压差计的感压元件有哪些类型

一、流体静力型感压元件（依赖流体静压力差）

1. U 型管（含改良型）

• 结构：一根 U 形的透明玻璃 / 塑料 tube，内部充有特定介质（如酒精、水银、硅油等，密度根据测量范围选择），两侧管口分别连接两个测量点（高压端 P1、低压端 P2）。

• 工作原理：当 P1≠P2 时，两侧介质液面产生高度差 Δh，根据公式 ΔP = ρ×g×Δh（ρ 为介质密度，g 为重力加速度），通过 Δh 计算压差。

• 改良形式：

• 单管倾斜式：将一侧管子改为倾斜状，放大液面高度差，提升小压差（如几十 Pa）的测量精度。

• 双杯式：U 型管两端连接大容量 “杯状容器"，减少因液面变化导致的杯内介质体积波动，适用于需要稳定读数的场景。

• 适用场景：实验室校准、 HVAC 风道静压测量、低压气体压差（如洁净室压差），缺点是易碎、读数依赖人工、不适用于振动环境。

二、弹性形变型感压元件（依赖弹性材料形变）

1. 膜片（Diaphragm）

• 结构：圆形薄片（厚度 0.1-1mm），材质可选金属（铜合金、不锈钢、哈氏合金，耐高压 / 腐蚀）或非金属（橡胶、聚四氟乙烯，耐低压 / 化学介质），边缘固定，两侧分别接触高压和低压介质。

• 工作原理：压差作用下，膜片向低压侧弯曲，产生与压差成正比的 “挠度"（中心位移量），可直接推动指针（简单结构）或带动杠杆、齿轮组（放大位移，提升精度）。

• 特点：响应速度快，适用于中低压差（0-1MPa），常用于气体、液体压差测量，尤其适合需要防泄漏的场景（如密封容器压差）。

2. 膜盒（Capsule）

• 结构：由两个金属膜片（如黄铜）边缘焊接而成，形成 “中空的扁圆形盒体"，盒内通常抽成真空（或充入固定压力的气体），外侧接触测量介质。

• 工作原理：当膜盒外侧（高压端）与内侧（低压端 / 真空）存在压差时，膜盒会膨胀或收缩，带动连接的连杆产生直线位移，进而驱动指针或记录笔。

• 特点：形变位移比单膜片更大，测量精度更高，适用于微低压差（0-10kPa，如风道静压、炉膛负压），缺点是耐高压能力弱，通常只用于气体测量。

3. 波纹管（Bellows）

• 结构：金属（不锈钢、磷青铜）制成的 “折叠式管状结构"，类似 “可伸缩的手风琴"，一端封闭，另一端开口（连接高压介质），外侧接触低压介质。

• 工作原理：压差推动波纹管沿轴向伸缩，产生线性位移，通过拉杆、弹簧等部件将位移转化为机械信号。

• 特点：位移量大（可达几十毫米），适合中高压差（10kPa-10MPa），可测量气体、液体压差，常用于工业管道、液压系统，但响应速度较慢（因伸缩行程长）。

三、电参数变化型感压元件（依赖电信号转换）

1. 电容式压差传感器（最主流）

• 结构：由两个平行极板组成，一个为固定极板（与外壳连接），另一个为可动极板（与弹性膜片一体化），两极板间形成电容。

• 工作原理：压差作用于弹性膜片，带动可动极板靠近 / 远离固定极板，导致两极板间距变化，电容值（C = εS/(4πkd)，ε 为介电常数，S 为极板面积，d 为间距）随之改变。通过电路将电容变化转化为电压 / 电流信号（如 0-5V、4-20mA）。

• 特点：

• 精度高（误差 ±0.1% FS 以内）、线性度好；

• 受温度影响小（可通过补偿电路修正）；

• 适用于低至微压（Pa 级）、高至中压（MPa 级）的气体 / 液体压差，是 HVAC、医疗设备、工业自动化的shou选。

2. 压阻式压差传感器

• 结构：在硅片（半导体材料）上通过光刻、扩散工艺制作 4 个等值电阻，组成惠斯通电桥，硅片一侧为高压腔，另一侧为低压腔。

• 工作原理：压差导致硅片产生微小形变，使电桥中的电阻因 “压阻效应"（半导体形变时电阻值变化）发生差异，电桥输出与压差成正比的电压信号。

• 特点：

• 响应速度极快（微秒级），适合动态压差（如气流脉动、液体冲击）；

• 体积小巧（可集成微型芯片），但温度漂移较大（需加温度补偿电路），常用于汽车、航空航天等场景。

3. 压电式压差传感器

• 结构：核心为压电晶体（如石英、压电陶瓷），两侧安装电极，晶体一侧承受高压，另一侧承受低压。

• 工作原理：压差作用于压电晶体，使其内部产生极化现象，表面出现等量正负电荷，形成电压信号（仅在压差变化时产生信号，静态压差下无输出）。

• 特点：

• 灵敏度ji高，可测量微小动态压差（如声波、气流振动）；

• 无静态输出，不适用于稳定压差测量，主要用于声学检测、流体脉动监测等领域。

四、各类感压元件的核心差异与选型参考

总结

• 若需低成本、非自动化测量（如人工巡检），优先选流体静力型（U 型管） 或弹性形变型（膜片 / 膜盒）；

• 若需高精度、自动化控制（如工业 PLC 系统），shou选电容式电参数感压元件；

• 若需测量动态压差（如流体冲击、振动），则选择压阻式或压电式；

• 若测量介质为腐蚀性液体 / 气体，需重点关注感压元件材质（如聚四氟乙烯膜片、哈氏合金波纹管）