第三章第三節(jié)壓力檢測儀表

1、3.3 3.3 壓力檢測壓力檢測主要內(nèi)容主要內(nèi)容壓力概念、單位及壓力檢測方法壓力概念、單位及壓力檢測方法常用的壓力檢測儀表常用的壓力檢測儀表*測壓儀表的使用及壓力檢測系統(tǒng)測壓儀表的使用及壓力檢測系統(tǒng)2022-4-30過程參數(shù)測量儀表2一、壓力一、壓力(pressure)概念及單位概念及單位單位單位壓力單位還有壓力單位還有工程大氣壓工程大氣壓、物理大氣壓物理大氣壓、標準標準大氣壓大氣壓、毫米汞柱、毫米水柱、巴等。毫米汞柱、毫米水柱、巴等。垂直均勻地作用于單位面積上的力，用垂直均勻地作用于單位面積上的力，用p表示。表示。“帕斯卡帕斯卡” 簡稱簡稱“帕帕”，符號，符號Pa，1 Pa=1N/m2。20

2、22-4-30過程參數(shù)測量儀表3 0時，水銀密度為時，水銀密度為13.5951g/cm3, ,在標準重力加在標準重力加速度速度980.665cm/s2下，高下，高760mm水銀柱對底面的壓水銀柱對底面的壓力。力。每平方厘米面積上垂直作用每平方厘米面積上垂直作用1kg力壓力。力壓力。一、壓力概念及單位一、壓力概念及單位2022-4-30過程參數(shù)測量儀表4Pi 被測介質(zhì)作用在容器表面積上的全部壓力，用被測介質(zhì)作用在容器表面積上的全部壓力，用絕對絕對壓力表壓力表測量。測量。由于地球表面空氣柱重量形成的壓力，由于地球表面空氣柱重量形成的壓力，用，用氣壓計氣壓計（barometer）測定。測定。 pb=

3、 pi-pd壓力測量儀表測得的壓力值都是此值。壓力測量儀表測得的壓力值都是此值。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表5絕對壓力小于大氣壓力時，表壓力絕對值為真空度，絕對壓力小于大氣壓力時，表壓力絕對值為真空度，即：即：pz=pdpi 用用真空表真空表（vacuum meter）測量。測量。設(shè)備中兩處的壓力之差稱為差壓。設(shè)備中兩處的壓力之差稱為差壓。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表6絕對零壓力絕對零壓力絕對壓力絕對壓力大氣壓力大氣壓力表壓力表壓力絕對壓力絕對壓力負壓力負壓力(真空度真空度)差壓差壓pb= pi-pdpz=pdpi絕對壓力絕對壓力2022-4-30過程參數(shù)測量儀表7基于液體靜力學原

4、理?；谝后w靜力學原理。 (3) (3)：不易遠傳，填充液為水銀，有毒，且玻璃：不易遠傳，填充液為水銀，有毒，且玻璃管易碎。管易碎。如如U U形管壓力計。形管壓力計。(1)(1)：適用于低壓、負壓和壓力差的測量，上：適用于低壓、負壓和壓力差的測量，上限限0.10.10.2MPa0.2MPa；精度達；精度達0.02%0.02%0.15%0.15%，可用作標，可用作標準儀器；準儀器；(2)(2)：結(jié)構(gòu)簡單，價格低；：結(jié)構(gòu)簡單，價格低；2022-4-30過程參數(shù)測量儀表8 基于重力平衡原理。將被測壓力轉(zhuǎn)換為平衡重基于重力平衡原理。將被測壓力轉(zhuǎn)換為平衡重物的重量來測量。物的重量來測量。(2)(2)優(yōu)點

5、：優(yōu)點：測量范圍寬測量范圍寬, ,如單活塞壓力計測量范圍達如單活塞壓力計測量范圍達0.040.042500MPa2500MPa、精度高、精度高( ( 0.01%) 0.01%)、性能穩(wěn)定可靠、性能穩(wěn)定可靠; ;如活塞式壓力計如活塞式壓力計。(1)(1)基本特點基本特點：適用于測量正壓、負壓和絕對壓力，測：適用于測量正壓、負壓和絕對壓力，測壓上限高壓上限高, ,多用作校驗儀表多用作校驗儀表；(3)(3)缺點缺點：結(jié)構(gòu)復雜，成本較高。：結(jié)構(gòu)復雜，成本較高。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表9 將被測壓力經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)換成一個集中力，用外將被測壓力經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)換成一個集中力，用外力與之平衡，通過測量外

6、力得到被測壓力力與之平衡，通過測量外力得到被測壓力。(2)(2)優(yōu)點：優(yōu)點：可達較高的精度；可達較高的精度；(1)(1)基本特點基本特點：多用于電動和氣動組合儀表中多用于電動和氣動組合儀表中；(3)(3)缺點缺點：結(jié)構(gòu)復雜，成本較高。：結(jié)構(gòu)復雜，成本較高。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表10 利用彈性元件彈性變形的特性，變形產(chǎn)生的彈利用彈性元件彈性變形的特性，變形產(chǎn)生的彈性力與被測壓力相平衡，測變形即可知壓力。性力與被測壓力相平衡，測變形即可知壓力。(1)(1)基本特點基本特點：可測壓力、負壓、絕對壓力和壓差；：可測壓力、負壓、絕對壓力和壓差；(2)(2)優(yōu)點優(yōu)點：類型多，類型多，。 彈簧管

7、式壓力計、波紋管差壓計等彈簧管式壓力計、波紋管差壓計等。 2022-4-30過程參數(shù)測量儀表11（利用壓阻、壓電或其它物理特性將壓力利用壓阻、壓電或其它物理特性將壓力轉(zhuǎn)換為各種電量轉(zhuǎn)換為各種電量）；）；（集成式壓力計和光纖壓力計集成式壓力計和光纖壓力計）。）。 在壓力作用下，測壓元件的某些物理特性會隨在壓力作用下，測壓元件的某些物理特性會隨之發(fā)生變化的特性。之發(fā)生變化的特性。適用于測量壓力變化快和高真適用于測量壓力變化快和高真空、超高壓的場合?？?、超高壓的場合。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表123.3.23.3.2常用壓力檢測儀表常用壓力檢測儀表* * *利用利用彈性元件受壓變形彈性元件受

8、壓變形的原理。的原理。一、彈性壓力計一、彈性壓力計彈性元件彈性元件變換放大變換放大機構(gòu)機構(gòu)指示機構(gòu)指示機構(gòu)調(diào)整機構(gòu)調(diào)整機構(gòu)被測被測壓力壓力2022-4-30過程參數(shù)測量儀表13彈性特性彈性特性是中心位移與壓力的關(guān)系。是中心位移與壓力的關(guān)系。平膜片平膜片波紋膜片波紋膜片撓性膜片撓性膜片測力彈測力彈簧簧2022-4-30過程參數(shù)測量儀表14彈性特性是彈性特性是封閉端位移與壓力在封閉端位移與壓力在一定的范圍內(nèi)成線性關(guān)系一定的范圍內(nèi)成線性關(guān)系。 （1）使用應(yīng)在線性段，可內(nèi)加螺旋彈簧改善特性（2）用波紋管作彈性元件的壓力計，一般用于測量較低壓力或壓差。思考題思考題1：一般用于測量較低壓力或壓差？：一般用

9、于測量較低壓力或壓差？2022-4-30過程參數(shù)測量儀表15彈性特性是彈性特性是自由端的位移量與所加壓力的關(guān)系。自由端的位移量與所加壓力的關(guān)系。單圈彈簧管單圈彈簧管多圈彈簧管多圈彈簧管2022-4-30過程參數(shù)測量儀表16彈性彈性敏感元件（彈簧管）敏感元件（彈簧管） 敏感元件在傳感器中直接感受被測量，敏感元件在傳感器中直接感受被測量，并轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。的非電量。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表17彈性彈性敏感元件（彈簧管）敏感元件（彈簧管） 在下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角位移在下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角位移2022-4-3

10、0過程參數(shù)測量儀表18彈簧管放大圖彈簧管放大圖 當被測壓力當被測壓力p增大時，彈簧管撐直，通過齒條帶動增大時，彈簧管撐直，通過齒條帶動齒輪轉(zhuǎn)動，從而帶動電位器的電刷產(chǎn)生角位移。齒輪轉(zhuǎn)動，從而帶動電位器的電刷產(chǎn)生角位移。 2022-4-30過程參數(shù)測量儀表19其他各種彈性敏感元件其他各種彈性敏感元件 在上圖中的各種彈性元件也能將壓力轉(zhuǎn)在上圖中的各種彈性元件也能將壓力轉(zhuǎn)換為角位移或直線位移。換為角位移或直線位移。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表20彈性元件常用的材料有銅合金、彈性合金、不銹鋼彈性元件常用的材料有銅合金、彈性合金、不銹鋼等，不同的材料適用于不同的測壓范圍和被測介質(zhì)。等，不同的材料適

11、用于不同的測壓范圍和被測介質(zhì)。近年來隨著新材料的出現(xiàn)和發(fā)展，半導體硅材料得近年來隨著新材料的出現(xiàn)和發(fā)展，半導體硅材料得到了更多的應(yīng)用。到了更多的應(yīng)用。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表21消除兩嚙合齒輪間消除兩嚙合齒輪間隙，減小儀表變差隙，減小儀表變差調(diào)整儀表機械零點調(diào)整儀表機械零點改變機械傳動的放大改變機械傳動的放大系數(shù)，調(diào)整儀表量程系數(shù)，調(diào)整儀表量程2022-4-30過程參數(shù)測量儀表22 結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格低；測壓范結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格低；測壓范圍寬，可測量負壓、微壓、低壓、中壓和圍寬，可測量負壓、微壓、低壓、中壓和高壓，應(yīng)用廣泛；精確度可達高壓，應(yīng)用廣泛；精確度可達0.10.1

12、級。級。 只能測量表壓和負壓；只能就地指示，是現(xiàn)場直只能測量表壓和負壓；只能就地指示，是現(xiàn)場直讀式儀表。讀式儀表。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表23結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 測量機構(gòu)測量機構(gòu)包括波紋包括波紋管（管（1、10）、量）、量程彈簧組（程彈簧組（11）和）和扭力管（扭力管（6）等。）等。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表24差壓信號差壓信號低壓波紋管自由低壓波紋管自由端帶動連桿右移端帶動連桿右移擋板推擋板推動擺桿動擺桿扭力管逆扭力管逆時針偏轉(zhuǎn)時針偏轉(zhuǎn)芯軸逆芯軸逆時針轉(zhuǎn)時針轉(zhuǎn)顯示顯示機構(gòu)機構(gòu)2022-4-30過程參數(shù)測量儀表25 差壓計儀表所引入的差壓信號中包含有測點處的工差壓計儀表所引入的差壓信號

13、中包含有測點處的工作壓力，又稱背景壓力。作壓力，又稱背景壓力。所以盡管測量的差壓值不高，所以盡管測量的差壓值不高，但差壓計要經(jīng)受很高的工作壓力。因此要避免單側(cè)壓但差壓計要經(jīng)受很高的工作壓力。因此要避免單側(cè)壓力過載。力過載。截止閥截止閥平衡閥平衡閥阻尼閥阻尼閥2022-4-30過程參數(shù)測量儀表26壓力傳感器的壓力傳感器的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)2022-4-30過程參數(shù)測量儀表27彈性壓力儀表小結(jié) 結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，便于攜帶，使用和維修方便；結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，便于攜帶，使用和維修方便；測壓范圍寬，可測量負壓、低壓、中壓和高壓。測壓范圍寬，可測量負壓、低壓、中壓和高壓。 基于彈性變形的測壓

14、在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中占有重基于彈性變形的測壓在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中占有重要地位，同時也是各種先進測壓儀表的共同基礎(chǔ)。要地位，同時也是各種先進測壓儀表的共同基礎(chǔ)。 彈性測壓儀表通常只能測表壓和負壓，通常為直彈性測壓儀表通常只能測表壓和負壓，通常為直讀式測壓儀表，只能就地指示；讀式測壓儀表，只能就地指示； 在測量壓力變化快和高真空、超高壓時，其動態(tài)在測量壓力變化快和高真空、超高壓時，其動態(tài)和靜態(tài)性能不能適應(yīng)。和靜態(tài)性能不能適應(yīng)。缺點和局限：缺點和局限：2022-4-30過程參數(shù)測量儀表28 在測壓點附近的壓力敏感件上面，附帶有將位移在測壓點附近的壓力敏感件上面，附帶有將位移變換為輸出電信號的裝置，通過電信號

15、的傳輸，將壓變換為輸出電信號的裝置，通過電信號的傳輸，將壓力指示和記錄下來。力指示和記錄下來。采用采用2022-4-30過程參數(shù)測量儀表29 彈性元件的輸出位移變?yōu)殡娢黄鲝椥栽妮敵鑫灰谱優(yōu)殡娢黄骰瑒佑|點的位移，被測壓力的變化滑動觸點的位移，被測壓力的變化就轉(zhuǎn)換成電位器阻值的變化。就轉(zhuǎn)換成電位器阻值的變化。 將電位器與其它電阻組成一個電橋，當電位器阻將電位器與其它電阻組成一個電橋，當電位器阻值變化時，電橋輸出電壓就變化。值變化時，電橋輸出電壓就變化。 簡單、線性輸出較好，但滑線電位器易磨損腐蝕，簡單、線性輸出較好，但滑線電位器易磨損腐蝕，結(jié)構(gòu)可靠性較差結(jié)構(gòu)可靠性較差。2022-4-30過程參

16、數(shù)測量儀表30原理原理：霍爾元件圖霍爾元件圖霍爾效應(yīng)原理圖霍爾效應(yīng)原理圖B B霍爾電勢霍爾電勢V VH H控制電流控制電流I-+-HHVK IB 基于半導體材料的基于半導體材料的霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)，將自由端的位，將自由端的位移通過霍爾元件轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。移通過霍爾元件轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表31SN霍爾元件輸出的電勢對應(yīng)于自由端位霍爾元件輸出的電勢對應(yīng)于自由端位移，給出被測壓力值。移，給出被測壓力值。結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高，壽命長結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高，壽命長。對外部磁場敏對外部磁場敏感，耐振性差。感，耐振性差。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表32 采用反饋力平衡的原

17、理，反饋力的平衡方式可以是采用反饋力平衡的原理，反饋力的平衡方式可以是彈性力平衡或電磁力平衡等?；窘Y(jié)構(gòu)如圖。彈性力平衡或電磁力平衡等。基本結(jié)構(gòu)如圖。敏感敏感元件元件力平衡力平衡系統(tǒng)系統(tǒng)偏差偏差檢測器檢測器放大器放大器顯示顯示機構(gòu)機構(gòu)反饋力發(fā)反饋力發(fā)生機構(gòu)生機構(gòu)感受被測壓感受被測壓力或差壓，力或差壓，并將其轉(zhuǎn)換并將其轉(zhuǎn)換為位移或力為位移或力力平衡系統(tǒng)力平衡系統(tǒng)被破壞，偏被破壞，偏離原有平衡離原有平衡狀態(tài)狀態(tài)檢測平衡狀檢測平衡狀態(tài)偏差值送態(tài)偏差值送入放大器入放大器將信號放大將信號放大并輸出電流并輸出電流或電壓信號或電壓信號輸出與被輸出與被測壓力或測壓力或差壓相對差壓相對應(yīng)的信號應(yīng)的信號反饋力或力

18、矩反饋力或力矩發(fā)生機構(gòu)產(chǎn)生發(fā)生機構(gòu)產(chǎn)生反饋力，使儀反饋力，使儀表處于新平衡表處于新平衡2022-4-30過程參數(shù)測量儀表33組成：組成：應(yīng)變元件與彈性元件配用應(yīng)變元件與彈性元件配用應(yīng)變元件的工作原理：應(yīng)變元件的工作原理：導體和半導體的導體和半導體的“應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)”（strain effect）。）。定義定義：能夠檢測壓力值并能提供遠傳信號的裝置。：能夠檢測壓力值并能提供遠傳信號的裝置。結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式：應(yīng)變式、壓阻式、電容式、壓電式、光電應(yīng)變式、壓阻式、電容式、壓電式、光電式、光纖式等許多種。式、光纖式等許多種。應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)：即導體和半導體材料發(fā)生機械變形時，其電阻值：即導體和半導體材

19、料發(fā)生機械變形時，其電阻值將發(fā)生變化。實際的電阻應(yīng)變片是一根電阻絲被彎曲而并行將發(fā)生變化。實際的電阻應(yīng)變片是一根電阻絲被彎曲而并行地排成柵形，貼在基板上成為電阻柵。地排成柵形，貼在基板上成為電阻柵。 KRR 2022-4-30過程參數(shù)測量儀表34應(yīng)變元件的應(yīng)變元件的結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：根據(jù)被測介質(zhì)和測量根據(jù)被測介質(zhì)和測量范圍的不同而采用不范圍的不同而采用不同的型式，圓膜片同的型式，圓膜片( (柱柱式壓力傳感器式壓力傳感器) )、彈性、彈性梁和應(yīng)變筒梁和應(yīng)變筒( (筒式筒式) ) 。絲狀、片狀或體狀。絲狀、片狀或體狀。應(yīng)變絲或應(yīng)變片與彈性元件的應(yīng)變絲或應(yīng)變片與彈性元件的裝配：裝配：采用采用粘貼式或非粘貼

20、式粘貼式或非粘貼式，在彈性元件受力變形時，應(yīng)變元件，在彈性元件受力變形時，應(yīng)變元件也發(fā)生形變，其電阻值將有相應(yīng)的改變。也發(fā)生形變，其電阻值將有相應(yīng)的改變。測量方法：測量方法： 采用采用4 4個特性相同的應(yīng)變元件，粘貼在彈性元件的適當位置上個特性相同的應(yīng)變元件，粘貼在彈性元件的適當位置上( (兩個受拉，兩個受壓兩個受拉，兩個受壓) )，并分別接入電橋的，并分別接入電橋的4 4個臂，則電橋的個臂，則電橋的輸出信號可以反映被測壓力的大小。輸出信號可以反映被測壓力的大小。彈性元件的選擇：彈性元件的選擇：2022-4-30過程參數(shù)測量儀表352.2.壓阻壓阻(piezo-resistance)式壓力傳感

21、器式壓力傳感器原理：原理：基于半導體的基于半導體的“壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)”- -當半導體的某一軸向受外當半導體的某一軸向受外力作用時，原子點陣排列規(guī)律發(fā)生變化導致載流子遷移率及濃力作用時，原子點陣排列規(guī)律發(fā)生變化導致載流子遷移率及濃度的變化，從而引起電阻率的變化。度的變化，從而引起電阻率的變化。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：用集成工藝直接在硅平膜片上按照一定晶向制成擴散：用集成工藝直接在硅平膜片上按照一定晶向制成擴散壓敏電阻。壓敏電阻。工作原理工作原理：硅平膜片在：硅平膜片在微小變形微小變形時有良好的彈性特性，當硅時有良好的彈性特性，當硅片受壓后，它的變形使擴散電阻的阻值發(fā)生變化。其相對電阻片受壓后，它的變形使擴散電

22、阻的阻值發(fā)生變化。其相對電阻變化可表示為：變化可表示為：式中式中ee為壓阻系數(shù)，為壓阻系數(shù)，為應(yīng)力。為應(yīng)力。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表36測量電路測量電路- -電橋電橋：簡單的壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)如圖。：簡單的壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)如圖。杯狀硅膜片上用杯狀硅膜片上用擴散工藝設(shè)有擴散工藝設(shè)有4 4個阻值相等的電個阻值相等的電阻，其配置位置阻，其配置位置按膜片上徑向應(yīng)按膜片上徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力分力和切向應(yīng)力分布情況確定（與布情況確定（與晶體有關(guān)）晶體有關(guān)）還可以在電橋上還可以在電橋上接入一溫度補償接入一溫度補償電阻電阻特點特點: :靈敏度高，頻率響應(yīng)高；結(jié)構(gòu)比較簡單，可小型化；可靈敏度高，頻

23、率響應(yīng)高；結(jié)構(gòu)比較簡單，可小型化；可用于靜、動態(tài)壓力測量；應(yīng)用廣泛，測量范圍在用于靜、動態(tài)壓力測量；應(yīng)用廣泛，測量范圍在0 00.0005MPa0.0005MPa、0 00.002MPa0.002MPa、至、至0 0210MPa210MPa；其精確度為；其精確度為0.2%0.2%0.02%0.02%。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表373.3.電容電容(capacitance)式壓力傳感器式壓力傳感器測量原理測量原理：將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化。容量的變化。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：圖為一種兩室結(jié)構(gòu)。圖為一種兩室結(jié)構(gòu)。對于差動平板電容器，其電容與板對于差動平板電容器，其電容與

24、板間距變化的關(guān)系可表示為：間距變化的關(guān)系可表示為：特點特點: :此電容量的變化經(jīng)過適當?shù)霓D(zhuǎn)換電此電容量的變化經(jīng)過適當?shù)霓D(zhuǎn)換電路，可以輸出標準信號（路，可以輸出標準信號（4 420mA20mA）。這）。這種傳感器結(jié)構(gòu)堅實，靈敏度高，過載能力種傳感器結(jié)構(gòu)堅實，靈敏度高，過載能力大；精度高，其精確度可達大；精度高，其精確度可達0.25%0.25% 0.05%0.05%；可以測量壓力和差壓，儀表測；可以測量壓力和差壓，儀表測量范圍量范圍0 00.00001MPa0.00001MPa至至0 070MPa70MPa。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表38電容式差壓變送器電容式差壓變送器 高壓側(cè)高壓側(cè)進氣口

25、進氣口低壓側(cè)低壓側(cè)進氣口進氣口電子線電子線路位置路位置內(nèi)部不銹鋼膜片的位置內(nèi)部不銹鋼膜片的位置2022-4-30過程參數(shù)測量儀表39電容式差壓變送器內(nèi)部結(jié)構(gòu)電容式差壓變送器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1 1高壓側(cè)進氣口高壓側(cè)進氣口 2 2低壓側(cè)進氣口低壓側(cè)進氣口 3 3過濾片過濾片 4 4空腔空腔 5 5柔性不銹鋼波紋隔柔性不銹鋼波紋隔離膜片離膜片 6 6導壓硅油導壓硅油 7 7 凹形玻璃圓片凹形玻璃圓片 8 8鍍金凹形電極鍍金凹形電極 9 9彈性平膜片彈性平膜片 1010 腔腔2022-4-30過程參數(shù)測量儀表40各種電容式差壓變各種電容式差壓變送器外形送器外形 2022-4-30過程參數(shù)測量儀表41各種電容

26、式壓力變送器外形（續(xù)）各種電容式壓力變送器外形（續(xù)） （參考（參考丹東長丹東長隆隆 自控有限公自控有限公司司 資料）資料）法蘭法蘭2022-4-30過程參數(shù)測量儀表42各種電容式壓力變送器外形（續(xù)）各種電容式壓力變送器外形（續(xù)） 2022-4-30過程參數(shù)測量儀表43利用電容差壓變送器利用電容差壓變送器測量液體的液位測量液體的液位 差壓變送器差壓變送器施加在高壓側(cè)腔體內(nèi)施加在高壓側(cè)腔體內(nèi)的壓力與液位成正比：的壓力與液位成正比： p = g h2022-4-30過程參數(shù)測量儀表44電容差壓變送器用于測量液體的液位電容差壓變送器用于測量液體的液位 投入式水位計投入式水位計2022-4-30過程參數(shù)

27、測量儀表455.5.壓電壓電(piezoelectricity)式壓力傳感器式壓力傳感器工作原理工作原理：壓電材料（石英、壓電陶瓷、鈦酸鋇）的壓電壓電材料（石英、壓電陶瓷、鈦酸鋇）的壓電效應(yīng)將被測壓力轉(zhuǎn)換為電信號的。效應(yīng)將被測壓力轉(zhuǎn)換為電信號的。它是動態(tài)壓力檢測中常用的傳感器，它是動態(tài)壓力檢測中常用的傳感器，不適宜測量緩變化的壓力和靜態(tài)壓力。不適宜測量緩變化的壓力和靜態(tài)壓力。壓電效應(yīng)：壓電效應(yīng)：壓電材料（具有壓電效應(yīng)的材料）受到外力作壓電材料（具有壓電效應(yīng)的材料）受到外力作用時，不僅幾何尺寸發(fā)生變化，而且內(nèi)部極化，表面上還會用時，不僅幾何尺寸發(fā)生變化，而且內(nèi)部極化，表面上還會有電荷出現(xiàn)，形成電

28、場；當外力去除后，材料回復到原來的有電荷出現(xiàn)，形成電場；當外力去除后，材料回復到原來的狀態(tài)的現(xiàn)象。在彈性范圍內(nèi)，壓電元件產(chǎn)生的狀態(tài)的現(xiàn)象。在彈性范圍內(nèi)，壓電元件產(chǎn)生的電荷量與作用電荷量與作用力之間呈現(xiàn)線性關(guān)系力之間呈現(xiàn)線性關(guān)系。電荷輸出為：。電荷輸出為：q=kSp q=kSp 式中，式中， q q為電荷為電荷量；量；k k為壓電常數(shù)；為壓電常數(shù)；S S為作用面積；為作用面積； p p為壓力。通過測電荷量為壓力。通過測電荷量可知被測壓力大小?？芍粶y壓力大小。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表46結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：如圖：如圖電荷量經(jīng)放大可轉(zhuǎn)為電壓或電流輸出。電荷量經(jīng)放大可轉(zhuǎn)為電壓或電流輸出。測量一般配有

29、電荷放大器，以增加輸出。測量一般配有電荷放大器，以增加輸出。可通過更改壓電元件改變測量范圍?？赏ㄟ^更改壓電元件改變測量范圍。可以通過疊加壓電元件以提高靈敏度?？梢酝ㄟ^疊加壓電元件以提高靈敏度。特點特點: :可作動態(tài)測量，不適合可作動態(tài)測量，不適合于靜壓力和慢變化的壓力的測于靜壓力和慢變化的壓力的測量量, ,體積小，結(jié)構(gòu)簡單，工作可體積小，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠；頻率響應(yīng)高，不需外加電源；測量范圍靠；頻率響應(yīng)高，不需外加電源；測量范圍0 00.0007MPa0.0007MPa至至0 070MPa70MPa；測量精確度為；測量精確度為1%1%， 0.2%0.2%， 0.06%0.06%。但是其輸出阻。

30、但是其輸出阻抗高，需要特殊信號傳輸導線。抗高，需要特殊信號傳輸導線。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表47 集成化傳感器。集成化傳感器。如以壓阻式壓力傳感器為基礎(chǔ)如以壓阻式壓力傳感器為基礎(chǔ)的集成傳感器可同時檢測差壓、靜壓和溫度。的集成傳感器可同時檢測差壓、靜壓和溫度。( (通過通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和模多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換后由微處理器進行相應(yīng)的數(shù)轉(zhuǎn)換后由微處理器進行相應(yīng)的處理和顯示處理和顯示) )2022-4-30過程參數(shù)測量儀表483.3 3.3 測壓儀表的使用及壓力檢測系統(tǒng)測壓儀表的使用及壓力檢測系統(tǒng)一、測壓儀表的使用一、測壓儀表的使用 測量儀表的使用，包括選擇合適的測壓儀表及儀測量儀表

31、的使用，包括選擇合適的測壓儀表及儀表的校驗等方面。表的校驗等方面。 1 1、測壓儀表的選擇、測壓儀表的選擇 應(yīng)滿足生產(chǎn)過程的要求，需要了解被測介質(zhì)情況、現(xiàn)場環(huán)應(yīng)滿足生產(chǎn)過程的要求，需要了解被測介質(zhì)情況、現(xiàn)場環(huán)境及生產(chǎn)過程對儀表的要求，如信號是否需要遠傳、控制、境及生產(chǎn)過程對儀表的要求，如信號是否需要遠傳、控制、記錄或報警等。記錄或報警等。 選擇選擇合適的儀表主要根據(jù)生產(chǎn)過程提出的要求，結(jié)合選擇選擇合適的儀表主要根據(jù)生產(chǎn)過程提出的要求，結(jié)合各類壓力表的特點綜合考慮。一般涉及各類壓力表的特點綜合考慮。一般涉及類型、測量范圍和測類型、測量范圍和測量精度量精度等方面。等方面。p類型的選擇類型的選擇20

32、22-4-30過程參數(shù)測量儀表49 （1 1）在測穩(wěn)壓時，最大被測壓力不超過測量上限值的）在測穩(wěn)壓時，最大被測壓力不超過測量上限值的2/32/3； （2 2）在測脈動壓力時，最大被測壓力不超過上限值的）在測脈動壓力時，最大被測壓力不超過上限值的1/21/2； （3 3）在測量高壓時，最大被測壓力不超過上限值的）在測量高壓時，最大被測壓力不超過上限值的3/53/5。 （4 4）一般壓力的最小值，應(yīng)不低于被測量上限值的）一般壓力的最小值，應(yīng)不低于被測量上限值的1/31/3。 根據(jù)被測壓力的最大值和最小值計算出儀表的上下限后，要根據(jù)被測壓力的最大值和最小值計算出儀表的上下限后，要按壓力儀表的按壓力儀

33、表的標準系列標準系列選定量程。選定量程。我國壓力儀表測量范圍的標準系列是：我國壓力儀表測量范圍的標準系列是：-0.1-0.10.060.06、0.15kPa0.15kPa和和0 01 1、1.61.6、2.52.5、4 4、6 6、10101010n n kPa kPa（n n為整數(shù)）。為整數(shù)）。p測量范圍（量程主要由敏感元件決定）測量范圍（量程主要由敏感元件決定） 根據(jù)被測壓力的大小及在測量過程中被測壓力變化的情況根據(jù)被測壓力的大小及在測量過程中被測壓力變化的情況來選取，選取儀表量程來選取，選取儀表量程要留有余地要留有余地。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表50 生產(chǎn)過程允許的被測壓力最大絕

34、對誤差應(yīng)小于儀表的基本誤差，生產(chǎn)過程允許的被測壓力最大絕對誤差應(yīng)小于儀表的基本誤差，可在規(guī)定的精度等級中確定儀表的精度。同時要注意經(jīng)濟性，不可在規(guī)定的精度等級中確定儀表的精度。同時要注意經(jīng)濟性，不必追求高精度。工業(yè)用測壓儀表的精度通常在必追求高精度。工業(yè)用測壓儀表的精度通常在0.50.5級以下。級以下。p測量精度測量精度 測壓儀表出廠前需進行檢定，使之符合精度等級要求。使用測壓儀表出廠前需進行檢定，使之符合精度等級要求。使用中的儀表則應(yīng)定期進行校驗，以保證測量結(jié)果有足夠的準確度。中的儀表則應(yīng)定期進行校驗，以保證測量結(jié)果有足夠的準確度。2 2、測壓儀表的校驗、測壓儀表的校驗p常用的壓力校驗儀器有

35、常用的壓力校驗儀器有液柱式壓力計、活塞式壓力計或配有液柱式壓力計、活塞式壓力計或配有高精度標準表的壓力校驗泵高精度標準表的壓力校驗泵。p標準儀表的選擇原則標準儀表的選擇原則 其允許絕對誤差要小于儀表允許絕對誤差的其允許絕對誤差要小于儀表允許絕對誤差的1/31/31/51/5。被校儀表的讀數(shù)誤差小于規(guī)定誤差，則其是合格的。被校儀表的讀數(shù)誤差小于規(guī)定誤差，則其是合格的。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表51 有一壓力容器在正常工作時壓力范圍為有一壓力容器在正常工作時壓力范圍為0.40.40.6MPa0.6MPa，要求使用彈簧管壓力表進行檢測，并使測量，要求使用彈簧管壓力表進行檢測，并使測量誤差不大

36、于被測壓力的誤差不大于被測壓力的4%4%，試確定該表的量程和精度，試確定該表的量程和精度等級。等級。解：解：由題意可知，被測對象的壓力比較穩(wěn)定，設(shè)彈由題意可知，被測對象的壓力比較穩(wěn)定，設(shè)彈簧管壓力表的量程為簧管壓力表的量程為A A，則根據(jù)最大工作壓力有：，則根據(jù)最大工作壓力有：根據(jù)最小工作壓力有：根據(jù)最小工作壓力有： 根據(jù)儀表的量程系列，可選用量程范圍為根據(jù)儀表的量程系列，可選用量程范圍為0 01.0MPa1.0MPa的彈簧管壓力表。的彈簧管壓力表。MPaA9 . 0326 . 0 MPaA2 . 1314 . 0 2022-4-30過程參數(shù)測量儀表52由題意，被測壓力的允許最大絕對誤差為：由

37、題意，被測壓力的允許最大絕對誤差為：max0.44%0.016MPa要求所選儀表的相對百分誤差為：要求所選儀表的相對百分誤差為：max0.016100%1.6%1.00按照儀表的精度等級，可選擇按照儀表的精度等級，可選擇1.5級的壓力表。級的壓力表。2022-4-30過程參數(shù)測量儀表53 包括包括取壓口的選取、傳遞壓力的引壓管路和測量儀取壓口的選取、傳遞壓力的引壓管路和測量儀表表，是準確測量的保證。，是準確測量的保證。1 1、取壓口的選擇、取壓口的選擇 取壓點位置和取壓口形式為真實反映被測壓力的大小，要合取壓點位置和取壓口形式為真實反映被測壓力的大小，要合理選取測壓點，注意取壓口形式。設(shè)置取壓點的原則：理選取測壓點，注意取壓口形式。設(shè)置取壓點的原則：取壓點要避開各種局部阻力如管路彎曲、分叉、死角或流動取壓點要避開各種局部阻力如管路彎曲、分叉、死角或流動形成渦流的區(qū)域，應(yīng)在突出物體的（溫度計）前方，在閥門前形成渦流的區(qū)域，應(yīng)在突出物體的（溫度計）前方，在閥門前后遠距離處（后遠距離處（3D3D以上）。以上）。取壓孔徑要小，使流體受到的擾動小，避免在孔內(nèi)形成渦流。取壓孔徑要小，使流體受到的擾動小，避免在孔內(nèi)形成渦流。取壓口開孔的軸線應(yīng)垂直設(shè)備的壁面，其內(nèi)端面與設(shè)備內(nèi)壁取壓口開孔的軸線應(yīng)垂直設(shè)備的壁面，其內(nèi)端面與設(shè)