《自动检测技术与装置 第二版课件 教学课件 ppt 作者 张宏建 黄志尧 周洪亮 冀海峰 编著3.3 压力检测仪表》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动检测技术与装置 第二版课件 教学课件 ppt 作者 张宏建 黄志尧 周洪亮 冀海峰 编著3.3 压力检测仪表（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、压力检测仪表,主要内容,基本概念 常用压力检测仪表 压力检测仪表的使用,基本概念,压力定义 垂直而均匀地作用在单位面积上的力，p p：压力（Pa） ：均匀垂直作用力（N） ：受力面积（m2） 单位: 帕斯卡，牛顿/米2（N/m2），简称“帕”，用符号“Pa” 即物理学中常称的压强。工程上，习惯把压强称为压力,单位 1Pa1N/m2。因帕单位太小，工程上常用kPa(103Pa)和MPa(106Pa)表示。 由于历史发展的原因、单位制的不同以及使用场合的差异，压力还有多种不同的单位。目前工程技术部门仍在使用的压力单位有工程大气压at、物理大气压atm、巴bar、毫米水柱mmH2O、毫米汞柱mmHg
2、、磅力每平方英寸psi等。,换算表 1bar=1105Pa 1mbar=1000dyn/cm2=1102Pa 1mmH2O=0.98066510Pa 1atm=760mmHg=1.01325105Pa 1at=1kgf/cm2 =0.980665105Pa 1mmHg=1.333224102Pa 1psi(Pounds per square inch)=0.68949104Pa 1Torr=1mmHg（真空度）,压力的表示方法 工程上压力有几种不同表示方法 绝对压力pa 大气压力p0 表压力p 真空度(负压) ph 差压p,压力表示方法的关系图 p= pa- p0 ph= p0- pa p=
3、p1- p2,其他表示方法 静态压力：不随时间变化或变化缓慢的压力 动态压力：随时间作快速变化的压力 以后所提压力，如无特殊说明，均指表压,压力检测的主要方法 液体压力计 弹性式压力计 电远传式压力仪表 物性型压力传感器,常用压力检测仪表,液体压力计 基本原理：根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量 一般是采用充有水或水银等液体的玻璃U形管、单管或斜管进行压力测量的 常用于低压、负压和差压的检测,液体压力计的误差分析 温度误差 安装误差 重力加速度误差 传压介质误差 读数误差,液体压力计具有直观、数据可靠、准确度高等优点，它不仅能测表压、差压、还能测负压、是科学研究和实验研究中常
4、用的压力检测工具。 用U形管只能测量较低的压力或差压（不可能将玻璃管做得很长），另外它只能现场指示，压力值须通过读数并进行计算得到，使用不太方便 水、酒精和水银是常用的液体 测量范围： 0-16KPa 精度： 1%,液体压力计的使用 当地重力加速度修正 压力计应垂直安装使用。如果不能垂直安装，应对读数进行修正 应根据被测介质的特性和压力的测量范围选择合适的工作液 在使用时，被测压力的瞬时值不能超过测量范围,弹性式压力检测仪表 基本原理：用弹性元件作为压力敏感元件把压力转换成弹性元件的位移，并经适当的机械传动和放大机构，通过指针指示被测压力大小的一种压力表,弹性式压力检测仪表组成环节如下图所示
5、弹性元件是核心部分，其作用是感受压力并产生弹性变形 在弹性元件与指示机构之间是变换放大机构，其作用是将弹性元件的变形进行变换和放大 指示机构(如指针与刻度标尺)用于给出压力示值 调整机构用于调整零点和量程。,弹性元件 同样的压力下，不同结构、不同材料的弹性元件会产生不同的弹性变形。常用的弹性元件有弹簧管、波纹管、薄膜等。其中波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量；单圈和多圈弹簧管可用于高、中、低压或真空度的测量 弹性元件常用的材料有铜合金、弹性合金、不锈钢等，各适用于不同的测压范围和被测介质,弹性元件结构和特点,弹簧管压力表,1.弹簧管 2.拉杆 3.扇形齿轮 4.中心齿轮 5.指针 6.面板
6、7.游丝 8.调整螺钉 9.接头,弹簧管压力表结构简单、使用方便、价格低廉，它测量范围宽，可以测量负压、微压、低压、中压和高压（可达1000MPa），仪表的准确度等级最高为0.1级 被测介质的性质和被测介质的压力高低决定了弹簧管的材料。对于普通介质，当p20MPa时，则采用不锈钢或合金钢。对于腐蚀性介质，一方面可采用隔离膜和隔离液；另一方面也可采用耐腐蚀的弹簧管材料。如测氨介质时须采用不锈钢弹簧管，测量氧气压力时，则严禁沾有油脂，以确保安全使用,波纹管差压计 和弹簧管压力表相比，波纹管压力表的测量范围较小，一般为0-0.4MPa，仪表的准确度等级为1.5-2.5级,可以测量差压,其它弹性式压力
7、表 膜盒压力表主要用于测量较低压力或负压的气体压力，压力测量范围为20-40kPa，仪表的准确度等级一般为1.5-2.5级。 膜片压力表的工作原理与膜盒压力表相近，测量准确度也差不多，但膜片压力表的可测压力范围较宽，最高可达2.5MPa。另外，作为弹性元件的膜片常常和其他转换元件一起使用构成电远传式压力仪表。,电远传式压力检测仪表 基本原理：也是利用弹性元件作为敏感元件，但在仪表中增加了转换元件（或装置）和转换电路能将弹性元件的位移转换为电信号输出，实现信号的远传。 电远传式压力仪表常称压力传感器；如果输出的电信号为标准的电流或电压信号，则称为压力变送器。,力平衡式压力变送器 力平衡是力矩平衡
8、的简称。 根据输出信号的不同有气动压力变送器和电动压力变送器。 气动压力变送器使用140kPa的空气压力作为气源，其输出为20-100kPa的空气压力信号。（气动单元组合仪表QDZ) 电动压力变送器又有（电动单元组合仪表）DDZ型和DDZ型两种，前者使用220V交流电压，输出为0-10mA的电流信号；后者使用24V直流电源，输出为4-20mA的电流信号,1.低压室 2.高压室 3.测量元件（膜盒、膜片） 4.轴封膜片 5.主杠杆 6.过载保护片 7.静压调整螺钉 8.矢量机构 9.零点迁移弹簧 10.平衡锤 11.量程调整螺钉 12.检测片（衔铁） 13.差动变压器 14.副杠杆 15.放大器
9、 16.反馈动圈 17.永久磁钢 18.电源 19.负载 20.调零弹簧,基本框图,主杠杆平衡,矢量机构将F1分解成F2和F3，,副杠杆平衡：,电容式 基本原理：电容式压力传感器采用变电容测量原理，将由被测压力引起的弹性元件的位移变形转变为电容的变化，用测量电容的方法测出电容量，便可知道被测压力的大小。 式中为电容极板间介质的介电常数；A为两平行板相对面积；d 为两平行板间距。 变极距式电容压力传感器 变面积式电容压力传感器,差动变极距式电容压力传感器 改变电容两平行板间距 d 的测量方式有较高的灵敏度，但当位移较大时非线性严重。采用差动电容法可以改善非线性、提高灵敏度、并可减小因受温度影响引
10、起的不稳定性 结构坚实，灵敏度高，过载能力大； 精度高，其精确度可达0.25-0.05； 可以测量压力和差压,变面积式电容压力传感器,霍尔式 测压原理：利用霍尔片式传感器实现压力-位移-霍尔电势的转换。 霍尔效应：把一块霍尔元件置于均匀磁场中，并使霍尔片与磁感应强度B的方向垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵向端面上通入恒定的控制电流I，则会在霍尔片的两个横向端面之间形成电位差VH，此电位差称为霍尔电势。,K：霍尔式压力传感器输出系数 x：自由端霍尔元件的位移量,电感式 首先用弹性元件将被测压力转换成弹性元件的位移，再用电学的方法将位移转换成自感或互感系数的变化，最后由测量电路转换成与被测压力成正比
11、的电流或电压输出,谐振式 依靠被测压力改变弹性元件或与弹性元件相连的振动元件的谐振频率，经过适当的电路输出脉冲频率信号或电流（电压）信号。根据谐振原理的不同，谐振式压力传感器有振弦式、振膜式及振筒式几种,物性型压力检测仪表 基本原理：基于物质定律基础上的，敏感元件感受被测压力，并将压力的大小转换成敏感元件的某个物理量输出。由于该物理量常常是一种电量信号，因此这类传感器也是电远传式的。 主要有应变式压力传感器、压阻式压力传感器和压电式压力传感器等,应变式 电阻应变片能将元件所受的应变转换成电阻的变化。利用应变片作为敏感元件的压力传感器称为应变式压力传感器,为了使应变片能在受压力作用时产生应变，应
12、变片一般要和弹性元件一起使用 电阻温度系数补偿 由于应变式压力传感器的响应速度较快，故这种压力传感器较多地用于一般要求的动态压力检测,压阻式 当半导体应变片受力作力产生应变时，其电阻值的变化主要是压阻效应（电阻率的变化）引起的，这种半导体应变片也称压阻元件，由此构成的压力传感器称压阻式压力传感器,压阻式压力传感器的特点: 体积小，结构简单，易于微小型化，目前国内生产出直径1.8-2mm的压阻式压力传感器 灵敏度高，频率响应高 测量范围宽，可测低至10Pa的微压到高至60MPa的 高压 精度高，工作可靠，其精度可达0.2-0.02 需进行温度补偿，固态压力传感器，集成压力传感器,压电式 压电元件
13、受压时会在其表面产生电荷，其电荷量与所受的压力成正比。利用压电元件构成的压力传感器称为压电式压力传感器,压电式压力传感器特点: 体积小，结构简单紧凑，工作可靠 测量范围宽，可测100MPa以下的压力 测量精度较高 线性度好 频率响应高，可达30KHz，是动态压力检测中常用的传感器 由于压电元件存在电荷泄漏，故不适宜测量缓慢变化的压力和静态压力。,智能差压（压力）变送器 在普通压力传感器上增加微处理器，特点： 具有远程通讯的功能 依靠手操通信器，用户可在现场或控制室设定变送器各种参数 使用维护方便 长期稳定工作,A/D转换器,温度 传感器,电容 传感器,传感膜头内存 修正系数 膜头信号,微处理器
14、 传感器线性化 重设量程 诊断 工程单位 通信,电子板内存 量程值 变送器组态信息,D/A转换,数字通信,本机量程和 零点调整,手操器,传感膜头,电子线路板,4-20mA,3051C型智能变送器原理图,压力检测仪表的使用,压力仪表的选用 取压点及引压管路的设计,压力仪表的选用 原则：应根据生产工艺对压力检测的要求、被测介质的特性、现场使用的环境等条件，本着节约的原则合理地考虑仪表的量程、准确度等级和类型 仪表量程的选择 仪表准确度等级的选择 仪表类型的选择,仪表量程的选择 一般在被测压力较稳定的情况下，最大工作压力不应超过仪表满量程的3/4 在被测压力波动较大或测脉动压力时，最大工作压力不应超
15、过仪表满量程的2/3 为了保证测量准确度，最小工作压力不应低于满量程的1/3 当被测压力变化范围大，最大和最小工作压力可能不能同时满足上述要求时，选择仪表量程应首先要满足最大工作压力条件 目前我国出厂的压力（包括差压）检测仪表有统一的量程系列，它们是1kPa、1.6kPa、2.5kPa、4.0kPa、6.0kPa以及它们的10n倍数（n为整数）,仪表准确度等级的选择 压力检测仪表的准确度等级主要根据允许的最大误差来确定，即要求仪表的基本误差应小于实际被测压力允许的最大绝对误差 另外，在选择时应坚持节约的原则，只要仪表的准确度能满足生产的要求，就不必追求用过高准确度等级的仪表 准确度等级：，0.
16、05,0.1,0.25,0.35,0.5,1.0,1,5,2.5,仪表类型的选择 被测介质的性质 对仪表输出信号的要求 使用的环境 对于差压检测仪表，还需要考虑高、低压侧的实际工作压力的大小，该压力也称静压。所选差压检测仪表的额定静压值应是实际工作压力的1.5-2.0倍左右。,有一个压力容器在正常工作时压力范围为0.4-0.6MPa，要求使用弹簧管压力表进行检测，并使测量误差不大于被测压力的4，试确定该表的量程和准确度等级。 解 根据最大工作压力有 根据最小工作压力有 根据仪表的量程系列，可选用量程范围为0-1.0MPa的弹簧管压力表。 被测压力的允许最大绝对误差为 这就要求所选仪表的相对百分误差为 按照仪表的准确度等级，可选择1.5级的压力表。该仪表的基本误差为1.01.50.015MPa，小于允许的最大绝对误差0.016MPa，故所选仪表满足测量要求。,压力检测系统 一个完整的压力检测系统包括：取
