壓強量測

概念

對流體作用於單位面積上的法向力的測定，壓強通常分為相對壓強和絕對壓強。前者是測點水壓強與大氣壓強之差；後者是包括大氣壓強在內的總壓強。測定壓強的儀表稱為壓力計，按其作用原理可分為液柱式壓力汁、機械式壓力計和電測壓力感測器等。

液柱式壓力計是量測液柱高度表示壓強的裝置。常用的有以下兩種。

（1）測壓管。直接用水柱高度表示壓強（或稱測壓管高度）。施測時，在測量壓強的邊壁上開測壓孔，然後用不鏽鋼管或紫銅管、橡皮管等將測壓孔連通至測壓管（通常用玻璃管）。如果壓強較大，測壓管過高，測量不便，則可改用較重的工作液體如水銀。

（2）比壓計。用來測量兩點之間的壓強差的裝置。又稱U形管壓差計。在U形玻璃管內充填非揮發性測壓用工作液體，水和水銀是兩種最常用的工作液體。

這兩種壓力計僅適用於測定恆定流時的時均壓強。由於測量結果穩妥可靠，操作簡便，為實驗室中最基本的測壓儀器。

機械式壓力計即壓力表，是利用金屬彈性元件受壓變形的特性來量測壓強。通過結構設計，這些元件可在外力作用下產生變形，帶動傳動機構，從而使被測壓強顯示在率定好的錶盤上。壓力表的形式繁多，常見的有彈簧式、管環式、隔膜式和風箱式等4種。

在正常壓強量程內，壓力表的準確度不及液柱式壓力計。使用時，須事先進行率定。

電測壓力感測器套用非電量電測原理，將感受到的液體壓力轉換成電信號，並與放大器和記錄器相配合，可以精確、快速地測定動態、靜態壓力和脈動壓力。常用的壓力感測器有應變片壓力感測器與晶體壓力感測器兩種。

（1）應變片壓力感測器。用電阻應變片作為敏感元件，當感測器的彈性承壓元件受壓力作用變形時，貼上在其上的應變片發生電阻的變化。通過二次儀表將此變化轉換成與被測壓力成正比的電信號輸出。

（2）晶體壓力感測器。利用晶體在某一特定軸向受力時產生電荷的壓電效應，其電荷量與施加壓力成正比。具有壓電效應的天然晶體有石英、電氣石和羅謝耳鹽等。其中，以石英性能最好，可用以製成各種耐高溫高壓的壓力感測器。

20世紀70年代以來，隨著半導體積體電路技術的發展，超小型的矽片晶體壓力感測器得到愈來愈廣泛的套用。矽晶片厚度只有0.05 mm，具有壓阻效應，受壓後電阻率會發生變化。在其上集成有測量電橋和處理電路，經二次儀表可得到與壓力成正比的電信號輸出。

晶體壓力感測器可具有極高的回響速度（1MHz以上），目前廣泛用於水工、航空和船舶等方面的實驗研究。