壓力檢測及儀表知識培訓(xùn)（工程師培訓(xùn)）

培訓(xùn)資料名稱：壓力檢測及儀表知識培訓(xùn)（工程師培訓(xùn)）所屬班組：xx匯報(bào)人：xx壓力檢測及儀表壓力的表示方法檢測方法的分類液柱式壓力檢測彈性式壓力檢測電氣式壓力檢測智能式壓力變送器壓力檢測儀表的選用和安裝☆☆☆★★☆

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三種壓力表示方法絕對壓力pa表壓力p負(fù)壓或真空度ph3.2.1壓力的表示方法pa絕對壓力零線pphpa大氣壓p01.01325×105Pa絕對壓力是指物體所受的實(shí)際壓力。

表壓是指一般壓力表所測得的壓力，它是高于大氣壓力的絕對壓力與大氣壓力之差，即

真空度是指大氣壓與低于大氣壓的絕對壓力之差，有時(shí)也稱為負(fù)壓，即由于各種工藝設(shè)備和檢測儀表通常是處于大氣之中，本身就承受著大氣壓力，因此工程上通常采用表壓或者真空度來表示壓力的大小，一般的壓力檢測儀表所指示的壓力也是表壓或者真空度。除特殊說明之外，以后所提及的壓力均指表壓。

3.2.2壓力檢測方法的分類

目前工業(yè)上常用的壓力檢測方法和壓力檢測儀表很多，根據(jù)敏感元件和轉(zhuǎn)換原理的不同，一般分為四類：(1)液柱式壓力檢測

一般采用充有水或水銀等液體的玻璃U形管或單管進(jìn)行測量。(2)彈性式壓力檢測

它是根據(jù)彈性元件受力變形的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成位移進(jìn)行測量的。常用的彈性元件有彈簧管、膜片和波紋管等。(3)電氣式壓力檢測

它是利用敏感元件將被測壓力直接轉(zhuǎn)換成各種電量進(jìn)行測量的儀表，如電阻、電荷量等。(4)活塞式壓力檢測

它是根據(jù)液壓機(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)量來進(jìn)行測量?；钊綁毫τ?jì)的測量精度較高，允許誤差可以小到0.05％～0.02％，它普遍被用作標(biāo)準(zhǔn)儀器對壓力檢測儀表進(jìn)行檢定。

3.2.3液柱式壓力檢測以液體靜力學(xué)原理為基礎(chǔ)，一般采用水銀或水為工作液，用U型管進(jìn)行測量，常用于較低壓力、負(fù)壓或壓力差的檢測。p1p2p1p2h(a)(b)特點(diǎn)：直觀、可靠、準(zhǔn)確度較高等，但U形管只能測量較低的壓力或差壓，為了便于讀數(shù)，U形管一般是用玻璃做成，易破損，另外它只能進(jìn)行現(xiàn)場指示。用U形管進(jìn)行壓力檢測，其誤差來源主要有：①溫度誤差——由使用環(huán)境溫度的變化引起的測量誤差，如工作液密度變化。例如水，當(dāng)溫度從10℃變到20℃時(shí)，其密度從999.8kg/m3減小到998.3kg/m3，相對變化量為0.15％。②安裝誤差——當(dāng)U形管安裝不垂直時(shí)將會產(chǎn)生安裝誤差。例如若傾斜5°，讀數(shù)誤差約0.38％。3.2.4彈性式壓力檢測彈性式壓力檢測是用彈性元件把壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件位移的一種檢測方法。

平薄膜波紋膜波紋管單圈彈簧管多圈彈簧管膜片受壓力作用產(chǎn)生位移，可直接帶動傳動機(jī)構(gòu)指示。但更多的是和其他轉(zhuǎn)換元件合起來使用，通過膜片和轉(zhuǎn)換元件把壓力轉(zhuǎn)換成電信號；波紋管的位移相對較大，一般可在其頂端安裝傳動機(jī)構(gòu)，帶動指針直接讀數(shù)。其特點(diǎn)是靈敏高（特別是在低壓區(qū)），常用于檢測較低的壓力（1.0～106Pa），但波紋管遲滯誤差較大，精度一般只能達(dá)到1.5級；彈簧管結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格低廉，它使用范圍廣，測量范圍寬，可以測量負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓，因此應(yīng)用十分廣泛。根據(jù)制造的要求，儀表精度最高可達(dá)0.15級?！獜椈晒芎蛷椈晒軌毫Ρ頇M截面呈非圓形（橢圓形或扁圓形），彎成圓弧狀（中心角常為270°）的空心管子。管子的一端為封閉，另一端為開口。閉口端作為自由端，開口端作為固定端。被測壓力介質(zhì)從開口端進(jìn)入并充滿彈簧管的整個(gè)內(nèi)腔，由于彈簧管的非圓橫截面，使它有變成圓形并伴有伸直的趨勢而產(chǎn)生力矩，其結(jié)果使彈簧管的自由端產(chǎn)生位移，同時(shí)改變其中心角。位移量（中心角改變量）和所加壓力有如下的函數(shù)關(guān)系：式中θ0為彈簧管中心角的初始角；Δθ為受壓后中心角的改變量；R為彈簧管彎曲圓弧的外半徑；h為管壁厚度；a、b為彈簧管橢圓形截面的長、短半軸。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)節(jié)螺釘9－接頭圖3-6彈簧管壓力表彈簧管自由端B的位移量一般很小，需要通過放大機(jī)構(gòu)才能指示出來,為了加大彈簧管自由端的位移量，也可采用多圈彈簧管，其原理與單圈彈簧管相似。

單圈彈簧管壓力表是工業(yè)現(xiàn)場使用最普遍的就地指示式壓力檢測儀表（也有電接點(diǎn)輸出的彈簧管壓力表）

彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格低廉、測量范圍寬，可以測量負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓一般的工業(yè)用彈簧管壓力表的精度等級為1.5級或2.5級，但根據(jù)制造的要求，其精度等級最高可達(dá)0.15級。3.2.3電氣式壓力計(jì)

是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。組成：壓力傳感器測量電路信號處理裝置常用電參數(shù)有：電阻、電感、電容、電壓等。常見壓力傳感器有：霍爾片式壓力傳感器；應(yīng)變式壓力傳感器；壓阻式壓力傳感器；力矩平衡式壓力傳感器；電容式壓力傳感器。應(yīng)變片式壓力壓變送器利用金屬或半導(dǎo)體材料制成的電阻體的阻值可表示為：

當(dāng)電阻體受外力作用時(shí)，電阻體的長度、截面積或電阻率會發(fā)生變化，即其阻值也會發(fā)生變化。這種因尺寸變化引起阻值變化稱為應(yīng)變效應(yīng)。應(yīng)變片多以金屬材料為主，一般和彈性元件一起使用。r1r2123P(a)傳感器1－外殼2－彈性筒3－膜片應(yīng)變筒的上端與外殼固定在一起，下端與不銹鋼密封膜片3緊密接觸，應(yīng)變片r1和r2用膠合劑貼緊在應(yīng)變筒的外壁，與筒體之間不發(fā)生相對滑動。r1沿應(yīng)變筒軸向貼放，作為測量片；r2沿徑向貼放，作為溫度補(bǔ)償片。

圖中應(yīng)變片r1、r2的靜態(tài)性能完全相同。當(dāng)膜片受到外力作用時(shí)，彈性筒軸向受壓，使應(yīng)變片r1產(chǎn)生軸向應(yīng)變，阻值變小；而應(yīng)變片r2受到軸向壓縮，引起徑向拉伸，阻值變大。實(shí)際上，r2的變化量比r1的變化量要小，r2的主要作用是溫度補(bǔ)償。

壓阻式（擴(kuò)散硅）壓力差壓變送器

因電阻率變化引起阻值變化稱為壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)比較明顯。用作壓阻式傳感器的基片材料主要為硅片和鍺片，由于單晶硅材料純、功耗小、滯后和蠕變極小、機(jī)械穩(wěn)定性好，而且傳感器的制造工藝和硅集成電路工藝有很好的兼容性，以擴(kuò)散硅壓阻傳感器作為檢測元件的壓力檢測儀表得到了廣泛的使用。

測量部分——擴(kuò)散硅壓阻傳感器——把被測差壓ΔP成比例地轉(zhuǎn)換為不平衡電壓US

1.負(fù)壓室2.正壓室3.硅杯4.引線5.硅片Ri1Ri2Ri3Ri4測量部分——惠斯頓電橋Ri1Ri2Ri3Ri4USRi1Ri2Ri3Ri4US不受壓時(shí)：Ri1＝Ri2＝Ri3＝Ri4＝RRi1Ri2Ri3Ri4

壓阻式壓力傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是體積小，結(jié)構(gòu)簡單，其核心部分就是一個(gè)既是彈性元件又是壓敏元件的單晶硅膜片。擴(kuò)散電阻的靈敏系數(shù)是金屬應(yīng)變片的幾十倍，能直接測量出微小的壓力變化。這種傳感器的缺點(diǎn)則是擴(kuò)散電阻存在溫度效應(yīng)，容易受環(huán)境溫度的影響。結(jié)論：霍爾效應(yīng)及霍爾元件霍爾效應(yīng)置于磁場中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。該電勢稱霍爾電勢。如后圖所示，在垂直于外磁場B的方向上放置一導(dǎo)電板，導(dǎo)電板通以電流I，方向如圖所示。導(dǎo)電板中的電流使金屬中自由電子在電場作用下做定向運(yùn)動。此時(shí)，每個(gè)電子受洛倫茲力fl的作用，fl的大小為fl=eBv霍爾效應(yīng)原理圖霍爾電勢的計(jì)算公式式中,RH稱為霍爾常數(shù)。由上式可見，霍爾電勢正比于激勵(lì)電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度及其霍爾常數(shù)RH。為了提高霍爾常數(shù)，霍爾元件常制成薄片形狀。目前常用的霍爾元件材料有：鍺、硅、砷化銦、銻化銦等半導(dǎo)體材料。幾種霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例：霍爾計(jì)數(shù)裝置的工作示意圖及電路圖電容式差壓變送器電容式差壓變送器采用差動電容作為檢測元件主要包括測量部件和轉(zhuǎn)換放大電路兩部分：差壓電容膜盒電容-電流轉(zhuǎn)換電路調(diào)零、零遷電路電流放大器反饋電路ΔpΔCIiIf＋＋I(xiàn)z－Io測量部分轉(zhuǎn)換放大部分

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，其輸出信號也是標(biāo)準(zhǔn)4～20mADC電流信號。電容式壓力變送器是先將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，然后進(jìn)行測量的。

電容式差壓變送器的原理圖可見傳感器有左右固定極板，在兩個(gè)固定極板之間是彈性材料制成的測量膜片，作為電容的中央動極板，在測量膜片兩側(cè)的空腔中充滿硅油。電容式差壓變送器的結(jié)構(gòu)可以有效地保護(hù)測量膜片，當(dāng)差壓過大并超過允許測量范圍時(shí)，測量膜片將平滑地貼靠在玻璃凹球面上，因此不易損壞，與力矩平衡式相比，電容式?jīng)]有杠桿傳動機(jī)構(gòu)，因而尺寸緊湊，密封性與抗振性好，測量精度相應(yīng)提高，可達(dá)0.2級。

在普通壓力或差壓傳感器的基礎(chǔ)上增加微處理器電路而形成的智能檢測儀表。特點(diǎn)：可進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。智能型壓力變送器通過編制各種程序，使變送器具有自修正、自補(bǔ)償、自診斷及錯(cuò)誤方式告警等多種功能。AP-40放大器分離型壓力傳感器AP-40放大器分離型壓力傳感器規(guī)格參數(shù)主模組主模組型號AP-40A適用的感側(cè)頭AP-41AP-43AP-44反應(yīng)時(shí)間2.5/5/100/500ms分辨率0.1kPa,1mmHg0.1inchHg,0.001bar0.001Mpa,0.01kgf/cm20.2Psi,0.01bar0.2kPa,2mmHg0.1inchHg,0.002bar控制輸出NPN:最大100mA(最大40V),剩余電壓:最大1V雙輸出(可選擇N.O./N.C.)模擬輸出1至5V電源12至24VDC±10%,起伏(p-p):最大10%環(huán)境溫度0至50°C(32至122°F),無凍結(jié)相對濕度35至85%,無凝結(jié)抗振性10至55Hz,X,Y,及Z方向1.5mm雙重振幅，分別2小時(shí)沖擊X,Y,及Z方向100m/S2，分別3次材質(zhì)前方外殼：聚酰胺，前方面板：PET,后方外殼：聚磺胺，線組：耐油橡膠絕緣線纜3.2.5壓力檢測儀表的選用和安裝

選用＋安裝其它儀表也基本適用——壓力檢測儀表的選用三個(gè)方面——選用時(shí)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝對壓力檢測的要求、被測介質(zhì)的特性、現(xiàn)場使用的環(huán)境等條件本著節(jié)約的原則合理地考慮儀表的量程、精度、類型（材質(zhì)）等。

儀表的量程是指該儀表可按規(guī)定的精確度對被測量進(jìn)行測量的范圍關(guān)鍵：根據(jù)被測參數(shù)的大小來確定，同時(shí)必須考慮到被測對象可能發(fā)生的異常超壓情況，對儀表的量程選擇必須留有足夠的余地。

測量穩(wěn)定壓力：最大工作壓力Pimax不超過上限值Pmax的2/3

測量脈動壓力：最大工作壓力Pimax不超過上限值Pmax的1/2

測量高壓壓力：最大工作壓力Pimax不超過上限值Pmax的3/5

最小工作壓力Pimin不低于上限值Pmax的1/3

在選用儀表量程時(shí)，應(yīng)采用相應(yīng)規(guī)程或者標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)值。

這只是一個(gè)一般經(jīng)驗(yàn)要求，不是絕對的?。、帕砍?/p>

⑵儀表精度——根據(jù)生產(chǎn)允許的最大誤差來確定，即要求實(shí)際被測壓力允許的最大絕對誤差應(yīng)小于儀表的基本誤差?！谶x擇時(shí)應(yīng)堅(jiān)持節(jié)約的原則，只要測量精度能滿足生產(chǎn)的要求，就不必追求用過高精度的