第篇 壓力測量PPT課件

1、第1頁/共54頁p1 p2p1 p2h(a)(b)21pppgh 第2頁/共54頁xpxpxpxpxpxxxxx 平薄膜 波紋膜 波紋管 單圈彈簧管 多圈彈簧管第3頁/共54頁222220)1 (1abbhREP0P第4頁/共54頁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3-18 彈簧管壓力表第5頁/共54頁 在化工生產(chǎn)過程中，常需要把壓力控制在某一范圍內(nèi)，在化工生產(chǎn)過程中，常需要把壓力控制在某一范圍內(nèi)，即當壓力低于或高于給定范圍時，就會破壞正常工藝條件，即當壓力低于或高于給定范圍時，就會破壞正常工藝條件，甚至可能發(fā)生危險。這時就應采用帶有報警或控制觸

2、點的壓甚至可能發(fā)生危險。這時就應采用帶有報警或控制觸點的壓力表。將普通彈簧管壓力表稍加變化，便可成為電接點信號力表。將普通彈簧管壓力表稍加變化，便可成為電接點信號壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時，及時發(fā)出信號，以提壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時，及時發(fā)出信號，以提醒操作人員注意或通過中間繼電器實現(xiàn)壓力的自動控制。醒操作人員注意或通過中間繼電器實現(xiàn)壓力的自動控制。 15第6頁/共54頁電接點信號壓力表1，4 靜觸點；2 動觸點；3 綠燈；5 紅燈 壓力表指針上有動觸點壓力表指針上有動觸點2 2，表，表盤上另有兩根可調(diào)節(jié)指針，上面盤上另有兩根可調(diào)節(jié)指針，上面分別有靜觸點分別有靜觸點1 1和和4

3、4。當壓力超過上。當壓力超過上限給定數(shù)值時，限給定數(shù)值時，2 2和和4 4接觸，紅色信接觸，紅色信號燈號燈5 5的電路被接通，紅燈發(fā)亮。的電路被接通，紅燈發(fā)亮。若壓力低到下限給定數(shù)值時，若壓力低到下限給定數(shù)值時，2 2與與1 1接觸，接通了綠色信號燈接觸，接通了綠色信號燈3 3的電路。的電路。1 1、4 4的位置可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。的位置可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。 16第7頁/共54頁工作原理：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) 膜盒式差壓變送器構(gòu)成 第8頁/共54頁是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號進行

4、傳輸及顯示的儀表。 171. 該儀表的，分別可測710-5Pa至5102MPa的壓力，允許誤差可至0.2； 2. 由于可以遠距離傳送信號，所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中可以實現(xiàn)壓力自動控制和報警，并可與工業(yè)控制機聯(lián)用。 第三節(jié)第三節(jié) 電氣式壓力計電氣式壓力計第9頁/共54頁 一般由壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置所組成。常用的信號處理裝置有指示儀、記錄儀以及控制器、微處理機等。 圖2-5 電氣式壓力計組成方框圖18第三節(jié)第三節(jié) 電氣式壓力計電氣式壓力計第10頁/共54頁22先將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，然后進行測量。 圖2-8 電容式測量膜盒1中心感應膜片 (可動電極)； 2固定電極； 3測量側(cè)；

5、 4隔離膜片第三節(jié)第三節(jié) 電氣式壓力計電氣式壓力計第11頁/共54頁電容式電容式差壓變送器采用差動差壓變送器采用差動電容作為檢測元件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：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pCIiIfIzIo第三節(jié)第三節(jié) 電氣式壓力計電氣式壓力計第12頁/共54頁P=0 Ci1=Ci2=15pF P0 Ci1的電容量減小的電容量減小 Ci2的電容量增大的電容量增大 差動電容測量原理第13頁/共54頁電容式壓力變送器，目前電容式壓力變送器，目前在工業(yè)生產(chǎn)中應在工業(yè)生產(chǎn)中應用非常廣泛用非常廣泛，其輸

6、出信號也是標準，其輸出信號也是標準4 20mADC電流信號。電流信號。電容式壓力變送器是先將壓力的變化轉(zhuǎn)換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，然后進行測量的。為電容量的變化，然后進行測量的。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，在板，在測量膜片兩側(cè)的空腔中充滿硅油測量膜片兩側(cè)的空腔中充滿硅油。電容式差壓變送器的結(jié)構(gòu)可以有效地保護測量膜片，當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

7、，當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，與力矩平衡式相比，電容式?jīng)]有杠桿傳動機構(gòu)，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)，因而尺寸緊湊，密封性與抗振性好，測量精度相應提高，可達因而尺寸緊湊，密封性與抗振性好，測量精度相應提高，可達0.2級級。 第14頁/共54頁19 利用電阻應變原理構(gòu)成。電阻應變片有金屬和半導體應變片兩類，被測壓力使應變片產(chǎn)生應變。當應變片產(chǎn)生壓縮（拉伸）應變時，其阻值減?。ㄔ黾樱?，再通過橋式電路獲得相應的毫伏級電勢輸出，并用毫伏計或其他記錄儀表顯示出被測壓力

8、，從而組成應變片式壓力計。 圖2-6 應變片壓力傳感器示意圖1應變筒；2 外 殼 ；3密封膜片第15頁/共54頁SlRr1r2123P(a)傳感器1外殼 2彈性筒 3膜片第16頁/共54頁UiEr1r2R3R4AB(b)測量電橋313412() U0 RrUERRrr ，不受壓時0122011212010201201() 24224rrrrrrrrrUEEEPrrrrrrrr 第17頁/共54頁因因電阻率變化引起阻值變化電阻率變化引起阻值變化稱為稱為壓阻效應壓阻效應。半導體材料的壓阻效應比較明顯。半導體材料的壓阻效應比較明顯。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

9、、滯后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和蠕變極小、機械穩(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。性，以擴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。 p2p1硅杯圖3-30 壓阻式傳感器示意圖正壓側(cè)隔離膜片引出線負壓側(cè)隔離膜片硅油第18頁/共54頁 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，在單晶硅膜片上利用集成電路的工藝，在單晶硅的特定方向擴散一組等值電阻，并將電阻接成橋

10、路，單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。 當壓力發(fā)生變化時，單晶硅產(chǎn)生應變，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，再由橋式電路獲得相應的電壓輸出信號。 第19頁/共54頁 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； 便于實現(xiàn)顯示數(shù)字化； 可以測量壓力，稍加改變，還可以測量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。 圖3-12 壓阻式壓力傳感器1基座；2單晶硅片；3導環(huán)；4螺母；5密封墊圈；6等效電阻第20頁/共54頁構(gòu)成框圖構(gòu)成框圖：擴散硅壓擴散硅壓阻傳感器阻傳感器前置前置放大器放大器調(diào)零電路調(diào)零電路VI轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換PUSU01UZIO第21頁/共54頁把被測差壓P成比例地轉(zhuǎn)換為不

11、平衡電壓US 1.負壓室負壓室 2.正壓室正壓室 3.硅杯硅杯4.引線引線 5.硅片硅片Ri1Ri2Ri3Ri4第22頁/共54頁Ri1Ri2Ri3Ri4USRi1Ri2Ri3Ri4IS不受壓時：不受壓時：Ri1Ri2Ri3Ri4R第23頁/共54頁 US Ri1Ri2Ri3Ri4IS受壓時：受壓時：Ri1Ri4r1Ri2Ri3r224()2iiSSRRIU21()2Srr I受壓時，流經(jīng)受壓時，流經(jīng)2橋臂的電流始終相等橋臂的電流始終相等P 1KP第24頁/共54頁結(jié)論：結(jié)論：壓阻式壓力傳感器的主要壓阻式壓力傳感器的主要優(yōu)點優(yōu)點是體積小，結(jié)構(gòu)簡單，是體積小，結(jié)構(gòu)簡單，其核心部分就是一個既是彈性

12、元件又是壓敏元件的單晶硅膜片。其核心部分就是一個既是彈性元件又是壓敏元件的單晶硅膜片。擴散電阻的靈敏系數(shù)是金屬應變片的幾十倍，能直接測量出微小的壓力變化。擴散電阻的靈敏系數(shù)是金屬應變片的幾十倍，能直接測量出微小的壓力變化。此外，壓阻式壓力傳感器還具有良好的動態(tài)響應，遲滯小，可用來測量幾千赫茲乃至更高此外，壓阻式壓力傳感器還具有良好的動態(tài)響應，遲滯小，可用來測量幾千赫茲乃至更高的脈動壓力。的脈動壓力。因此，這是一種發(fā)展比較迅速，應用十分廣泛的一類壓力傳感器。因此，這是一種發(fā)展比較迅速，應用十分廣泛的一類壓力傳感器。 這種傳感器的缺點則是這種傳感器的缺點則是擴散擴散電阻電阻存在溫度效應，存在溫度效

13、應，容易受環(huán)境溫度的影響，容易受環(huán)境溫度的影響，有些廠家在有些廠家在傳感器組件中提供了若干校正用的溫度補償電路，甚至把放大轉(zhuǎn)換等電路集成在同一塊單傳感器組件中提供了若干校正用的溫度補償電路，甚至把放大轉(zhuǎn)換等電路集成在同一塊單晶硅膜片上，從而可以大大提高傳感器的基本性能。晶硅膜片上，從而可以大大提高傳感器的基本性能。第25頁/共54頁 是根據(jù)霍爾效應制成的，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，從而實現(xiàn)壓力的測量。 圖3-9 霍爾效應 可用下式表示 BIRUHH 式中，UH為霍爾電勢；RH為霍爾常數(shù)，與霍爾片材料、幾何形狀有關(guān)；B為磁感應強度；I為控制電流的大小。 第26頁

14、/共54頁 霍爾電勢與磁感應強度和電流成正比。提高B和I值可增大霍爾電勢UH，但兩者都有一定限度，一般I為320mA，B約為幾千高斯，所得的霍爾電勢UH約為幾十毫伏數(shù)量級。 導體也有霍爾效應，不過它們的霍爾電勢遠比半導體的霍爾電勢小得多。 第27頁/共54頁 將霍爾元件與彈簧管配合，就組成了霍爾片式彈簧管壓力傳感器，如圖3-10所示。 圖3-10 霍爾片式壓力傳感器1彈簧管；2 磁鋼；3 霍爾片 當被測壓力引入后，在被測壓力作用下，彈簧管自由端產(chǎn)生位移，因而改變了霍爾片在非均勻磁場中的位置，使所產(chǎn)生的霍爾電勢與被測壓力成比例。 利用這一電勢即可實現(xiàn)遠距離顯示和自動控制。第28頁/共54頁是一種

15、典型的自平衡檢測儀表，它利用負反饋的工作原理克服元件材料、加工工藝等不利因素的影響，使儀表具有較高的測量精度（一般為0.5級）、工作穩(wěn)定可靠、線性好、不靈敏區(qū)小等一系列優(yōu)點。 圖3-13DDZ-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-型系列為直流24V供電，輸出420mA（DC）,兩線制，安全防爆。 fpFi 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Fi，即 f為膜片的有效面積。 第29頁/共54頁fllK211

16、21lFlFiipKfpllF1211 該變送器是按工作的。根據(jù)主、副杠桿的平衡條件可以推導出被測壓力p與輸出信號I0的關(guān)系。 （3-14）式中， 、 分別為Fi、F1離支點O1的距離。（3-15）將式（3-13）代入式（3-14），有式中, 為一比例系數(shù)。1l2lfllK211第30頁/共54頁31KKK tantan112pKFF02IKFf0302342IKIKllFtan0KpI 而432lFlFf式中， 、 分別為F2及電磁反饋力 離支點O2的距離。將式（3-18）代入式（3-17），得（3-18）（3-17）（3-19）（3-16）聯(lián)立式（3-16）與（3-19），得（3-20）式

17、中， 為轉(zhuǎn)換比例系數(shù)。3l4lfF第31頁/共54頁是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。 一、智能變送器的特點性能穩(wěn)定,可靠性好,測量精度高,基本誤差僅為0.1%。量程范圍可達1001 ,時間常數(shù)可在036s內(nèi)調(diào)整,有較寬的零點遷移范圍。具有溫度、靜壓的自動補償功能,在檢測溫度時,可對非線性進行自動校正。具有數(shù)字、模擬兩種輸出方式,能夠?qū)崿F(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊,可以與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡和上位計算機相連?？梢赃M行遠程通訊,通過現(xiàn)場通訊器,使變送器具有自修正、自補償、自診斷及錯誤方式告警等多種功能,簡化了調(diào)整、校準與維護過程,使維護和使用都十分方便。 第32頁/共54頁 二、智

18、能變送器的結(jié)構(gòu)原理從整體上整體上來看,由硬件和軟件兩大部分組成。 從電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)上來看,包括傳感器部件和電子部件兩部分。 圖2-9 3051C型智能差壓變送器（420mA）方框圖第33頁/共54頁所用的手持通信器為275型，帶有鍵盤及液晶顯示器?？梢越釉诂F(xiàn)場變送器的信號端子上，就地設(shè)定或檢測，也可以在遠離現(xiàn)場的控制室中，接在某個變送器的信號線上進行遠程設(shè)定及檢測。 實現(xiàn)的功能圖2-10 手持通信器的連接示意圖（1）組態(tài)（2）測量范圍的變更（3）變送器的校準（4）自診斷第34頁/共54頁 要對智能型差壓變送器每五年校驗一次，智能型差壓變送器與手持通信器結(jié)合使用，可遠離生產(chǎn)現(xiàn)場，尤其是危險或不

19、易到達的地方，給變送器的運行和維護帶來了極大的方便。 第35頁/共54頁第36頁/共54頁第37頁/共54頁30.60.84AMPa10.41.23AMPa第38頁/共54頁第39頁/共54頁第40頁/共54頁第41頁/共54頁(a)(b)(c)(d)112233第42頁/共54頁(e)4(f)蒸汽(g)5第43頁/共54頁第44頁/共54頁4545(a)液體4545(b)氣體4545(c)蒸汽第45頁/共54頁引壓管內(nèi)徑與引壓管長度引壓管內(nèi)徑 引壓管 mm 長度 m被測介質(zhì)1.61.64.54.59水、水蒸氣、干氣體791013濕氣體131313低中粘度油品131925臟液體252533第4

20、6頁/共54頁+11223311445516655777(a) (b) (c)1取壓口取壓口 2放空閥放空閥 3貯氣罐貯氣罐 4貯液罐貯液罐5排放閥排放閥 6凝液罐凝液罐 7差壓變送器差壓變送器第47頁/共54頁 +2131、2切斷閥 3平衡閥第48頁/共54頁 壓力表的校驗就是將被校壓力表和標準壓力表通以相同壓力，比較它們的指示值，如果被校儀表對于標準表的讀數(shù)誤差，不大于被校儀表的規(guī)定誤差，則認為被校儀表合格。(1)壓力表校驗的目的 檢查壓力測量儀表使用一段時間后，其精度和變差是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。(2)校驗周期：36個月，腐蝕性大的三個月。第49頁/共54頁(3)校驗壓力表的儀器活塞式壓力計 1）結(jié)構(gòu) 2）原理圖28 活塞式壓力計1測量活塞；2砝碼；3活塞柱；4螺旋壓力發(fā)生器；5工作液；6壓力表；7手輪；8絲桿；9工作活塞；10油杯；11進油閥；a、b、c切斷閥；d進油閥gmmPA)(0式中：式中：A A活塞的截面積；活塞的截面積； m0m0托盤質(zhì)量；托盤質(zhì)量； m m 砝碼質(zhì)量砝碼質(zhì)量)(10wwAP第50頁/共54頁maxmax31校標MPa15. 010%5 . 1max校M