3.壓力測量儀表

1、三壓力測量儀表壓強(qiáng)是垂直而均勻作用在單位面積上的力。在壓力測量中，常用表壓、絕對壓力、負(fù)壓或真空度來（如圖3-1）表示：P表壓=P絕對壓力P大氣壓力P真空度=P大氣壓力-P絕對壓力壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，具廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，根據(jù)工業(yè)對象的特點(diǎn)，通常有三種檢測壓力的方法，即液柱測壓法，彈性變形法和電測壓力法。下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應(yīng)用。（一）彈性式壓力計彈性式壓力計是利用各種形式的彈性元件，在被測介質(zhì)壓力的作用下，使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理

2、而制成的測壓儀表。如圖3-2所示，彈性元件分別為彈簧管（a）（b）,膜片（c）,膜盒（d）,波紋管（e）。圖32常用彈性元件彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)原理如圖3-3所示。弓M簧管l是壓力表的測量元件。圖中所示為單圈彈簧管，它是一根彎成2700圓弧的橢圓截面的空心金屬管子。管子的自由端B封閉，管子的另一端固定在接頭9上。當(dāng)通入被測的壓力p后,橢圓形截面在壓力p的作用下，將趨于圓形，彈簧管也隨之產(chǎn)生向外挺直的擴(kuò)張變形。使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移。由于輸入壓力與彈簧管自由端B的位移成正比，所以只要測得B點(diǎn)的位移量，就能反映壓力p的大小，這就是彈簧管壓力表的基本測量原理。輯管出于*一算賢管，。拄桿*3-培弗位

3、鴕F4中心牌希上尸#11ri-fflfllpJ-Kfilp生掛點(diǎn)信號Hi力裳L4靜片息,W第0+3鼻燈*3-tr燈圖3-3壓力表的結(jié)構(gòu)彈簧管自由端B的位移量一般很小，必須通過放大機(jī)構(gòu)才能指示出來。放大過程如下：彈簧管自由端B的位移通過拉桿2（見圖33）使扇形齒輪3作逆時針偏轉(zhuǎn)，于是指針5通過同軸的中心齒輪4的帶動而作順時針偏轉(zhuǎn)，在面板6的刻度標(biāo)尺上顯示出被測壓力的數(shù)值。由于彈簧管自由端的位移與被測壓力之間具有正比關(guān)系，因此彈簧管壓力表的刻度標(biāo)尺是線性的。游絲7用來克服因扇形齒輪和中心齒輪間的傳動間隙而產(chǎn)生的儀表變差。改變調(diào)整螺釘8的位置（即改變機(jī)械傳動的放大系數(shù)），可以實(shí)現(xiàn)壓力表量程的調(diào)整。（

4、二）霍爾式遠(yuǎn)傳壓力表1 .霍爾效應(yīng)在霍爾片的Z軸方向加一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的恒定磁場，在Y軸方向加一外電場（接入直流穩(wěn)壓電源）,便有恒定電流沿Y軸方向通過。電子在霍爾片中運(yùn)動時，由于受電磁力的作用，而使電子的運(yùn)動軌道發(fā)生偏移，造成霍爾片的一個端面上有電子積累，另一個端面上正電荷過剩，于是在霍爾片的X軸方向上出現(xiàn)電位差這一電位差稱為霍爾電勢，這樣一種物理現(xiàn)象就稱為“霍爾效應(yīng)”。如圖3-4所示，霍爾片為一半導(dǎo)體（如錯）材料制成的薄片。在霍爾片的長度方向通入控制電流I,在平面法線方向外加磁場B,于是電子在磁場中受洛倫茲力，而向?qū)挾确较蚱?，因此在霍爾片兩?cè)分別積累正負(fù)電荷并沿寬度方向產(chǎn)生霍爾電場。這一電

5、場對電子產(chǎn)生的力阻止電子偏移。當(dāng)電場力fE與洛倫茲力fL相平衡時，霍爾輸出端電荷積累達(dá)到平衡，這就是霍爾效應(yīng)。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B方向與霍爾片平面法線夾角為9時，霍爾電壓V=KIBcos9,其中K為霍爾元件靈敏度。當(dāng)載流子為空穴時，它與電子運(yùn)動方向相反，而洛倫茲力方向相同，所以產(chǎn)生的霍爾電壓極性相反?；魻栐饕糜诖艌?、轉(zhuǎn)速、微小位移、加速度等的測量，是放音磁頭、磁接近開關(guān)、同步傳動裝置、無刷直流電機(jī)、函數(shù)發(fā)生器、運(yùn)算器、功率計、調(diào)制器、解調(diào)器、頻譜分析、回轉(zhuǎn)器、隔離器中的重要器件。賽爾元件圖211霍爾效應(yīng)原理2 .霍爾壓力傳感器如圖35所示，它將霍爾元件固定于彈性敏感元件上，在壓力的作用下霍爾元

6、件隨彈性敏感元件的變形而在磁場中產(chǎn)生位移，從而輸出與壓力成一定關(guān)系的電信號。保持霍爾元件的激勵電流不變，而使它在一個均勻梯度的磁場中移動時，它輸出的霍爾電勢大小就取決于它在磁場中的位移量（如圖所示）。磁場梯度越大，靈敏度就越高；梯度變化越均勻，霍爾電勢與位移的關(guān)系就圖3-5霍爾壓力傳感器越接近于線性?；魻栐Y(jié)構(gòu)簡單、形小體輕、無觸點(diǎn)、頻帶寬、動態(tài)特性好、壽命長，而且已經(jīng)商品化?；魻栐糜趬毫鞲衅?，按照彈性敏感元件的不同有多種結(jié)構(gòu)形式。圖a、b中的壓力傳感器分別采用膜盒和彈簧管作為彈性敏感元件，并由兩塊半環(huán)形五類磁鐵產(chǎn)生梯度均勻的磁場。（三）應(yīng)變片式壓力傳感器電阻應(yīng)變片有金屬應(yīng)變片（金屬絲

7、或金屬箔）和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類。當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生壓縮或拉伸應(yīng)變時，其阻值減小或增加。應(yīng)變片阻值的變化，再通過橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級電勢輸出，并用毫伏計或其他記錄儀表顯示出被測壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計。1 .應(yīng)變式壓力傳感器金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-6所示，是電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖，它由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值太小，所需的驅(qū)動電流太大，同時應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用，使應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點(diǎn)漂移明顯，調(diào)零電路過于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外

8、界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。圖36應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)圖金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：R=pXL/S式中：p金屬導(dǎo)體的電阻率（Q-cmfm）S導(dǎo)體的截面積（cm2l導(dǎo)體白長度（m我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓

9、），即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情況。如圖3-7所示為應(yīng)變式壓力傳感器。采用金屬導(dǎo)體應(yīng)變片。圖37應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)原理2 .壓阻式壓力傳感器通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如圖3-9所示的是壓阻變式壓力傳感器。圖3-8半導(dǎo)體應(yīng)變片圖3-9壓阻式壓力傳感器2半導(dǎo)體敏感條；2基底；3引線；4引線連接片；5

10、內(nèi)引線壓阻式傳感器是采用集成電路制造技術(shù)在半導(dǎo)體基片上直接生成擴(kuò)散電阻并組成電橋半導(dǎo)體材料通常為硅材料所以壓阻式傳感器又常稱為擴(kuò)散硅壓力傳（四）壓電壓力傳感器對某些電介質(zhì)沿著一定方向加力而使其變形時，在一定表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力撤除后，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。在電介質(zhì)的極化方向施加電場，電介質(zhì)會在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力，當(dāng)外電場去除后，變形或應(yīng)力隨之消失，此現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。圖3-10石英晶體的壓電效應(yīng)如圖3-10所示的石英晶體白壓電效應(yīng)，（a）正負(fù)電荷是互相平衡的，所以外部沒有帶電現(xiàn)象。（b）在X軸方向壓縮，表面A上呈現(xiàn)負(fù)電荷、B表面呈現(xiàn)正電荷。（c）沿Y軸方

11、向壓縮，在A和B表面上分別呈現(xiàn)正電荷和負(fù)電荷壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因?yàn)榻?jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應(yīng)力。圖311壓電壓力傳感器的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換效率和轉(zhuǎn)換精度高、線性范圍寬、重復(fù)性好、固有頻率高、動態(tài)特性好、工作溫度高達(dá)550c（壓電系數(shù)不隨溫度而改變）、工作濕度高達(dá)100%穩(wěn)定性好。2.瓷壓力傳感器原理及應(yīng)用抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋閉橋，由

12、于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標(biāo)準(zhǔn)的信號根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。通過激光標(biāo)定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補(bǔ)償070C,并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。陶瓷是一種公認(rèn)的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達(dá)-40135C,而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度大于2kV,輸出信號強(qiáng)，長期穩(wěn)定性好。高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨

13、勢，在中國也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴(kuò)散硅壓力傳感器。（五）橫河川儀壓力變送器EJA430A壓力變送器、EJA110A差壓變送器、EJA530Affi力變送器采用的是單晶硅諧振式傳感器技術(shù)，適用于測量液體、氣體或蒸汽的壓力,將測量壓力轉(zhuǎn)換成420mADCfe流信號輸出。采用微電子加工技術(shù)（MEMS在一個單晶硅芯片表面的中心和邊緣制作兩個形狀、尺寸、材質(zhì)完全一致的H形狀的諧振梁，諧振梁在自激振蕩回路中作高頻振蕩。單晶硅片的上下表面受到的壓力不等時，將產(chǎn)生形變，導(dǎo)致中心諧振梁因壓縮力而頻率減小，邊緣諧振因受拉伸力而頻率增加。兩頻率之差信號直接送到CPU!行數(shù)據(jù)處理，然后經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成4-2

14、0mA輸出信號。端子端子端了橫河壓力變送器接線圖420mA輸出、FF和PROFIBUSPA現(xiàn)場總線通訊接線端子SUPPLY1*口電源租輸出端子CHECK：Zl外部指示計（電流表）接線端子蘭接地端子*1：當(dāng)使用外部指示計或檢測表時，內(nèi)部阻抗必須W10Q。*2：不適用于FF和PROFIBUSPA通訊協(xié)議.（六）霍尼韋爾壓力變送器ST3000/900系列SmartLine智能壓力變送器STG7001 .型號說明每一臺變送器都帶一個銘牌，上面表明了該變送器的特定“型號號碼”例如：基本類型儀表本體關(guān)鍵號表1STG735E1H查看關(guān)鍵號碼的第三位和第四位,字母代表的下面的變送器基本類型：A=絕對壓力法蘭組

15、件選項(xiàng)工廠標(biāo)示表2表3表40000SB,1C#確認(rèn)產(chǎn)品的系列和基本類型。第三位上的D=壓差F=法蘭安裝G=表壓力R=遠(yuǎn)傳壓力2 .精度性能指標(biāo)通過將絕壓與傳感器芯片上的靜壓和溫度補(bǔ)償相結(jié)合，可在大范圍內(nèi)的靜壓和溫度下提供極高的測量精確度和穩(wěn)定性。精度高達(dá)0.065%,穩(wěn)定性0.025%商量程，保持5年量程比100:1響應(yīng)時間100ms3 .連接電源及SCT/SFC警告：在松開變送器殼體上的端蓋螺母之前，請不要擰開端蓋。(1)使用1.5mm的內(nèi)六角扳手?jǐn)Q松殼體終端側(cè)的端蓋螺母，然后卸下端蓋。(2)觀察極性，將DC25Vt源接到信號端子上，既使用SIGNAL如下圖：+TEST-iffJ3:bdb-

16、SIGNAL+注意：確保通訊在電源和變送器之間要有一個最小為250歐姆的回路阻抗?；芈纷杩?安全柵阻抗+線路阻抗。(3)將SCTm£SFCf變送器按電源極性一致連到信號端子上。(若使用SCT請在其工具欄上選擇“TagID”圖標(biāo)以便與變送器建立起在線通訊。4智能儀表各按鈕功能說明VARSELSPAN【ZEROUPPERVALUEUNITSSET【LOWERVALTE當(dāng)與ST3000變送器一起安裝時，此功能無效選擇上限測量值設(shè)定(URV選擇下限測量值設(shè)定(LRV選擇高測量值設(shè)定(URV選擇智能儀表顯示的工程單位選擇低測量值設(shè)定(LRV【】向下選擇按鈕【】向上選擇按鈕（七）羅斯蒙特壓力變送

17、器3051系列壓力變送器1 .型號說明3051T=壓力變送器L=液位變送器S=高精度系列C=差壓變送器GP打力變送器（原2088升級版本）2 .精度性能指標(biāo)總體性能：±0.15%FS精度：±0.075%FS量程比：100:1五年穩(wěn)定性+0.125%不銹鋼與哈氏合金CR過程隔離膜片單隔離膜片設(shè)計灌充液：硅油與惰性油可選DIN與Autoclave相配的過程連接3 .連接接線按照下列步驟進(jìn)行接線：拆下標(biāo)記"FIELDTERMINALS電子外殼。將正極導(dǎo)線接到“PWR/COMM+接線端子上，負(fù)極導(dǎo)線接到”接線端子上。注意不得將帶電信號線與測試端子（test）相連，因通電將損壞測試線路中的測試二極管。應(yīng)使用屏蔽的雙絞線以獲得最佳的測量效果。為了保證正確通訊，應(yīng)使用24AWGE更高的電纜線，但是不要超過5000英尺（1500米）。用導(dǎo)管塞將變送器殼體上未使用的導(dǎo)管接口密封。如果可以，安裝接線時使用一個滴水環(huán)管。使滴水環(huán)管的底部低于導(dǎo)管連接口和變送器殼體。重新擰上表蓋圖3為3051G變送器供電及與HAR行操器通訊的接線圖4零點(diǎn)修正零點(diǎn)修正是用來補(bǔ)償安裝位置影響的單點(diǎn)調(diào)節(jié)方式。如果零點(diǎn)的偏移量不超過實(shí)際零點(diǎn)的3%按照下述“使用HA