講課用(壓力)課件

第2章壓力和差壓測(cè)量

壓力和差壓測(cè)量2.1壓力、壓差的概念及單位2.2彈性元件及彈性壓力表2.3壓力計(jì)的選擇與安裝2.4壓力變送器第2章垂直作用在單位面積上的力稱壓力。在國(guó)際單位制（SI）和我國(guó)法定計(jì)量單位中，壓力的單位是“帕斯卡”，簡(jiǎn)稱“帕”，符號(hào)為“Pa”。即1N的力垂直均勻作用在1m2的面積上所形成的壓力值為1Pa。2.1壓力、壓差的概念及單位

2.1.1壓力的概念及單位2.1壓力、壓差的概念及單位

壓力單位換算表◆絕對(duì)壓力PA2.1壓力、壓差的概念及單位

2.1.2壓力表示方式◆大氣壓力PO◆表壓力PI

PI=PA－PO◆真空度（負(fù)壓）◆差壓2.1壓力、壓差的概念及單位

2.2.1彈性元件測(cè)壓原理：是利用彈性元件在被測(cè)壓力作用下產(chǎn)生彈性變形的原理來(lái)度量被測(cè)壓力的。當(dāng)彈性元件受壓力作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形，于是輸出位移或力；再把位移或力通過(guò)一定的元件轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)。彈性元件的特點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，測(cè)壓范圍寬，被測(cè)壓力低至幾帕，高達(dá)數(shù)百兆帕都可使用，測(cè)量精度也較高，在目前的測(cè)壓儀表中占有統(tǒng)治地位。2.2彈性元件及彈性壓力表

◆按剖面形狀分為平膜片和波紋膜片1.膜片◆常用材料：金屬膜片，也有橡膠膜片◆可測(cè)微壓和粘滯性介質(zhì)壓力◆可與其他轉(zhuǎn)換元件合用電容式壓力傳感器光纖式壓力傳感器力矩平衡式壓力變送器2.2彈性元件及彈性壓力表

◆廣泛應(yīng)用于測(cè)量差壓2.膜盒◆硬芯：用于實(shí)現(xiàn)輸出機(jī)械位移或力◆硅油：用于傳遞壓力和對(duì)膜片起過(guò)載保護(hù)作用2.2彈性元件及彈性壓力表

2.2彈性元件及彈性壓力表

截面為非圓形（橢圓形或扁圓形），并彎成圓弧狀的空心管子一端為封閉（自由端），一端為開口（固定端）4.彈簧管2.2彈性元件及彈性壓力表

扁圓形橢圓形雙圓形2.2彈性元件及彈性壓力表

電接點(diǎn)壓力計(jì)可用作電氣發(fā)訊設(shè)備聯(lián)鎖裝置和自動(dòng)操縱裝置

高低壓給定指針指示指針電接點(diǎn)2.2彈性元件及彈性壓力表

彈性式壓力計(jì)的誤差1．遲滯誤差相同壓力下，同一彈性元件正反行程的變形量不一樣，產(chǎn)生遲滯誤差。2．后效誤差彈性元件的變形落后于被測(cè)壓力的變化，引起彈性后效誤差。3．間隙誤差儀表的各種活動(dòng)部件之間有間隙，示值與彈性元件的變形不可能完全對(duì)應(yīng)，引起間隙誤差。4．摩擦誤差儀表的活動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，相互間存在摩擦力，產(chǎn)生摩擦誤差。5．溫度誤差環(huán)境溫度的變化會(huì)引起金屬材料彈性模量的變化，造成溫度誤差。2.2彈性元件及彈性壓力表

彈性式壓力計(jì)誤差的改善途徑

1．用無(wú)遲滯誤差或遲滯誤差極小的“全彈性”材料和溫度誤差很小的“恒彈性”材料制造彈性元件。2．采用新的轉(zhuǎn)換技術(shù)，減少或取消中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以減少間隙誤差和磨擦誤差。3．限制彈性元件的位移量，采用無(wú)干磨擦的彈性支承或磁懸浮支承等。4．采用合適的制造工藝，使材料的優(yōu)良性能得到充分的發(fā)揮。1.霍爾壓力傳感器◆霍爾效應(yīng)及霍爾元件

在置于磁場(chǎng)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體中通入電流，若電流與磁場(chǎng)垂直，則在與磁場(chǎng)和電流都垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電勢(shì)差，這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，是由科學(xué)家愛德文·霍爾在1879年發(fā)現(xiàn)的。產(chǎn)生的電勢(shì)差稱為霍爾電壓。2.2彈性元件及彈性壓力表

霍爾電壓UH與材料的性質(zhì)有關(guān)。霍爾電壓UH與元件的尺寸有關(guān)?；魻栯妷篣H與控制電流及磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。2.2彈性元件及彈性壓力表

◆霍爾壓力傳感器2.2彈性元件及彈性壓力表

差動(dòng)平板電容器的工作原理:差動(dòng)平板電容器共有三個(gè)極板，其中中間一個(gè)電極板為活動(dòng)電極板，兩端為固定電極板。電容器在初始狀態(tài)下，活動(dòng)極板正好位于兩固定電極板的中間，如圖(a)所示。此時(shí)上下兩個(gè)電容容量完全相等，其差值為零。而每個(gè)電容的容量為2.2彈性元件及彈性壓力表當(dāng)受到外界作用，使中間的活動(dòng)電極板產(chǎn)生一個(gè)微小的位移后，如圖(b)所示?！钟缮鲜娇芍?，差動(dòng)平板電容器的電容變化量與活動(dòng)電極的位移成正比。而且當(dāng)位移較小時(shí)，近似滿足線性關(guān)系。電容式壓力變送器正是基于這一工作原理而設(shè)計(jì)的。2.2彈性元件及彈性壓力表2.2彈性元件及彈性壓力表儀表類型的選擇壓力儀表包括普通壓力表、氧壓表、乙炔表、真空表、壓力真空表、防震壓力表、耐腐蝕壓力表、電接點(diǎn)壓力表或帶有指示、記錄、調(diào)節(jié)、報(bào)警、遠(yuǎn)傳等特殊功能的壓力表。

1）、一般根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)，比如狀態(tài)(氣體、液體)、溫度、粘度、腐蝕性、玷污程度、易燃和易爆程度等來(lái)選擇壓力儀表的類別。比如用來(lái)測(cè)量液體介質(zhì)的壓力時(shí)，壓力變化緩慢的多選用普通壓力表，壓力波動(dòng)較大的多選用防震壓力表；測(cè)量易燃易爆氣體介質(zhì)的壓力時(shí)，多選用帶有“禁油”標(biāo)志的氧壓表、乙炔表；測(cè)量氣體負(fù)壓時(shí)多選用真空表或壓力真空表。2.3壓力計(jì)的選擇當(dāng)測(cè)量粘稠或酸堿等特殊介質(zhì)的壓力時(shí)，應(yīng)選用不銹鋼彈簧管、不銹鋼機(jī)芯的壓力表。當(dāng)有定點(diǎn)報(bào)警要求時(shí)可選用電接點(diǎn)壓力表。當(dāng)有其它特殊要求時(shí)可選用遠(yuǎn)傳壓力表、壓力圓圖記錄儀或其它儀表。2）對(duì)儀表輸出信號(hào)的要求

對(duì)于只需要觀察壓力變化的情況，應(yīng)選用如彈簧管壓力表那樣的直接指示型的儀表；如需將壓力信號(hào)遠(yuǎn)傳到控制室或其他電動(dòng)儀表，則可選用電氣式壓力檢測(cè)儀表或其他具有電信號(hào)輸出的儀表；如果要檢測(cè)快速變化的壓力信號(hào)，則可選用電氣式壓力檢測(cè)儀表，較常用的是壓阻式壓力傳感器。3）使用的環(huán)境對(duì)爆炸性較強(qiáng)的環(huán)境，在使用電氣壓力儀表時(shí)，應(yīng)選擇防爆型壓力儀表；對(duì)于溫度特別高或特別低的環(huán)境，應(yīng)選擇溫度系數(shù)小的敏感元件以及相應(yīng)的變換元件。2.3壓力計(jì)的選擇◆

被測(cè)壓力較穩(wěn)定：最大工作壓力不應(yīng)超過(guò)儀表滿量程的3/4；2.儀表量程的選擇◆

被測(cè)壓力波動(dòng)較大或測(cè)脈動(dòng)壓力：最大工作壓力不應(yīng)超過(guò)儀表滿量程的2/3（或1/2）；◆

為保證測(cè)量準(zhǔn)確度：最小工作壓力不應(yīng)低于滿量程的1/3；◆

優(yōu)先滿足最大工作壓力條件；◆

我國(guó)壓力儀表測(cè)量測(cè)量范圍的標(biāo)準(zhǔn)系列：l×l0n、1．6×l0n、2．5×l0n、4×l0n、6×10n

(n是正整數(shù)、負(fù)整數(shù)或零)。

◆

壓力檢測(cè)儀表的精度主要根據(jù)生產(chǎn)允許的最大誤差來(lái)確定，即要求實(shí)際被測(cè)壓力允許的最大絕對(duì)誤差應(yīng)小于儀表的基本誤差。3.儀表精度的選擇◆以經(jīng)濟(jì)、實(shí)惠的原則確定儀表的精度級(jí)?！艄I(yè)用壓力儀表的精度通常在0.5級(jí)以下。一般工業(yè)用壓力表1.5級(jí)或2.5級(jí)已足夠,科研或精密測(cè)量用0.5級(jí)或更高等級(jí)的精密壓力計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)壓力表。2.3壓力計(jì)的選擇

現(xiàn)場(chǎng)就地指示的壓力表一般表面直徑為φ100mm，在標(biāo)準(zhǔn)較高或照明條件關(guān)差的場(chǎng)合用表面直徑為φ200~φ250mm的，盤裝壓力表直徑為φ150mm，或用矩形壓力表。4.壓力表外形尺寸的選擇2.3壓力計(jì)的選擇例若選用彈簧管壓力表來(lái)測(cè)量某設(shè)備內(nèi)的壓力，已知被測(cè)壓力為（0.7~1）106Pa，要求測(cè)量的絕對(duì)誤差不得超過(guò)0.02106Pa，試確定該壓力表的測(cè)量范圍及精度等級(jí)?？晒┻x用的測(cè)量范圍有:0~0.6106Pa0~1106Pa0~1.6106Pa0~2.5106Pa2.3壓力計(jì)的選擇選擇量程為0~1.6106Pa的儀表，當(dāng)壓力變化時(shí)，正處于量程的1/3~2/3。解：所以應(yīng)選1.0級(jí)精度的壓力表要求儀表的允許誤差為2.3壓力計(jì)的安裝a、要選擇被測(cè)介質(zhì)直線流動(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)壓力時(shí)，應(yīng)使取壓點(diǎn)與流動(dòng)方向垂直，清除鉆孔毛刺。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)在管道上方，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存液體。取壓口的選擇應(yīng)選擇能反應(yīng)被測(cè)壓力真實(shí)情況的取壓點(diǎn)。a、導(dǎo)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、被測(cè)介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時(shí)，必須加伴熱管c、取壓口到壓力表之間應(yīng)裝切斷閥，靠近取壓口d、對(duì)水平敷設(shè)的引壓導(dǎo)管應(yīng)有3％～5％的坡度2.導(dǎo)壓管的鋪設(shè)3.壓力、壓差計(jì)的安裝◆

應(yīng)安裝在易觀察和檢修的地方;◆安裝地點(diǎn)應(yīng)力求避免振動(dòng)和高溫影響;◆測(cè)量蒸汽壓力時(shí)應(yīng)加裝凝液管,以防止高溫蒸汽直接和測(cè)壓元件接觸;對(duì)于有腐蝕介質(zhì)時(shí),應(yīng)加裝充有中性介質(zhì)的隔離罐等?！魤毫Ρ淼倪B接處應(yīng)加裝密封墊片,一般低于80℃溫度及2MPa壓力用石棉紙板或鋁片；溫度及壓力更高時(shí)(50MPa以下)用退火紫銅或鉛墊。另外還要考慮介質(zhì)的影響,例如測(cè)氧氣的壓力表不能用帶油或有機(jī)化合物的墊片,否則會(huì)引起爆炸,測(cè)量乙炔壓力時(shí)禁止用銅墊?！羧狐c(diǎn)處應(yīng)保證有直管段，兩邊各大于5D；◆在蒸汽管道上取壓時(shí)，應(yīng)在管道的側(cè)面安裝引壓管；◆隔離罐應(yīng)安裝在引壓管的最高點(diǎn)處；◆排污管應(yīng)在靠近變送器引壓管連接處安裝；◆取壓點(diǎn)與變送器的管道距離應(yīng)大于1米；◆變送器的安裝位置應(yīng)低于取壓點(diǎn)的位置。有一臺(tái)空壓機(jī)的緩沖罐，其工作壓力變化范圍為13.5～16MPa，工藝要求最大測(cè)量誤差為0.8MPa，并可就地觀察及高低限報(bào)警。試選一合適的壓力表（包括測(cè)量范圍、精度等級(jí)）。例1解空壓機(jī)的緩沖罐的壓力視為脈動(dòng)壓力根據(jù)就地觀察及能進(jìn)行高低報(bào)警的要求，可選用YX-150型電接點(diǎn)壓力表，測(cè)量范圍為0～40MPa。檢驗(yàn)量程下限被測(cè)壓力的最小值不低于滿量程的1/3，符合要求。儀表量程選擇：最大引用誤差所以選擇測(cè)量范圍為0～40MPa，精度等級(jí)為1.5級(jí)的YX-150型電接點(diǎn)壓力表。一、電容式壓力變送器1、工作原理：以彈性元件膜片為電容器的可動(dòng)極板，它與固定極板之間形成一可變電容。隨被測(cè)壓力的變化，膜片產(chǎn)生位移，使電容器的可動(dòng)極板與固定極板之間的距離改變，從而改變了電容器的電容量，完成壓力信號(hào)與電容量之間的變化。將激勵(lì)電壓加于電容器，產(chǎn)生交變電流，經(jīng)整流、控制、放大，輸出4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。電容器的電容量由它的兩個(gè)極板的大小、形狀、相對(duì)位置和電介質(zhì)的介電常數(shù)決定．2、組成：

變送器由兩部分組成：差動(dòng)式壓力(差壓)—電容轉(zhuǎn)換和測(cè)量電路。差動(dòng)式壓力(差壓)—電容轉(zhuǎn)換是將被測(cè)壓力(差壓)轉(zhuǎn)換成差動(dòng)變化的電容CL、CH，其結(jié)構(gòu)如圖所示。P1P2

感壓元件是膜片，兩電容的固定極板為球面形結(jié)構(gòu)。測(cè)量膜片位于兩固定極板的中央，它與固定極板構(gòu)成兩個(gè)小室，兩室結(jié)構(gòu)對(duì)稱。固定極板是將玻璃絕緣體磨成球形凹面，并在該表面鍍上一層金屬薄膜而成。金屬薄膜和彈性膜片都接有輸出引線。測(cè)量膜片與固定極板形成的電容在30～150pf范圍內(nèi)。室通孔與自己一側(cè)隔離膜片腔室連通，室和隔離腔室內(nèi)充有硅油。

被測(cè)壓力作用于隔離膜片，通過(guò)硅油使測(cè)量膜片產(chǎn)生與壓力成正比的位移，從而改變了可動(dòng)極板與固定極板間的距離，引起電容的變化，此電容變化通過(guò)引線傳給測(cè)量顯示電路。工作原理差壓位移電容電流放大輸出傳感部分顯示電路部分線性關(guān)系（1）差壓－位移轉(zhuǎn)換Δd=K1Δp線性關(guān)系(2)位移－電容轉(zhuǎn)換Δp=0時(shí)，有初始電容3差壓轉(zhuǎn)換成電容為提高靈敏度和改善非線性，采用差動(dòng)形式線性關(guān)系（3）當(dāng)Δp=0（p1>p2)時(shí)，C2增加,C1減少C2=k