new第3章壓力測量

1、熱工測量儀表教師： 段 宇Email： 第三章第三章 壓力測量壓力測量 液柱式壓力測量液柱式壓力測量 彈性式壓力彈性式壓力測量測量 電氣式壓力測量電氣式壓力測量 壓力測量儀表的使用壓力測量儀表的使用概概 述述1 1、壓力、壓力 單位面積上垂直作用的力。單位面積上垂直作用的力。2 2、壓力單位、壓力單位 帕斯卡帕斯卡 1Pa1Pa1N/m1N/m2 2( (牛牛/ /米米2 2) )概概 述述3、壓力的表示方法、壓力的表示方法l 絕對壓力絕對壓力(Pabs)l 表壓（正壓）表壓（正壓）(Pmtr Pabs Patm)l 真空（負(fù)壓）真空（負(fù)壓）(Pvcm PatmPabs )l 差壓差壓概概 述

2、述4、壓力測量的主要方法和分類壓力測量的主要方法和分類 1）液柱式）液柱式 Px 液柱高度差液柱高度差2）彈性式）彈性式 Px 彈性元件的位移或力彈性元件的位移或力3）電氣式）電氣式 Px 各種電量各種電量4）負(fù)荷式）負(fù)荷式 Px 平衡砝碼的重力平衡砝碼的重力3-1 3-1 液柱式壓力測量液柱式壓力測量 U形管壓力計形管壓力計 單管式壓力計單管式壓力計 斜管式微壓計斜管式微壓計 依靠液柱壓頭與被測差壓依靠液柱壓頭與被測差壓(壓力壓力)相平衡來工作的相平衡來工作的 測量范圍不大，主要用于正、負(fù)微壓的測量，如測量范圍不大，主要用于正、負(fù)微壓的測量，如爐膛煙壓，風(fēng)道風(fēng)壓及測速裝置的差壓等等。爐膛煙壓

3、，風(fēng)道風(fēng)壓及測速裝置的差壓等等。U形管壓力計形管壓力計ghhghp)(21單管式壓力計單管式壓力計1寬容器寬容器2帶標(biāo)尺的肘管帶標(biāo)尺的肘管3連通管連通管4水準(zhǔn)泡水準(zhǔn)泡單管式壓力計單管式壓力計原理圖：原理圖：h1h200P1P2gFFhP)1 (122斜管式微壓計斜管式微壓計原理圖：原理圖：lKgDdlp)(sin22斜管式微壓計斜管式微壓計使用方法：使用方法： 測正壓測正壓：被測壓力通入大容器被測壓力通入大容器；測負(fù)壓測負(fù)壓：被測壓力通入肘管被測壓力通入肘管；測差壓測差壓：將較高的壓力通入大容器而將將較高的壓力通入大容器而將較低的壓力通入肘管較低的壓力通入肘管。 斜管式微壓計斜管式微壓計實例圖

4、：實例圖：1大容器；2斜管；3底座；4調(diào)斜管傾角支架；5水平儀。1）環(huán)境溫度變化引起封液密度和標(biāo)尺環(huán)境溫度變化引起封液密度和標(biāo)尺長度變化；長度變化； 2）重力加速度的變化引起的誤差；重力加速度的變化引起的誤差；3）毛細(xì)現(xiàn)象，使封液表面形成彎月面，毛細(xì)現(xiàn)象，使封液表面形成彎月面，導(dǎo)致讀數(shù)誤差。導(dǎo)致讀數(shù)誤差。 液柱式壓力計的測量誤差液柱式壓力計的測量誤差3-23-2 彈性彈性式壓力測量式壓力測量一、彈性元件的測量原理一、彈性元件的測量原理二、彈性元件的特性二、彈性元件的特性三、彈性式壓力表三、彈性式壓力表一、彈性一、彈性元件測量原理元件測量原理彈性元件在負(fù)荷（壓力、力或力矩）作用彈性元件在負(fù)荷（壓

5、力、力或力矩）作用下，產(chǎn)生相應(yīng)的變形（位移或轉(zhuǎn)角），此下，產(chǎn)生相應(yīng)的變形（位移或轉(zhuǎn)角），此變形與負(fù)荷之間的有一定的函數(shù)關(guān)系。變形與負(fù)荷之間的有一定的函數(shù)關(guān)系。xpKAKFx二、彈性元件的特性二、彈性元件的特性1 1、輸出特性（彈性特性）、輸出特性（彈性特性）2 2、剛度和靈敏度、剛度和靈敏度3 3、不完全彈性、不完全彈性 （彈性遲滯和彈性后效）（彈性遲滯和彈性后效）二、彈性元件的特性二、彈性元件的特性1、輸出特性：、輸出特性：F= f (px) 或或 x = f (px) 二、彈性元件的特性二、彈性元件的特性2、剛度和靈敏度：剛度和靈敏度： 剛度剛度( (K) )：使彈性元件產(chǎn)生單位變形所需要

6、使彈性元件產(chǎn)生單位變形所需要的負(fù)荷。的負(fù)荷。靈敏度靈敏度( (S) )：在單位負(fù)荷作用下產(chǎn)生的變形。在單位負(fù)荷作用下產(chǎn)生的變形。 K=1/S K大大 S小小大量程壓力；大量程壓力； K小小 S大大微小波動壓力微小波動壓力二、彈性元件的特性二、彈性元件的特性3、彈性遲滯和彈性后效：、彈性遲滯和彈性后效：彈性遲滯彈性遲滯 彈性彈性元件在其彈性變形范元件在其彈性變形范圍內(nèi)，加負(fù)荷與減負(fù)圍內(nèi)，加負(fù)荷與減負(fù)荷時表現(xiàn)的輸出特性荷時表現(xiàn)的輸出特性不相重合的現(xiàn)象。不相重合的現(xiàn)象。 滯后誤差（滯后誤差（）二、彈性元件的特性二、彈性元件的特性彈性后效彈性后效 彈性彈性元件元件加負(fù)荷或減負(fù)荷加負(fù)荷或減負(fù)荷到某一數(shù)值

7、時到某一數(shù)值時，彈性，彈性變形不能同時達(dá)到相變形不能同時達(dá)到相應(yīng)值，而是要經(jīng)過一應(yīng)值，而是要經(jīng)過一段時間后才能達(dá)到應(yīng)段時間后才能達(dá)到應(yīng)有的應(yīng)變量。有的應(yīng)變量。三、彈性式壓力表三、彈性式壓力表 金屬膜片式壓力表金屬膜片式壓力表 波紋管式波紋管式壓力表壓力表 彈簧管式彈簧管式壓力壓力表表 金屬膜片式壓力表金屬膜片式壓力表 膜片膜片平薄膜平薄膜波紋膜波紋膜金屬膜片式壓力表金屬膜片式壓力表實物圖：實物圖： 金屬膜片式壓力表金屬膜片式壓力表 膜盒壓力表膜盒壓力表l 適用于測量空氣或其它無腐蝕性氣體的適用于測量空氣或其它無腐蝕性氣體的微微壓或負(fù)壓壓或負(fù)壓。l 鍋爐上常用于測量送風(fēng)系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、鍋爐上常用

8、于測量送風(fēng)系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、爐膛負(fù)壓和尾部煙道的壓力測量。爐膛負(fù)壓和尾部煙道的壓力測量。l 測量范圍為測量范圍為1504000Pa。l 精確度等級一般為精確度等級一般為2.5級。級。波紋管式壓力表波紋管式壓力表波紋管波紋管具有等間距同軸環(huán)狀波紋，能沿軸向伸縮具有等間距同軸環(huán)狀波紋，能沿軸向伸縮無縫波紋管無縫波紋管有縫波紋管有縫波紋管波紋管式壓力表波紋管式壓力表 雙波紋管差壓表雙波紋管差壓表l 在電廠中主要作為在電廠中主要作為水位水位的顯示儀表或變送的顯示儀表或變送器使用，有時也作為器使用，有時也作為流量流量顯示儀表；顯示儀表；l 通入儀表的正、負(fù)壓室的靜壓一般很高，通入儀表的正、負(fù)壓室的靜壓一般

9、很高，但測的靜差壓不大。測量的差壓值上限可但測的靜差壓不大。測量的差壓值上限可達(dá)達(dá)0.4MPa，耐工作壓力上限可達(dá)，耐工作壓力上限可達(dá)40MPa;l 精確度可達(dá)精確度可達(dá)1.01.5級。級。彈簧管式壓力表彈簧管式壓力表 彈簧管彈簧管測量范圍：真空到測量范圍：真空到103MPa；不能測差壓。；不能測差壓。實物圖：實物圖：彈性彈性式壓力表的特點式壓力表的特點l 結(jié)構(gòu)簡單，使用方便和價格低廉結(jié)構(gòu)簡單，使用方便和價格低廉l 應(yīng)用范圍廣、測量范圍寬應(yīng)用范圍廣、測量范圍寬l 只能測表壓和負(fù)壓只能測表壓和負(fù)壓l 就地顯示就地顯示3-3 3-3 電氣式電氣式壓力測量壓力測量 壓力（差壓）傳感器（壓力（差壓）傳

10、感器（Pressure Senser） 能夠感受壓力（差壓）并能按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)能夠感受壓力（差壓）并能按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成相同或不同性質(zhì)的輸出變量的儀表。換成相同或不同性質(zhì)的輸出變量的儀表。 變送器（變送器（Transducer） 輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號（電信號）輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號（電信號）, 如如 4-20mA電流信號。電流信號。 電位器式壓力傳感器電位器式壓力傳感器 電感式壓力（差壓）傳感器電感式壓力（差壓）傳感器 霍爾壓力傳感器霍爾壓力傳感器電容式壓力（差壓）變送器電容式壓力（差壓）變送器振弦式壓力變送器振弦式壓力變送器應(yīng)變式壓力變送器應(yīng)變式壓力變送器力平衡式壓力變送器力平衡式壓力變送器電位器式壓

11、力傳感器電位器式壓力傳感器 原理：原理： px 彈性元件彈性元件s1 電位器滑動觸點電位器滑動觸點s2 Rx U實例：實例：電位器式壓力變送器與電位器式壓力變送器與XCZ-104組合使用組合使用 使用注意事項：使用注意事項：l存在滑動摩擦阻力，電位器易磨損、存在滑動摩擦阻力，電位器易磨損、受污染。受污染。l不宜在有振動和有腐蝕性氣氛的環(huán)境不宜在有振動和有腐蝕性氣氛的環(huán)境中使用。中使用。電感式壓力傳感器電感式壓力傳感器原理：原理： px 彈性元件彈性元件s 線圈的電感線圈的電感LUU改變鐵芯與線圈之間的相對位置改變鐵芯與線圈之間的相對位置 差動變壓器式（互感式）壓力測量差動變壓器式（互感式）壓力

12、測量1：鐵芯；：鐵芯；2：初級線圈；：初級線圈；3：次級線圈；：次級線圈；4：骨架：骨架起始狀態(tài)：鐵芯處于中間起始狀態(tài)：鐵芯處于中間e e1 1=e=e2 2，u=0u=0；鐵芯上移：鐵芯上移： e e1 1ee2 2，u0u0；鐵芯下移：鐵芯下移： e e1 1ee2 2 ，u0u0。次級線圈頭尾對接次級線圈頭尾對接 u=e1-e2注意事項注意事項：l 電源電源 i 、f 變大則靈敏度變大；但變大則靈敏度變大；但i 過大過大線線圈發(fā)熱，圈發(fā)熱，f 過高則鐵芯渦流損失變大。過高則鐵芯渦流損失變大。l 由于兩次級線圈不完全對稱，由于兩次級線圈不完全對稱，S=0S=0時有時有殘存殘存電勢電勢。霍爾

13、壓力傳感器霍爾壓力傳感器 霍爾效應(yīng)：霍爾效應(yīng)：霍霍爾效應(yīng)爾效應(yīng) 半導(dǎo)體單晶薄片置半導(dǎo)體單晶薄片置于磁場于磁場(B)中，縱向中，縱向通控制電流通控制電流I ，則橫，則橫向產(chǎn)生電勢向產(chǎn)生電勢EH。 EH=KH I B 工作原理：工作原理： px s B EH初始狀態(tài)：霍爾片處于中間，初始狀態(tài)：霍爾片處于中間， EH =0恒流源恒流源EH =Ks均勻梯度磁場均勻梯度磁場 注意事項：注意事項： l （減小溫度誤差）（減小溫度誤差）對霍爾元件進(jìn)行恒溫或?qū)魻栐M(jìn)行恒溫或采用其它溫度補償措施；采用其它溫度補償措施；l （減少不等位電勢和零位誤差）（減少不等位電勢和零位誤差）注意霍爾注意霍爾元件各處的電阻

14、率、厚度、材料性質(zhì)等不元件各處的電阻率、厚度、材料性質(zhì)等不均勻性以及不對稱焊接，采用補償電路。均勻性以及不對稱焊接，采用補償電路。 電容式壓力（差壓）變送器電容式壓力（差壓）變送器 特點：特點： 具有最少的可動部分，結(jié)構(gòu)簡單；具有最少的可動部分，結(jié)構(gòu)簡單； 測量范圍寬，精確度高測量范圍寬，精確度高(達(dá)達(dá)0.2級級)，靈敏度高，體積??；靈敏度高，體積?。?能輸出能輸出(420)mA的直流標(biāo)準(zhǔn)信號。的直流標(biāo)準(zhǔn)信號。1151系列電容式壓力系列電容式壓力(壓差壓差)變送器變送器 工作原理：工作原理：以以測壓彈性膜片測壓彈性膜片作為作為可變電容器可變電容器的活動極板。的活動極板。ACKdpx 彈性膜片彈

15、性膜片s 極板間距極板間距d 電容電容CI 介質(zhì)的介電常數(shù)介質(zhì)的介電常數(shù) A 極板間相互覆蓋的面積極板間相互覆蓋的面積 d 極板間的距離極板間的距離 工作過程：工作過程： px 彈性膜片彈性膜片s 極板間距極板間距d 電容電容c 1151型電容式變送器型電容式變送器21121CCpKCC差動式壓力差動式壓力( (差壓差壓)電容轉(zhuǎn)換電容轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換電路：轉(zhuǎn)換電路：222122121()()refsigdiffppIIK IKfVCCKCCKpCC現(xiàn)場接線現(xiàn)場接線: 振弦式壓力變送器振弦式壓力變送器 工作原理：工作原理： px 彈性膜片彈性膜片s 振弦張力振弦張力F 固有頻率固有頻率fxpklTlf

16、2121 820系列振弦式壓力變送器工作原理：系列振弦式壓力變送器工作原理： 特點：特點：l 輸出為頻率信號，因此輸出為頻率信號，因此具有較強的抗干具有較強的抗干擾能力擾能力，而且零飄小，溫度特性好；，而且零飄小，溫度特性好；l 準(zhǔn)確度高，通常為準(zhǔn)確度高，通常為0.2級；級；l 易于與計算機等數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)接。易于與計算機等數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)接。 應(yīng)變式壓力變送器應(yīng)變式壓力變送器工作原理：工作原理： px 彈性元件彈性元件s 應(yīng)變片應(yīng)變片電阻電阻RI應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)金屬應(yīng)變片金屬應(yīng)變片 半導(dǎo)體壓阻片半導(dǎo)體壓阻片 R= L/A dR/R=dL/L-dA/A+d / =-(dD/D)/

17、(dL/L) dA/A=2dD/D dR/R=(1+2)dL/L+d / =(1+2+E) 擴散硅式壓力傳感器擴散硅式壓力傳感器利用集成電路工藝使半導(dǎo)體材料在利用集成電路工藝使半導(dǎo)體材料在感壓元件上擴散制成半導(dǎo)體應(yīng)變電感壓元件上擴散制成半導(dǎo)體應(yīng)變電阻來檢測感壓元件應(yīng)變的大小阻來檢測感壓元件應(yīng)變的大小.擴散硅式壓力傳感器擴散硅式壓力傳感器半導(dǎo)體應(yīng)變電阻對溫度很敏感，當(dāng)被測壓力不變，其溫度變半導(dǎo)體應(yīng)變電阻對溫度很敏感，當(dāng)被測壓力不變，其溫度變化時，將引起阻值的變化，從而產(chǎn)生橋路零點漂移和靈敏度化時，將引起阻值的變化，從而產(chǎn)生橋路零點漂移和靈敏度漂移，使測量產(chǎn)生誤差。需要進(jìn)行溫度補償漂移，使測量產(chǎn)生

18、誤差。需要進(jìn)行溫度補償 。C形硅杯適用于較高壓力的測量，形硅杯適用于較高壓力的測量，E形硅杯則適用于微壓測量。形硅杯則適用于微壓測量。在硅杯的底面擴散形成的應(yīng)變電阻數(shù)目可根據(jù)測量電路的設(shè)計要在硅杯的底面擴散形成的應(yīng)變電阻數(shù)目可根據(jù)測量電路的設(shè)計要求而定，一般是制成四只應(yīng)變電阻，組成全橋差動測量橋路。求而定，一般是制成四只應(yīng)變電阻，組成全橋差動測量橋路。l體積小，輕便。體積小，輕便。l精確度達(dá)到精確度達(dá)到0.5級。級。C形硅杯適用于較高壓力的測量，形硅杯適用于較高壓力的測量，E形硅杯則適用于微壓測量。形硅杯則適用于微壓測量。在硅杯的底面擴散形成的應(yīng)變電在硅杯的底面擴散形成的應(yīng)變電阻數(shù)目可根據(jù)測量

19、電路的設(shè)計要阻數(shù)目可根據(jù)測量電路的設(shè)計要求而定，一般是制成四只應(yīng)變電求而定，一般是制成四只應(yīng)變電阻，組成全橋差動測量橋路。阻，組成全橋差動測量橋路。半導(dǎo)體應(yīng)變電阻對溫度很敏感，半導(dǎo)體應(yīng)變電阻對溫度很敏感，當(dāng)被測壓力不變，其溫度變化當(dāng)被測壓力不變，其溫度變化時，將引起阻值的變化，從而時，將引起阻值的變化，從而產(chǎn)生橋路零點漂移和靈敏度漂產(chǎn)生橋路零點漂移和靈敏度漂移，使測量產(chǎn)生誤差。需要進(jìn)移，使測量產(chǎn)生誤差。需要進(jìn)行溫度補償行溫度補償 。力平衡式壓力變送器力平衡式壓力變送器 工作原理：工作原理： 利用力平衡原理利用力平衡原理 px 彈性元件的集中力彈性元件的集中力F I “力平衡力平衡”具有的優(yōu)越性

20、？具有的優(yōu)越性？P+P-F1F2F3F5F4FfSIP-P+F1F2F3F5F4FfSIF4 = Ff Ff = NLBIF4 = K3 F3F3 =F2 （ tg ） F2 = K2 F1F1 = K1(P+-P-) NLBI=K1K2K3(tg)(P+-P-)PNKPPNLBtgKKKI)(321副杠桿副杠桿 差動差動 變壓器變壓器放大器放大器反饋動圈反饋動圈F4SUIF1杠桿系統(tǒng)杠桿系統(tǒng)FfPx彈性元件彈性元件力平衡式壓力變送器的原理方框圖：力平衡式壓力變送器的原理方框圖：特點：特點：l 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 體積和重量大、動態(tài)特性差。體積和重量大、動態(tài)特性差。l 精確度精確度0.5級。

21、級。 壓力測量儀表的使用壓力測量儀表的使用 測壓儀表的選擇測壓儀表的選擇 測壓儀表的安裝與使用要求測壓儀表的安裝與使用要求測壓儀表的選擇測壓儀表的選擇1、儀表種類的選擇、儀表種類的選擇（1）被測介質(zhì)的性質(zhì)）被測介質(zhì)的性質(zhì)（2）對儀表輸出信號的要求）對儀表輸出信號的要求（3）儀表的使用環(huán)境）儀表的使用環(huán)境2、儀表量程的選取、儀表量程的選取量程上限的刻度值為量程上限的刻度值為 (1，1.6，2.5，4.0，6.0)10n kPa量程上限量程上限Pp與被測壓力與被測壓力Px滿足：滿足： 測平穩(wěn)壓力測平穩(wěn)壓力 1/3 Pp Px 2/3 Pp 測波動壓力測波動壓力 1/3 Pp Px 1/2 Pp3、

22、儀表精確度的選取、儀表精確度的選取 按國家標(biāo)準(zhǔn)化系列規(guī)定生產(chǎn)，有：按國家標(biāo)準(zhǔn)化系列規(guī)定生產(chǎn)，有： 0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，4七個等級。七個等級。通常（通常（0.54.0)精度壓力表用于工業(yè)現(xiàn)場；精度壓力表用于工業(yè)現(xiàn)場；0.2精度用于企事業(yè)單位作三等標(biāo)準(zhǔn)表。精度用于企事業(yè)單位作三等標(biāo)準(zhǔn)表。 例例3-1 己知某測點壓力約己知某測點壓力約10MPa，要求其測量誤差不超過，要求其測量誤差不超過0.1MPa。試確定該測點用的壓力表量程范圍及精度等級？。試確定該測點用的壓力表量程范圍及精度等級？ 例例3-2 已知擴散硅壓力變送器輸出電流為已知擴散硅壓力變送器輸出電流為420mA，原

23、測量范圍原測量范圍01MPa改為測量范圍改為測量范圍12.5MPa后，則原后，則原來來0.6MPa壓力的電流表工作點對應(yīng)于改測量范圍后壓力的電流表工作點對應(yīng)于改測量范圍后的被測壓力為多少？的被測壓力為多少？ 測壓儀表的安裝和使用測壓儀表的安裝和使用 安裝、使用注意事項：安裝、使用注意事項： 1、取壓口、取壓口l 取壓口應(yīng)該與工質(zhì)流速方向垂直。與設(shè)備取壓口應(yīng)該與工質(zhì)流速方向垂直。與設(shè)備內(nèi)壁平齊，并且不要有凸出物和毛刺。內(nèi)壁平齊，并且不要有凸出物和毛刺。l 測液體壓力測液體壓力引自管道截面的下部引自管道截面的下部 測氣體壓力測氣體壓力引自管道截面的上部引自管道截面的上部2.2.取壓管路取壓管路l 取壓管路的內(nèi)徑一般取取壓管路的內(nèi)徑一般取7 713mm(13mm(對于水、對于水、蒸汽蒸汽) )，其長度不宜過長，其長度不宜過長( (60m)60m)。l 取壓管路不應(yīng)有水平段敷設(shè)，以防聚集氣取壓管路不應(yīng)有水平段敷設(shè)，以防聚集氣泡泡( (測液體時測液體時) )和水柱和水柱( (測氣體時測氣體時) )。3. 3. 附件附件 注意要保護(hù)儀表不受被測介質(zhì)的損壞。注意要保護(hù)儀表不受被測介質(zhì)的損壞。 如測腐蝕性介質(zhì)時，要加裝隔離容器；如測腐蝕性介質(zhì)時，要加裝隔離容器； 測含塵氣體時，要在壓力表前加裝灰塵捕集器；測含塵氣體時，要在壓力表前加裝灰塵捕集器； 測量高溫蒸汽時，