第五章壓力檢測

第五章壓力檢測第1頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三壓力的基本概念垂直而均勻地作用在單位面積上的力式中Ｐ——壓力（Pa）

Ｆ——均勻垂直作用力（N）

Ｓ——受力面積（m2）1Pa=1*10-3KPa

=1*10-6MPa法定計量單位:牛頓/米2（N/m2），簡稱“帕”，用符號“Pa”工程大氣壓，物理大氣壓，巴，毫米汞柱，毫米水柱5.1壓力單位及壓力檢測方法第2頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三被測壓力通?？杀硎緸榻^對壓力pa、表壓p、負壓（或真空度ph）表壓（正壓）絕對壓力的零線大氣壓力線p0絕對壓力絕對壓力真空度注意：無特殊說明外，壓力檢測儀表所指示的壓力均指表壓或真空度壓力的幾種表示形式第3頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三液柱式壓力檢測基于流體靜力學原理，把被測壓力轉變成液柱高度彈性式壓力檢測基于彈性元件受力變形原理，把被測壓力轉變成彈性元件的位移電氣式壓力檢測利用敏感元件將被測壓力直接轉換成各種電量活塞式壓力檢測基于液壓機傳送壓力的原理，將被測壓力轉變成活塞面積上所加平衡砝碼的質量敏感元件和轉換原理的特性不同：壓力檢測的主要方法及分類第4頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三5.2常用壓力檢測儀表液柱式壓力檢測儀表彈性式壓力檢測儀表電氣式壓力檢測儀表第5頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三液柱式壓力檢測

hh12211p1p2h2P0h1h211p200常用的壓力表有U形管壓力表、單管壓力表、斜管壓力表和活塞式壓力表等。

測量原理根據(jù)流體靜力學原理，將被測壓力轉換成液柱高度進行測量。第6頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三液柱式壓力檢測第7頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三

將被測壓力轉換成彈性元件變形的位移測量原理P彈簧管式彈性元件P膜片式彈性元件彈性式壓力檢測第8頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三

式中F——軸向外力S——位移C——彈性元件的剛度系數(shù)

式中A——彈性元件承受壓力的有效面積P——被測壓力S~P當彈性元件在軸向受到外力作用時，就會產(chǎn)生拉伸或壓縮位移，即第9頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三彈性元件結構和特點主要彈性元件有：膜片、波紋管和彈簧管第10頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三彈簧管壓力表——就地指示儀表

彈簧管拉桿指針中心齒輪扇形齒輪接頭游絲刻度盤調整螺釘?shù)?1頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三

彈簧管壓力表——電遠傳式儀表

1）電位器式在彈性元件的自由端安裝滑線電位器，將自由端的位移轉變?yōu)殡娮?）霍爾元件式在彈性元件的自由端連接一置于線性變化磁場中的霍爾元件，將自由端的位移轉變?yōu)榛魻栯妱莸?2頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三霍爾式壓力表

彈簧管霍爾片

K——霍爾式壓力傳感器輸出系數(shù)x——自由端霍爾元件的位移量磁鋼霍爾片+彈簧管第13頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三利用敏感元件將被測壓力直接轉換成各種電量。測量原理能實現(xiàn)這種壓力-電量轉換的壓敏元件很多，主要有壓電材料、應變片和壓阻元件。電容式測壓原理

壓電式測壓原理應變片式測壓原理電氣式壓力檢測第14頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三采用變電容原理，利用彈性元件受壓變形來改變可變電容器的電容量，然后通過測量電容量C便可以知道被測壓力的大小，從而實現(xiàn)壓力-電容轉換的。定極板彈性元件動極板被測壓力測量原理：ε——電容器極板間絕緣介質的介電常數(shù)，F(xiàn)/mA——電容器兩平行板覆蓋的面積，m2d——兩平行板之間的距離，mC——電容量，F(xiàn)電容式測壓原理第15頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三第16頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三電容式測壓原理第17頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三壓電式測壓原理根據(jù)“壓電效應”把被測壓力變換為電信號的。（a）單晶體

（b）剖面圖

（c）X截割的石英片

受力面積作用在受力面積上的壓力壓電常數(shù)電荷數(shù)測量原理：第18頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三應變片式測壓原理

l543211—敏感柵2—基片3—粘合劑4—引線5—覆蓋片敏感柵直徑為0.025mm左右的合金電阻絲基底絕緣覆蓋層保護成組第19頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三應變片式測壓原理

位移、力、力矩、加速度、壓力應變

彈性敏感元件

外力作用被測對象表面產(chǎn)生微小機械變形應變片敏感柵隨同變形電阻值發(fā)生相應變化應變片第20頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三等截面圓柱應變式荷重傳感器的原理演示第21頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三懸臂梁應變式電子秤的原理演示第22頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三電動單元組合儀表（簡稱為DDZ儀表）

差壓（壓力）變送器

作用：將各種物理量轉換成統(tǒng)一的標準信號差壓變送器力平衡式變送器

位移平衡式變送器氣動單元組合儀表（簡稱為QDZ儀表）

DDZ-Ⅱ型儀表為0～10mADC

DDZ-Ⅲ型儀表為4～20mADC20～100KPa第23頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三壓力檢測儀表力平衡式壓力變送器

1—低壓室2—高壓室3—測量元件（膜盒、膜片）4—軸封膜片5—主杠桿6—過載保護片7—靜壓調整螺釘8—矢量機構9—零點遷移彈簧10—平衡錘11—量程調整螺釘12—檢測片（銜鐵）13—差動變壓器14—副杠桿15—放大器16—反饋動圈17—永久磁鋼18—電源19—負載20—調零彈簧

測量機構杠桿機構檢測放大機構反饋機構第24頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三壓力檢測儀表

主杠桿矢量機構將F1分解成F2和F3，

副杠桿平衡：l1l4l3l0lfl2F1F3F2FfF0HMFi5481214θθ第25頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三壓力檢測儀表

微位移式變送器

（1）測量部分

測量部分包括電容膜盒、高低壓室及法蘭組件等，測量原理:將被測壓力的變化轉換成電容量的變化。I0填充液（硅油）固定電極可動電極P1轉換放大單元

P2電容式壓力傳感器隔離膜片差動式的非線性得到很大改善，靈敏度也提高了一倍。第26頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三5.3壓力檢測儀表的選擇儀表種類和型號的選擇工藝要求現(xiàn)場指示、遠傳指示、自動記錄、自動調節(jié)或信號報警介質性質溫度、粘度、臟污程度、腐蝕性、易燃性現(xiàn)場環(huán)境溫度、濕度、有無振動、有無腐蝕性儀表量程的確定被測壓力較穩(wěn)定的情況，最大壓力值應不超過滿量程的3/4；被測壓力波動較大的情況，最大壓力值應不超過滿量程的2/3；被測壓力的最小值也不應低于全量程的1/3

儀表精度等級的選擇

要求儀表的基本誤差應小于實際被測壓力允許的最大絕對誤差。工業(yè)用表一般精度為0.5級以下第27頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三例1：某臺空壓機的緩沖器，其正常工作壓力范圍為1.1~1.6MPa，工藝要求就地指示壓力，并求測量誤差不大于被測壓力的±3%，試選擇一塊合適的壓力表（類型、量程和精度等級），并說明理由。

根據(jù)最小工作壓力有最大允許誤差為儀表滿量程相對誤差為故應選用精度為1.5級的彈簧管壓力表。解：根據(jù)題意，可以用彈簧管壓力表。

設壓力表的量程為A，由題工作壓力比較穩(wěn)定，根據(jù)最大工作壓力有因此可以選用量程為2.5MPa。第28頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三例2：若被測壓力變化范圍為0.5~1.4MPa,要求測量誤差不大于壓力示值的±5%?？晒┻x擇的壓力表規(guī)格有量程為0~1.6MPa,0~2.5MPa,0~4MPa,精度等級分別為1.0級，1.5級和2.5級三種。試選擇合適的壓力表。題意要求測量誤差不大于壓力示值的5%，相當于絕對誤差為因為故選擇量程為0~2.5MPa，精度等級為1.5級的壓力表。解：先考慮選擇量程為0~2.5MPa的壓力表，被測壓力變化范圍為0.5~1.4MPa在其合理的使用范圍內。此表的精度等級為1.5級，則可能產(chǎn)生的最大絕對誤差為第29頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三壓力測量儀表的校驗

液柱式壓力計活塞式壓力計配有高精度標準表的壓力校驗泵。選用標準：常用校驗儀器：其允許絕對誤差要小于被校驗儀表允許絕對誤差的1/3~1/5。第30頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三壓力傳感器的安裝

傳感器測量結果的準確性，不僅與傳感器本身的精度等級有關，而且還與傳感器的安裝、使用是否正確有關。

壓力檢測點應選在能準確及時地反映被測壓力的真實情況處。因此，取壓點不能處于流束紊亂的地方，即要選在管道的直線部分，離局部阻力較遠的地方。第31頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三

測量高溫蒸氣壓力時，應裝回形冷凝液管或冷凝器，以防止高溫蒸氣與測壓元件直接接觸。如下圖（a）所示：測量腐蝕、高粘度、有結晶等介質時，應加裝充有中性介質的隔離罐，如下圖（b）所示。隔離罐內的隔離液應選擇沸點高、凝固點低、化學與物理性能穩(wěn)定的液體，如甘油、乙醇等。測量高溫、腐蝕介質壓力表安裝示意圖(a)測量蒸氣；(b)測量有腐蝕性介質

第32頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三

壓力傳感器安裝高度應與取壓點相同或相近。對于下圖所示情況，壓力表的指示值要比管道內的實際壓力高，應對取壓管道的液柱附加的壓力誤差進行修正。壓力表位于生產(chǎn)設備下安裝示意圖第33頁，共36頁，2023年，2月20日，星期三例3：用彈簧管壓力計測量蒸汽管道內壓力，儀表低于管道安裝，二者所處標高為1m和6m，若儀表指示值為0.7MPa。已知蒸汽冷凝水的密度為ρ=966kg/m3,重力加速度g=9.8m/s2,試求蒸汽管道內實際壓力值。解：壓力表與測壓點所處高度不同，要進行修正。P實=P