壓力檢測儀表

3.檢測儀表第3節(jié)壓力檢測儀表

1基本要求了解壓力檢測的重要意義明確壓力的基本概念及表示方法掌握四類壓力傳感器的測量方法和原理掌握壓力儀表的量程選擇、精度等級選擇及類型選擇熟悉壓力表的安裝2壓力是指均勻垂直地作用在單位面積上的力。壓力的單位為帕斯卡，簡稱帕（Pa）3.3.1概述(1)壓力的定義3

約定毫米汞柱符號：mmHg

榜力每平方英寸符號：1bf/in2

約定毫米水柱符號：mmH2O

巴、托符號：bar、Torr非法定壓力計量單位工程大氣壓符號：at標準大氣壓即物理大氣壓

符號：atm4壓力單位帕/Pa兆帕/MPa工程大氣壓/(kgf/cm2)物理大氣壓/atm汞柱/mmHg水柱/mH2O（磅/英寸2）/（1b/in2）巴/bar帕11×1061.0197×10-59.869×10-67.501×10-31.0197×10-41.450×10-41×10-5兆帕1×106110.1979.8697.501×1031.0197×1021.450×10210工程大氣壓9.807×1049.807×10-210.9678735.610.0014.220.9807物理大氣壓1.0133×1050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.3332×1021.3332×10-41.3595×10-31.3158×10-310.01361.934×10-21.3332×10-3水柱9.806×1039.806×10-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅/英寸2）6.895×1036.895×10-30.070310.0680551.710.703110.06895巴1×1050.11.01970.9869750.110.19714.501各種壓力單位換算表5（2）壓力的表示方式絕對壓力表壓力或相對壓力

真空度或負壓差壓6絕對壓力

指作用于物體表面積上的全部壓力，其零點以絕對真空為基準，又稱總壓力或全壓力，一般用符號Pa表示.大氣壓力

是指地球表面上的空氣柱重量所產(chǎn)生的壓力，以P0表示。7表壓力：

一般用p表示。測壓儀表一般指示的壓力都是表壓力，表壓力又稱相對壓力。

真空度：當絕對壓力小于大氣壓力時，則表壓力為負壓，負壓的絕對值稱為真空度。一般用ph表示。8差壓任意兩個壓力之差稱為差壓。如靜壓式液位計就是利用測量差壓的大小來確定液位的大小。注意工程技術(shù)上所說的壓力一般指表壓力p（相對壓力）。當p為負值的情況下就是真空度。9（3）壓力檢測的主要方法及壓力檢測儀表的分類液體壓力計彈性式壓力計電遠傳式壓力儀表物性型壓力傳感器103.3.2液體壓力計

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。（1）按其結(jié)構(gòu)形式的不同分三類：

U形管單管斜管11U形管 結(jié)構(gòu)：如下圖，一般常由一支U型玻璃管構(gòu)成。充液介質(zhì)：水銀、水、酒精等。液柱測壓原理12單管壓力計如果在結(jié)構(gòu)上把U型管壓力計中的一只管換成大直徑的杯，即可構(gòu)成單管壓力計。結(jié)構(gòu)：如下圖，杯徑較管徑大得多。

原理：同U型管13斜管壓力計14液柱式測壓原理的缺點量程受到液體密度的限制不適合測量劇烈變動的壓力對安裝位置和姿勢有要求15（2）液體壓力計的誤差分析讀數(shù)誤差溫度誤差安裝誤差重力加速度變化誤差傳壓介質(zhì)誤差其它影響測量結(jié)果的因素：①充液密度的影響②標尺刻度誤差③毛細管的吸附作用④使用的地點及環(huán)境溫度影響等16（3）液體壓力計使用時須注意以下問題：壓力計工作時，如實際工作溫度和當?shù)刂亓铀俣绕x儀表設(shè)計值，應(yīng)對儀表讀數(shù)進行修正正確選擇充液介質(zhì)①測低壓充低密度介質(zhì)（可使h大）②測高壓充高密度介質(zhì)（否則冒頂）③要避免充液與被測介質(zhì)有化學(xué)反應(yīng)17-讀數(shù)的位置（見右圖） 1）眼與液柱面水平 2）水銀柱讀凸部 3）水讀凹部-應(yīng)垂直安裝，否則引入附加誤差-常用的標尺材料：玻璃、鋼、銅183.3.3彈性式壓力檢測儀表

檢測原理：彈性式壓力檢測儀表是用彈性元件作為壓力敏感元件，把壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件的位移，并經(jīng)適當?shù)臋C械傳動和放大機構(gòu)，通過指針指示被測壓力大小的一種壓力表，統(tǒng)稱彈性式壓力表。

19彈性元件

彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。當測壓范圍不同時，所用的彈性元件也不一樣。

彈性元件示意圖20（1）彈簧管壓力表彈簧管壓力表是最常用的一種指示式壓力檢測儀表彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉，它測量范圍寬，可以測量負壓、微壓、低壓、中壓和高壓（可達1000MPa）根據(jù)制造的要求，儀表的準確度等級最高為0.1級21分類使用的測壓元件

單圈彈簧管壓力表與多圈彈簧管壓力表。

用途

普通彈簧管壓力表，耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。1—彈簧管；2—拉桿；3—扇形齒輪；4—中心齒輪；5—指針；6—面板；7—游絲；8—調(diào)整螺絲；9—接頭彈簧壓力表22彈簧管壓力表螺旋彈簧管、盤簧管23（2）波紋管差壓計波紋管的特點是靈敏度高（特別是在低壓），但是遲滯誤差較大，波紋管壓力表的測量范圍較小，一般為0～0.4MPa，儀表的準確度等級為1.5～2.5級.波紋管雙波紋管壓力表24（3）其它彈性式壓力表

膜片和膜盒也常常被用作壓力測量的彈性元件，從而構(gòu)成膜片壓力表和膜盒壓力表。膜盒壓力表主要用于測量較低壓力或負壓的氣體壓力，壓力測量范圍為－20～40kPa，儀表的準確度等級一般為1.5～2.5級。25膜片壓力表的工作原理與膜盒壓力表相近，測量準確度也差不多，但膜片壓力表的可測壓力范圍較寬，最高可達2.5MPa。另外，作為彈性元件的膜片常常和其他轉(zhuǎn)換元件一起使用構(gòu)成電遠傳式壓力儀表

膜片壓力表膜盒壓力表金屬膜片263.3.4電遠傳式壓力檢測儀表

電遠傳式壓力儀表也是利用彈性元件作為敏感元件，在儀表中增加了轉(zhuǎn)換元件（或裝置）和轉(zhuǎn)換電路，將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電信號輸出，實現(xiàn)信號的遠傳。

271.力平衡式壓力變送器氣動壓力變送器電動壓力變送器DDZ-ⅡDDZ-Ⅲ28DDZ-Ⅲ型電動力矩平衡壓力變送器DDZ-Ⅲ型電動力矩平衡壓力變送器示意圖1—測量膜片；2—軸封膜片；3—主杠桿；4—矢量機構(gòu)5—量程調(diào)整螺釘；6—連桿；7—副杠桿；8—檢測片（銜鐵）；9—差動變壓器；10—反饋動圈；11—放大器；12—調(diào)零彈簧；13—永久磁鋼DDZ-Ⅲ型系列為直流24V供電，輸出4～20mA（DC）,兩線制，安全防爆。被測壓力p作用在測量膜片1上，通過膜片的有效面積轉(zhuǎn)變成集中力Fi292.電容式壓力(差壓)變送器

結(jié)構(gòu)工作原理電容式差壓變送器原理圖1—隔離膜片；2，7—固定電極；3—硅油；4—測量膜片；5—玻璃層；6—底座；8—引線先將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，然后將電容量的變化轉(zhuǎn)換成標準的電流信號進行測量。

30電容式差壓變送器電容式壓力/差壓變送器313.其它電遠傳式壓力檢測儀表（1）霍爾壓力傳感器它主要有彈簧管、霍爾元件和磁極組成32（2）電位器式壓力傳感器33（3）電感式壓力傳感器在電感式壓力傳感器中，首先用彈性元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件的位移，再將位移轉(zhuǎn)換成自感或互感系數(shù)的變化，最后由測量電路轉(zhuǎn)換成與被測壓力成正比的電流或電壓輸出。34（4）諧振式壓力傳感器諧振式壓力傳感器是依靠被測壓力改變彈性元件或與彈性元件相連的振動元件的諧振頻率，經(jīng)過適當?shù)碾娐份敵雒}沖頻率信號或電流（電壓）信號。根據(jù)諧振原理的不同，諧振式壓力傳感器有振弦式、振膜式及振筒式幾種。35振膜式壓力傳感器36振膜式壓力傳感器37振筒式壓力傳感器

振筒式壓力傳感器的感壓元件是一個薄壁金屬圓筒，圓柱筒本身具有一定的固有頻率，當筒壁受壓張緊后，其剛度發(fā)生變化，固有頻率相應(yīng)改變。振筒式壓力傳感器由振筒組件和激振電路組成38此種儀表體積小，輸出頻率信號，重復(fù)性好，耐振；精確度高，其精確度為±0.1％和±0.01％；適用于氣體測量。振筒式壓力傳感器的特點振弦式壓力傳感器及變送器393.3.5物性型壓力傳感器測量原理是基于物質(zhì)定律基礎(chǔ)上的，敏感元件感受被測壓力，并將壓力的大小轉(zhuǎn)換成敏感元件的某個物理量輸出。由于該物理量常常是一種電量信號，因此這類傳感器也是電遠傳式的。物性型壓力傳感器主要有應(yīng)變式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器40（1）應(yīng)變式壓力傳感器

組成：彈性元件、應(yīng)變片以及相應(yīng)的測量電路。類型：應(yīng)變式壓力傳感器所用彈性元件可根據(jù)被測介質(zhì)和測量范圍的不同而采用各種型式，常見有圓膜片、彈性梁、應(yīng)變筒等。41膜片式壓力傳感器42徑向應(yīng)變

切向應(yīng)變徑向應(yīng)力

切向應(yīng)力在圓板中心（r=0）處，切向應(yīng)力與徑向應(yīng)力相等，切向應(yīng)變與徑向應(yīng)變相等，而且具有正的最大值。43徑向應(yīng)變

切向應(yīng)變徑向應(yīng)力

切向應(yīng)力在圓板的邊緣（r=a）處，切向應(yīng)力、徑向應(yīng)力和徑向應(yīng)變都達到負的最大值，而切向應(yīng)變?yōu)榱恪?4徑向應(yīng)變

切向應(yīng)變徑向應(yīng)力

切向應(yīng)力45徑向應(yīng)變

切向應(yīng)變徑向應(yīng)力

切向應(yīng)力r<0.577a,應(yīng)變片受到拉力作用，阻值變大r>0.872a，應(yīng)變片受到壓力作用，阻值變小據(jù)此可以在膜片表面布置應(yīng)變片的位置。46切向應(yīng)變都是正值，膜片中間最大徑向應(yīng)變分布有正有負，在邊緣處達到最大貼片時應(yīng)避開徑向應(yīng)變?yōu)榱愕奈恢迷谥行难厍邢蛸N兩片，在邊緣沿徑向貼兩片，接成相鄰橋臂以提高靈敏度。PPεεtεrR1R2R3R4P4748

為了保證電橋工作在對稱的推挽(半橋或全橋差動)狀態(tài)，應(yīng)保證Rl=R2，K1=K2，ΔRl=ΔR2符號相反。前二條要求主要依靠應(yīng)變片本身保證，第三條要求則靠正確地布置應(yīng)變片的位置來保證。

半橋差動全橋差動49膜片式壓力傳感器膜片外殼插座它適用于測量液體或氣體的壓力.其線性度、靈敏度、固有頻率等參數(shù)受圓板周邊的固定情況影響大。應(yīng)變片的阻值受溫度影響。50（2）壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器的主要優(yōu)點是體積小，結(jié)構(gòu)比較簡單和應(yīng)變式壓力傳感器一樣，壓阻式壓力傳感器的缺點也是敏感元件易受溫度的影響壓阻式壓力變送器51壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器常采用一種周邊固支圓形杯膜片結(jié)構(gòu)的擴散型壓阻芯片.擴散型硅壓阻式傳感器結(jié)構(gòu)硅膜片尺寸應(yīng)變電阻條排列方式52（3）壓電式壓力傳感器的原理當壓力p作用在膜片上時，將在壓電元件上、下表面上產(chǎn)生電荷，電荷量與作用力成正比。

53優(yōu)點：壓電式壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，小巧輕便，工作可靠，具有線性度好，頻率響應(yīng)高，量程范圍大等。注意：由于在晶體邊界上存在漏電現(xiàn)象，所以這類傳感器不能用于穩(wěn)態(tài)測量。壓電式壓力傳感器543.3.6壓力檢測儀表的使用

1.壓力儀表的選用（1）儀表的量程在被測壓力比較穩(wěn)定的情況下，最大壓力值應(yīng)不超過滿量程的3/4。在被測壓力波動較大的情況下，最大壓力值應(yīng)不超過滿量程的2/3。為了保證測量精度，最小被測壓力值應(yīng)不低于儀表滿量程的1/3。當最大和最小壓力不能同時滿足時，應(yīng)首先滿足最大壓力。目前我國的壓力（差壓）測量儀表的量程系列為1kPa，1.6kPa，2.5kPa，4kPa，6kPa，以及它們的10n倍數(shù)（n為整數(shù)）55（2）儀表準確度等級的選擇回憶：儀表準確度等級的確定根據(jù)測量結(jié)果選擇儀表：根據(jù)允許的最大誤差確定儀表的精度。即要求儀表的基本誤差應(yīng)小于實際被測壓力允許的最大絕對誤差。一般在滿足生產(chǎn)要求的情況下，盡可能選用精度較低、價廉耐用的壓力表。例3.5壓力容器正常工作時壓力范圍為0.4-0.6MPa，用壓力表檢測壓力，并使測量誤差不大于被測壓力的4%，確定該表的量程和精度等級。56（3）儀表類型的選擇要考慮被測介質(zhì)的性質(zhì)，測量的要求，以及各種壓力測量元件的特性來決定。a.應(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)的性質(zhì)，如：溫度的高低、粘度大小、腐蝕強弱、臟污程度、易燃易爆等方面來考慮。b.應(yīng)根據(jù)儀表輸出信號選擇c.要根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境條件：如高溫、腐蝕、潮濕、振動等方面由此來確定壓力表的種類、材質(zhì)及型號機械式拉力表耐震差動遠傳壓力表572.壓力檢測系統(tǒng)一個完整的壓力檢測系統(tǒng)包括：取壓口、引壓管路和壓力檢測儀表.設(shè)備取壓口壓力儀表引壓管路一個簡單的壓力檢測系統(tǒng)示意圖58（1）取壓口：應(yīng)能反映被測壓力的真實大小。a、要選擇被測介質(zhì)直線流動的管段部分，不可選擇管路拐彎、分叉、死角或其它易形成漩渦的地方。b、測量流動介質(zhì)的壓力時，應(yīng)使取壓點與流動方向垂直，取壓管內(nèi)端面與生產(chǎn)設(shè)備連接處的內(nèi)壁應(yīng)保持平齊，不應(yīng)有凸出物或毛刺。c、測量液體壓力時，取壓點應(yīng)在管道下部，使導(dǎo)壓管不積存氣體；測量氣體時，取壓點應(yīng)在管道上，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存液體。59（2）引壓管路a、引壓管粗細合適，內(nèi)徑一般取Ф6～10mm,長度3～50m,以短為宜，以減小滯后b、導(dǎo)壓管水平安裝時應(yīng)保證有1:10～1:20的傾斜度，以利于積存于其中之液體（或氣體）的排出。c、被測介質(zhì)易冷