化工儀表及自動化第3章概述、壓力檢測儀表課件

1、化工儀表及自動化第三章 檢測儀表與傳感器 內(nèi)容提要概述測量過程與測量誤差儀表的性能指標(biāo)工業(yè)儀表的分類壓力檢測及儀表壓力單位及測壓儀表彈性式壓力計電氣式壓力計智能型壓力變送器壓力計的選用及安裝2內(nèi)容提要流量檢測及儀表概述差壓式流量計轉(zhuǎn)子流量計橢圓齒輪流量計渦輪流量計電磁流量計漩渦流量計質(zhì)量流量計3內(nèi)容提要一體化溫度變送器智能式溫度變送器測溫元件的安裝現(xiàn)代檢測技術(shù)與傳感器的發(fā)展軟測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展5第一節(jié) 概述 用來檢測這些參數(shù)的技術(shù)工具稱為檢測儀表。檢測儀表組成： 檢測環(huán)節(jié):是檢出元件或傳感器，直接感受被測變量，并將它變換成適于 測量的信號形式。 轉(zhuǎn)換放大環(huán)節(jié):對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放

2、大等處理，并傳送給顯示部分進(jìn)行 指示或記錄。 顯示部分:就地指示型儀表、單元組合型儀表、數(shù)字式顯示儀表 用來將這些參數(shù)轉(zhuǎn)換為一定的便于傳送的信號的儀表通常稱為傳感器。 當(dāng)傳感器的輸出為單元組合儀表中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號時，通常稱為變送器。6第一節(jié) 概述一、測量過程與測量誤差 1.測量過程在實質(zhì)上都是將被測參數(shù)與其相應(yīng)的測量單位進(jìn)行比較的過程，而測量儀表就是實現(xiàn)這種比較的工具。 2.檢測系統(tǒng)的組成 7第一節(jié) 概述3.一個完整的檢測系統(tǒng)應(yīng)該包括： 1.信息的獲取 2.信號的放大、轉(zhuǎn)換與傳輸 3.信號的顯示與記錄 4.信號的處理與分析被測參數(shù)敏感元件信號變換信號傳輸信號測量顯示記錄控制8第一節(jié) 概述(1)

3、系統(tǒng)誤差 -在同一測量條件下，對同一被測參數(shù)進(jìn)行多次重復(fù)測量時，誤差的大小和符號保持不變或按一定規(guī)律變化特點：有一定規(guī)律的，一般可通過實驗或分析的 方法找出其規(guī)律和影響因素，引入相應(yīng)的 校正補(bǔ)償措施，便可以消除或大大減小。誤差產(chǎn)生的原因：系統(tǒng)誤差主要是由于檢測儀表 本身的不完善、檢測中使用儀表的方法不 正確以及測量者固有的不良習(xí)慣等引起的。10第一節(jié) 概述(3)隨機(jī)誤差 -在相同條件下多次重復(fù)測量同一量時，誤差的大小、符號均為無規(guī)律變化，又稱偶然誤差。 特點：變化難以預(yù)測，無法修正 誤差產(chǎn)生的原因：隨機(jī)誤差主要是由于測量過程中某種尚未認(rèn)識的或無法控制的各種隨機(jī)因素（如空氣擾動、噪聲擾動、電磁場

4、等）所引起的綜合結(jié)果。12二、測量方法按測量和被測量的差值大小非零法：彈簧壓力表零位法：天平微差法：測量壓力的U形管接觸法、非接觸法接觸式非接觸式靜態(tài)和動態(tài)靜態(tài)：被測對象處于穩(wěn)定狀態(tài)下的測量動態(tài)：被測對象處于不穩(wěn)定狀態(tài)下的測量第一節(jié) 概述14點測量和場測量點參數(shù)測量：測量某點的被測量場參數(shù)測量：測量多點的被測量直接測量和間接測量直接測量：無需對被測量與其它實測的量進(jìn)行函數(shù)關(guān)系的輔助計算而直接得到的被測量的值間接測量：直接測量的量與被測量之間有已知函數(shù)關(guān)系，而得到的被測量的值。第一節(jié) 概述15第一節(jié) 概述三、檢測儀表的基本技術(shù)性能指標(biāo)真值：是一個變量本身所具有的真實值，它是一個理想的概念，一般是

5、無法得到的。所以在計算誤差時，一般用約定真值或相對真值來代替。約定真值：是一個接近真值的值，它與真值之差可忽略不計。實際測量中以在沒有系統(tǒng)誤差的情況下，足夠多次的測量之平均值做為約定真值。相對真值：是指當(dāng)高一級標(biāo)準(zhǔn)器的誤差僅為低一級的1/31/20時，可認(rèn)為高一級的標(biāo)準(zhǔn)器或儀表值為低一級的相對真值。16第一節(jié) 概述三、檢測儀表的基本技術(shù)性能指標(biāo)1.絕對誤差 絕對誤差指儀表指示值與被測參數(shù)真值之間的差值，即 i儀表指示值 t 被測量的真值由于真值無法得到 0標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)值，約定真值 x-被校表的讀數(shù)值， A B0-1000-10001思考17第一節(jié) 概述2 .相對誤差：絕對誤差與被測量真值之比；

6、實際相對誤差：絕對誤差與被測量真值之比；示值相對誤差：絕對誤差與儀表指示值之比；18第一節(jié) 概述 儀表的允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對百分誤差去掉“”號及“”號，便可以用來確定儀表的精確度等級。 目前常用的精確度等級有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。小結(jié)20第一節(jié) 概述舉例例1某臺測溫儀表的測溫范圍為200700，校驗該表時得到的最大絕對誤差為4，試確定該儀表的精度等級。 解 該儀表的相對百分誤差為 如果將該儀表的去掉“”號與“”號，其數(shù)值為0.8。由于國家規(guī)定的精度等級中

7、沒有0.8級儀表，同時，該儀表的誤差超過了0.5級儀表所允許的最大誤差，所以，這臺測溫儀表的精度等級為1.0級。 21第一節(jié) 概述儀表的精度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。 精度等級數(shù)值越小，就表征該儀表的精確度等級越高，也說明該儀表的精確度越高。0.05級以上的儀表，常用來作為標(biāo)準(zhǔn)表；工業(yè)現(xiàn)場用的測量儀表，其精度大多在0.5以下。 儀表的精度等級一般可用不同的符號形式標(biāo)志在儀表面板上。舉例1.51.0如：23第一節(jié) 概述 根據(jù)儀表校驗數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級和根據(jù)工藝要求來選擇儀表精度等級，情況是不一樣的。根據(jù)儀表校驗數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級時，儀表的允許誤差應(yīng)該大于（至少等于）儀表校驗所

8、得的相對百分誤差；根據(jù)工藝要求來選擇儀表精度等級時，儀表的允許誤差應(yīng)該小于（至多等于）工藝上所允許的最大相對百分誤差。 小結(jié)24第一節(jié) 概述5.靈敏度與靈敏限 儀表的靈敏度是指儀表指針的線位移或角位移，與引起這個位移的被測參數(shù)變化量的比值。即 式中，S為儀表的靈敏度；為指針的線位移或角位移；x為引起所需的被測參數(shù)變化量。 儀表的靈敏限是指能引起儀表指針發(fā)生動作的被測參數(shù)的最小變化量。通常儀表靈敏限的數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許絕對誤差的一半。 注意：上述指標(biāo)僅適用于指針式儀表。在數(shù)字式儀表中，往往用分辨力表示。 26第一節(jié) 概述6.分辨率 對于數(shù)字式儀表，分辨力是指數(shù)字顯示器的最末位數(shù)字間隔所代表的被

9、測參數(shù)變化量。 不同量程的分辨力是不同的，相應(yīng)于最低量程的分辨力稱為該表的最高分辨力，也叫靈敏度。通常以最高分辨力作為數(shù)字電壓表的分辨力指標(biāo)。分辨率與儀表的有效數(shù)字位數(shù)有關(guān)。27第一節(jié) 概述7.線性度 線性度是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實際校準(zhǔn)曲線與理論直線的吻合程度。通?？偸窍Ｍ麥y量儀表的輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。 圖3-2 線性度示意圖 式中，f為線性度（又稱非線性誤差）；fmax為校準(zhǔn)曲線對于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計算）。 28第一節(jié) 概述四、工業(yè)儀表的分類1. 按儀表使用的能源分類氣動儀表、電動儀表、液動儀表 以電為能源，信號之間聯(lián)系比較方便，適宜于遠(yuǎn)距離傳送和集

10、中控制；便于與計算機(jī)聯(lián)用；現(xiàn)在電動儀表可以做到防火、防爆，更有利于電動儀表的安全使用。 一般結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；易受溫度、濕度、電磁場、放射性等環(huán)境影響。 優(yōu)點缺點常用30第一節(jié) 概述2. 按信息的獲得、傳遞、反映和處理的過程分類 檢測儀表 作用是獲取信息，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換。 顯示儀表 作用是將由檢測儀表獲得的信息顯示出來。 集中控制裝置 包括各種巡回檢測儀、巡回控制儀等?？刂苾x表 可以根據(jù)需要對輸入信號進(jìn)行各種運算。 執(zhí)行器 可以接受控制儀表的輸出信號或直接來自操作員的指令，對生產(chǎn)過程進(jìn)行操作或控制。 31第一節(jié) 概述圖3-3 各類儀表的作用32第一節(jié) 概述3. 按儀表的組成形式分類 基地式儀表特點

11、是將測量、顯示、控制等各部分集中組裝在一個表殼里，形成一個整體。這種儀表比較適于在現(xiàn)場做就地檢測和控制，但不能實現(xiàn)多種參數(shù)的集中顯示與控制。這在一定程度上限制了基地式儀表的應(yīng)用范圍。 分為基地式儀表和單元組合儀表 33第一節(jié) 概述 化工生產(chǎn)中的單元組合儀表有電動單元組合儀表和氣動單元組合儀表兩種。國產(chǎn)的電動單元組合儀表簡稱DDZ儀表；氣動單元組合儀表簡稱QDZ儀表。注意 單元組合儀表是將對參數(shù)的測量及其變送、顯示、控制等各部分，分別制成能獨立工作的單元儀表（簡稱單元，例如變送單元、顯示單元、控制單元等）。這些單元之間以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號互相聯(lián)系，可以根據(jù)不同要求，方便地將各單元任意組合成各種控制系

12、統(tǒng)，適用性和靈活性都很好。 34第二節(jié) 壓力檢測及儀表一、壓力單位及測量儀表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） 為了使大家了解國際單位制中的壓力單位（Pa或MPa）與過去的單位之間的關(guān)系，下面給出幾種單位之間的換算關(guān)系表。 35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111061.019710-59.86910-67.50110-31.019710-41.45010-4110-5兆帕1106110.1979.8697.5011031.0

13、1971021.45010210工程大氣壓9.8071049.80710-210.9678735.610.0014.220.9807物理大氣壓1.01331050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.33321021.333210-41.359510-31.315810-310.01361.93410-21.333210-3水柱9.8061039.80610-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅/英寸2）6.8951036.89510-30.070310.0680551.710.703110.06895巴11050.11.019

14、70.9869750.110.19714.501表3-1 各種壓力單位換算表36第二節(jié) 壓力檢測及儀表p表P真P絕P絕大氣壓力線絕對壓力的零線在壓力測量中，常有表壓、絕對壓力、負(fù)壓或真空度之分。 當(dāng)被測壓力低于大氣壓力時，一般用負(fù)壓或真空度來表示。圖3-4絕對壓力、表壓、負(fù)壓（真空度）的關(guān)系37第二節(jié) 壓力檢測及儀表測量壓力或真空度的儀表按照其轉(zhuǎn)換原理的不同，分為四類。1.液柱式壓力計 它根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測量。 按其結(jié)構(gòu)形式的不同 有U形管壓力計、單管壓力計等 優(yōu)點這類壓力計結(jié)構(gòu)簡單、使用方便 缺點 其精度受工作液的毛細(xì)管作用、密度及視差等因素的影響，測量范圍較

15、窄，一般用來測量較低壓力、真空度或壓力差。 38第二節(jié) 壓力檢測及儀表測量原理：P=hg 所以 h=P/ g39第二節(jié) 壓力檢測及儀表2.彈性式壓力計 它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測量的。 3.電氣式壓力計 它是通過機(jī)械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）來進(jìn)行測量的儀表。 40第二節(jié) 壓力檢測及儀表4.活塞式壓力計 它是根據(jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來進(jìn)行測量的。 優(yōu)點測量精度很高，允許誤差可小到0.05%0.02%。常用作標(biāo)準(zhǔn)儀表，檢驗其它壓力計缺點結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較貴。 41第二節(jié) 壓力檢測及儀表一般壓力表袖珍數(shù)字壓

16、力計 42第二節(jié) 壓力檢測及儀表耐高溫壓力表彈簧管壓力計43第二節(jié) 壓力檢測及儀表壓力計的組成 壓力計一般由三個部分組成:(1)感壓部分: 接受要測的壓力并把被測壓力變換成位移或;感壓部分元件有:U形管,單管,斜管,波紋管,膜片,膜盒等(2)傳送部分:把來自感壓部分的位移或者力的信號通過放大或者變換成統(tǒng)一的電信號或空氣壓信號傳送到指示部分;傳送部分有:直接傳動式傳送部分,電動變送式傳送部分等(3)指示部分:接收來自傳送部分的信號并指示,記錄被測壓力。指示部分有: 現(xiàn)場顯示型壓力計,遠(yuǎn)距離顯示型壓力顯示部分。44第二節(jié) 壓力檢測及儀表二、彈性式壓力計定義 彈性式壓力計是利用各種形式的彈性元件，在

17、被測介質(zhì)壓力的作用下，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。 優(yōu)點 具有結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價格低廉、測量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點。 可用來測量幾百帕到數(shù)千兆帕范圍內(nèi)的壓力。 45第二節(jié) 壓力檢測及儀表1.彈性元件 彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。當(dāng)測壓范圍不同時，所用的彈性元件也不一樣。 圖3-5 彈性元件示意圖 彈簧管式彈性元件如圖(a)和(b)所示，波紋管式彈性元件如圖(e)所示，薄膜式彈性元件如圖(c)和(d)所示。46第二節(jié) 壓力檢測及儀表2.彈簧管壓力表 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

18、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47第二節(jié) 壓力檢測及儀表基本測量原理 單圈彈簧管是一根彎成270圓弧的橢圓截面的空心金屬管子。管子的自由端B封閉，另一端固定在接頭上。當(dāng)通入被測的壓力p后，由于橢圓形截面在壓力p的作用下，將趨于圓形，而彎成圓弧形的彈簧管也隨之產(chǎn)生擴(kuò)張變形。同時，使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移。輸入壓力p越大，產(chǎn)生的變形也越大。由于輸入壓力與彈簧管自由端B的位移成正比，所以只要測得B點的位移量，就能反映壓力p的大小。 注意：彈簧管自由端B的位移量一般很小，直接顯示有

19、困難，所以必須通過放大機(jī)構(gòu)才能指示出來。 48第二節(jié) 壓力檢測及儀表 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(dāng)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(yīng)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。 警惕！49第二節(jié) 壓力檢測及儀表圖3-7 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2，表盤上另有兩根可調(diào)節(jié)指針，上面分別有靜觸點1和4。當(dāng)壓力超過上限給定數(shù)值時，2和4接觸，紅色

20、信號燈5的電路被接通，紅燈發(fā)亮。若壓力低到下限給定數(shù)值時，2與1接觸，接通了綠色信號燈3的電路。1、4的位置可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。 50波紋管壓力外圓沿軸向有深槽形波紋狀縐摺, 并沿軸向能夠伸縮.因為耐壓強(qiáng)度有限.所以多用作低壓壓力的感壓原件。波紋管的壽命是使波紋管在一定的循環(huán)壓力作用下,循環(huán)伸縮,用直到破壞的循環(huán)次數(shù)表示波紋管的壽命。第二節(jié) 壓力檢測及儀表3.波紋管壓力計51雙波紋管壓差計第二節(jié) 壓力檢測及儀表524.膜片壓力計膜片壓力計有兩類:一類是利用膜片彈性制成的彈性膜片壓力計另一類是用膜片把被測流體和壓力計的其它部分分隔,即所謂非彈性膜片壓力計。彈性壓力計構(gòu)造不太復(fù)雜,無須特殊管理.但

21、應(yīng)經(jīng)常接受檢定計量法對其修理有嚴(yán)格的限制,不受限制的修理項目,只有更換表蒙玻璃一項,其它修理工作,必須由專門的修理工或是計量管理部門指定的工廠承擔(dān)。第二節(jié) 壓力檢測及儀表53第二節(jié) 壓力檢測及儀表三、電氣式壓力計定義電氣式壓力計是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。 優(yōu)點1. 該儀表的測量范圍較廣，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(yuǎn)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(jī)聯(lián)用。 54第二節(jié) 壓力檢測及儀表 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

22、、微處理機(jī)等。 圖3-8 電氣式壓力計組成方框圖組成電氣式壓力計通常兩部分組成：一次儀表（壓力探頭）：將壓力轉(zhuǎn)換為微弱電參數(shù)；二次儀表：將微弱電參數(shù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號。55第二節(jié) 壓力檢測及儀表變送器的輸出值計算通式：56電氣式壓力計一次探頭常用電參數(shù)有：電阻、電感、電容、電壓等。常見壓力變換器（壓力探頭）有：應(yīng)變式壓力變換器；壓電電阻式壓力變換器；電感式壓力變換器；電容式壓力變換器；霍爾片式壓力變換器。第二節(jié) 壓力檢測及儀表571.電阻應(yīng)變式壓力計一次探頭電線的電阻為：R=L/S當(dāng)電線受到拉（應(yīng)）力作用時，L變大，S變小，R變大。當(dāng)粘一組串聯(lián)平行細(xì)導(dǎo)線（電阻應(yīng)變片）的金屬（彈性元件）因壓力變化

23、而發(fā)生微小變形（應(yīng)變）時，細(xì)導(dǎo)線的電阻隨之發(fā)生變化。從而，將壓力參數(shù)轉(zhuǎn)化為電阻參數(shù)。壓力變化彈性變形電阻變化第二節(jié) 壓力檢測及儀表58第二節(jié) 壓力檢測及儀表2.電感式壓力計一次探頭磁路的磁阻與鐵芯的間隙相關(guān)。所以，當(dāng)銜鐵或鐵芯的位置發(fā)生變化時，其電感也隨之發(fā)生變化。從而，可以將位移量轉(zhuǎn)化為電感量。59第二節(jié) 壓力檢測及儀表3.電容式壓力計一次探頭電容器的電容量：C=S/d當(dāng)S或d發(fā)生變化時，電容量發(fā)生變化。60第二節(jié) 壓力檢測及儀表4.霍爾式壓力計一次探頭霍爾半導(dǎo)體在垂直電流和磁場的作用下，會產(chǎn)生側(cè)向電壓：UH=RHBINS61第二節(jié) 壓力檢測及儀表5.電氣壓力計前置放大器傳感元件的參量變化通

24、常是非常微弱的，不能進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送，需要進(jìn)行初步放大。電阻和電容傳感器一般采用電橋放大，以電壓方式輸出；電感式傳感器一般采用振蕩電路放大，以頻率方式輸出；電壓傳感器一般采用直流放大器，以電壓或電流方式輸出。62第二節(jié) 壓力檢測及儀表6.電氣壓力計前置放大器63第二節(jié) 壓力檢測及儀表電氣壓力計二次儀表作用：將傳感器信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)通訊信號。DDZ 型儀表標(biāo)準(zhǔn)通訊信號為：420mA。智能型壓力傳感器在二次儀表中另外附加一些功能，如：模/數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)通訊，工程單位轉(zhuǎn)換，信號（變化）阻尼，故障診斷等。64第二節(jié) 壓力檢測及儀表變送器的概念 變送器(傳感器)這一詞是指將被測的某一物理量按照一定轉(zhuǎn)換規(guī)律轉(zhuǎn)換

25、成另一種已知的物理量的一種轉(zhuǎn)換裝置。它是一個用于檢測控制變量(信息)的器件, 它具有檢測,轉(zhuǎn)換,傳輸信息的功能。近來把傳感器直接定義為:能感知,并檢測出被測對象之信息的機(jī)器。也就是說,傳感器能夠代替人的五官(視、聽、嗅、味、觸) 來完成某些功能的機(jī)器。同時,即使人的五官不能感知的現(xiàn)象(例如紅外線、電磁波、超聲波等)也能感知。65第二節(jié) 壓力檢測及儀表常見壓力傳感器外形 工業(yè)壓力變送器數(shù)字壓力變送器通用壓力變送器隔離壓力變送器高溫壓力變送器隔離壓差變送器隔離液位變送器微壓變送器電容壓力變送器隔膜壓力變送器絕壓變送器雙膜壓差變送器微型探針壓力計暖風(fēng)空調(diào)壓力計濕式壓力變送器本安壓力變送器OEM血壓計

26、OEM壓力芯片66第二節(jié) 壓力檢測及儀表幾種常見的傳感器或變送器：1.霍爾片式壓力傳感器 霍爾片式壓力傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)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(yīng) 霍爾電勢可用下式表示 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(yīng)強(qiáng)度；I為控制電流的大小。 67第二節(jié) 壓力檢測及儀表注意 霍爾電勢與磁感應(yīng)強(qiáng)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(dǎo)體也有霍爾效應(yīng)，不過它們的霍爾電勢遠(yuǎn)比半導(dǎo)體的

27、霍爾電勢小得多。 68第二節(jié) 壓力檢測及儀表 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(dāng)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(yuǎn)距離顯示和自動控制。69第二節(jié) 壓力檢測及儀表 應(yīng)變片式壓力傳感器利用電阻應(yīng)變原理構(gòu)成。電阻應(yīng)變片有金屬和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類，被測壓力使應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生壓縮（拉伸）應(yīng)變時，其阻值減?。ㄔ黾樱?，再通過橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級電勢輸出，并用毫伏計或其他

28、記錄儀表顯示出被測壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計。 圖3-11 應(yīng)變片壓力傳感器示意圖1應(yīng)變筒；2外殼；3密封膜片2.應(yīng)變片壓力傳感器 70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，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

29、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，彈性筒軸向受壓，使應(yīng)變片r1產(chǎn)生軸向應(yīng)變，阻值變??；而應(yīng)變片r2受到軸向壓縮，引起徑向拉伸，阻值變大。實際上，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。第二節(jié) 壓力檢測及儀表71第二節(jié) 壓力檢測及儀表是應(yīng)變片阻值變化量的測量電橋，圖中R3和R4是兩個阻值相等的精密固定電阻。UiEr1r2R3R4AB(b)測量電橋不受壓時 r1= r2=r0 R3=R4=r 若應(yīng)變片受壓，則：r1= r0+r1；r2= r0+r2 (r1r2)由此可見，由壓力作用時，r1和r2一減一增，使電橋有較大的輸出；當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變

30、化時，r1、r2同時增減，不影響電橋的平衡。如果儀表能把電橋輸出電壓Ui進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，則該儀表即可稱為應(yīng)變式壓力變送器。 結(jié)論：應(yīng)變片式壓檢測儀表具有較大的測量范圍，被測壓力可達(dá)幾百MPa，并具有良好的動態(tài)性能，適用于快速變化的壓力測量。但是，盡管測量電橋具有一定的溫度補(bǔ)償?shù)淖饔?，?yīng)變片式壓力檢測儀表仍有比較明顯的溫漂和時漂，因此，這種壓力檢測儀表較多地用于一般要求的動態(tài)壓力檢測，測量精度一般在0.51.0左右。 72第二節(jié) 壓力檢測及儀表3.壓阻式壓力傳感器 壓阻式壓力傳感器利用單晶硅的壓阻效應(yīng)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

31、擴(kuò)散一組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。 當(dāng)壓力發(fā)生變化時，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)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(yīng)的電壓輸出信號。 工作原理73第二節(jié) 壓力檢測及儀表圖3-12 壓阻式壓力傳感器1基座；2單晶硅片；3導(dǎo)環(huán)；4螺母；5密封墊圈；6等效電阻特點 精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)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)。 74第二節(jié) 壓力檢測及儀表4.力矩平衡式壓力變送器 力矩平衡式壓力變送器是一種典型的自平衡檢測儀表，它利用負(fù)反饋的工作原理克服元件

32、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。 75舉例以DDZ-型電動力矩平衡壓力變送器為例 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(jī)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。 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。 （3-13）第二節(jié) 壓力檢測及儀表76第二節(jié)

33、壓力檢測及儀表 該變送器是按力矩平衡原理工作的。根據(jù)主、副杠桿的平衡條件可以推導(dǎo)出被測壓力p與輸出信號I0的關(guān)系。 當(dāng)主杠桿平衡時，應(yīng)有 （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)。77第二節(jié) 壓力檢測及儀表而式中， 、 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）式中， 為轉(zhuǎn)換比例系數(shù)。78第二節(jié) 壓力檢測及儀表5.電容式壓力變送器 電容式壓力變送器是一種開環(huán)檢測儀表，具有結(jié)構(gòu)

34、簡單、過載能力強(qiáng)、可靠性好、測量精度高等優(yōu)點，其輸出信號是標(biāo)準(zhǔn)的420mA（DC）電流信號。 工作原理圖3-14 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，然后進(jìn)行測量。 79第二節(jié) 壓力檢測及儀表 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，測量膜片將平滑地貼靠在玻璃凹球面上，因此不易損壞，過載后的恢復(fù)特性很好，這樣大大提高了過載承受能力。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。 小結(jié)80第二節(jié) 壓力檢測及儀

35、表四、智能型壓力變送器 智能型壓力或差壓變送器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。 可進(jìn)行遠(yuǎn)程通信 利用手持通信器，可對現(xiàn)場變送器進(jìn)行各種運行參數(shù)的選擇和標(biāo)定；其精確度高，使用與維護(hù)方便。 特點81第二節(jié) 壓力檢測及儀表舉例以美國費希爾-羅斯蒙特公司的3051C型智能差壓變送器為例介紹其工作原理。圖3-15 3051C型智能差壓變送器（420mA）方框圖82第二節(jié) 壓力檢測及儀表圖3-16 手持通信器的連接示意圖 3051C型智能差壓變送器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(yuǎn)離現(xiàn)場的控制室

36、中，接在某個變送器的信號線上進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定及檢測。 實現(xiàn)的功能（1）組態(tài)（2）測量范圍的變更（3）變送器的校準(zhǔn)（4）自診斷83第二節(jié) 壓力檢測及儀表 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(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場，尤其是危險或不易到達(dá)的地方，給變送器的運行和維護(hù)帶來了極大的方便。 注意84第二節(jié) 壓力檢測及儀表五、壓力計的選用及安裝1.壓力計的選用 壓力計的選用應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對壓力測量的要求，結(jié)合其他各方面的情況，加以全面的考慮和具體的分析， 一般考慮以下幾個問題。 儀表類型的選用 儀表精度級的選取 儀表測量范圍的確定85量程 儀表的量程是指該儀表可按規(guī)定的精確度對

37、被測量進(jìn)行測量的范圍關(guān)鍵：根據(jù)操作中需要測量的參數(shù)的大小來確定。同時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 儀表的量程等級：1、1.6、2.5、4.0、6.0kPa以及它們10n倍。 在選用儀表量程時，應(yīng)采用相應(yīng)規(guī)程或者標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)值。 這只是一個一般經(jīng)驗要求，不是絕對的！第二節(jié) 壓力檢測及儀表86儀表精度 根

38、據(jù)生產(chǎn)允許的最大誤差來確定，即要求實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。在選擇時應(yīng)堅持節(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儀表。 例：有一壓力容器在正常工作時壓力范圍為0.40.6MPa，要求使用彈簧管壓力表進(jìn)行檢測，并使測量誤差不大于被測壓力的4，試選擇合適的量程和精度等級。 解： 由題意可知，被測對象的壓力比較穩(wěn)定，設(shè)儀表量程為 0AMPa ，則 根據(jù)儀表的量程系列，可選用量程范圍為01.0MPa的彈簧管壓力表。 由題意，被測壓力的允許最大絕對誤差為：max=0.4*4%=0.016 MPa這就要求所選儀表的最大相對百分誤差為： 0.016/（1-

39、0）*100%=1.6%按照儀表的精度等級，可選擇15級的壓力表。 第二節(jié) 壓力檢測及儀表根據(jù)工作壓力的要求： 87儀表類型正確選用儀表類型是保證儀表正常工作及安全生產(chǎn)的前提。主要應(yīng)考慮以下幾個方面:儀表的材料 壓力檢測(檢測儀表)的特點是壓力敏感元件往往要與被測介質(zhì)直接接觸，因此在選擇儀表材料的時候要綜合考慮儀表的工作條件。輸出信號類型只需觀察壓力變化的，可選如彈簧管壓力表、液柱式壓力計那樣的直接指示型的儀表；如需將壓力信號遠(yuǎn)傳到控制室或其他電動儀表，則可選用電氣式壓力檢測儀表或其他具有電信號輸出的儀表；如果要檢測快速變化的壓力信號，則可選用電氣式壓力檢測儀表，如壓阻式壓力傳感器；如果控制系

40、統(tǒng)要求能進(jìn)行數(shù)字量通信，則可選用智能式壓力檢測儀表。 例如：對腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)應(yīng)使用像不銹鋼之類的彈性元件或敏感元件； 氨用壓力表則要求儀表的材料不允許采用銅或銅合金，因為氨氣對銅的腐蝕性極強(qiáng)； 又如氧用壓力表在結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上可以與普通壓力表完全相同，但要禁油，因為油進(jìn)入氧氣系統(tǒng)極易引起爆炸。 使用環(huán)境對爆炸性較強(qiáng)的環(huán)境，在使用電氣壓力儀表時，應(yīng)選擇防爆型壓力儀表；對于溫度特別高或特別低的環(huán)境，應(yīng)選擇溫度系數(shù)小的敏感元件以及其他變換元件。 上述選型原則也適用于差壓、流量、液位等其它檢測儀表的選型第二節(jié) 壓力檢測及儀表88第二節(jié) 壓力檢測及儀表舉例 例3 某臺往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力范圍為2528M

41、Pa，測量誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察，并能高低限報警，試正確選用一臺壓力表，指出型號、精度與測量范圍。 解由于往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力脈動較大，所以選擇儀表的上限值為 根據(jù)就地觀察及能進(jìn)行高低限報警的要求，由本章附錄一，可查得選用YX-150型電接點壓力表，測量范圍為060MPa。 89第二節(jié) 壓力檢測及儀表 由于 ，故被測壓力的最小值不低于滿量程的 1/3，這是允許的。另外，根據(jù)測量誤差的要求，可算得允許誤差為 所以，精度等級為1.5級的儀表完全可以滿足誤差要求。至此，可以確定，選擇的壓力表為YX-150型電接點壓力表，測量范圍為060MPa，精度等級為1.5級。 90分三種情況

42、介紹：一般壓力檢測儀表的安裝特殊壓力檢測儀表的安裝（高溫、高壓、腐蝕等）壓力變送器的安裝 （流量檢測這節(jié)內(nèi)容中介紹）2.壓力計的安裝 第二節(jié) 壓力檢測及儀表91一般壓力測量儀表的安裝 無論選用何種壓力儀表和采用何種安裝方式，在安裝過程中都應(yīng)注意以下幾點：壓力儀表必須經(jīng)檢驗合格后才能安裝壓力儀表的連接處，應(yīng)根據(jù)被測壓力的高低和被測介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧献鳛槊芊鈮|圈，以防泄漏壓力儀表盡可能安裝在室溫，相對濕度小于80，振動小，灰塵少，沒有腐蝕性物質(zhì)的地方，對于電氣式壓力儀表應(yīng)盡可能避免受到電磁干擾第二節(jié) 壓力檢測及儀表92壓力儀表應(yīng)垂直安裝。一般情況下，安裝高度應(yīng)與人的視線齊平，對于高壓壓力儀表，其安裝高度應(yīng)高于一般人的頭部測量液體或蒸汽介質(zhì)壓力時，應(yīng)避免液柱產(chǎn)生的誤差，壓力儀表應(yīng)安裝在與取壓口同一水平的位置上，否則必須對壓力儀表的示值進(jìn)行修正導(dǎo)壓管的粗細(xì)合適，一般為610mm，長度盡可能短，否則會引起測量遲緩壓力儀表與取壓口之間應(yīng)安裝切斷閥，以便維修第二節(jié) 壓力檢測及儀表93測量特殊介質(zhì)時的壓力測量儀表安裝測量高溫（60以上）流體介質(zhì)的壓力