天）和低压（阴天）差 约 20 mbar 血压(健康的人) 约 120/80 Torr 约 16 bar rel 压缩机中的气体压力 约 400 bar rel 液压中的油压 约 2 mbar DP 洁净室中的过压(比如芯片加工) 约 2000 bar rel 高压共轨柴油直喷泵 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  15. 约 2 bar abs 高压锅 (120°C) 约 4 bar abs 杀菌器 (142°C) 约 26 bar rel 蒸汽锅炉,发电厂 (225 °C) 约 700 bar rel 橡胶挤压机 约 15-1000 bar rel 高压清洗机 约 200 bar rel 炼奶机 (奶烙厂) 约 10-5 Pa DP 声波压力 (可听波) 约 0,02 Pa DP 声波压力 (房间里的声音大小) 约 150 Pa DP 声波压力 (刺痛感波强) 约 5 mbar rel 锅炉内压力(发电厂) 约 1-100 mbar DP 孔板前后的作用压力 约 3.5 Mbar 地球中心的压力(计算得到) 约 220 Gbar 太阳中心的压力(计算得到) 约 100 mbar rel 水液位 (1m) Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  16. Quiz: 液位 约 100 mbar rel (100 cmWS) 1 m深的水的压力? 约 80 mbar rel 80 cmWS 1 m深的汽油的压力 ( = 0.8) ? 约 1 bar rel 10 m深水的压力? 1000 m水道深的压力? 约 100 bar rel 10 m供暖设备的压力? 约 1 bar rel Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  17. 内容 • 2. 压阻应变片传感器 • 2.1 扩散硅 – 电阻应变片 • 2.2 薄膜式 - 电阻应变片 • 2.3 厚膜式 - 电阻应变片 • 2.4 电阻应变片传感器比较 • 3. 电容式压力传感器 • 4. 电感式压力传感器 • 5. 一览 / 比较 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  18. 膜片 1. 压阻应变片原理 • 电阻应变片 把压力形变转化成电信号 • 电阻的改变通过惠斯登电桥放大加强 • 电阻应变片可以是金属, 金属合金,半导体或厚膜电阻组成 • 膜片大部分充当应变基体,最简单的膜片是圆形的. 电阻率 电阻丝长度 电阻丝横截面积 电阻应变片 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  19. Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  20. 1. 电阻应变片原理 温度补偿 (模拟) 每个传感元件除了压力传感芯片外还含有一个温度传感芯片. 每个元件上的温度误差随温度的不同而不同. 通过合理的接线可以实现用简单的方法达到足够好的温度补偿 对温度补偿来说, 　电阻RV，ＲＬ，ＲＰ１，ＲＰ２必须由检测报告来确定 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  21. 扩散硅电阻应变片 （压阻效应） Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  22. ２.１扩散硅－电阻应变片（压阻） 结构: 半导体金属电阻的改变是由扩散硅晶体结构中的电子运动性改变引起的。 由于半导体（大多数是硅）比金属应变片大１００倍左右的电阻改变值，使通过很小的压力传感器测量很小的测量范围成为可能（可以到mbar范围）. Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  23. ２.１半导体－电阻应变片（压阻） Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  24. ２.１半导体－电阻应变片（压阻） Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  25. 半导体组装机 元件板 半导体传感元件 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  26. 半导体元件组装机 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  27. 连线机 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  28. 压力传感元件 基座(TO39) 温度传感器 压力传感器 连线 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  29. 压力测量元件 不锈钢膜片 基座 焊接环 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  30. 压力测量元件的结构 介质隔离: 扩散硅元件是通过填充油和不锈钢膜片与介质隔离开的. 从而测量元件几乎可以适用所有有腐蚀的介质. 根据需要,隔离膜片也可以用其它金属,比如说镍基合金 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  31. 充油设备 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  32. 惰性气体焊机 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  33. 压力测量元件 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  34. ２.１半导体－电阻应变片（压阻） • 优点: • 通过半导体加工和微加工方面的先进技术可以大量生产 • 很小的传感元件尺寸 • 可以测量绝压 • 部件可以焊接 • 形式上多样化 • 缺点: • 需要和介质隔离. • 温度漂移高(必须接温度补偿) Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  35. 测量范围一览 电感式(5) 0.0005 1 电容式(4) 25 0.050 厚膜式 (3) 1.6 100 薄膜式 (2) 40 1000 无隔离膜片 只适用气体 压阻式(1) 0.040 0,250 100 p (bar) 测量范围 0.001 1000 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  36. 2.2 薄膜式 - 电阻应变片 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  37. 2.2 薄膜式 - 电阻应变片 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  38. 2.2 薄膜式 - 电阻应变片 结构: 大多数情况下,圆形膜片作为变形体使用.大部分是由不锈钢组成. 在膜片上要有一层绝缘材料. 通过光电效应把膜片金属和绝缘层连接起来.前提条件是长期稳定性并且无断损变形. 上覆一对变形敏感的应变层 (喷雾,在高真空下喷洒) 最后用影像平板蚀法过程把应变片在湿浸条件下生产出来. Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  39. 2.2 薄膜式 - 电阻应变片 • 优点: • 传感器实际上由一个部分组成,非常结实 • 不需要和介质隔离 • 高负载能力 • 高长期稳定性 • 高抗破裂能力 • 缺点: • 只能表压范围 • 变形敏感度小,输出信号小 • 因为传感器直径小, 测量范围要大于 30 bar才行 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  40. 2.3 厚膜式 - 电阻应变片 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  41. 2.3 厚膜式 - 电阻应变片 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  42. 2.3 厚膜式 - 电阻应变片 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  43. 2.3 厚膜式 - 电阻应变片 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  44. 2.3 厚膜式 - 电阻应变片 陶瓷传感器过程连接结构 • 3种介质接触材料: • 陶瓷膜 • 密封圈 • 过程连接 注意: 陶瓷传感器总需要密封圈 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  45. 2.3 厚膜式 - 电阻应变片 • 优点: • 成产成本低 • 小于破裂界限值,陶瓷一直都有很好的弹性和重复性 • 金属厚膜传感器是可焊接的 • 缺点: • 传感器灵敏度小 • 测量范围的局限性 • 在传感器和过程连接间,必须使用密封圈(陶瓷) Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  46. 测量范围一览 电感式 (5) 0.0005 1 电容式 (4) 25 0.050 厚膜式 (3) 1.6 100 薄膜式 (2) 40 1000 无隔离膜片 只适用气体 Piezoresistiv (1) 0.040 0.250 100 p (bar) 测量范围 0.001 1000 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  47. 2.4 电阻应变片传感器比较 陶瓷厚膜式金属薄膜式 扩散硅(压阻式) 测量范围1.6...100 bar 100...600 bar 0.25...100 bar 压力形式表压表压表压/绝压 介质接触部分Al²O³ /橡胶1.4571/1.4542 1.4571/1.4435 结构密封性渗漏O-Ring “焊接,不透气密封” “焊接,不透气密封“ 破裂压力3-5倍满量程 3-5倍满量程 4倍满量程 超压-破裂情况破裂/ 超压变形/ 破损 / (膜片) 介质流出 “保持密封”保持密封 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  48. 带有相应电极的压力膜片 连接环 基座 CR-阴电极 CP-阳电极 结构:陶瓷电容压力传感器 3. 电容压力传感器 带电子处理元件的CMOS-ASIC 背面 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  49. 3. 电容压力传感器 • 优点: • 超压性能好 • 长期稳定性能好 • 膜片可高负载外力 • 干的测量元件 (无填充油) • 缺点: • 必须加密封垫圈 • 快速的温度变化时有问题 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

  50. 4. 电感式压力传感器 结构 电感式位移接收器 膜片 过程连接 外壳 Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

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