new第3章 壓力測(cè)量

熱工測(cè)量儀表教師：段宇Email：duanyu2007cn@163.com第三章壓力測(cè)量

液柱式壓力測(cè)量

彈性式壓力測(cè)量

電氣式壓力測(cè)量

壓力測(cè)量儀表的使用概述1、壓力

——單位面積上垂直作用的力。2、壓力單位

——帕斯卡1Pa＝1N/m2(牛/米2)概述3、壓力的表示方法絕對(duì)壓力(Pabs)

表壓（正壓）(Pmtr＝Pabs－Patm)

真空（負(fù)壓）(Pvcm＝Patm－Pabs)

差壓概述4、壓力測(cè)量的主要方法和分類

1）液柱式

Px→液柱高度差2）彈性式

Px→彈性元件的位移或力3）電氣式

Px→各種電量4）負(fù)荷式Px→平衡砝碼的重力§3-1液柱式壓力測(cè)量

U形管壓力計(jì)

單管式壓力計(jì)

斜管式微壓計(jì)依靠液柱壓頭與被測(cè)差壓(壓力)相平衡來工作的測(cè)量范圍不大，主要用于正、負(fù)微壓的測(cè)量，如爐膛煙壓，風(fēng)道風(fēng)壓及測(cè)速裝置的差壓等等。U形管壓力計(jì)單管式壓力計(jì)1－寬容器2－帶標(biāo)尺的肘管3－連通管4－水準(zhǔn)泡單管式壓力計(jì)原理圖：h1h200P1P2斜管式微壓計(jì)原理圖：斜管式微壓計(jì)使用方法：

測(cè)正壓：被測(cè)壓力通入大容器；測(cè)負(fù)壓：被測(cè)壓力通入肘管；測(cè)差壓：將較高的壓力通入大容器而將較低的壓力通入肘管。斜管式微壓計(jì)實(shí)例圖：1－大容器；2－斜管；3－底座；4－調(diào)斜管傾角支架；5－水平儀。1）環(huán)境溫度變化引起封液密度和標(biāo)尺長度變化；

2）重力加速度的變化引起的誤差；3）毛細(xì)現(xiàn)象，使封液表面形成彎月面，導(dǎo)致讀數(shù)誤差。

液柱式壓力計(jì)的測(cè)量誤差§3-2彈性式壓力測(cè)量一、彈性元件的測(cè)量原理二、彈性元件的特性三、彈性式壓力表一、彈性元件測(cè)量原理彈性元件在負(fù)荷（壓力、力或力矩）作用下，產(chǎn)生相應(yīng)的變形（位移或轉(zhuǎn)角），此變形與負(fù)荷之間的有一定的函數(shù)關(guān)系。二、彈性元件的特性1、輸出特性（彈性特性）2、剛度和靈敏度3、不完全彈性（彈性遲滯和彈性后效）二、彈性元件的特性1、輸出特性：F=f(px)或x=f(px)

二、彈性元件的特性2、剛度和靈敏度：

剛度(K)：使彈性元件產(chǎn)生單位變形所需要的負(fù)荷。靈敏度(S)：在單位負(fù)荷作用下產(chǎn)生的變形。K=1/S

K大S小→大量程壓力；

K小

S大→微小波動(dòng)壓力二、彈性元件的特性3、彈性遲滯和彈性后效：彈性遲滯——彈性元件在其彈性變形范圍內(nèi)，加負(fù)荷與減負(fù)荷時(shí)表現(xiàn)的輸出特性不相重合的現(xiàn)象。滯后誤差（Δ）二、彈性元件的特性彈性后效——彈性元件加負(fù)荷或減負(fù)荷到某一數(shù)值時(shí)，彈性變形不能同時(shí)達(dá)到相應(yīng)值，而是要經(jīng)過一段時(shí)間后才能達(dá)到應(yīng)有的應(yīng)變量。三、彈性式壓力表

金屬膜片式壓力表

波紋管式壓力表

彈簧管式壓力表

金屬膜片式壓力表膜片平薄膜波紋膜金屬膜片式壓力表實(shí)物圖：

金屬膜片式壓力表膜盒壓力表適用于測(cè)量空氣或其它無腐蝕性氣體的微壓或負(fù)壓。鍋爐上常用于測(cè)量送風(fēng)系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、爐膛負(fù)壓和尾部煙道的壓力測(cè)量。測(cè)量范圍為150～4000Pa。精確度等級(jí)一般為2.5級(jí)。波紋管式壓力表波紋管——具有等間距同軸環(huán)狀波紋，能沿軸向伸縮無縫波紋管有縫波紋管波紋管式壓力表雙波紋管差壓表在電廠中主要作為水位的顯示儀表或變送器使用，有時(shí)也作為流量顯示儀表；通入儀表的正、負(fù)壓室的靜壓一般很高，但測(cè)的靜差壓不大。測(cè)量的差壓值上限可達(dá)0.4MPa，耐工作壓力上限可達(dá)40MPa;精確度可達(dá)1.0～1.5級(jí)。彈簧管式壓力表彈簧管測(cè)量范圍：真空到103MPa；不能測(cè)差壓。實(shí)物圖：彈性式壓力表的特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)簡單，使用方便和價(jià)格低廉應(yīng)用范圍廣、測(cè)量范圍寬只能測(cè)表壓和負(fù)壓就地顯示§3-3電氣式壓力測(cè)量壓力（差壓）傳感器（PressureSenser）

能夠感受壓力（差壓）并能按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成相同或不同性質(zhì)的輸出變量的儀表。變送器（Transducer）

輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（電信號(hào)）,如4-20mA電流信號(hào)。

電位器式壓力傳感器

電感式壓力（差壓）傳感器

霍爾壓力傳感器電容式壓力（差壓）變送器振弦式壓力變送器應(yīng)變式壓力變送器力平衡式壓力變送器電位器式壓力傳感器原理：

px→彈性元件s1

→電位器滑動(dòng)觸點(diǎn)s2

→Rx→U實(shí)例：電位器式壓力變送器與XCZ-104組合使用使用注意事項(xiàng)：存在滑動(dòng)摩擦阻力，電位器易磨損、受污染。不宜在有振動(dòng)和有腐蝕性氣氛的環(huán)境中使用。電感式壓力傳感器原理：px→彈性元件s→線圈的電感L→UU改變鐵芯與線圈之間的相對(duì)位置差動(dòng)變壓器式（互感式）壓力測(cè)量1：鐵芯；2：初級(jí)線圈；3：次級(jí)線圈；4：骨架起始狀態(tài)：鐵芯處于中間e1=e2，u=0；鐵芯上移：e1↑e2↓，u>0；鐵芯下移：e1↓e2↑

，u<0。次級(jí)線圈頭尾對(duì)接

u=e1-e2注意事項(xiàng)：電源i、f變大則靈敏度變大；但i過大線圈發(fā)熱，f過高則鐵芯渦流損失變大。由于兩次級(jí)線圈不完全對(duì)稱，S=0時(shí)有殘存電勢(shì)?；魻枆毫鞲衅骰魻栃?yīng)：霍爾效應(yīng)

半導(dǎo)體單晶薄片置于磁場(chǎng)(B)中，縱向通控制電流I，則橫向產(chǎn)生電勢(shì)EH。

EH=KHIB工作原理：

px→s→B→

EH初始狀態(tài)：霍爾片處于中間，EH=0恒流源EH=Ks均勻梯度磁場(chǎng)注意事項(xiàng)：

（減小溫度誤差）對(duì)霍爾元件進(jìn)行恒溫或采用其它溫度補(bǔ)償措施；（減少不等位電勢(shì)和零位誤差）注意霍爾元件各處的電阻率、厚度、材料性質(zhì)等不均勻性以及不對(duì)稱焊接，采用補(bǔ)償電路。

電容式壓力（差壓）變送器特點(diǎn)：具有最少的可動(dòng)部分，結(jié)構(gòu)簡單；測(cè)量范圍寬，精確度高(達(dá)0.2級(jí))，靈敏度高，體積??；能輸出(4—20)mA的直流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。1151系列電容式壓力(壓差)變送器工作原理：以測(cè)壓彈性膜片作為可變電容器的活動(dòng)極板。px

→彈性膜片s→極板間距d→電容C→Iε—介質(zhì)的介電常數(shù)A—極板間相互覆蓋的面積

d—極板間的距離工作過程：

px→彈性膜片s→極板間距d→電容c

1151型電容式變送器差動(dòng)式壓力(差壓)—電容轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電路：現(xiàn)場(chǎng)接線:振弦式壓力變送器

工作原理：

px→彈性膜片s→振弦張力F→固有頻率f820系列振弦式壓力變送器工作原理：

特點(diǎn)：

輸出為頻率信號(hào)，因此具有較強(qiáng)的抗干擾能力，而且零飄小，溫度特性好；準(zhǔn)確度高，通常為0.2級(jí)；易于與計(jì)算機(jī)等數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)接。

應(yīng)變式壓力變送器工作原理：

px→彈性元件s→應(yīng)變片電阻R→I應(yīng)變效應(yīng)壓阻效應(yīng)金屬應(yīng)變片半導(dǎo)體壓阻片R=L/A

dR/R=dL/L-dA/A+d/

μ=-(dD/D)/(dL/L)dA/A=2dD/D

dR/R=(1+2μ)dL/L+d/=(1+2μ+πE)ε擴(kuò)散硅式壓力傳感器利用集成電路工藝使半導(dǎo)體材料在感壓元件上擴(kuò)散制成半導(dǎo)體應(yīng)變電阻來檢測(cè)感壓元件應(yīng)變的大小.擴(kuò)散硅式壓力傳感器半導(dǎo)體應(yīng)變電阻對(duì)溫度很敏感，當(dāng)被測(cè)壓力不變，其溫度變化時(shí)，將引起阻值的變化，從而產(chǎn)生橋路零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移，使測(cè)量產(chǎn)生誤差。需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。C形硅杯適用于較高壓力的測(cè)量，E形硅杯則適用于微壓測(cè)量。在硅杯的底面擴(kuò)散形成的應(yīng)變電阻數(shù)目可根據(jù)測(cè)量電路的設(shè)計(jì)要求而定，一般是制成四只應(yīng)變電阻，組成全橋差動(dòng)測(cè)量橋路。體積小，輕便。精確度達(dá)到0.5級(jí)。C形硅杯適用于較高壓力的測(cè)量，E形硅杯則適用于微壓測(cè)量。在硅杯的底面擴(kuò)散形成的應(yīng)變電阻數(shù)目可根據(jù)測(cè)量電路的設(shè)計(jì)要求而定，一般是制成四只應(yīng)變電阻，組成全橋差動(dòng)測(cè)量橋路。半導(dǎo)體應(yīng)變電阻對(duì)溫度很敏感，當(dāng)被測(cè)壓力不變，其溫度變化時(shí)，將引起阻值的變化，從而產(chǎn)生橋路零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移，使測(cè)量產(chǎn)生誤差。需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。力平衡式壓力變送器工作原理：

利用力平衡原理px→彈性元件的集中力F→I

“力平衡”具有的優(yōu)越性？P+P-F1F2F3F5F4FfSIP-P+F1F2F3F5F4FfSIF4=Ff

Ff=NLBIF4=K3F3F3=F2（tgθ）F2=K2F1F1=K1(P+-P-)NLBI=K1K2K3(tgθ)(P+-P-)副杠桿

差動(dòng)

變壓器放大器反饋動(dòng)圈F4SUIF1杠桿系統(tǒng)FfPx彈性元件力平衡式壓力變送器的原理方框圖：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積和重量大、動(dòng)態(tài)特性差。精確度0.5級(jí)。

壓力測(cè)量儀表的使用測(cè)壓儀表的選擇

測(cè)壓儀表的安裝與使用要求測(cè)壓儀表的選擇1、儀表種類的選擇（1）被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)（2）對(duì)儀表輸出信號(hào)的要求（3）儀表的使用環(huán)境2、儀表量程的選取量程上限的刻度值為

(1，1.6，2.5，4.0，6.0)×10nkPa量程上限Pp與被測(cè)壓力Px滿足：

測(cè)平穩(wěn)壓力1/3Pp<Px<2/3Pp測(cè)波動(dòng)壓力1/3Pp<Px

≈

1/2Pp3、儀表精確度的選取

按國家標(biāo)準(zhǔn)化系列規(guī)定生產(chǎn)，有：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，4七個(gè)等級(jí)。通常（0.5~4.0)％精度壓力表用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)；0.2％精度用于企事業(yè)單位作三等標(biāo)準(zhǔn)表。[例3-1]己知某測(cè)點(diǎn)壓力約10MPa，要求其測(cè)量誤差不超過0.1MPa。試確定該測(cè)點(diǎn)用的壓力表量程范圍及精度等級(jí)？[例3-2]已知擴(kuò)散硅壓力變送器輸出電流為4~20mA，原測(cè)量范圍0~1MPa改為測(cè)量范圍1~2.5MPa后，則原來0.6MPa壓力的電流表工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)于改測(cè)量范圍后的被測(cè)壓力為多少？測(cè)壓儀表的安裝和使用安裝、使用注意事項(xiàng)：

1、取壓口

取壓口應(yīng)該與工質(zhì)流速方向垂直。與設(shè)備內(nèi)壁平齊，并且不要有凸出物和毛刺。

測(cè)液體壓力——引自管道截面的下部測(cè)氣體壓力——引自管道截面的上部2.取壓管路取壓管路的內(nèi)徑一般取7～13mm(對(duì)于水、蒸汽)，其長度不宜過長(＜60m)。取壓管路不應(yīng)有水平段敷設(shè)，以防聚集氣泡(測(cè)液體時(shí))和水柱(測(cè)氣體時(shí))。3.附件

注意要保護(hù)儀表不受被測(cè)介質(zhì)的損壞。如測(cè)腐蝕性介質(zhì)時(shí)，要加裝隔離容器；測(cè)含塵氣體時(shí)，要在壓力表前加裝灰塵捕集器；測(cè)量高溫蒸汽時(shí)，要加裝冷凝盤。

4、保證儀表與取壓口要在同一水平上

對(duì)于未預(yù)先調(diào)整儀表機(jī)械零位的壓力表，在使用中其讀值應(yīng)注意安裝高度的液柱修正。解：高度差壓頭Hρg=10×988×9.80665=96889.