第三章壓力檢測方法與儀表

1、 壓力檢測方法與儀表壓力檢測方法與儀表壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法壓力檢測方法 (轉(zhuǎn)化原理差異轉(zhuǎn)化原理差異)v液柱測壓法液柱測壓法v彈性變形法彈性變形法v電測壓力法電測壓力法壓力檢測儀表壓力檢測儀表v彈簧管壓力表彈簧管壓力表v霍爾式壓力表霍爾式壓力表v差壓（壓力）變送器差壓（壓力）變送器力平衡式壓力變送器力平衡式壓力變送器微位移式變送器微位移式變送器智能差壓（壓力）變送器智能差壓（壓力）變送器主要內(nèi)容壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表壓力的基本概念壓力的基本概念垂直而均勻地作用在單位面積上的力垂直而均勻地作用在單位面積上的力 式中式中壓力（壓力（Pa） 均勻垂直作用力（均

2、勻垂直作用力（N） 受力面積（受力面積（m2）SF1Pa = 110-3 kPa = 110-6MPa單位單位: 牛頓牛頓/米米2（N/m2），簡稱），簡稱“帕帕”，用符號，用符號“Pa” 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表壓力的幾種表示形式壓力的幾種表示形式被測壓力通?？杀硎緸榻^對壓力、表壓、負壓（或真空度） 表壓（正壓）絕對壓力的零線大氣壓力線絕對壓力絕對壓力真空度壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表液柱測壓法液柱測壓法 根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進行測量hh12211p1p2h2P0h1h211p200 常用的壓力表有U形管壓力表、單管壓力表、斜管壓力表和活塞式壓力表

3、等。 測量原理壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表活塞式壓力表彈性變形法彈性變形法 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表 將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移 測量原理P 彈簧管式彈性元件P 膜片式彈性元件壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表當(dāng)彈性元件在軸向受到外力作用 時，就會產(chǎn)生拉伸或壓縮位移，即 CSF 式中 F軸向外力 S位移 C彈性元件的剛度系數(shù) APF 式中 A彈性元件承受壓力的有效面積 P被測壓力 PCAS 測量原理S P壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表彈性元件結(jié)構(gòu)和特點 彈簧管壓力表彈簧管壓力表 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表彈簧管拉桿指針中心齒輪扇形齒輪接頭游絲刻度盤

4、調(diào)整螺釘壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表 圖3-7 電接點信號壓力表1,4-靜觸點; 2-動觸點; 3-綠燈; 5紅燈電測壓力法電測壓力法 利用轉(zhuǎn)換元件（如某些機械和電氣元件）直接把被測壓力變換為電信號利用轉(zhuǎn)換元件（如某些機械和電氣元件）直接把被測壓力變換為電信號來進行測量的。來進行測量的。 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表 測量原理1.1. 彈性元件附加一些變換裝置，使彈性元件自由端的位移量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)彈性元件附加一些變換裝置，使彈性元件自由端的位移量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，如電阻式、電感式、電容式、霍爾片式、應(yīng)變式、振弦式等；的電信號，如電阻式、電感式、電容式、霍爾片式、應(yīng)變式、振弦式等

5、； 2. 2. 非彈性元件組成的快速測壓元件，主要利用某些物體的某一物理性質(zhì)非彈性元件組成的快速測壓元件，主要利用某些物體的某一物理性質(zhì)與壓力有關(guān)，如壓電式、壓阻式、壓磁式等與壓力有關(guān)，如壓電式、壓阻式、壓磁式等。電測壓力法電測壓力法 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表v電容式測壓原理電容式測壓原理 采用變電容原理，利用彈性元件受壓變形來改變可變電采用變電容原理，利用彈性元件受壓變形來改變可變電容器的電容量，然后通過測量電容量容器的電容量，然后通過測量電容量C C便可以知道被測便可以知道被測壓力的大小，從而實現(xiàn)壓力壓力的大小，從而實現(xiàn)壓力- -電容轉(zhuǎn)換的。電容轉(zhuǎn)換的。 dC定極板彈性元件動極

6、板被測壓力 測量原理 電容器極板間絕緣介質(zhì)的介電電容器極板間絕緣介質(zhì)的介電 常數(shù)，常數(shù)，F(xiàn)/m A電容器兩平行板覆蓋的面積，電容器兩平行板覆蓋的面積，m2 d兩平行板之間的距離，兩平行板之間的距離，m C電容量，電容量，F(xiàn)電測壓力法電測壓力法 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表v壓電式測壓原理壓電式測壓原理 根據(jù)“壓電效應(yīng)”把被測壓力變換為電信號的。（a）單晶體 （b）剖面圖 （c）X截割的石英片 xxxAKPQ 受力面積 作用在受力面積上的壓力壓電常數(shù) 電荷數(shù)壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表結(jié)構(gòu)：采用單晶硅片為彈性元件，在單晶硅膜片上擴散一組等值電阻，并將結(jié)構(gòu)：采用單晶硅片為彈性元件，

7、在單晶硅膜片上擴散一組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器內(nèi)。電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器內(nèi)。 圖3-12 壓阻式壓力傳感器1-基座; 2-單晶硅片; 3-導(dǎo)環(huán); 4-螺母; 5-密封墊圈; 6-等效電阻電測壓力法電測壓力法 v應(yīng)變片式測壓原理應(yīng)變片式測壓原理 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表SlR電測壓力法電測壓力法 v應(yīng)變片式測壓原理應(yīng)變片式測壓原理 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表r1為測量片，r2為溫度補償片， r3， r4為固定電阻。圖3-11 應(yīng)變片壓力傳感器示意圖 1-應(yīng)變筒; 2-外殼; 3-密封膜片壓力檢測儀表壓力檢測儀表 v霍爾式壓力表霍爾式壓力表 壓

8、力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表霍爾式壓力表屬于電氣式壓力表?；魻柺綁毫Ρ韺儆陔姎馐綁毫Ρ?。測壓原理：利用霍爾片式傳感器（根據(jù)半導(dǎo)體材料測壓原理：利用霍爾片式傳感器（根據(jù)半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)的原理）實現(xiàn)壓力的霍爾效應(yīng)的原理）實現(xiàn)壓力- -位移位移- -霍爾電勢的轉(zhuǎn)霍爾電勢的轉(zhuǎn)換。換?；魻柶菏且环N半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換元件?；魻柶菏且环N半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換元件?；魻栃?yīng)：把一塊霍爾元件置于均勻磁場中，并使霍爾效應(yīng)：把一塊霍爾元件置于均勻磁場中，并使霍爾片與磁感應(yīng)強度霍爾片與磁感應(yīng)強度B B的方向垂直，在沿著霍爾片的的方向垂直，在沿著霍爾片的左右兩個縱向端面上通入恒定的控制電流左右兩個

9、縱向端面上通入恒定的控制電流I I，則會在，則會在霍爾片的兩個橫向端面之間形成電位差霍爾片的兩個橫向端面之間形成電位差V VH H，此電位差，此電位差稱為霍爾電勢。稱為霍爾電勢。線性非均勻磁場 IBKVHH壓力檢測儀表壓力檢測儀表 v霍爾式壓力表霍爾式壓力表 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表 彈簧管霍爾片KxVH K霍爾式壓力傳感器輸出系數(shù) 自由端霍爾元件的位移量磁鋼霍爾片 + 彈簧管壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表電動單元組合儀表（簡稱為DDZ儀表） 差壓（壓力）變送器差壓（壓力）變送器 作用：將各種物理量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號差壓變送器差壓變送器 力平衡式變送器力平衡式變送器 位移平

10、衡式變送器位移平衡式變送器氣動單元組合儀表（簡稱為QDZ儀表） DDZ-DDZ-型儀表為型儀表為0 010mADC10mADC DDZ-DDZ-型儀表為型儀表為4 420mADC20mADC20100KPa壓力檢測儀表壓力檢測儀表 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表力平衡式壓力變送器力平衡式壓力變送器 1低壓室 2高壓室 3測量元件（膜盒、膜片） 4軸封膜片 5主杠桿 6過載保護片 7靜壓調(diào)整螺釘 8矢量機構(gòu) 9零點遷移彈簧 10平衡錘 11量程調(diào)整螺釘 12檢測片（銜鐵） 13差動變壓器 14副杠桿 15放大器 16反饋動圈 17永久磁鋼 18電源 19負載 20調(diào)零彈簧 測量機構(gòu)杠桿機構(gòu)

11、檢測放大 機構(gòu)反饋 機構(gòu)壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表檢測部分檢測部分: P 輸入力輸入力Fi 杠桿系統(tǒng)杠桿系統(tǒng): 力的傳遞和力矩比較，生成位移信號力的傳遞和力矩比較，生成位移信號 位移檢測放大器位移檢測放大器: 位移位移 輸出輸出Io電磁反饋裝置電磁反饋裝置: : 輸出輸出反饋力反饋力Ff工作原理：力矩平衡工作原理：力矩平衡 檢測元件檢測元件膜盒或膜片膜盒或膜片 杠桿系統(tǒng)則有單杠桿、雙杠桿和矢量機構(gòu)杠桿系統(tǒng)則有單杠桿、雙杠桿和矢量機構(gòu) 壓力檢測儀表壓力檢測儀表 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表主杠桿 211lFlFMiiPAFi矢量機構(gòu)將F1分解成F2和F3， tgFF12tgPA

12、llFi212副杠桿平衡：ffLFlFlF00320IKFff002310FKllPKllAtgllIffffl1l4l3l0lfl2F1F3F2FfF0HMFi5481214變送器的輸出電流變送器的輸出電流I0和輸入信號和輸入信號p之間呈線性關(guān)系之間呈線性關(guān)系 調(diào)整調(diào)零彈簧可以使變送器輸出電流調(diào)整調(diào)零彈簧可以使變送器輸出電流I0在輸入信號范圍下限時為在輸入信號范圍下限時為4mA 。 改變改變tg或或K可以調(diào)整變送器的量程可以調(diào)整變送器的量程零點和量程要反復(fù)調(diào)整零點和量程要反復(fù)調(diào)整 壓力檢測儀表壓力檢測儀表 v微位移式變送器微位移式變送器 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表（1）測量部分測量

13、部分 測量部分包括電容膜盒、高低壓室及法蘭組件等. 測量原理: 將被測壓力的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化。I0填充液（硅油）固定電極可動電極P1轉(zhuǎn)換放大單元 P2電容式壓力傳感器隔離膜片壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表電容式差壓變送器的結(jié)構(gòu)可以有效地保護測量膜片，當(dāng)差壓過大電容式差壓變送器的結(jié)構(gòu)可以有效地保護測量膜片，當(dāng)差壓過大并超過允許測量范圍時，測量膜片將平滑地貼靠在玻璃凹球面上，并超過允許測量范圍時，測量膜片將平滑地貼靠在玻璃凹球面上，因此不易損壞因此不易損壞;與力矩平衡式相比，電容式?jīng)]有杠桿傳動機構(gòu)，與力矩平衡式相比，電容式?jīng)]有杠桿傳動機構(gòu)，因而尺寸緊湊，因而尺寸緊湊，密封性與抗振性好，

14、測量精度相應(yīng)提高，可達密封性與抗振性好，測量精度相應(yīng)提高，可達0.2級級。 電容式壓力變送器，目前電容式壓力變送器，目前在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛，其輸出，其輸出信號是標(biāo)準(zhǔn)信號是標(biāo)準(zhǔn)4 20mA DC電流信號。電流信號。壓力檢測儀表壓力檢測儀表 v智能差壓（壓力）變送器智能差壓（壓力）變送器 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表 在普通壓力傳感器上增加微處理器 特點：具有遠程通訊的功能 依靠手操通信器，用戶可在現(xiàn)場或控制室設(shè)定變送器各種參數(shù) 使用維護方便 長期穩(wěn)定工作，每5年才需校檢一次。以3051C 為例： 組成：傳感膜頭：被測壓力- A/D轉(zhuǎn)換-數(shù)字信號 電子線路板：

15、對信號進行修正，線性化處理-D/A轉(zhuǎn)換- 420mA信號壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表A/D轉(zhuǎn)換器 溫度傳感器 電容傳感器傳感膜頭內(nèi)存 修正系數(shù) 膜頭信號微處理器傳感器線性化重設(shè)量程診斷工程單位通信電子板內(nèi)存量程值變送器組態(tài)信息D/A轉(zhuǎn)換數(shù)字通信本機量程和零點調(diào)整手操器傳感膜頭電子線路板 420mA3051C型智能變送器原理圖壓力測量儀表的選用壓力測量儀表的選用 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表儀表種類和型號的選擇儀表種類和型號的選擇 工藝要求工藝要求 現(xiàn)場指示、遠傳指示、自動記錄、自動調(diào)節(jié)或信號報警 介質(zhì)性質(zhì)介質(zhì)性質(zhì) 溫度、粘度、臟污程度、腐蝕性、易燃性 現(xiàn)場環(huán)境現(xiàn)場環(huán)境 溫度、濕

16、度、有無振動、有無腐蝕性 儀表量程的確定儀表量程的確定 化工自控設(shè)計技術(shù)規(guī)定 被測壓力較穩(wěn)定的情況，最大壓力值應(yīng)不超過滿量程的2/3； 被測壓力波動較大的情況，最大壓力值應(yīng)不超過滿量程的1/2 被測壓力的最小值也不應(yīng)低于全量程的1/3 儀表精度等級的選擇儀表精度等級的選擇 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表有一臺空壓機的緩沖罐，其工作壓力變化范圍為13.516 MPa ，工藝要求最大測量誤差為0.8 MPa，并可就地觀察及高低限報警。試選一合適的壓力表（包括測量范圍、精度等級）。例題解空壓機的緩沖罐的壓力視為脈動壓力PaPP322162max根據(jù)就地觀察及能進行高低報警的要求，可選用YX-1

17、50型電接點壓力表，測量范圍為0 40MPa。31405 .13PaPa檢驗量程下限檢驗量程下限被測壓力的最小值不低于滿量程的1/3，符合要求。儀表量程選擇儀表量程選擇最大引用誤差最大引用誤差%2%100408 . 0所以選擇測量范圍為0 40 Mpa，精度等級為1.5級的YX-150型電接點壓力表。壓力計的安裝壓力計的安裝 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表測壓點的選擇測壓點的選擇 選擇的測壓點能反映被測壓力的直實大小選擇的測壓點能反映被測壓力的直實大小 (1) (1) 選在被測介質(zhì)流動的管段部分選在被測介質(zhì)流動的管段部分 (2) (2) 取點壓點與流動方向垂直取點壓點與流動方向垂直 (3

18、) (3) 液體液體: :管道下部管道下部; ;氣體氣體: :管道上部管道上部 導(dǎo)壓管的鋪設(shè)導(dǎo)壓管的鋪設(shè) (1) (1) 導(dǎo)壓管的粗細要合適導(dǎo)壓管的粗細要合適 (2) (2) 水平安裝要有傾斜度水平安裝要有傾斜度 (3) (3) 實測介質(zhì)易冷凍或凍結(jié)時實測介質(zhì)易冷凍或凍結(jié)時, ,要設(shè)保溫要設(shè)保溫 (4) (4) 取壓口和壓力計之間要有切斷閥取壓口和壓力計之間要有切斷閥 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表壓力計的安裝壓力計的安裝 (1) (1) 安裝在易觀察和檢修的地安裝在易觀察和檢修的地方方 (2) (2) 避免振動和高溫影響避免振動和高溫影響 (3) (3) 測量蒸汽時測量蒸汽時, ,應(yīng)加凝液管應(yīng)加凝液管; ;腐蝕介質(zhì)時腐蝕介質(zhì)時, ,加中性的隔油罐加中性的隔油罐 (4) (4) 壓力計的連接處壓力計的連接處, ,