第二節(jié)壓力檢測及儀表

1、第二節(jié)壓力檢測及儀表3.壓力計的分類（按信號轉(zhuǎn)換原理不同）壓力計的分類（按信號轉(zhuǎn)換原理不同）液柱式壓力計液柱式壓力計:根據(jù)流體靜力學原理根據(jù)流體靜力學原理,將被測壓力轉(zhuǎn)換成將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進行測量。結(jié)構(gòu)簡單液柱高度進行測量。結(jié)構(gòu)簡單,使用方便使用方便,但精度低但精度低,測測量范圍窄。量范圍窄。彈性式壓力計彈性式壓力計:將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進行測量的。彈簧管壓力計。行測量的。彈簧管壓力計。電氣式壓力計電氣式壓力計:通過機械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電通過機械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量來測量的儀表。壓力變送器。量來測量的儀表。壓力變送器

2、?；钊綁毫τ嫽钊綁毫τ?根據(jù)水壓機傳送壓力原理根據(jù)水壓機傳送壓力原理,將被測壓力轉(zhuǎn)將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來進行測量的。換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來進行測量的。二、彈性式壓力計二、彈性式壓力計1.定義定義:利用各種形式的彈性元件利用各種形式的彈性元件,在被測介質(zhì)壓力的作用在被測介質(zhì)壓力的作用下下,使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測壓儀表。壓儀表。2.特點特點:結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價格低廉、測量范圍寬、有足夠的精度、應用廣泛。格低廉、測量范圍寬、有足夠的精度、

3、應用廣泛。3.測量范圍測量范圍:幾百帕到數(shù)千兆帕。幾百帕到數(shù)千兆帕。4.彈性元件（根據(jù)測壓范圍的不同）彈性元件（根據(jù)測壓范圍的不同） (1).彈簧管式彈性元件彈簧管式彈性元件(單圈和多圈的單圈和多圈的)是截面呈橢是截面呈橢圓或扁圓型的中空金屬管圓或扁圓型的中空金屬管,當通入壓力當通入壓力p后后,它的自它的自由端就會產(chǎn)生位移。適合測高、中、低壓。由端就會產(chǎn)生位移。適合測高、中、低壓。(2).薄膜式彈性元件：薄膜式彈性元件：(膜片膜片a或膜盒或膜盒b)由具有彈由具有彈性的金屬或非金屬片構(gòu)成性的金屬或非金屬片構(gòu)成,在壓力作用下能產(chǎn)生在壓力作用下能產(chǎn)生變形。膜盒中內(nèi)充硅油。適合測中、低壓。變形。膜盒中

4、內(nèi)充硅油。適合測中、低壓。(3).波紋管式彈性元件波紋管式彈性元件:有一端封閉有一端封閉,外部存在波紋外部存在波紋的彈性金屬片構(gòu)成金屬筒體的彈性金屬片構(gòu)成金屬筒體,是氣動單元組合儀表是氣動單元組合儀表中不可缺少的部分。彈性元件易于變形中不可缺少的部分。彈性元件易于變形,且位移很且位移很大。適合測微壓和低壓大。適合測微壓和低壓,在氣動壓力變送器上應用在氣動壓力變送器上應用較多。較多。5.彈簧管壓力表彈簧管壓力表應用廣范應用廣范,品種繁多?？煞制贩N繁多。可分單圈和多圈單圈和多圈;按用途分普通按用途分普通壓力表、耐腐蝕的氨用壓壓力表、耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力力表、禁油的氧氣壓力表。它們外形

5、和結(jié)構(gòu)相同表。它們外形和結(jié)構(gòu)相同,只是所用材料不同。只是所用材料不同。(1).結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 1彈簧管彈簧管; 2拉桿拉桿; 3扇形齒輪扇形齒輪; 5-指針指針; 4中心齒輪中心齒輪; 6面板面板; 7游絲游絲; 8調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)螺釘; 9接頭。接頭。(2).工作原理工作原理工作原理工作原理:彈簧管彈簧管1是壓力表的測量元件。圖為單圈彈簧是壓力表的測量元件。圖為單圈彈簧管管,它是一根彎成它是一根彎成270圓弧的橢圓截面的空心金屬管。圓弧的橢圓截面的空心金屬管。管子的自由端管子的自由端B封閉封閉,管子的另一端固定在接頭管子的另一端固定在接頭9上。當通上。當通入壓力入壓力P后后,由于橢圓形截面在壓力的由于

6、橢圓形截面在壓力的P作用下將趨于圓形作用下將趨于圓形,使彈簧管的自由端使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移產(chǎn)生位移,且與輸入壓力的大小成正比且與輸入壓力的大小成正比(具有線性刻度具有線性刻度)。所以只要測得。所以只要測得B點的位移量點的位移量,就能反映壓就能反映壓力力P的大小。的大小。放大過程放大過程:自由端自由端B的位移通過拉桿的位移通過拉桿2使扇形齒輪使扇形齒輪3作逆時針作逆時針偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn),指針指針5通過同軸的中心齒輪通過同軸的中心齒輪4的帶動作順時針偏轉(zhuǎn)的帶動作順時針偏轉(zhuǎn),在面板在面板6的刻度標尺上顯示出被測壓力的刻度標尺上顯示出被測壓力p的數(shù)值。由于自的數(shù)值。由于自由端的位移與被測壓力的大小成正比

7、由端的位移與被測壓力的大小成正比,則刻度標尺是線則刻度標尺是線性的。性的。游絲游絲7用來克服因扇形齒輪與中心齒輪間的傳動間隙而產(chǎn)用來克服因扇形齒輪與中心齒輪間的傳動間隙而產(chǎn)生的儀表變差。生的儀表變差。改變調(diào)節(jié)螺釘改變調(diào)節(jié)螺釘8的位置的位置,可調(diào)整儀表的量程?？烧{(diào)整儀表的量程。(3).彈簧管材料的選擇彈簧管材料的選擇當時當時,選用合金鋼或不銹鋼的材料。選用合金鋼或不銹鋼的材料。當時當時,選用磷青銅或黃銅的材料選用磷青銅或黃銅的材料,所測所測流體種類不同流體種類不同,所用彈簧管材料不同。所用彈簧管材料不同。(4). 電接點信號壓力表電接點信號壓力表是在普通彈簧管壓力表是在普通彈簧管壓力表上帶有報警

8、或控制觸點上帶有報警或控制觸點的壓力表。的壓力表。當壓力偏離給定范圍時當壓力偏離給定范圍時,及時發(fā)出信號及時發(fā)出信號,提醒操作提醒操作人員注意或通過中間繼人員注意或通過中間繼電器實現(xiàn)壓力控制。電器實現(xiàn)壓力控制。三、電氣式壓力計三、電氣式壓力計彈簧管壓力計的不足在于不能測量脈動、真空和超高彈簧管壓力計的不足在于不能測量脈動、真空和超高壓力壓力,而電氣壓力計可克服上述不足。而電氣壓力計可克服上述不足。1.定義定義:把壓力轉(zhuǎn)換為電信號進行傳輸及顯示的儀表。把壓力轉(zhuǎn)換為電信號進行傳輸及顯示的儀表。2.組成組成:壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置。壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置。3.測量范圍測量范圍

9、:710-5Pa-5102MPa,測量范圍廣。測量范圍廣。4.壓力傳感器作用壓力傳感器作用:把壓力信號檢測出來把壓力信號檢測出來,并轉(zhuǎn)換成電信并轉(zhuǎn)換成電信號進行輸出。當輸出的電信號轉(zhuǎn)換成標準信號時號進行輸出。當輸出的電信號轉(zhuǎn)換成標準信號時,壓力壓力傳感器稱為壓力變送器。傳感器稱為壓力變送器。標準信號標準信號:是指物理量的形式和數(shù)值范圍都符合國際標準是指物理量的形式和數(shù)值范圍都符合國際標準的信號。如直流電流的信號。如直流電流4-20mA (0-10mA),空氣壓力空氣壓力都為標準信號。都為標準信號。5.壓力傳感器分類壓力傳感器分類:霍爾片式、應變片式、壓阻式壓力傳霍爾片式、應變片式、壓阻式壓力傳

10、感器和力平衡式感器和力平衡式 、電容式壓力變送器。、電容式壓力變送器。(1).霍爾片式壓力傳感器霍爾片式壓力傳感器依據(jù)依據(jù):根據(jù)霍爾效應制成的根據(jù)霍爾效應制成的,即利用霍爾元件將由壓力所引即利用霍爾元件將由壓力所引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成霍爾電勢起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成霍爾電勢,實現(xiàn)壓力的測量。實現(xiàn)壓力的測量。霍爾效應霍爾效應:霍爾片由半導體材料制成的薄片霍爾片由半導體材料制成的薄片,如圖在如圖在Z軸方軸方向上加恒定磁場向上加恒定磁場B,在在Y軸方向上加外電場軸方向上加外電場(直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源),電子在霍爾片中運動電子在霍爾片中運動(逆逆Y軸方軸方向運動向運動)時時,由于受電磁力的作由

11、于受電磁力的作用用,使電子運動軌道發(fā)生偏移使電子運動軌道發(fā)生偏移,則一個端面有電子則一個端面有電子,另一個端另一個端面上正電荷過剩面上正電荷過剩,在在X軸方向軸方向上出現(xiàn)電位差上出現(xiàn)電位差,稱為霍爾電勢。稱為霍爾電勢。這物理現(xiàn)象稱為霍爾效應。這物理現(xiàn)象稱為霍爾效應。Y(1).霍爾片式壓力傳感器霍爾片式壓力傳感器霍爾電勢霍爾電勢:UH=RHBI RH-霍爾常數(shù)霍爾常數(shù),與霍爾片材料、幾何形狀有關(guān)。與霍爾片材料、幾何形狀有關(guān)。導體也有霍爾效應導體也有霍爾效應,但霍爾電勢但霍爾電勢比半導體的霍爾電勢小得多。比半導體的霍爾電勢小得多?；魻栯妱菖c位移關(guān)系霍爾電勢與位移關(guān)系:根據(jù)根據(jù)UH=RHBI ,若若

12、I為定值為定值,在在非均勻磁場中非均勻磁場中,霍爾元件所處霍爾元件所處位置不同位置不同,所受到的磁感應強所受到的磁感應強度就不同度就不同,可得到與位移成正可得到與位移成正比例的霍爾電勢比例的霍爾電勢,實現(xiàn)位移電勢的線性轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)位移電勢的線性轉(zhuǎn)換。霍爾片式壓力傳感器結(jié)構(gòu)霍爾片式壓力傳感器結(jié)構(gòu):霍爾元件與彈簧管配合霍爾元件與彈簧管配合,組成霍爾片式壓力傳感器。組成霍爾片式壓力傳感器。Y(1).霍爾片式壓力傳感器霍爾片式壓力傳感器工作原理：工作原理：在被測壓力作用下在被測壓力作用下,彈簧管彈簧管自由端產(chǎn)生位移自由端產(chǎn)生位移,則改變霍則改變霍爾片在非均勻磁場中的位爾片在非均勻磁場中的位置置,使所產(chǎn)生

13、的霍爾電勢與使所產(chǎn)生的霍爾電勢與被測壓力成比例。被測壓力成比例。即即:壓力壓力彈性位移彈性位移霍爾片移動霍爾片移動霍爾電勢。霍爾電勢。應用應用:用于所測壓力不高、用于所測壓力不高、壓力波動小、信號需要遠傳的場合。壓力波動小、信號需要遠傳的場合。(2).應變片式壓力傳感器應變片式壓力傳感器工作原理工作原理:利用電阻應變原理構(gòu)成。有壓力作用時利用電阻應變原理構(gòu)成。有壓力作用時,應變片應變片產(chǎn)生應變產(chǎn)生應變,表現(xiàn)為應變片的電阻發(fā)生變化表現(xiàn)為應變片的電阻發(fā)生變化,通過橋式電路轉(zhuǎn)通過橋式電路轉(zhuǎn)換為毫伏級電勢輸出換為毫伏級電勢輸出,從所測電壓的大小讀出所測的壓力。從所測電壓的大小讀出所測的壓力。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):

14、1.應變筒應變筒;2.外殼外殼;3.密封膜片密封膜片;4.輸出信號輸出信號;5.恒壓直流恒壓直流;6.電源?？点~絲應變片電源?？点~絲應變片r1沿應變筒軸向貼放沿應變筒軸向貼放,為測量片為測量片; r2沿徑向貼放沿徑向貼放,為為溫度補償片。溫度補償片。特點特點:速度快速度快.動態(tài)動態(tài)性能好性能好.非線性誤非線性誤差小差小.滯后小滯后小.適合適合測高測高(25MPa)且脈且脈動較大的壓力。動較大的壓力。變小變小變大變大546(3).壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 1.基座基座 2.單晶硅片單晶硅片 3.導環(huán)導環(huán) 4.螺母螺母 5.密封墊圈密封墊圈 6.等效電阻等效電阻(3).壓阻式壓

15、力傳感器壓阻式壓力傳感器工作原理工作原理:利用單晶硅的壓阻效應而構(gòu)成。采用單利用單晶硅的壓阻效應而構(gòu)成。采用單晶硅片為彈性元件晶硅片為彈性元件,在單晶硅彈性膜片上用集成電在單晶硅彈性膜片上用集成電路工藝路工藝,在單晶硅的特定方向上擴散一組等值電阻在單晶硅的特定方向上擴散一組等值電阻,并將電阻接成橋路并將電阻接成橋路,單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。當單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。當壓力發(fā)生變化時壓力發(fā)生變化時,單晶硅產(chǎn)生應變單晶硅產(chǎn)生應變,使直接擴散在上使直接擴散在上面的應變電阻產(chǎn)生與被測壓力成比例的變化面的應變電阻產(chǎn)生與被測壓力成比例的變化,再由再由橋式電路獲得相應的電壓輸出信號。橋式電路獲得相應的電壓輸

16、出信號。儀表特點儀表特點:精度高、工作可靠、頻率響應高、遲滯精度高、工作可靠、頻率響應高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單。適于在惡劣環(huán)小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單。適于在惡劣環(huán)境下使用境下使用,便于實現(xiàn)顯示數(shù)字化。稍作改變后可以便于實現(xiàn)顯示數(shù)字化。稍作改變后可以用來測差壓、速度、高度、加速度等參數(shù)。用來測差壓、速度、高度、加速度等參數(shù)。(5).電容式壓力變送器電容式壓力變送器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): 1.隔離膜片隔離膜片;2,7固定電極固定電極; 3.硅油硅油; 4.測量膜片測量膜片 5.玻璃層玻璃層; 6.底座底座; 8.引線。引線。工作原理工作原理:先將壓力變化轉(zhuǎn)換為先將壓力變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化電容

17、量的變化,然后進行測量的。然后進行測量的。壓力作用在兩側(cè)的隔離膜片上壓力作用在兩側(cè)的隔離膜片上,通過硅油將差壓傳遞到測量膜片通過硅油將差壓傳遞到測量膜片上上,使其向壓力小的一側(cè)彎曲變使其向壓力小的一側(cè)彎曲變形形,使兩電極的電容變化使兩電極的電容變化,電容的電容的變化量通過引線傳至測量電路變化量通過引線傳至測量電路,P1P2儀表特點儀表特點: 結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單.過載能力強過載能力強.精度高可達級精度高可達級.工作可靠工作可靠.體積小體積小.重量輕重量輕.使用方便使用方便;可以用來測差壓和液位等參量?？梢杂脕頊y差壓和液位等參量。通過測量電路的檢測和放大通過測量電路的檢測和放大,轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成420m

18、A的直流標準電的直流標準電信號進行輸出。信號進行輸出。四四.智能型的壓力變送器智能型的壓力變送器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):普通的壓力或差壓傳感器上增加微處理器普通的壓力或差壓傳感器上增加微處理器電路即形成智能檢測儀表。電路即形成智能檢測儀表。特點特點:可進行遠程通信。利用手持通信器可進行遠程通信。利用手持通信器,可對可對1500m內(nèi)現(xiàn)場變送器進行各種運行參數(shù)的選擇內(nèi)現(xiàn)場變送器進行各種運行參數(shù)的選擇和標定和標定;精度高精度高,使用和維護方便。通過編制各使用和維護方便。通過編制各種程序可實現(xiàn)自修正、自補償、自診斷及錯誤種程序可實現(xiàn)自修正、自補償、自診斷及錯誤方式報警功能方式報警功能,便于實現(xiàn)人機對話。便于實現(xiàn)人機

19、對話。五、壓力計的選用及安裝五、壓力計的選用及安裝1.壓力表的選用壓力表的選用:根據(jù)工藝生產(chǎn)過程的要求根據(jù)工藝生產(chǎn)過程的要求,結(jié)合各方面結(jié)合各方面的情況的情況,加以全面考慮和具體的分析。加以全面考慮和具體的分析。(1).儀表類型的選用儀表類型的選用:必須滿足工藝生產(chǎn)的要求?？紤]必須滿足工藝生產(chǎn)的要求?？紤]被測介質(zhì)、現(xiàn)場條件和工藝要求。被測介質(zhì)、現(xiàn)場條件和工藝要求。(2).確定儀表測量范圍及量程：確定儀表測量范圍及量程： 測穩(wěn)定壓力時測穩(wěn)定壓力時,Pmax2/3 P上限上限,即即P上限上限3/2 Pmax; 測脈動壓力時測脈動壓力時,PmaxP上限上限/2 ,即即P上限上限2Pmax; 測高壓時

20、測高壓時,Pmax3/5 P上限上限, P上限上限5/3 Pmax; 最小值最小值,PminN/3,N 3Pmin 。(3).選取儀表的精度選取儀表的精度根據(jù)生產(chǎn)上允許的最大測量誤差來確定儀表的精度等級根據(jù)生產(chǎn)上允許的最大測量誤差來確定儀表的精度等級,在滿足工業(yè)要求的情況下盡可能選用精度較低、價廉耐在滿足工業(yè)要求的情況下盡可能選用精度較低、價廉耐用的壓力表。用的壓力表。K% |現(xiàn)允現(xiàn)允|例例:某臺往復式壓縮機的出口壓力范圍為某臺往復式壓縮機的出口壓力范圍為2528MPa,測量測量誤差不得大于誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察。工藝上要求就地觀察,并能高低報警并能高低報警, 試正確選用一臺

21、壓力表試正確選用一臺壓力表,指出型號、精度與測量范圍。指出型號、精度與測量范圍。 解解:由于是往復式壓縮機由于是往復式壓縮機,則儀表的上限值為：則儀表的上限值為： Pmax P上限上限/2 ,P上限上限2Pmax 22856MPa,根據(jù)就地觀根據(jù)就地觀察及高低報警察及高低報警,查表選電接點壓力表查表選電接點壓力表,測量范圍測量范圍060MPa。 下限值為下限值為:因因PminN/3=60/3=20 ,則則Pmin=2520MPa,滿足要求。滿足要求。 精度等級精度等級: 因因 K% |現(xiàn)允現(xiàn)允|, 選級。選級。 可知可知:選級選級, 060MPa,YX-150A型電接點壓力表。型電接點壓力表。

22、max1100%100%1.67%600N 允允2.壓力計的安裝壓力計的安裝壓力計的安裝正確與否壓力計的安裝正確與否,直接影響到測量的準確性和壓力直接影響到測量的準確性和壓力計的使用壽命計的使用壽命,應注意測壓點的選擇、導壓管的鋪設及壓應注意測壓點的選擇、導壓管的鋪設及壓力表的安裝。力表的安裝。(1).測壓點的選擇：能反映被測壓力的真實大小。測壓點的選擇：能反映被測壓力的真實大小。(a).要選在被測介質(zhì)直線流動的管道部分要選在被測介質(zhì)直線流動的管道部分,不要選在管路不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。(b).測量流動介質(zhì)的壓力時測量流動介

23、質(zhì)的壓力時,應使取壓點與流動方向垂應使取壓點與流動方向垂直直,取壓管內(nèi)端面與生產(chǎn)設備連接處的內(nèi)壁應保持齊平取壓管內(nèi)端面與生產(chǎn)設備連接處的內(nèi)壁應保持齊平,不應有凸出物或毛刺。不應有凸出物或毛刺。(c).測量液體壓力時測量液體壓力時,取壓點應在管道下部、使導壓管內(nèi)取壓點應在管道下部、使導壓管內(nèi)不積存氣體不積存氣體;測量氣體壓力時測量氣體壓力時,取壓點應在管道上方取壓點應在管道上方,使管使管道內(nèi)不積存液體。道內(nèi)不積存液體。(2).導壓管的鋪設導壓管的鋪設(a).導壓管的粗細要合適導壓管的粗細要合適,一般內(nèi)徑為一般內(nèi)徑為610mm,長度盡可長度盡可能能短短,一般為一般為350m,超過超過50m選用電遠

24、傳壓力表。選用電遠傳壓力表。(b).導壓管水平安裝時導壓管水平安裝時,應保證有傾斜度應保證有傾斜度(1:101:20),以利以利于積存于其中的液體或氣體排出。于積存于其中的液體或氣體排出。(c).當被測介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時當被測介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時,必須加保溫裝置。必須加保溫裝置。(d).取壓口到壓力表之間應有切斷閥取壓口到壓力表之間應有切斷閥,以備檢修壓力計。以備檢修壓力計。切斷閥應裝設在靠近取壓口的地方。切斷閥應裝設在靠近取壓口的地方。(3).壓力表的安裝壓力表的安裝(a).安裝在易觀察和檢修的地方。安裝在易觀察和檢修的地方。(b).避免振動和高溫。避免振動和高溫。(c).當被測壓力較小當被測壓力較小,而壓力計與取壓口又不在同一高度而壓力計與取壓口又不在同一高度時時,對由此高度引起的測量誤差應按對由此高度引起的測量誤差應按p=Hg進行修進行修正。正。H為高度差為高度差,為介質(zhì)密度為介質(zhì)密度,g為重力加速度。為重力加速度。(3).壓力表的安裝壓力表的安裝(d).壓力表的連接處壓力表