壓力檢測(cè)儀表

3.檢測(cè)儀表第3節(jié)壓力檢測(cè)儀表

1基本要求了解壓力檢測(cè)的重要意義明確壓力的基本概念及表示方法掌握四類(lèi)壓力傳感器的測(cè)量方法和原理掌握壓力儀表的量程選擇、精度等級(jí)選擇及類(lèi)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(jiǎn)稱(chēng)帕（Pa）3.3.1概述(1)壓力的定義3

約定毫米汞柱符號(hào)：mmHg

榜力每平方英寸符號(hào)：1bf/in2

約定毫米水柱符號(hào)：mmH2O

巴、托符號(hào)：bar、Torr非法定壓力計(jì)量單位工程大氣壓符號(hào)：at標(biāo)準(zhǔn)大氣壓即物理大氣壓

符號(hào)：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(duì)壓力表壓力或相對(duì)壓力

真空度或負(fù)壓差壓6絕對(duì)壓力

指作用于物體表面積上的全部壓力，其零點(diǎn)以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)，又稱(chēng)總壓力或全壓力，一般用符號(hào)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(cè)壓儀表一般指示的壓力都是表壓力，表壓力又稱(chēng)相對(duì)壓力。

真空度：當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，則表壓力為負(fù)壓，負(fù)壓的絕對(duì)值稱(chēng)為真空度。一般用ph表示。8差壓任意兩個(gè)壓力之差稱(chēng)為差壓。如靜壓式液位計(jì)就是利用測(cè)量差壓的大小來(lái)確定液位的大小。注意工程技術(shù)上所說(shuō)的壓力一般指表壓力p（相對(duì)壓力）。當(dāng)p為負(fù)值的情況下就是真空度。9（3）壓力檢測(cè)的主要方法及壓力檢測(cè)儀表的分類(lèi)液體壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)電遠(yuǎn)傳式壓力儀表物性型壓力傳感器103.3.2液體壓力計(jì)

根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測(cè)量。（1）按其結(jié)構(gòu)形式的不同分三類(lèi)：

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(cè)壓原理12單管壓力計(jì)如果在結(jié)構(gòu)上把U型管壓力計(jì)中的一只管換成大直徑的杯，即可構(gòu)成單管壓力計(jì)。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(jì)14液柱式測(cè)壓原理的缺點(diǎn)量程受到液體密度的限制不適合測(cè)量劇烈變動(dòng)的壓力對(duì)安裝位置和姿勢(shì)有要求15（2）液體壓力計(jì)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(cè)量結(jié)果的因素：①充液密度的影響②標(biāo)尺刻度誤差③毛細(xì)管的吸附作用④使用的地點(diǎn)及環(huán)境溫度影響等16（3）液體壓力計(jì)使用時(shí)須注意以下問(wèn)題：壓力計(jì)工作時(shí)，如實(shí)際工作溫度和當(dāng)?shù)刂亓铀俣绕x儀表設(shè)計(jì)值，應(yīng)對(duì)儀表讀數(shù)進(jìn)行修正正確選擇充液介質(zhì)①測(cè)低壓充低密度介質(zhì)（可使h大）②測(cè)高壓充高密度介質(zhì)（否則冒頂）③要避免充液與被測(cè)介質(zhì)有化學(xué)反應(yīng)17-讀數(shù)的位置（見(jiàn)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(biāo)尺材料：玻璃、鋼、銅183.3.3彈性式壓力檢測(cè)儀表

檢測(cè)原理：彈性式壓力檢測(cè)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(dāng)?shù)臋C(jī)械傳動(dòng)和放大機(jī)構(gòu)，通過(guò)指針指示被測(cè)壓力大小的一種壓力表，統(tǒng)稱(chēng)彈性式壓力表。

19彈性元件

彈性元件是一種簡(jiǎn)易可靠的測(cè)壓敏感元件。當(dāng)測(cè)壓范圍不同時(shí)，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(cè)儀表彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉，它測(cè)量范圍寬，可以測(cè)量負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓（可達(dá)1000MPa）根據(jù)制造的要求，儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)最高為0.1級(jí)21分類(lèi)使用的測(cè)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(pán)簧管23（2）波紋管差壓計(jì)波紋管的特點(diǎn)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(cè)量范圍較小，一般為0～0.4MPa，儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)為1.5～2.5級(jí).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(cè)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(cè)量較低壓力或負(fù)壓的氣體壓力，壓力測(cè)量范圍為－20～40kPa，儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)一般為1.5～2.5級(jí)。25膜片壓力表的工作原理與膜盒壓力表相近，測(cè)量準(zhǔn)確度也差不多，但膜片壓力表的可測(cè)壓力范圍較寬，最高可達(dá)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(yuǎn)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(yuǎn)傳式壓力檢測(cè)儀表

電遠(yuǎn)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(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的遠(yuǎn)傳。

271.力平衡式壓力變送器氣動(dòng)壓力變送器電動(dòng)壓力變送器DDZ-ⅡDDZ-Ⅲ28DDZ-Ⅲ型電動(dòng)力矩平衡壓力變送器DDZ-Ⅲ型電動(dòng)力矩平衡壓力變送器示意圖1—測(cè)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(cè)片（銜鐵）；9—差動(dòng)變壓器；10—反饋動(dòng)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(xiàn)制，安全防爆。被測(cè)壓力p作用在測(cè)量膜片1上，通過(guò)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(cè)量膜片；5—玻璃層；6—底座；8—引線(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)進(jìn)行測(cè)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(yuǎn)傳式壓力檢測(cè)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(cè)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(cè)量電路轉(zhuǎn)換成與被測(cè)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(cè)壓力改變彈性元件或與彈性元件相連的振動(dòng)元件的諧振頻率，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)碾娐份敵雒}沖頻率信號(hào)或電流（電壓）信號(hào)。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(gè)薄壁金屬圓筒，圓柱筒本身具有一定的固有頻率，當(dāng)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(hào)，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(cè)量。振筒式壓力傳感器的特點(diǎn)振弦式壓力傳感器及變送器393.3.5物性型壓力傳感器測(cè)量原理是基于物質(zhì)定律基礎(chǔ)上的，敏感元件感受被測(cè)壓力，并將壓力的大小轉(zhuǎn)換成敏感元件的某個(gè)物理量輸出。由于該物理量常常是一種電量信號(hào)，因此這類(lèi)傳感器也是電遠(yuǎn)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(cè)量電路。類(lèi)型：應(yīng)變式壓力傳感器所用彈性元件可根據(jù)被測(cè)介質(zhì)和測(cè)量范圍的不同而采用各種型式，常見(jiàn)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(dá)到負(fù)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(fù)，在邊緣處達(dá)到最大貼片時(shí)應(yīng)避開(kāi)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(duì)稱(chēng)的推挽(半橋或全橋差動(dòng))狀態(tài)，應(yīng)保證Rl=R2，K1=K2，ΔRl=ΔR2符號(hào)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(lái)保證。

半橋差動(dòng)全橋差動(dòng)49膜片式壓力傳感器膜片外殼插座它適用于測(cè)量液體或氣體的壓力.其線(xiàn)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(diǎn)是體積小，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單和應(yīng)變式壓力傳感器一樣，壓阻式壓力傳感器的缺點(diǎn)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(kuò)散型壓阻芯片.擴(kuò)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(dāng)壓力p作用在膜片上時(shí)，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(diǎn)：壓電式壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，小巧輕便，工作可靠，具有線(xiàn)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(lèi)傳感器不能用于穩(wěn)態(tài)測(cè)量。壓電式壓力傳感器543.3.6壓力檢測(cè)儀表的使用

1.壓力儀表的選用（1）儀表的量程在被測(cè)壓力比較穩(wěn)定的情況下，最大壓力值應(yīng)不超過(guò)滿(mǎn)量程的3/4。在被測(cè)壓力波動(dòng)較大的情況下，最大壓力值應(yīng)不超過(guò)滿(mǎn)量程的2/3。為了保證測(cè)量精度，最小被測(cè)壓力值應(yīng)不低于儀表滿(mǎn)量程的1/3。當(dāng)最大和最小壓力不能同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)，應(yīng)首先滿(mǎn)足最大壓力。目前我國(guó)的壓力（差壓）測(cè)量?jī)x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(zhǔn)確度等級(jí)的選擇回憶：儀表準(zhǔn)確度等級(jí)的確定根據(jù)測(cè)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(shí)際被測(cè)壓力允許的最大絕對(duì)誤差。一般在滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的情況下，盡可能選用精度較低、價(jià)廉耐用的壓力表。例3.5壓力容器正常工作時(shí)壓力范圍為0.4-0.6MPa，用壓力表檢測(cè)壓力，并使測(cè)量誤差不大于被測(cè)壓力的4%，確定該表的量程和精度等級(jí)。56（3）儀表類(lèi)型的選擇要考慮被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)，測(cè)量的要求，以及各種壓力測(cè)量元件的特性來(lái)決定。a.應(yīng)根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)，如：溫度的高低、粘度大小、腐蝕強(qiáng)弱、臟污程度、易燃易爆等方面來(lái)考慮。b.應(yīng)根據(jù)儀表輸出信號(hào)選擇c.要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件：如高溫、腐蝕、潮濕、振動(dòng)等方面由此來(lái)確定壓力表的種類(lèi)、材質(zhì)及型號(hào)機(jī)械式拉力表耐震差動(dòng)遠(yuǎn)傳壓力表572.壓力檢測(cè)系統(tǒng)一個(gè)完整的壓力檢測(cè)系統(tǒng)包括：取壓口、引壓管路和壓力檢測(cè)儀表.設(shè)備取壓口壓力儀表引壓管路一個(gè)簡(jiǎn)單的壓力檢測(cè)系統(tǒng)示意圖58（1）取壓口：應(yīng)能反映被測(cè)壓力的真實(shí)大小。a、要選擇被測(cè)介質(zhì)直線(xiàn)流動(dòng)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(cè)量流動(dòng)介質(zhì)的壓力時(shí)，應(yīng)使取壓點(diǎn)與流動(dòng)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(cè)量液體壓力時(shí)，取壓點(diǎn)應(yīng)在管道下部，使導(dǎo)壓管不積存氣體；測(cè)量氣體時(shí)，取壓點(diǎn)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(xì)合適，內(nèi)徑一般取Ф6～10mm,長(zhǎng)度3～50m,以短為宜，以減小滯后b、導(dǎo)壓管水平安裝時(shí)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(cè)介質(zhì)易冷