熱工檢測技術(shù)-第3章-壓力測量及儀表課件

p76第三章壓力測量及儀表p76第三章壓力測量及儀表1壓力測量的意義安全性經(jīng)濟(jì)性

壓力測量的意義2(1)壓力的表示方法絕對壓力P1大氣壓力Pamb表壓力Pe

Pe=P1－Pamb真空度PZ（負(fù)壓）

PZ＝

Pamb－P1(1)壓力的表示方法絕對壓力P13

(2)壓力單位

我國法定計量單位中，壓力的單位是“帕斯卡”，簡稱“帕”，符號為“Pa”。

(2)壓力單位

我國法定計量單位中，壓力的單位是“帕斯卡”4

過去采用的壓力單位“工程大氣壓力”（kgf/cm2）、“毫米汞柱”（mmHg）、“毫米水柱”（mmH2O）、“標(biāo)準(zhǔn)大氣壓”（atm）、“巴”（bar）等均應(yīng)改成法定計量單位帕。1kgf/cm2=0.9807×105Pa1mmH2O=0.9807×10Pa1mmHg=1.332×102Pa1atm=1.01325×105Pa1bar=105Pa

過去采用的壓力單位“工程大氣壓力”（kgf/5(3)壓力測量的主要方法和分類

壓力傳感器從其原理及結(jié)構(gòu)來看可分為：液柱式、機(jī)械式及電氣式測量壓力的儀表，按信號原理不同，大致可分為四類：液柱式：根據(jù)流體靜力學(xué)原理，把被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度活塞式：根據(jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞面積上所加平衡砝碼的質(zhì)量機(jī)械式：根據(jù)彈性元件受力變形的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成位移(3)壓力測量的主要方法和分類

6電氣式：將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電量，如電感、電容、電阻、電位差等，依據(jù)電量的大小實現(xiàn)壓力的間接測量電氣式：將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電量，如電感、電容、電阻、電位差73.1液柱式壓力計

利用液柱對液柱底面產(chǎn)生的靜壓力與被測壓力相平衡的原理，通過液柱高度來反映被測壓力的大小優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，有相當(dāng)高的準(zhǔn)確度缺點：量程受液柱高度的限制，體積大，玻璃管容易損壞及讀數(shù)不方便；測量范圍不大3.1液柱式壓力計利用液柱對液柱底面產(chǎn)生的靜壓力與被測壓8采用水銀或水為工作液，用U形管或單管進(jìn)行測量，常用于低壓、負(fù)壓或壓力差的檢測被廣泛用于實驗室壓力測量或現(xiàn)場鍋爐煙、風(fēng)道各段壓力、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)各段壓力的測量采用水銀或水為工作液，用U形管或單管進(jìn)行測量，常用于低壓、負(fù)9一、U形管壓力計測氣體△P=P1－P2=ρ3g(h1+h2)=ρ3gh提高工作液密度將增加壓力的測量范圍，但靈敏度要降低。3-2一、U形管壓力計測氣體提高工作液密度將增加壓力的測量范圍，但10式適用于平衡液體上傳壓介質(zhì)是氣體。若不是氣體而是另外一種液體，其密度ρ1，則公式中ρ3用ρ3-ρ1代替。必須分別讀出h1和h2，再相加得出液面高度差。故讀數(shù)誤差大。式適用于平衡液體上傳壓介質(zhì)是氣體。若不是氣體而是另外一種液體11

ρ3ρ1ρ3ρ1123.1.2

單管壓力計

由于U形管壓力計需兩次讀取液面高度，為使用方便，設(shè)計出一次讀取液面高度的單管壓力計。3-3h13.1.2

單管壓力計由于U形管壓力計13因

故由于D>>d，所以P=ρgh1

因14斜管微壓計

主要用于測量微小壓力、負(fù)壓和壓差，它將單管液柱壓力計的測量管傾斜放置，這樣可以提高靈敏度，減少讀數(shù)相對誤差。斜管微壓計主要用于測量微小壓力、負(fù)壓和壓差，15121216傾斜角度越小，l越長，測量靈敏度就越高；但不可太小，否則液柱易沖散，讀數(shù)較困難，誤差增大。這種傾斜管液柱式壓力計可以測量到0.98Pa的微壓。為了進(jìn)一步提高微壓計的精確度，應(yīng)選用密度小的酒精作為工作液體。

傾斜角度越小，l越長，測量靈敏度就越高；但不可太小，否則液柱17傾斜式微壓計

傾斜式微壓計183.2彈性式壓力計

用彈性傳感器（又稱彈性元件）組成的壓力測量儀表稱為彈性式壓力計。彈性元件受壓后產(chǎn)生的形變輸出（力或位移），可以通過傳動機(jī)構(gòu)直接帶動指針指示壓力（或壓差），也可以通過某種電氣元件組成變送器，實現(xiàn)壓力（或壓差）信號的遠(yuǎn)傳。

3.2彈性式壓力計用彈性傳感器（又稱193.2.1彈性元件的測壓概述

優(yōu)點：量程范圍廣結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)實耐用，價格低3.2.1彈性元件的測壓概述優(yōu)點：量程范圍廣203.2.1彈性元件的測壓概述

彈性元件在彈性限度內(nèi)受壓后會產(chǎn)生變形，變形大小與被測壓力有關(guān)。3.2.1彈性元件的測壓概述彈性元件在213.2.2彈性元件

1.膜片按剖面形狀分為平膜片和波紋膜片可與其他轉(zhuǎn)換元件合用電容式壓力傳感器光纖式壓力傳感器力矩平衡式壓力變送器3.2.2彈性元件1.膜片222.波紋管優(yōu)點：靈敏高，可測較低壓力缺點：遲滯誤差較大，精度一般只有1.5級2.波紋管233.2.4彈性元件的應(yīng)用

3.2.4彈性元件的應(yīng)用24膜盒式微壓計p82膜片和膜盒圖片膜盒式微壓計p82膜片和膜盒圖片25膜盒式微壓計常用于火電廠鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的風(fēng)、煙壓力測量及鍋爐爐膛負(fù)壓測量。

當(dāng)幾個膜盒敏感元件疊放在一起后量測極微小的壓力（毫巴級）膜盒式微壓計常用于火電廠鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的風(fēng)、煙壓力測量及鍋爐爐265527彈簧管壓力計p831．彈簧管測壓原理截面為非圓形（橢圓形或扁圓形），并彎成圓弧狀的空心管子一端為封閉（自由端），一端為開口（固定端）彈簧管壓力計p831．彈簧管測壓原理282．彈簧管壓力計的結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格低廉，使用范圍廣，測量范圍寬可測負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓精度有0.5、1.0、1.5、2.5等2．彈簧管壓力計的結(jié)構(gòu)29熱工檢測技術(shù)-第3章-壓力測量及儀表ppt課件303.2.5電接點壓力計

電接點壓力計可用作電氣發(fā)訊設(shè)備聯(lián)鎖裝置和自動操縱裝置

高低壓給定指針指示指針電接點3.2.5電接點壓力計

電接點壓力計可用作電氣發(fā)訊設(shè)備聯(lián)313.2.6壓力表的調(diào)校

比較法是將被校壓力計（被校表）與標(biāo)準(zhǔn)壓力計（標(biāo)準(zhǔn)表）在壓力表校驗臺上產(chǎn)生的某一定值的壓力或某一負(fù)壓下進(jìn)行比較重量法是被校表與活塞壓力計上的標(biāo)準(zhǔn)砝碼在活塞缸內(nèi)的壓力下進(jìn)行比較。前者用來校驗精度在1級以下的各種工業(yè)用儀表，而后者用于校驗精度在0.5級以上的各種標(biāo)準(zhǔn)表。3.2.6壓力表的調(diào)校32壓力儀表的校驗校驗就是將被校驗壓力表和標(biāo)準(zhǔn)壓力表通以相同壓力，比較它們的指示數(shù)值，如果被校表對于標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)誤差，不大于被校表規(guī)定的最大準(zhǔn)許絕對誤差時，則認(rèn)為被校表合格。常用的校驗儀器是活塞式壓力計，它由壓力發(fā)生部分和測量部分組成，它的精度等級有0.02、0.05和0.2級，可用來校準(zhǔn)0.25級精密壓力表，也可校準(zhǔn)各種工業(yè)用壓力表，被校壓力的最高值為60MPa。壓力儀表的校驗校驗就是將被校驗壓力表和標(biāo)準(zhǔn)壓力表通以相同壓力33壓力發(fā)生部分測量部分壓力發(fā)生部分測量部分341．活塞式壓力計pA=G式中A——活塞8底面的有效面積；G——活塞、托盤及砝碼總重力。

p=G/A

1．活塞式壓力計pA=G式中A——活塞8底面的有效面積；35?[實驗演示3]彈簧管壓力計校驗準(zhǔn)備工作選取標(biāo)準(zhǔn)表時標(biāo)準(zhǔn)表的測量上限一般應(yīng)不低于被校表測量上限，標(biāo)準(zhǔn)表的允許誤差應(yīng)不大于被校表允許誤差的1/3，或者標(biāo)準(zhǔn)壓力表比被校壓力表高兩個精確度等級。?[實驗演示3]彈簧管壓力計校驗準(zhǔn)備工作36確定校驗點對于1.0，1.5，2.0，2.5精確度等級的壓力表，可在5個刻度點上進(jìn)行校驗對于0.5級和更高精確度等級的壓力表，應(yīng)取全刻度標(biāo)尺上均勻分布的10個刻度點進(jìn)行校驗。確定校驗點37校驗步驟（1）檢查壓力表校驗器連接接頭墊片的良好情況，安裝好并用扳手?jǐn)Q緊標(biāo)準(zhǔn)表和被校表。（2）調(diào)節(jié)地腳螺釘，使水準(zhǔn)泡位于正中。校驗步驟（1）檢查壓力表校驗器連接接頭墊片的良好情況，安裝38（3）開啟油杯上的針形閥，注入變壓器油。逆時針旋轉(zhuǎn)手輪，將油吸入手搖泵內(nèi)。順時針旋轉(zhuǎn)手輪，將油壓入油杯，觀察是否有小氣泡從油杯中升起，若有，逆時針旋轉(zhuǎn)手輪，再順時針旋轉(zhuǎn)手輪，反復(fù)操作，直到不出現(xiàn)氣泡。（3）開啟油杯上的針形閥，注入變壓器油。逆時針旋轉(zhuǎn)手輪，將油39（4）關(guān)緊油杯上的針型閥，打開兩表下的針形閥，順時針旋轉(zhuǎn)手輪，平穩(wěn)地升壓，直到被校壓力表指示第一個壓力校驗點，讀標(biāo)準(zhǔn)壓力表指示值。如果使用砝碼，加上相應(yīng)壓力的砝碼，順時針旋轉(zhuǎn)手輪，使油壓力上升直到砝碼盤逐漸抬起，到規(guī)定高度時停止加壓，輕輕轉(zhuǎn)動砝碼盤，讀被校壓力表指示值。（4）關(guān)緊油杯上的針型閥，打開兩表下的針形閥，順時針旋轉(zhuǎn)手輪40（5）均勻增壓至刻度上限，保持上限壓力3min。（6）逆時針旋轉(zhuǎn)手輪，均勻降至零壓，平穩(wěn)地降壓進(jìn)行下行程校驗。（7）實驗中觀察指示有無跳動、停止、卡塞現(xiàn)象。求出被校壓力表的基本誤差、變差、輕敲位移。（5）均勻增壓至刻度上限，保持上限壓力3min。41（8）零位調(diào)整方法：用取針器取出被校壓力表指針，再按照零刻度位置輕輕壓下指針。（9）量程調(diào)整方法：用螺絲刀松開扇形齒輪上的量程調(diào)節(jié)螺釘，改變螺釘在滑槽中的位置，調(diào)好后固緊螺釘，重復(fù)上述校驗。調(diào)量程時零位會變化，因此一般量程、零位需反復(fù)進(jìn)行調(diào)整。（8）零位調(diào)整方法：用取針器取出被校壓力表指針，再按照零刻度42（10）待校驗合格后，放掉檢驗器的壓力，拆下被校表，揩掉油污并裝上蓋子，打好鉛封，填寫校驗記錄單。（10）待校驗合格后，放掉檢驗器的壓力，拆下被校表，揩掉油污43p76第三章壓力測量p76第三章壓力測量443.3壓力變送器

作用：彈性元件輸出的位移或力變換成統(tǒng)一的電信號，送到遠(yuǎn)方。3.3壓力變送器作用：453.3.1電容式壓力(差壓)變送器(一)概述1151系列電容差壓/壓力變送器具有悠久的歷史，并依其設(shè)計新穎、品種規(guī)格齊全、安裝使用簡便、堅固耐振、長期穩(wěn)定性好、單向過載保護(hù)能力強而著稱。3.3.1電容式壓力(差壓)變送器(一)概述46(二)測量部分1．測量部分的結(jié)構(gòu)被測介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室，作用在敏感元件的兩側(cè)隔離膜片上，通過填充液傳到預(yù)張緊的測量膜片兩側(cè)。測量膜片與兩側(cè)絕緣體上的電極各組成一個電容器，當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時，致使測量膜片產(chǎn)生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側(cè)電容就不等，通過檢測，放大轉(zhuǎn)換成4~20mA的二線制電流信號，(二)測量部分1．測量部分的結(jié)構(gòu)472．差壓-位移轉(zhuǎn)換設(shè)測量膜片位移為△d，被測壓差為△p，則有△d=K1△p(3—9)其中K1是與膜片結(jié)構(gòu)尺寸和材料性質(zhì)有關(guān)的比例系數(shù)。2．差壓-位移轉(zhuǎn)換設(shè)測量膜片位移為△d，被測壓差為△p，則483．位移-電容轉(zhuǎn)換球面容器的特性近似于平行板電容器的特征

(1)比值與被測差壓△p成正比；(2)比值與介電常數(shù)ε無關(guān)，

3．位移-電容轉(zhuǎn)換球面容器的特性近似于平行板電容器的特征49采用差動電容的設(shè)計是為了提高靈敏度和改善非線性；采用“相對差動電容”則又可忽略極板面積A和介電常數(shù)對測量的影響。采用差動電容的設(shè)計是為了提高靈敏度和改善非線性；采用“相對差50(三)轉(zhuǎn)換部分(三)轉(zhuǎn)換部分51(四)電容式差壓變送器的調(diào)校與使用圖3-13電容式差壓變送器校驗線路圖1－加差壓設(shè)備；2－差壓顯示儀表；3－變送器；4－直流毫安表（或數(shù)字毫安表）；5-24V（DC）電源(四)電容式差壓變送器的調(diào)校與使用圖3-13電容式差壓523.3.2應(yīng)變式壓力變送器應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變片是基于應(yīng)變效應(yīng)工作的一種壓力敏感元件，當(dāng)應(yīng)變片受外力作用產(chǎn)生形變時，應(yīng)變片的電阻值也將發(fā)生相應(yīng)變化。應(yīng)變式壓力傳感器是由彈性元件、應(yīng)變片以及相應(yīng)的橋路組成的。3.3.2應(yīng)變式壓力變送器應(yīng)變式壓力傳感器53電阻應(yīng)變效應(yīng)概念導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時，它的電阻值也相應(yīng)地發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。

電阻應(yīng)變效應(yīng)概念54電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感器件。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘合劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感55金屬電阻應(yīng)變片工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：R=ρL/S

式中：ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率（Ω·cm2/m）

S——導(dǎo)體的截面積（cm2）

L——導(dǎo)體的長度（m）

以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變金屬電阻應(yīng)變片工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而56半導(dǎo)體壓阻片壓阻式壓力傳感器壓阻元件是基于壓阻效應(yīng)工作的一種壓力敏感元件，它指在半導(dǎo)體材料的基片上制成的擴(kuò)散電阻，當(dāng)它受外力作用時，其阻值由于電阻率的變化而改變。擴(kuò)散電阻常用的是單晶體硅膜片。半導(dǎo)體壓阻片壓阻式壓力傳感器57圖3-14擴(kuò)散硅壓阻元件（a）擴(kuò)散硅壓阻元件的組成；（b）硅膜片的示意圖1－N型單晶硅；2－第一次SiO2涂層；3－擴(kuò)散P型區(qū)；4－作連接導(dǎo)線的金屬；5－第二次SiO2涂層圖3-14擴(kuò)散硅壓阻元件58優(yōu)點：體積小，結(jié)構(gòu)簡單，能直接反映微小的壓力變化，動態(tài)響應(yīng)好缺點：敏感元件易受溫度的影響，從而影響壓阻系數(shù)的大小內(nèi)部溫度補償優(yōu)點：體積小，結(jié)構(gòu)簡單，能直接反映微小的壓力變化，動態(tài)響應(yīng)好593.3.3振弦式壓力測量

1．振弦式壓力測量原理圖3-16振弦式壓力測量原理結(jié)構(gòu)圖1-振弦；2-支承；3-純鐵塊；4-磁鋼；5-彈性膜片

3.3.3振弦式壓力測量1．振弦式壓力測量原理圖3-1603.3.4霍爾壓力傳感器電壓和磁場及控制電流成正比

一般霍爾器件采用半導(dǎo)體材料制作

3.3.4霍爾壓力傳感器電壓和磁場及控制電流成正比61式中RH——霍爾系數(shù)，由半導(dǎo)體材料的物理性質(zhì)所決定；I——流經(jīng)霍爾元件的電流；B——磁感應(yīng)強度；d——霍爾元件的厚度。

式中RH——霍爾系數(shù)，由半導(dǎo)體材料的物理性質(zhì)所決定；623.5壓力測量儀表的選擇和安裝p983.5.1壓力測量儀表的選擇

1．儀表種類的選擇2．儀表量程的選擇3.5壓力測量儀表的選擇和安裝p983.5.1壓力63