第四章压力测量

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1、自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College第四章第四章 压力测量压力测量自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College4.1 概述概述4.2 液柱式压力计液柱式压力计4.3 弹性式压力计弹性式压力计4.4 电远传式压力计电远传式压力计4.5 压力表的选择、校验和安装压力表的选择、校验和安装主要内容主要内容自动化工程学院自动化工程学院自动化工程

2、学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College4.1 概述概述自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College4.1.1 压力的概念压力的概念 垂直并且均匀作用在单位面积上的力称为垂直并且均匀作用在单位面积上的力称为“压强压强”。工程技术上一般称其为。工程技术上一般称其为“压力压力” 。 压力是流体介质分子质量或分子热运动对容器压力是流体介质分子质量或分子热运动对容器壁碰撞的结果。压力

3、也是反映流体介质状态的一壁碰撞的结果。压力也是反映流体介质状态的一个重要参数。个重要参数。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College生产和生活中不同的压力概念生产和生活中不同的压力概念(2) 大气压力：大气压力：大气压力是地球表面上空气的重量所大气压力是地球表面上空气的重量所产生的压力。产生的压力。符号：符号：P0表示表示影响因素：气象情况、海拔高度和地理纬度影响因素：气象情况、海拔高度和地理纬度测量仪表：气压表测量仪表：气压表压力单位之一：标准大气压，压力单位之一

4、：标准大气压，atm1 atm =101 325 Pa(1) 差差压压（压压差）：差）：两个相关两个相关压压力之差。力之差。符号符号P 注意：基准点任意且相同注意：基准点任意且相同自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College(3)表表压压力力：如果：如果测压仪测压仪表所指示的表所指示的压压力是以大气力是以大气压压力力为为0起算的起算的压压力，力，则测则测量量结结果称果称为为表表压压力。力。符号符号PG领领域：工程中域：工程中(4)绝对压绝对压力：力：是指不附是指不附带

5、带任何条件的全任何条件的全压压力，力，它等于大气它等于大气压压力和表力和表压压力之和。力之和。符号：符号：PaPaP0十十PG如：液体、气体和蒸汽如：液体、气体和蒸汽所所处处空空间间的全部的全部压压力。力。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College(5) 真空真空压压力：力：当当绝对压绝对压力小于大气力小于大气压压力力时时，大气，大气压压力与力与绝对压绝对压力之差。力之差。PG P0Pa又称：真空度、又称：真空度、负压负压力、疏空力、疏空压压力。力。自动化工程学院自

6、动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College（1）帕斯卡）帕斯卡:国际单位，简称帕（国际单位，简称帕（Pa）1 Pa = 1 N/m2工程上经常使用兆帕（工程上经常使用兆帕（MPa）1 MPa = 1106 Pa4.1.2 压力的单位换算压力的单位换算（2）标标准大气准大气压压力（力（atm）:温度温度为为0，重力加速度，重力加速度为为9.80665m/s2、高度、高度为为0.76m、密度、密度为为13.5951103kg/m3的水的水银银柱所柱所产产生的生的压压力。力。1 atm

7、=101 325 Pa自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院1 kgf/cm2 = 9.80665 104 Pa 1105 Pa = 0.1 MPa（3）工程大气）工程大气压压力（力（at）:1cm2的面的面积积上均匀作用上均匀作用1kgf时时所所产产生的生的压压力。力。（4）毫米液柱。）毫米液柱。 在温度在温度为为0 ，重力加速度，重力加速度为为9.

8、80665m/s2、密度、密度为为13.5951103kg/m3 时时， 1mmHg=1Torr=1/760atm=133.322Pa 对对于水柱，温度于水柱，温度为为4、重力加速度、重力加速度为为9.80665m/s2、，密度，密度为为1000kg/m3 时时 1mmH2O=9.80665Pa自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation

9、 Engineering College4.1.3 压力测量系统的分类压力测量系统的分类自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College静重式静重式液柱式压力计液柱式压力计活塞式压力计活塞式压力计自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程

10、学院Automation Engineering College4.2 液柱式压力计液柱式压力计自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College4.2.1 液柱式压力计的原理液柱式压力计的原理原理：利用液柱所产生的压力与被原理：利用液柱所产生的压力与被测压力平衡测压力平衡封液：封液： 水、酒精、水银水、酒精、水银特点：结构简单，物理本质清晰。特点：结构简单，物理本质清晰。（1）U形管形管压压力力计计 U形管形管压压力力计计两两侧输侧输入入压压力力为为p1、p2，左右介，左

11、右介质质密度密度为为1、 2，封液密度，封液密度为为，重力加速度，重力加速度为为g，右，右侧侧介介质质高度高度为为H,液柱高度差液柱高度差为为 h，则则自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College当当 1 2时时 ，若若 1 2 ，且，且 1,则则有有 -U形管形管压压力力计测压计测压公式公式（2）单单管管压压力力计计 F1、F2为为容器和容器和单单管的截面管的截面积积 因因为为液面上升部分与液面下降液面上升部分与液面下降部分体部分体积积相等相等 自动化工程学院自动化

12、工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College 根据根据U形管形管压压力力计测压计测压原理原理 若若 F1 F2, 且且 1 则则有有 -单单管管 压压力力计测压计测压公式公式（3）斜管微）斜管微压计压计自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College4.2.2 液柱式压力计的测量误差及其修正液柱式压力计的测量误差及其修正（1）环境温度变化的影响）环境温度变化的影响（

13、2）重力加速度变化的影响）重力加速度变化的影响仪器使用地点的重力加速度公式：仪器使用地点的重力加速度公式： 自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College封液标准高度封液标准高度hN-标标准地点封液柱高度；准地点封液柱高度；h-测测量地点封液柱高度；量地点封液柱高度；（3）毛细现象造成的影响）毛细现象造成的影响 毛细现象使封液表面形成弯月面，毛细现象使封液表面形成弯月面，不仅引起读数误差，还会引起液柱的不仅引起读数误差，还会引起液柱的升高或降低。通过加大管径来解决。升高

14、或降低。通过加大管径来解决。酒精：酒精：D=3mm；水银：；水银： D=8mm（4）安装、读数、刻度等方面的误差。）安装、读数、刻度等方面的误差。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College4.3 弹性式压力计弹性式压力计4.3.1 弹簧管压力计弹簧管压力计自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College压力单位压力单位PSI充液防震充液防震全不

15、锈钢全不锈钢 耐震压力表耐震压力表自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College弹弹性性元元件件自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College弹簧管压力计结构弹簧管压力计结构 结构：弹簧管、齿轮传动机构、结构：弹簧管、齿轮传动机构、指针、刻度盘。指针、刻度盘。弹簧管压力计工作原理弹簧管压力计工作原理 自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动

16、化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College弹簧管压力计结构弹簧管压力计结构 自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College特点：特点：精度等精度等级级：普通型：普通型： 级级； 精精 度：度：0.10.5 级级。测测量范量范围围：真空：真空109 Pa；工作范工作范围围：1/31/2量程量程(波波动动大大)； 1/32/3量程量程(波波动动小小)；注意：防尘、防爆、防腐等问题，并要定期校

17、验。注意：防尘、防爆、防腐等问题，并要定期校验。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College4.3.2 膜式压力计膜式压力计膜片式膜片式测量腐蚀性介质、非凝固、非结晶介质；测量腐蚀性介质、非凝固、非结晶介质；膜盒式膜盒式测量气体的微压和负压。测量气体的微压和负压。特点特点精度：精度：2.5 级级测测量范量范围围：膜片式：真空或膜片式：真空或06106 Pa膜盒式：膜盒式：04104 Pa自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学

18、院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College4.3.3 波纹管式压力计波纹管式压力计 波纹管是外周沿轴向有深槽形波纹管是外周沿轴向有深槽形波纹褶皱，可沿轴向伸缩的薄壁管波纹褶皱，可沿轴向伸缩的薄壁管子。它受压时线性输出范围比受拉子。它受压时线性输出范围比受拉时大，故常在压缩状态下使用。时大，故常在压缩状态下使用。 为了改善仪表性能提高测量精度，便于改变仪为了改善仪表性能提高测量精度，便于改变仪表量程，实际应用时波纹管常和刚度比它大几倍的表量程，实际应用时波纹管常和刚度比它大几倍的弹簧结合使用，这时其性能主要由弹簧决定弹簧结合使用，这时其性能主要由弹

19、簧决定 。用途：做流量和液位测量的显示仪表。用途：做流量和液位测量的显示仪表。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College双波纹管式压力计结构及工作原理双波纹管式压力计结构及工作原理 自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College4.3.4 弹性式压力计的误差来源弹性式压力计的误差来源 迟迟滞滞误误差：相同差：相同压压力下，同一力下，同一弹弹性

20、元件正反行程的性元件正反行程的变变形不一形不一样样； 弹弹性后效性后效误误差：差：弹弹性元件性元件变变形落后于被形落后于被测压测压力力变变化；化；（动态动态响响应误应误差）差）间间隙隙误误差：差：仪仪表的各种活表的各种活动动部件之部件之间间有有间间隙，示隙，示值值与与弹弹性元件的性元件的变变形不完全形不完全对应对应； 摩擦摩擦误误差：差：仪仪表活表活动动部件运部件运动时动时，相互，相互间间有摩擦力；有摩擦力； 温度温度误误差：差：环环境温度改境温度改变变会引起金属材料会引起金属材料弹弹性模性模量量变变化。化。达到达到0.1%的精度是极的精度是极为为困困难难的。的。自动化工程学院自动化工程学院自

21、动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College4.3.5 弹性式压力计的改善途径弹性式压力计的改善途径 采用采用“全全弹弹性性”和和“恒恒弹弹性性”材料：减小材料：减小迟迟滞滞误误差和差和后效后效误误差；差； 如合金如合金Ni42CrTi 、Ni36CrTiA、熔凝石、熔凝石英；英； 采用新的采用新的转转化技化技术术，减小中，减小中间环节间环节，如，如电电阻阻应变应变技技术术、差、差动变压动变压器技器技术术； 采用无干摩擦的采用无干摩擦的弹弹性性轴轴承或磁承或磁悬悬浮浮轴轴承；承； 改善制造工改善制

22、造工艺艺。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College4.4 电远传式压力计电远传式压力计根据测量原理分类：根据测量原理分类：自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College4

23、.4.0 远传式弹簧管压力计远传式弹簧管压力计差动变压器式压力计差动变压器式压力计自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College霍尔式压力计霍尔式压力计霍尔电势霍尔电势KH：霍：霍尔尔元件灵敏度系数，与霍元件灵敏度系数，与霍尔尔元件的物理性元件的物理性质质和几何尺寸相关。和几何尺寸相关。自动化工程学院

24、自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College霍霍尔尔元件置于元件置于线线性差性差动动磁磁场场中中 ，霍，霍尔尔元件元件与与弹弹簧管自由端固定簧管自由端固定连连接接 P x(-) B UH P x(-) B UH自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College4.4.1 电阻应变式压力变送器电阻应变式压力变送器自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程

25、学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College箔式应变片箔式应变片光学蚀刻法光学蚀刻法 箔式应变片箔式应变片0.0030.01自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College0.1N*100 nm薄膜式薄膜式特点：耐高温，如用铂、

26、铬应变片特点：耐高温，如用铂、铬应变片（蓝宝石基底），温度达（蓝宝石基底），温度达800。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College（1）金属电阻丝应变片式传感器金属电阻丝应变片式传感器 单根导线的电阻：电阻率单根导线的电阻：电阻率、长度、长度ll和截面积，和截面积，其关系：其关系： 在均匀应力在

27、均匀应力的作用下的作用下,导线电阻的相对变化量为导线电阻的相对变化量为因为因为 上式改写成增量形式上式改写成增量形式 自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College 对于圆导线，对于圆导线，S=d 2 /4，故近似有，故近似有 受拉受拉时时， l l增大的同增大的同时时d 减小，反之，受减小，反之，受压时压时， l l减小，同减小，同时时d 增大，两者关系增大，两者关系为为：材料的泊松比，金属材料的泊松比，金属:.2.4，半，半导导体体:0.35自动化工程学院自动化工程

28、学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College材料材料应变应变灵敏系数：灵敏系数：导线导线每每单单位位应变应变引起的引起的电电阻阻值值的相的相对变对变化量。化量。越大越好！越大越好！定义应变定义应变自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College 金属材料影响很小影响很小式中式中 为应变为应变K =1.73.6材料的泊松比。材料的泊松比。自动化工程学院自动化工程学院自动化

29、工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College材料材料 康康铜铜（Ni 45%,Cu 55%）灵敏系数）灵敏系数约为约为1.92.1，铁铬铝铁铬铝合金（合金（Fe70%，Cr2%，AL）灵敏系数灵敏系数约为约为2.42.6；直径直径0.050.15 mm。纸或胶质：纸或胶质：0.02-0.04mm自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College弹性膜片弹性膜片自动化工程学院自动化工

30、程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College举例：用电阻应变片制作电子秤 金属电阻丝应变片贴牢在悬臂梁上下表面，悬臂梁远端加砝码使它弯曲，上表面受到拉伸，下表面受到压缩。所以上表面电阻阻值变大，下表面电阻阻值变小应变片的结构示意图应变片的结构示意图1 敏感栅敏感栅 2 引线引线 3 粘结剂粘结剂4 盖层盖层 5 基底基底自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College

31、 分别将一个、两个或四个电阻应变片与固定电阻组成电桥（所谓单臂、半桥或全桥）,以电压表为平衡检测器。 未加砝码时，调节电桥平衡，输出电压为零。随着负载增加，电桥不平衡性加大，电压表读数越大。m p R U0m = f (U0)线性关系线性关系自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College金属电阻丝应变片式传感器的特点金属电阻丝应变片式传感器的特点优优点：点：金属金属丝丝或箔式或箔式应变应变片性能片性能稳稳定，精确度高，已定，精确度高，已得到广泛得到广泛应应用。用。缺点：

32、缺点：灵敏度系数灵敏度系数较较小（小（2.42.6），），对对粘粘贴贴工工艺艺要要求求严严格。格。粘贴位置粘贴位置 防止受被防止受被测测介介质污质污染、氧化、腐染、氧化、腐蚀蚀，贴贴在在弹弹性性元件不和被元件不和被测测介介质质接触的一面。接触的一面。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College自动化

33、工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College应变片分布设计？平膜片上的应变分布平膜片上的应变分布切向应变：切向应变：应变片粘帖位置应变片粘帖位置t（拉伸）（拉伸）R2、R3r（压缩压缩）R1、R4径向应变：径向应变： 被被测压测压力作用在膜下方，力作用在膜下方，膜的膜的弹弹性性变变形是向上凸起，形是向上凸起，应变应变片片贴贴在上表面，在上表面，R2和和R3受到受到t的拉伸，的拉伸，电电阻增大；阻增大；Rl和和R4贴贴在靠近在靠近边缘处边缘处， r为负为负受到受到压缩压缩而而

34、电电阻减小。阻减小。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College 把把这这4个个应变应变片片电电阻接在阻接在电桥电桥中，便可得到中，便可得到较较大的大的输输出信号出信号自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation

35、 Engineering College半导体材料影响很小影响很小应力应力压阻压阻系数系数弹性弹性模量模量应变应变 = (40 80) 1011 (N / m2 )E = 1.67 1011 (m2 / N)半半导导体材料的体材料的 、E、K均均为为各向异性各向异性自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering Co

36、llege测量桥路及温度补偿u单臂结构（1个应变片）电桥u差动结构（2个应变片）电桥（相邻桥臂）实现：温度补偿，输出电实现：温度补偿，输出电压灵敏度2倍。u 全桥结构（4个应变片）电桥（4个桥臂）个桥臂）温度补偿，电压灵敏度温度补偿，电压灵敏度4倍。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College恒压源供电电桥 假假设设1：个：个电电阻的初始阻的初始值值为为，当有，当有压压力力时时，应应力使力使电电阻阻值值两个两个，两个，两个。 假假设设2： 温度温度变变化使每个化使每个

37、电电阻阻值值；电桥输电桥输出出电压为电压为：整理整理如果如果 Rt= 0自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College说说明明 电桥输电桥输出出Uo R /R P(被被测压测压力力)； 与与U的大小和精度有关；的大小和精度有关； 当当0时时，还还与温度有关；与温度有关； 恒恒压压源供源供电电原理的原理的测测量量桥桥路，不能消除温度的影响。路，不能消除温度的影响。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学

38、院Automation Engineering College恒流源供电电桥假设：两个支路的电阻相等，即假设：两个支路的电阻相等，即桥路输出桥路输出说说明明 电桥输电桥输出出Uo R P(被被测压测压力力)； 与与电电流源流源I的大小和精度有关；的大小和精度有关； 与与无关；无关； 恒流源供恒流源供电电原理的原理的测测量量桥桥路，能消除温度的影响。路，能消除温度的影响。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College零点温度补偿调零调零灵敏度灵敏度零点零点补偿补偿 零点温

39、度漂移是由于零点温度漂移是由于4个个扩扩散散电电阻的阻阻的阻值值及其温度系及其温度系数不一致造成的。一般用串、数不一致造成的。一般用串、并并联电联电阻法阻法补偿补偿，如，如图图 Rs是是串串联电联电阻；阻；RP是并是并联电联电阻。阻。串串联电联电阻主要起阻主要起调调零作用；零作用；并并联电联电阻主要起阻主要起补偿补偿作用。作用。 由于零点漂移，由于零点漂移，导导致致B，D两点两点电电位不等。如当温位不等。如当温度升高度升高时时，R2增加比增加比较较大，使大，使D点点电电位低于位低于B点，点，B，D两点两点间电间电位差即位差即为为零点漂移。要消除零点漂移。要消除B，D两点的两点的电电位差，最位差

40、，最简单简单的的办办法是在法是在R2上并上并联联一个温度系数一个温度系数为负为负、阻阻值较值较大的大的电电阻阻RP，用来，用来约约束束R2的的变变化。化。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College 当温度当温度变变化化时时，可减小，可减小B，D两点两点间间的的电电位差，位差，以达到以达到补偿补偿目的。目的。 如果在如果在R4上并上并联联一个温度系数一个温度系数为为正、阻正、阻值较值较大大的的电电阻阻进进行行补偿补偿，其效果是相同的。，其效果是相同的。RS和和RP的的

41、计计算方法。算方法。 设设R1、 R2、 R3、 R4和和R1、 R2、 R3、 R4 为为4个个桥桥臂臂电电阻在低温和高温下的阻在低温和高温下的实测实测数数值值， RS、 RP 与与RS、 RP分分别为别为Rs，RP在低温与高温在低温与高温下的欲求数下的欲求数值值。根据低温与高温下。根据低温与高温下B、D两点的两点的电电位位应该应该相等的条件，得相等的条件，得自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College设设RS、 RP的温度系数的温度系数、为为已知，已知，则则得得

42、计计算出算出RS、 RP ，再由公式，再由公式计计算出常温下的算出常温下的RS、 RP ，选择该选择该温度系数的温度系数的电电阻阻RS、 RP接入接入桥桥路，便路，便可起到温度可起到温度补偿补偿的作用。的作用。灵敏度温度补偿 灵敏度温度漂移是由于压阻系数随温度变化而灵敏度温度漂移是由于压阻系数随温度变化而引起的。温度升高时，压阻系数变小；温度降低时，引起的。温度升高时，压阻系数变小；温度降低时，压阻系数变大，说明传感器的灵敏度系数为负值。压阻系数变大，说明传感器的灵敏度系数为负值。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院A

43、utomation Engineering College 补偿灵敏度温漂可以采用电源回路中串联二极补偿灵敏度温漂可以采用电源回路中串联二极管的方法。管的方法。 温度升高时，因为灵敏度降低，这时若提高电温度升高时，因为灵敏度降低，这时若提高电桥的电源电压，使桥路输出适当增大，便可以达到桥的电源电压，使桥路输出适当增大，便可以达到补偿目的。反之，温度降低时，灵敏度升高，如果补偿目的。反之，温度降低时，灵敏度升高，如果使电源电压降低，电桥的输出适当减小，同样可达使电源电压降低，电桥的输出适当减小，同样可达到补偿目的。到补偿目的。 二极管二极管PN结结的温度特性的温度特性为负值为负值，温度每升高，温

44、度每升高l时时，其正向，其正向压压降降约约减小减小(1.92.4)mV 当温度升高时，二极管的正向压降减小，于是当温度升高时，二极管的正向压降减小，于是桥压增加，使桥路输出增大。只要计算出所需二极桥压增加，使桥路输出增大。只要计算出所需二极管个数，将其串入电桥电源回路，便可以达到补偿管个数，将其串入电桥电源回路，便可以达到补偿目的。目的。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College根据电桥输出电压，应有根据电桥输出电压，应有 若若传传感器低温感器低温时满时满量程量程输

45、输出出为为U0，高温，高温时满时满量程量程输输出出为为U0从而可求出从而可求出U0 此此值值便是便是为为了了补偿补偿灵敏度随温度下降，灵敏度随温度下降，桥桥路需路需要提高的要提高的值值E。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College当当n只二极管串只二极管串联时联时，可得，可得根据上式可计算出根据上式可计算出 用用这这种方法种方法进进行行补偿时补偿时，必，必须须考考虑虑二极管正向二极管正向压压降的降的阈值阈值，硅管，硅管为为0.7v，锗锗管管为为0.3v。因此，要求。

46、因此，要求恒恒压压源提供的源提供的电压应电压应有一定的提高。有一定的提高。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College典型测量电路组成：组成：应变电桥；应变电桥；温度补偿网络；温度补偿网络；恒流源；恒流源；输出放大器及电输出放大器及电压压- -电流转换电流转换自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College 电桥电桥由由电电流流值为值为1mA的恒

47、流源供的恒流源供电电。硅杯未承受。硅杯未承受负负荷荷时时，因因R1R2R3R4，I1 I20.5mA，故，故A，B两点两点电电位相等位相等(UACUBC)，电桥处电桥处于平衡状于平衡状态态，因此，因此电电流流IO4mA。 硅杯受硅杯受压时压时，R 2减小，减小，R4增大，因增大，因I2不不变变，导导致致B点点电电位升高。同理，位升高。同理，R1增大，增大，R3减减小，引起引起A点点电电位下降，位下降，电桥电桥失去平衡失去平衡(其增量其增量为为UAB)。 A，B间间的的电电位差位差UAB是运算放大器是运算放大器A1的的输输入信号入信号,它的它的输输出出电压经过电压电压经过电压-电电流流变换变换器

48、器转换转换成相成相应应的的电电流流(IO+IO)，这这个增大了的回路个增大了的回路电电流流流流过过反反馈电馈电阻阻RF，使反，使反馈电压馈电压增加增加UF+UF，于是，于是导导致致B点点电电位下降，直至位下降，直至UACUBC。扩扩散硅散硅应变电桥应变电桥在差在差压压作用下达到了新的平衡状作用下达到了新的平衡状态态，完成了，完成了“力平衡力平衡”过过程。当差程。当差压为压为量程上限量程上限值时值时，IO20mA，变变送器的送器的净输净输出出电电流流I20-4l 6mA。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automat

49、ion Engineering College4.4.2 电容式压力（差压）变送器自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College4.4.2 电容式压力（差压）变送器(1) 结构隔离膜片隔离膜片隔离膜片隔离膜片硅油硅油 绝缘体绝缘体 通道通道 节流孔节流孔可动电极可动电极中心轴中心轴固定电极固定电极固定电极固定电极测量膜片测量膜片平行板式差动电容平行板式差动电容 和和1室结构室结构自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工

50、程学院自动化工程学院Automation Engineering College工作工作过过程：程：被被测测介介质压质压力引入后力引入后 隔离膜片受隔离膜片受压压力作用力作用 中心中心轴轴受力受力产产生位移生位移 测测量膜片量膜片产产生生挠挠曲曲变变形形 动动极板随之移极板随之移动动 动动极板与固定极板与固定电电极的极的间间隙隙变变化化 即即电电容容L和的和的电电容容值值CH变变化化 经电经电子子转换电转换电路路转换转换 ,输输出与被出与被测压测压力（差力（差压压）成正比的）成正比的420 标标准直流准直流电电流信号。流信号。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学

51、院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College 2室结构室结构1隔离膜片隔离膜片2隔离膜片隔离膜片7 硅油硅油3测量膜片测量膜片4 球面固球面固定电极定电极5 球面固球面固定电极定电极6 刚性绝刚性绝缘体缘体过压保护过压保护:玻璃与金属杯体烧结后，磨出球形凹面，再在玻璃表面蒸镀一层金属膜,作为固定电极。当发生过压时，测量膜片与球面固定电极相贴合，得到过压保护。“全型面全型面”过压保过压保护护自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Enginee

52、ring College（2）工作原理 检测元件检测元件 转换电路转换电路 电容电容标准信号标准信号 自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College由电容结构：由电容结构：而位移而位移自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering Collegea.压力-位移转换 单向流体压力作用，任意点单向流体压力作用，任意点变形量变形量:双方向流体压力作用双方向流体压力作用

53、,变形量变形量:自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering Collegeb. 位移-电容转换 对于二室结构电容差压变送器，这种球对于二室结构电容差压变送器，这种球-平面型平面型电容的变化量可用单元积分法及等效电容法求得电容的变化量可用单元积分法及等效电容法求得低压室低压室电容电容测量膜片受压测量膜片受压后形变位置与后形变位置与初始位置形成初始位置形成的电容的电容传感器初传感器初始电容始电容高压室高压室电容电容自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自

54、动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College等效电容法，求等效电容法，求CL和和CH自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College单元积分法求单元积分法求0和和球-平面型电容器C0忽略边缘效应球-平面型电容器CA球面形固球面形固定电极定电极B测量膜测量膜片变形片变形平膜片平膜片电极电极自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation

55、 Engineering College求解求解C0:B极上极上宽宽度度为为dr，长长度度为为2r 的的环环形窄形窄带带与与A极初始位置极初始位置电电容量容量:自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College0，b上积分自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College求解求解CA:图中点划线为挠曲平面，其宽度为dr，长度为2r的环形窄带与动膜片初始位

56、置间电容量为膜片挠度膜片挠度y自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College积分积分0，bCA与与(pH-pL) 成反比成反比 CA与与C0已知已知,可以求出可以求出CH与与CL 自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College 变换电路变换电路115l系列电容式压力变送器所采用的二极管环形检波电路系列电容式压力变送器所采用的二极管环形检波电路其中

57、其中CL，CH为差动式电容传感器。为差动式电容传感器。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College电路组成电路组成产产生激励生激励电压电压通通过过变压变压器器TP加到副加到副边边L1、 L2处处。二极管二极管环环形形检检波波电电路路稳稳幅放大器幅放大器Al比例放大器比例放大器A2和和电电流流转转换换器器Q4恒恒压压恒恒流源流源Q2和和Q3自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation

58、 Engineering College 设振荡器激励电压经变压器设振荡器激励电压经变压器TP加在副边加在副边L1和和L2的正弦电压为的正弦电压为e，在检测回路中一般电容，在检测回路中一般电容CL和和CH的的阻抗大于回路其他阻抗，于是通过阻抗大于回路其他阻抗，于是通过CL和和CH的电流分的电流分别为别为 振荡器振荡器-激励激励电压电压的角的角频频率率二极管环形检波电路二极管环形检波电路由于二圾管的检波作用由于二圾管的检波作用自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College

59、当当e为正半周时：为正半周时：iLiH二极管二极管Dl，D4导导通，通， D2，D3截止；截止；当当e为负半周时：为负半周时：二极管二极管D2，D3导导通，通， D1，D4截止；截止；iLiH检检波回路波回路电电流在流在AB端端产产生的生的电压电压有效有效值为值为恒流源恒流源电电流流Ic在在AB端端产产生的生的电压电压降降为为自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College加在加在AB端的端的总电压总电压即运算放大器即运算放大器A1的的输输入入电压电压e为为 运算放大器运

60、算放大器A1的作用是使振的作用是使振荡荡器器输输出信号出信号e的幅的幅值值保持保持稳稳定。若定。若e增加，增加，则则iL和和iH都随着增加，由上式可知，其运算放都随着增加，由上式可知，其运算放大器大器A1输输入入电压电压e将减小，将减小，经经A1放大后放大后则则振振荡荡器器输输出出电压电压e相相应应减小：反之，当减小：反之，当e减小，减小，则则iL和和iH也减小，也减小，则则e增加，增加，经经Al放大后使振放大后使振荡荡器器输输出出电压电压e增大，增大，这这一一稳稳幅幅过过程直至程直至eo为为止。振止。振荡荡器器稳稳幅条件幅条件为为自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化

61、工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College由于二极管检波作用，由于二极管检波作用， 运算放大器运算放大器A2的的输输入入电压电压有：信号有：信号电压电压(iL-iH)Rs，调调零零电压电压U0，IC在同相端在同相端产产生的固定生的固定电压电压UB，反，反馈电压馈电压IRF。由于运算放大器由于运算放大器A2放大倍数很高，放大倍数很高，输输入端平衡方程式入端平衡方程式为为经整理可得输出电流表达式为经整理可得输出电流表达式为自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学

62、院Automation Engineering College设设CL和和CH为变间为变间隙型差隙型差动动式平板式平板电电容，当可容，当可动电动电极向极向CL侧侧移移动动d时时，则则CL增加，增加， CH减小，即减小，即代入上式得：代入上式得：该电路有以下特点：该电路有以下特点： 采用采用变变面面积积型或型或变间变间隙型差隙型差动动式式电电容容传传感器，均能得到感器，均能得到线线性性输输出特性；出特性；用用电电位器位器Wl、W2可可实现实现量程和零点的量程和零点的调调整，而且二者互整，而且二者互不干不干扰扰；改改变变反反馈电馈电阻阻RF可以改可以改变输变输出起始出起始电电流流Io。自动化工程学

63、院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College 对于二室结构电容差压变送器，这种球对于二室结构电容差压变送器，这种球-平面型电容器的平面型电容器的电容为电容为代入代入输输出公式得：出公式得：于是于是(K为为与与结结构有关的系数构有关的系数)令令说说明明输输出出电电流与流与输输入差入差压压(pH-pL)呈呈线线性关系性关系自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering Col

64、lege特点：优点特点：优点 精度可达精度可达0075。 可测压力、差压、绝对压力、带开方器的可测压力、差压、绝对压力、带开方器的差压（流量测量）以及高差压、微差压、高差压（流量测量）以及高差压、微差压、高静压。静压。 灵敏度高：利于微压测量。灵敏度高：利于微压测量。 /相对变化量大相对变化量大:3050输出信输出信号大、抗干扰能力强。号大、抗干扰能力强。 环境适应性强，工作稳定性优良。环境适应性强，工作稳定性优良。 抗过载能力强，过载消除后可恢复正常工抗过载能力强，过载消除后可恢复正常工作。作。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院

65、自动化工程学院Automation Engineering College特点：缺点特点：缺点 安装方位有影响；安装方位有影响； 存在分布存在分布电电容的影响；容的影响； 测测量膜片工作特性存在非量膜片工作特性存在非线线性。性。 制造制造难难度大：度大：(微位移：微位移：0.1mm)，加工精，加工精求高。求高。 开开环环误误差按差按1：1传递传递。膜片微小蠕。膜片微小蠕变变、测测量量电电路路误误差差影响整机性能。影响整机性能。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering Colleg

66、e自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College4.4.3 电感式压力（差压）变送器电感式压力（差压）变送器（1 1）工作原理）工

67、作原理线圈中的电感为：线圈中的电感为：N：线圈匝数；RM：磁路中的总磁阻，1/H 当空气隙当空气隙较较小小时时，可以忽略磁路的，可以忽略磁路的铁损铁损，总总磁磁阻可以表阻可以表为为：自感式传感器自感式传感器自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College 一般导磁体的磁阻与空气隙的磁阻相比要小一般导磁体的磁阻与空气隙的磁阻相比要小的多，所以上式中前项可以忽略不计，即的多，所以上式中前项可以忽略不计，即故：故： 由式上可知，当由式上可知，当线线圈匝数圈匝数N确定后，只要改确

68、定后，只要改变变或或A均可引起均可引起电电感感L的的变变化，因此自感式化，因此自感式传传感感器可分器可分为变为变气隙气隙长长度和度和变变气隙面气隙面积积两种。两种。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College 如如图为电图为电感感L与气隙与气隙长长度度的的关系曲关系曲线线。下面分析。下面分析变变气隙式气隙式电电感感传传感器的感器的输输出特性。出特性。 设衔铁处设衔铁处于起始位置于起始位置时时，初始气隙初始气隙长长度度为为 0，对应对应的初始的初始电电感感为为当当衔铁衔

69、铁上移上移时时：电电感的感的变变化量化量为为电电感的相感的相对变对变化量化量为为自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College上式可展开成级数形式 同理，当衔铁下移时，传感器的气隙增大， 0+ ，电感的变化量为展开成级数形式（1）（2）自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College 式式(1)和式和式(2)均为非线性特性。然而，若忽略二次项以均为

70、非线性特性。然而，若忽略二次项以上的高次项，则有上的高次项，则有 可见高次项的存在是造成非线性的原因。若可见高次项的存在是造成非线性的原因。若 / 越小，越小，高次项将迅速减小。非线性可以得到改善，但这样又会使高次项将迅速减小。非线性可以得到改善，但这样又会使得传感器的测量范围减小。所以输出特性的线性度与测量得传感器的测量范围减小。所以输出特性的线性度与测量范围之间需要折中考虑，一般取范围之间需要折中考虑，一般取 / 0.10.2。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering Col

71、lege 差动式自感传感器。差动式自感传感器。 为了改善变气隙式传感器的非线性，为了改善变气隙式传感器的非线性，采用限制测量范围即减小衔铁移动范围采用限制测量范围即减小衔铁移动范围的方法，并构成差动结构。的方法，并构成差动结构。 起始位置时，衔铁处于中间位置，起始位置时，衔铁处于中间位置，上下两侧气隙相同，上下两侧气隙相同，当当衔铁衔铁上移上移时时：自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College同理同理衔铁衔铁下移下移时时：差差动动式式结结构：构： 由于不存在偶数项，显

72、然其非线性远小于单个电感传感由于不存在偶数项，显然其非线性远小于单个电感传感器。它比单个传感器的灵敏度提高了器。它比单个传感器的灵敏度提高了1倍。倍。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College(2) K系列系列变变送器送器结结构及构及变换电变换电路路 变变送器送器结结构构引压接口引压接口外壳外壳测量膜片测量膜片隔离膜片隔离膜片固定电极及固定电极及电感线圈电感线圈可动衔铁可动衔铁灌充液灌充液(硅油、氟油硅油、氟油)自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学

73、院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College 差动电感脉冲调宽电路差动电感脉冲调宽电路 L1和和L2为传感器中差动电感线圈，为传感器中差动电感线圈，A1和和A2为电压比较器，为电压比较器，UF是基准电压。是基准电压。若在某瞬时双稳触发器输出端若在某瞬时双稳触发器输出端A点由点由低电位阶跃为高电位时，低电位阶跃为高电位时，L1通过通过R1充充电，则电，则C点电压为点电压为U1双双稳稳触触发发器器输输出高出高电电平；平；1-1LlRl，为为充充电电回路回路时间时间常数常数 当当uC =UF时时，比，比较较器器Al产产生一脉冲

74、使双生一脉冲使双稳稳触触发发器翻器翻转转，A点点为为低低电电位，位，B点点为为高高电电位。同位。同时时Ll通通过过R1放放电电，此，此时时在在D点点重复上述重复上述过过程。程。如此周而如此周而复复始，在双始，在双稳稳触触发发器的器的输输出端各自出端各自产产生一个生一个宽宽度受度受L1和和L2调调制的方波脉冲。制的方波脉冲。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College当当L1L 2时时波形如波形如图图（a）当当L1L 2时时波形如波形如图图（b）U0是矩形波是矩形波电压

75、电压通通过过低通低通滤滤波波器后得到的直流分量，器后得到的直流分量，当当L1L 2时时U0=0当当L1L 2时时U00其中其中所以所以自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College如果如果U1保持不保持不变变，输输出出电压电压U0随随Ll和和L2变变化而成化而成线线性性变变化。化。 当当压压力或差力或差压压达到达到测测定上限定上限时时，相，相应应地，地，L1增大到增大到L0+L，L2减小到减小到L0-L ，由于两个，由于两个电电感充感充电电回路回路时间时间常数常数的不同

76、，使双的不同，使双稳稳触触发发器的上下脉冲器的上下脉冲宽宽度度发发生生变变化化T1 T2，其，其输输出端出端获获得得电电平平为为当当L1L 2= L 0时时U0=0 将将U0送到送到输输出出级电压级电压/电电流流转换电转换电路，路，转换转换成成电电流信号流信号I04mA。对应输出级电压电流转换电路，将其变换成电流信号对应输出级电压电流转换电路，将其变换成电流信号I020mA 当被当被测压测压力或差力或差压压在在给给定量程之定量程之间变间变化化时时，输输出出级电级电流信号将在流信号将在420mA标标准信号之准信号之间变间变化。化。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程

77、学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering CollegeABB 型号型号264ds 精度：0.075%； 范围：0.0516000kPa； 最大工作压力：210bar； 通讯协议：HART 420mA现场总线；自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College4.4.4 振弦式压力（差压）变送器振弦式压力（差压）变送器振弦的固有频率振弦的固有频率f0l：振弦的有效：振弦的有效长长度，度，m；：振弦的线密度（单位长度的质量），

78、kg。 对对于于为为定定值值的振弦，其固有的振弦，其固有频频率率f0由由张张力力T或有效或有效长长度度l决定。因此决定。因此张张力力T或或长长度度l可由可由f0来来测测定。利用振弦的固有定。利用振弦的固有频频率与其率与其张张力力T的函数关系，可以作成的函数关系，可以作成压压力、力、力矩或加速力、力、力矩或加速度度传传感器；利用振弦的固有感器；利用振弦的固有频频率与其率与其长长度度l的函数关系，可以的函数关系，可以作成温度、位移式作成温度、位移式传传感器。感器。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation E

79、ngineering College4.5 压力表的选择、校验和安装压力表的选择、校验和安装4.5.1 压力表的选择压力表的选择种类、型号、量程和精度等级的选择种类、型号、量程和精度等级的选择 根据被测压力的大小，确定仪表量程根据被测压力的大小，确定仪表量程 对对于于弹弹性式性式压压力表，力表，为为了保了保证弹证弹性元件在性元件在弹弹性性变变形的安形的安全范全范围围内可靠地工作，在内可靠地工作，在选择压选择压力表量程力表量程时时，必，必须须考考虑虑到留到留有充分的余地，一般在被有充分的余地，一般在被测压测压力力较稳较稳定的情况下，最大定的情况下，最大压压力力值应值应不超不超过满过满量程的量程的

80、34，在被，在被测压测压力波力波动较动较大的情况下，大的情况下，最大最大压压力力值值不不应应超超过满过满量程的量程的23。为为了保了保证测证测量精度，被量精度，被测压测压力力值应值应以不低于全量程的以不低于全量程的13为为宜。宜。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College 根据生产允许的最大测量误差确定仪表的精度根据生产允许的最大测量误差确定仪表的精度 选择时在满足生产要求的情况下尽可能选用精度较低，选择时在满足生产要求的情况下尽可能选用精度较低，价廉耐用的压力仪表

81、。价廉耐用的压力仪表。目前中国目前中国规规定的精度等定的精度等级级如下。如下。标标准准仪仪表：表：0.03，0.1，0.16，0.2，0.25，0.35工工业仪业仪表：表：0.5，1.0，1.5，2. 5，4.0等。等。选择时要考虑被测介质的特性。如温度高低、黏度大小、选择时要考虑被测介质的特性。如温度高低、黏度大小、腐蚀性、脏污程度、易燃易爆等。还要考虑现场环境条件，腐蚀性、脏污程度、易燃易爆等。还要考虑现场环境条件，如高温、腐蚀、潮湿、振动等。以此确定压力表的种类及如高温、腐蚀、潮湿、振动等。以此确定压力表的种类及型号。型号。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工

82、程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College4.5.2 压力表的校验压力表的校验 校校验验是指将被校是指将被校压压力表和力表和标标准准压压力表通以相同的力表通以相同的压压力，力，比比较较它它们们的指示数的指示数值值。所。所选择选择的的标标准表其准表其绝对误绝对误差一般差一般应应小小于被校表于被校表绝对误绝对误差的差的l/3，所以它的，所以它的误误差可以忽略，差可以忽略，认为标认为标准准表的表的读读数就是真数就是真实压实压力的数力的数值值。如果被校表。如果被校表对对于于标标准表的准表的读读数数误误差，不大于被校差，不大于被校仪仪表的

83、表的规规定定误误差，差，则认为则认为被校被校仪仪表合格。表合格。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College组成组成:压力发生部分压力发生部分测量部分测量部分工作原理工作原理: 如果把被校如果把被校压压力表力表9上的指示上的指示值值p与与这这一准确的一准确的标标准准压压力力值值p相比相比较较，便可知道被校，便可知道被校压压力表的力表的误误差大小。也可以在差大小。也可以在b阀阀上接上精度上接上精度为为0.35级级以上的以上的标标准准压压力表，由力表，由压压力力发发生器改

84、生器改变变工工作作压压力，比力，比较较被校表和被校表和标标准表上的指示准表上的指示值进值进行校行校验验，当然，当然，这时这时a阀阀要关掉。要关掉。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College 活塞式活塞式压压力力计计主要适用于校主要适用于校验标验标准准压压力表或力表或0.25级级以上以上的精密的精密压压力表，也可用于校力表，也可用于校验验各种工各种工业业用用压压力表或各力表或各类压类压力力测测量量仪仪器。器。 用用标标准表比准表比较较法校法校验压验压力表力表时时，一般

85、校，一般校验验零点、零点、满满量程量程和和25，50，75三点三点便携式手动压力泵便携式手动压力泵(油压油压)自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College电动液压源电动液压源-西安特种仪表研究所西安特种仪表研究所自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College便携式电动压力泵(油压油压)全自动便携式压力校验台(气压气压)自动化工程学院自动化工程学

86、院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College4.5.2 压力表的安装压力表的安装（1）取）取压压口的口的选择选择原原则则： 取取压压口要口要选选在被在被测测介介质质直直线线流流动动的管段部分，的管段部分，不要不要选选在管道弯曲、分叉及流束形成在管道弯曲、分叉及流束形成涡涡流的地方。流的地方。 当管道中有突出物（如温度当管道中有突出物（如温度计计套管）套管）时时，取，取压压口口应应在突出物的上游方向一在突出物的上游方向一侧侧。 取取压压口口处处在管道在管道阀门阀门、挡挡板之前或之后板之前或之后时

87、时，其与其与阀门阀门、挡挡板的距离板的距离应应大于大于2D及及3D（D为为管道管道内径）内径）自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College 流体流体为为液体介液体介质时质时，取，取压压口口应应开在管道横截面的开在管道横截面的下下侧侧部分，以防止介部分，以防止介质质中气泡中气泡进进入入压压力信号力信号导导管，管，引起引起测测量延量延迟迟，但也不宜开口在最低部，以防沉渣，但也不宜开口在最低部，以防沉渣堵塞取堵塞取压压口。口。 如果是气体介如果是气体介质质，取，取压压口口应

88、应开在管道横截面上开在管道横截面上侧侧，以免气体中析出液体以免气体中析出液体进进入入压压力信号力信号导导管，管，产产生生测测量量误误差，但差，但对对水蒸气水蒸气压压力力测测量量时时，由于，由于压压力信号力信号导导管管中中总总是充是充满满凝凝结结水，所以水，所以应应按液体按液体压压力力测测量量办办法法处处理。理。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College（）（）压压力信号力信号导导管安装管安装 为为了减小管道阻力而引起的了减小管道阻力而引起的测测量量迟迟延，延，导导管

89、管总长总长一般不一般不应应超超过过60 m，内径一般在，内径一般在610 mm。 应应防止防止压压力信号力信号导导管内管内积积水（当被水（当被测测介介质为质为气体气体时时）或）或积积气（被气（被测测介介质为质为液体液体时时），以避免），以避免产产生生测测量量误误差，因此差，因此对对于水平敷于水平敷设设的的压压力信号力信号导导管管应应有有3%以上的坡度。以上的坡度。 当当压压力信号管路力信号管路较长较长并需要通并需要通过过露天或露天或热热源附近源附近时时，还应还应在管道表面敷在管道表面敷设设保温保温层层，以防管内介，以防管内介质质汽汽化或化或结结冰。冰。为检为检修方便，在取修方便，在取压压口到口

90、到压压力表之力表之间应间应装切断装切断阀阀，并，并应应靠近取靠近取压压口。口。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College（）（）压压力表的安装力表的安装 压压力表力表应应安装在易安装在易观观察和察和检检修的地方。修的地方。 安装地点安装地点应应避免振避免振动动、高温、潮湿和粉、高温、潮湿和粉尘尘等影响。等影响。 测测量蒸汽量蒸汽压压力力时应时应加凝液管，以防高温蒸汽直接与加凝液管，以防高温蒸汽直接与测压测压元件接触；元件接触；测测量腐量腐蚀蚀性介性介质压质压力力时时

91、，应应加装充有加装充有中性介中性介质质的隔离罐等。的隔离罐等。总总之之针对针对具体情况，要采取相具体情况，要采取相应应的防的防护护措施。措施。 压压力表力表连连接接处处要加装密封要加装密封垫垫，一般低于，一般低于80及及2MPa压压力，用石棉力，用石棉纸纸板或板或铝铝片，温度和片，温度和压压力更高力更高时时用用退火紫退火紫铜铜或或铅垫铅垫。另外。另外还还要考要考虑虑介介质质影响。影响。自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院自动化工程学院Automation Engineering College本章放映结束！本章放映结束！