壓力檢測(cè)及儀表課件

壓力檢測(cè)及儀表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）單位:牛頓/米2（N/m2），簡(jiǎn)稱(chēng)“帕”，用符號(hào)“Pa”一、壓力的基本概念壓力的表示絕對(duì)壓力單位面積所受到的力相對(duì)壓力（表壓）絕對(duì)壓力與大氣壓之差真空度大氣壓與絕對(duì)壓力之差絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力真空度表壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓壓力的表示與單位工程上的“壓力”與力學(xué)中的“壓力”不表示同一個(gè)概念。帕PaN/m2毫米汞柱mm兆帕MPa106N/m2水柱m工程大氣壓10mH2O巴dyn/cm2物理大氣壓20oC海平面psilb/in2壓力單位二、測(cè)壓儀表1643年，意大利人托里拆利首先測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)的大氣壓力值為760毫米汞柱，奠定了液柱式壓力測(cè)量?jī)x表的基礎(chǔ)。1847年，法國(guó)人波登制成波登管壓力表，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用，很快在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用，一直是常用的壓力測(cè)量?jī)x表。

二十世紀(jì)上半葉出現(xiàn)了遠(yuǎn)傳壓力表和電接點(diǎn)壓力表，從而解決了壓力測(cè)量值的遠(yuǎn)距離傳送和壓力的報(bào)警、控制等問(wèn)題。60年代以后，為適應(yīng)工業(yè)控制、航空工業(yè)和醫(yī)學(xué)測(cè)試等方面的要求，壓力測(cè)量?jī)x表日益向體積輕巧、耐高溫、耐沖擊、耐振動(dòng)和數(shù)字顯示等方向發(fā)展。

工業(yè)壓力計(jì)通常按敏感元件的類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)：●液柱式壓力計(jì)●活塞式壓力計(jì)●彈性式壓力計(jì)●電氣式壓力計(jì)工業(yè)壓力表的分類(lèi)

測(cè)量原理

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、液柱式壓力計(jì)Ｕ形管壓力計(jì)當(dāng)被測(cè)介質(zhì)的壓力px大于大氣壓力p時(shí)，管1中的工作液體液面下降，管2中的工作液體液面上升，一直到兩液面差的高度h產(chǎn)生的壓力與被測(cè)壓力相平衡時(shí)為止。如果被測(cè)介質(zhì)是氣體，可得到被測(cè)壓力值px為Px=ρgh式中：ρ---工作液體的密度（kg/m3）；g---重力加速度（m/s2）。如果被測(cè)介質(zhì)是液體，平衡時(shí)還要考慮被測(cè)介質(zhì)的密度，被測(cè)壓力為Px=h(ρ-ρx)g式中：ρx---被測(cè)介質(zhì)的密度（kg/m3）液柱式壓力計(jì)的特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格便宜，在一定的條件下比較容易得到較高的精度，目前還有廣泛的用途。但是由于它不能測(cè)量較高的壓力，也不能進(jìn)行自動(dòng)的指示和記錄，所以它的應(yīng)用范圍受到限制。一般可作為實(shí)驗(yàn)室中低壓的精密測(cè)量方法以及用于儀表的檢定校驗(yàn)。

液柱式壓力計(jì)使用注意事項(xiàng)●被測(cè)壓力不能超過(guò)儀表測(cè)量范圍?！癖粶y(cè)介質(zhì)不能與工作液混合或起化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)要與水或水銀混合或起化學(xué)反應(yīng)時(shí)，則應(yīng)更換工作液或采取加隔離液的方法。常用的隔離液如下表所示。

測(cè)量介質(zhì)隔離液測(cè)量介質(zhì)隔離液氯氣98%的濃硫酸或氟油氨水、水煤氣變壓器油氯化氫煤油水煤氣變壓器油硝酸五氯乙烷氧氣甘油某些介質(zhì)的隔離液

●液柱壓力計(jì)安裝位置應(yīng)避開(kāi)過(guò)熱、過(guò)冷和有震動(dòng)的地方?！裼捎谝后w的毛細(xì)現(xiàn)象，在讀取壓力值時(shí)，視線(xiàn)應(yīng)在液柱面上，觀察水時(shí)應(yīng)看凹面處，觀察水銀面時(shí)應(yīng)看凸面處。測(cè)量原理P=G/S

所以G=P?S精確度高常用作標(biāo)準(zhǔn)儀表，檢驗(yàn)其它壓力計(jì)2、活塞式壓力計(jì)YS/YU-6，60，250，600活塞式壓力計(jì)一、原理

將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移二、根據(jù)敏感元件形式的不同可以分為以下3類(lèi)：彈簧管式壓力表薄膜式壓力表波紋管式壓力表P彈簧管式彈性元件P膜片式彈性元件3、彈性式壓力計(jì)三、彈性元件彈性元件是彈性壓力表的敏感元件，測(cè)壓范圍不同，所用的彈性元件亦不同。常用的彈性元件有彈簧管式、薄膜式和波紋管式。P彈簧管式彈性元件P膜片式彈性元件（1）彈簧管式彈性元件

彈簧管式彈性元件的測(cè)壓范圍較寬，可測(cè)量高達(dá)1000MPa的壓力。單圈彈簧管是彎成圓弧形的金屬管子，它的截面做成扁圓形或橢圓形。為了增加自由端的位移，可以制成多圈彈簧管。（2）薄膜式彈性元件

薄膜式彈性元件根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同還可以分為膜片與膜盒等。它的測(cè)壓范圍較彈簧管式的為低。膜片式彈性元件，它是由金屬或非金屬材料做成的具有彈性的一張膜片(有平膜片與波紋膜片兩種形式)，在壓力作用下能產(chǎn)生變形。有時(shí)也可以由兩張金屬膜片沿周口對(duì)焊起來(lái)，成一薄壁盒子，內(nèi)充液體(例如硅油)，稱(chēng)為膜盒。（3）波紋管式彈性元件

波紋管式彈性元件波紋管式彈性元件是一個(gè)周?chē)鸀椴y狀的薄壁金屬筒體。這種彈性元件易于變形，而且位移很大，常用于微壓與低壓的測(cè)量(—般不超過(guò)1Mpa)。

彈性元件結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)當(dāng)彈性元件在軸向受到外力作用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生拉伸或壓縮位移，即S

~P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(cè)壓力

彈簧管壓力表●彈簧管壓力表的工作原理

彈簧管壓力表主要由彈簧管、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、指示裝置（指針和分度盤(pán)）以及外殼等幾個(gè)部分組成

彈簧管壓力表

刻度盤(pán)游絲接頭中心齒輪彈簧管指針扇形齒輪拉桿調(diào)整螺釘電接點(diǎn)壓力表12435~●彈簧管壓力計(jì)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價(jià)格低廉、測(cè)量范圍寬及有足夠的精確度?？蓪?shí)現(xiàn)壓力的記錄、遠(yuǎn)傳、信號(hào)報(bào)警和自動(dòng)控制等。是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的測(cè)壓儀表?！駨椈晒軌毫τ?jì)使用安裝中注意事項(xiàng)（1）儀表應(yīng)工作在正常允許的壓力范圍內(nèi)，在靜壓力下一般不應(yīng)超過(guò)測(cè)量上限的70%，在波動(dòng)壓力時(shí)，不應(yīng)超過(guò)測(cè)量上限的60%；（２）工業(yè)用壓力表應(yīng)在環(huán)境溫度為-40℃~60℃，相對(duì)濕度不大于80%的條件下使用；（３）儀表安裝處與測(cè)量點(diǎn)間的距離應(yīng)盡量短，以免指示遲緩；（４）在振動(dòng)情況下使用儀表時(shí)要裝減振裝置；（5）

測(cè)量結(jié)晶或粘度較大的介質(zhì)時(shí)，要加裝隔離器；（6）儀表必須垂直安裝，無(wú)泄漏現(xiàn)象；（7）儀表的測(cè)定點(diǎn)與儀表的安裝處應(yīng)處于同一水平位置，否則將產(chǎn)生附加高度誤差，必要時(shí)需加修正值；（8）測(cè)量爆炸、腐蝕、有毒氣體的壓力時(shí)，應(yīng)使用特殊的儀表，氧氣壓力表嚴(yán)禁接觸油類(lèi)，以免爆炸；（9)儀表必須定期校驗(yàn)，合格的表才能使用。4、電氣式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)的原理

電氣式壓力計(jì)是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。

通常把將彈性元件感受到的位移變化轉(zhuǎn)換為與壓力相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)輸出。電氣式壓力計(jì)的結(jié)構(gòu)傳感器測(cè)量線(xiàn)路指示器記錄儀控制器輔助電源壓力電量電氣式壓力計(jì)一般有壓力傳感器、測(cè)量電路和信號(hào)處理裝置組成。感受壓力，并把被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，送到測(cè)量電路進(jìn)行測(cè)量。把傳感器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成適應(yīng)顯示裝置輸入要求信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：直流電流4~20mA、空氣壓力0.02~0.1MP。我國(guó)當(dāng)前還有一些變送器以直流電流0~10mA為輸出信號(hào)。按測(cè)量原理不同分為

霍爾片式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器

電容式壓力變送器力矩平衡式壓力變送器智能型壓力變送器電氣式壓力計(jì)傳感器分類(lèi)一、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(shì)，從而實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量?；魻柶且环N半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換元件。霍爾效應(yīng)：將一個(gè)半導(dǎo)體薄片放置在一磁場(chǎng)B中，在薄片兩端垂直于磁場(chǎng)方向通以電流I，則在垂直于磁場(chǎng)和電流方向薄片的另外兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)UH，此電勢(shì)的大小與電流、磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，這種現(xiàn)象稱(chēng)霍爾效應(yīng)。BIUH霍爾效應(yīng)原理

霍爾元件是一種四端元件霍爾電勢(shì)的大小與半導(dǎo)體材料、所通過(guò)的電流，磁感應(yīng)強(qiáng)度以及霍爾片的的幾何尺寸等因素有關(guān)。

UH=RHBI

霍爾電勢(shì)磁感應(yīng)強(qiáng)度電流強(qiáng)度霍爾常數(shù)霍爾片式壓力傳感器組成磁鋼霍爾片彈簧管霍爾片壓力傳感器主要由兩個(gè)部分組成：一部分是感受壓力的彈性元件及固定在彈性元件自由端上的霍爾元件；另一部分是產(chǎn)生非均勻磁場(chǎng)（線(xiàn)性梯度磁場(chǎng)）的磁極組。

UH=RHBI二、應(yīng)片式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器的組成應(yīng)變式壓力傳感器由彈性元件、電阻應(yīng)變片和測(cè)量電路三部分組成。測(cè)量電橋顯示儀表壓力壓力-位移型彈性元件力-應(yīng)變型彈性元件應(yīng)變片εFU,I應(yīng)變式壓力傳感器的原理應(yīng)變片式壓力傳感器是利用電阻應(yīng)變?cè)順?gòu)成的。被測(cè)壓力引起彈性元件應(yīng)變，通過(guò)粘貼在彈性元件上電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，最后通過(guò)測(cè)量電路把電阻值變化成電壓或電流的變化。金屬導(dǎo)體在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)變時(shí)，其幾何尺寸和電阻率都要發(fā)生變化，從而引起導(dǎo)體電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱(chēng)為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬絲受拉時(shí)，l變長(zhǎng)、r變小，導(dǎo)致R變大。原理演示金屬絲式應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

箔式應(yīng)變片的外形半導(dǎo)體應(yīng)變片外形應(yīng)變筒外殼密封膜片r2r1三、壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器是基于單晶硅的壓阻效應(yīng)而工作的。當(dāng)壓力變化時(shí)，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(cè)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(hào)。它的特點(diǎn)是精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等。更可適應(yīng)于惡劣的環(huán)境條件下工作。電容式壓力變送器是將壓力的變化轉(zhuǎn)化為電容量的變化，然后進(jìn)行測(cè)量的變送器。

電容式壓力變送器是一種開(kāi)環(huán)檢測(cè)儀表。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、過(guò)載能力強(qiáng)、測(cè)量精確度高、體積小、重量輕、使用方便等特點(diǎn)。四、電容式壓力變送器測(cè)量原理采用變電容原理，利用彈性元件受壓變形來(lái)改變可變電容器的電容量，然后通過(guò)測(cè)量電容量C便可以知道被測(cè)壓力的大小，從而實(shí)現(xiàn)壓力-電容轉(zhuǎn)換的。

ε——電容器極板間絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)，F(xiàn)/mA——電容器兩平行板覆蓋的面積，m2

d——兩平行板之間的距離，mC——電容量，F(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高傳感器的靈敏度，減小非線(xiàn)性，提高抗干擾能力（如電源電壓、環(huán)境溫度等）常常做成差動(dòng)的形式。C1C2ddxC1C2差動(dòng)電容傳感器原理圖P1轉(zhuǎn)換放大單元P2電容式差壓變送器測(cè)量部分

填充液（硅油）隔離膜片可動(dòng)電極固定電極

測(cè)量部分包括電容膜盒、高低壓室及法蘭組件等.

測(cè)量原理:將被測(cè)壓力的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化。。電容式差壓變送器五、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(cè)儀表，他利用負(fù)反饋的工作原理克服元件材料、加工工藝等不利因素的影響，使儀表具有較高的測(cè)量精度。

力平衡式壓力變送器

1—低壓室2—高壓室3—測(cè)量元件（膜盒、膜片）

4—軸封膜片5—主杠桿6—過(guò)載保護(hù)片7—靜壓調(diào)整螺釘

8—矢量機(jī)構(gòu)9—零點(diǎn)遷移彈簧10—平衡錘11—量程調(diào)整螺釘12—檢測(cè)片（銜鐵）13—差動(dòng)變壓器14—副杠桿15—放大器16—反饋動(dòng)圈

17—永久磁鋼18—電源19—負(fù)載20—調(diào)零彈簧測(cè)量機(jī)構(gòu)杠桿機(jī)構(gòu)反饋機(jī)構(gòu)檢測(cè)放大機(jī)構(gòu)力矩平衡式壓力變送器是按力矩平衡原理制成的．l1l4l3l0lfl2F1F3F2FfF0HMFi5481214θθ主杠桿矢量機(jī)構(gòu)將F1分解成F2和F3，副杠桿平衡：在普通壓力傳感器上增加微處理器特點(diǎn)

●具有遠(yuǎn)程通訊的功能

●依靠手操通信器，用戶(hù)可在現(xiàn)場(chǎng)或控制室設(shè)定變送器各種參數(shù)

●使用維護(hù)方便

●長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，每5年才需校檢一次。六、智能壓力變送器3051C型智能變送器原理圖傳感膜頭內(nèi)存修正系數(shù)膜頭信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換器溫度傳感器電容傳感器微處理器傳感器線(xiàn)性化重設(shè)量程診斷工程單位通信電子板內(nèi)存量程值變送器組態(tài)信息本機(jī)量程和零點(diǎn)調(diào)整數(shù)字通信D/A轉(zhuǎn)換

4～20mA手操器傳感膜頭電子線(xiàn)路板以3051C為例：組成：傳感膜頭：被測(cè)壓力---A/D轉(zhuǎn)換----數(shù)字信號(hào)電子線(xiàn)路板：對(duì)信號(hào)進(jìn)行修正，線(xiàn)性化處理---D/A轉(zhuǎn)換--4～20mA信號(hào)

1.壓力計(jì)的選用(1)儀表類(lèi)型的選用

儀表類(lèi)型的選用必須滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)的要求。例如是否需要遠(yuǎn)傳、自動(dòng)記錄或報(bào)警；被測(cè)介質(zhì)的物理化學(xué)性能(諸如腐蝕性、溫度高低、粘度大小、臟污程度、易燃易爆性能等）是否對(duì)測(cè)量?jī)x表提出特殊要求；現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件(諸如高溫、電磁場(chǎng)、振動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)安裝條件等)對(duì)儀表類(lèi)型有否特殊要求等等。壓力計(jì)的選用及安裝(2)儀表測(cè)量范圍的確定

儀表的測(cè)量范圍是指該儀表可按規(guī)定的精確度對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量的范圍，它是根據(jù)操作中需要測(cè)量的參數(shù)的大小來(lái)確定的。在測(cè)量壓力時(shí)，為了延長(zhǎng)儀表使用壽命，避免彈性元件因受力過(guò)大而損懷，壓力計(jì)上限值應(yīng)該高于工藝生產(chǎn)中可能的最大壓力值。根據(jù)“化工自控設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定”：在測(cè)量穩(wěn)定壓力時(shí)，最大工作壓力不應(yīng)超過(guò)測(cè)量上限值的2/3；在測(cè)量脈動(dòng)壓力時(shí)，最大工作壓力不應(yīng)超過(guò)測(cè)量上限值的1/2；在測(cè)最高壓壓力時(shí)，最大工作壓力不應(yīng)越過(guò)測(cè)量上限值的3／5。為了保證測(cè)量值的準(zhǔn)確度，所側(cè)的壓力值不能太接近于儀表的下限值，亦即儀表的量程不能選得太大，一般被測(cè)壓力的最小值不低于儀表滿(mǎn)量程的1/3為宜。根據(jù)被測(cè)參數(shù)的最大值和最小值計(jì)算出儀表的上、下限后，應(yīng)根據(jù)國(guó)家主管部門(mén)的規(guī)程或標(biāo)淮規(guī)定進(jìn)行圓整。因此，選用儀表的標(biāo)尺極限值時(shí)，也只能采用相應(yīng)的規(guī)程或標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)值(一般可在相應(yīng)的產(chǎn)品目錄中找到)。

(3)儀表精度級(jí)的選取

儀表精度是根據(jù)工藝生產(chǎn)上所允許的最大測(cè)量誤差來(lái)確定的。例

某臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力范圍為25一28MPa，測(cè)量誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察，并能高低限報(bào)警。試正確選用—臺(tái)壓力表，指出型號(hào)、精度與測(cè)量范圍。解由于往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力脈動(dòng)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(bào)警的要求，由本章附錄一，可查得選用YX-150型電接點(diǎn)壓力表，測(cè)量范圍為0一60MPa。由于25/60＞1/3，故被測(cè)壓力的最小值不低干滿(mǎn)量程的1／3，這是允許的。另外，根據(jù)測(cè)量誤差的要求，可算得允許誤差為所以，精度等級(jí)為1.5級(jí)的儀表完全司以滿(mǎn)足誤差要求。

某臺(tái)空壓機(jī)的緩沖器，其工作壓力范圍為1.1~1.6MPa，工藝要求就地觀察罐內(nèi)壓力，并要求測(cè)量結(jié)果的誤差不大于罐內(nèi)壓力的5%，試選擇一臺(tái)合適的壓力計(jì)（類(lèi)型，測(cè)量范圍，精度等級(jí)），并說(shuō)明其理由。解： 空氣壓縮機(jī)的緩沖器中的壓力類(lèi)型為平緩壓力； 且只需要就地觀察，不需要遠(yuǎn)傳變送，所以選擇普通單圈彈簧管壓力計(jì)（類(lèi)型）；

測(cè)量上限：

工作壓力范圍1.1～1.6MPa；如果沒(méi)有特殊要求，壓力表下限選擇0MPa；所以該壓力計(jì)的量程為

0～2.4MPa；且工作壓力下限大于量程的1／3，小于量程的2／3，符合要求；精度等級(jí)的確定：解： 空氣壓縮機(jī)的緩沖器中的壓力類(lèi)型為平緩壓力； 且只需要就地觀察，不需要遠(yuǎn)傳變送，所以選擇普通單圈彈簧管壓力計(jì)（類(lèi)型）；

測(cè)量上限：

工作壓力范圍1.1～1.6MPa；如果沒(méi)有特殊要求，壓力表下限選擇0MPa；所以該壓力計(jì)的量程為

0～2.4MPa；且工作壓力下限大于量程的1／3，小于量程的2／3，符合要求；精度等級(jí)的確定：滿(mǎn)量程＝0～2.4MPa＝1.1

按照靠系列選擇精度為2.0

2．壓力計(jì)的安裝壓力計(jì)的安裝正確與否，直接影響到測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和壓力計(jì)的使用壽命。

(1)測(cè)壓點(diǎn)的選擇

所選擇的測(cè)壓點(diǎn)應(yīng)能反映被測(cè)壓力的真實(shí)大小。為此，必須注意以下幾點(diǎn)。

①要選在被測(cè)介質(zhì)直線(xiàn)流動(dòng)的管段部