1、,压力检测方法与仪表,压力检测方法(转化原理差异),液柱测压法 弹性变形法 电测压力法,压力检测仪表,弹簧管压力表 霍尔式压力表 差压（压力）变送器,力平衡式压力变送器 微位移式变送器 智能差压（压力）变送器,主要内容,压力的基本概念,垂直而均匀地作用在单位面积上的力,式中 压力（Pa）均匀垂直作用力（N）受力面积（m2）,1Pa = 1*10-3KPa = 1*10-6MPa,单位: 牛顿/米2（N/m2），简称“帕”，用符号“Pa”,压力检测方法及仪表,表3-1 各种压力单位换算表,压力的几种表示形式,被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压（或真空度）,压力检测方法及仪表,液柱测压法,根
2、据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量,常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞式压力表等。,测量原理,压力检测方法及仪表,活塞式压力表,弹性变形法,压力检测方法及仪表,将被测压力转换成弹性元件变形的位移,测量原理,膜 片受压力作用产生位移，可直接带动传动机构指示压力。但更多的是和其他转换元件合起来使用，通过膜片和转换元件把压力转换成电信号； 波纹管的位移相对较大，一般可在其顶端安装传动机构，带动指针直接读数。其特点是灵敏度高（特别是在低压区），常用于检测较低的压力（1.0106Pa），但波纹管迟滞误差较大，精度一般只能达到1.5级； 弹簧管结构简单、使用方便、价格
3、低廉，测量范围宽。因此应用十分广泛。,压力检测方法及仪表,当弹性元件在轴向受到外力作用 时，就会产生拉伸或压缩位移，即,式中 F轴向外力S位移C弹性元件的刚度系数,式中 A弹性元件承受压力的有效面积P被测压力,测量原理,S ,P,弹性元件结构和特点,弹簧管压力表,压力检测方法及仪表,压力检测方法及仪表,图3-7 电接点信号压力表 1,4-静触点; 2-动触点; 3-绿灯; 5红灯,全钢径向带后边压力真空表,轴向全钢耐震压力表,100MM径向带后边全钢压力表,轴向铁壳带前边普通表,电测压力法,利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被测压力变换为电信号来进行测量的。,压力检测方法及仪表,测量原
4、理,1. 弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成相应的电信号，如电阻式、电感式、电容式、霍尔片式、应变式、振弦式等；,2. 非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理性质与压力有关，如压电式、压阻式、压磁式等。,压力检测仪表,霍尔式压力表,压力检测方法及仪表,霍尔式压力表属于电气式压力表。 测压原理：利用霍尔片式传感器（根据半导体材料的霍尔效应的原理）实现压力-位移-霍尔电势的转换。 霍尔片：是一种半导体或化合物半导体转换元件。霍尔效应：把一块霍尔元件置于均匀磁场中，并使霍尔片与磁感应强度B的方向垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵向端面上通入恒定的控制电流I，则会在
5、霍尔片的两个横向端面之间形成电位差VH，此电位差称为霍尔电势。,线性非均匀磁场,压力检测仪表,霍尔式压力表,压力检测方法及仪表,弹簧管,霍尔片,K霍尔式压力传感器输出系数自由端霍尔元件的位移量,磁钢,霍尔片 + 弹簧管,电测压力法,应变片式测压原理,压力检测方法及仪表,由金属或半导体材料制成的电阻体的阻值可表示为：,当电阻体受外力作用时，电阻体的长度、截面积会发生变化，即其阻值也会发生变化。这种因尺寸变化引起阻值变化称为应变效应。 应变片多以金属材料为主，一般和弹性元件一起使用。,电测压力法,应变片式测压原理,压力检测方法及仪表,应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半导体
6、应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。,压力检测方法及仪表,3.压阻式压力传感器,结构：采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器内。,压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应而构成,图3-12 压阻式压力传感器 1-基座; 2-单晶硅片; 3-导环; 4-螺母; 5-密封垫圈; 6-等效电阻,电动单元组合仪表（简称为DDZ仪表）,差压（压力）变送器,作用：将各种物理量转换成统一的标准信号,差
7、压变送器 力平衡式变送器,位移平衡式变送器,气动单元组合仪表（简称为QDZ仪表）,DDZ-型仪表为010mADC,DDZ-型仪表为420mADC,20100KPa,压力检测仪表,压力检测方法及仪表,力平衡式压力变送器,1低压室 2高压室 3测量元件（膜盒、膜片）4轴封膜片 5主杠杆 6过载保护片 7静压调整螺钉8矢量机构 9零点迁移弹簧 10平衡锤 11量程调整螺钉 12检测片（衔铁） 13差动变压器 14副杠杆 15放大器 16反馈动圈17永久磁钢 18电源 19负载 20调零弹簧,压力检测方法及仪表,检测部分: P 输入力Fi,杠杆系统: 力的传递和力矩比较，生成位移信号,位移检测放大器:
8、 位移 输出Io,电磁反馈装置: 输出反馈力Ff,工作原理：力矩平衡,检测元件膜盒或膜片,杠杆系统则有单杠杆、双杠杆和矢量机构,压力检测仪表,压力检测方法及仪表,主杠杆,矢量机构将F1分解成F2和F3，,副杠杆平衡：,变送器的输出电流I0和输入信号p之间呈线性关系 调整调零弹簧可以使变送器输出电流I0在输入信号范围下限时为4mA 。 改变tg或K可以调整变送器的量程 零点和量程要反复调整,电测压力法,压力检测方法及仪表,电容式测压原理,采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量，然后通过测量电容量C便可以知道被测压力的大小，从而实现压力-电容转换的。,定极板,弹性元件,动极板
9、,被测压力,测量原理,压力检测仪表,微位移式变送器,压力检测方法及仪表,（1）测量部分,测量部分包括电容膜盒、高低压室及法兰组件等.测量原理: 将被测压力的变化转换成电容量的变化。,压力检测方法及仪表,电容式差压变送器的结构可以有效地保护测量膜片，当差压过大并超过允许测量范围时，测量膜片将平滑地贴靠在玻璃凹球面上，因此不易损坏; 与力矩平衡式相比，电容式没有杠杆传动机构，因而尺寸紧凑，密封性与抗振性好，测量精度相应提高，可达0.2级。,电容式压力变送器，目前在工业生产中应用非常广泛，其输出信号是标准4 20mA DC电流信号。,压力检测仪表,智能差压（压力）变送器,压力检测方法及仪表,智能型压
10、力或差压变送器是在普通压力或差压传感器的基础上增加微处理器电路而形成的智能检测仪表。,智能变送器的特点,性能稳定,可靠性好,测量精度高,基本误差仅为0.1%。 量程范围可达1001 ,时间常数可在036s内调整,有较宽的零点迁移范围。 具有温度、静压的自动补偿功能,在检测温度时,可对非线性进行自动校正。 具有数字、模拟两种输出方式,能够实现双向数据通讯,可以与现场总线网络和上位计算机相连。 可以进行远程通讯,通过现场通讯器,使变送器具有自修正、自补偿、自诊断及错误方式告警等多种功能,简化了调整、校准与维护过程,使维护和使用都十分方便。,从整体上来看,由硬件和软件两大部分组成。,从电路结构上来看
11、,包括传感器部件和电子部件两部分。,图3-15 3051C型智能差压变送器（420mA）方框图,以3051C 为例： 组成：传感膜头：被测压力- A/D转换-数字信号电子线路板：对信号进行修正，线性化处理-D/A转换- 420mA信号,3051C型智能差压变送器所用的手持通信器为275型，带有键盘及液晶显示器。可以接在现场变送器的信号端子上，就地设定或检测，也可以在远离现场的控制室中，接在某个变送器的信号线上进行远程设定及检测。,压力测量仪表的选用,压力检测方法及仪表,仪表种类和型号的选择工艺要求 现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信号报警 介质性质 温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性
12、 现场环境 温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性,仪表量程的确定 化工自控设计技术规定 被测压力较稳定的情况，最大压力值应不超过满量程的2/3；被测压力波动较大的情况，最大压力值应不超过满量程的1/2被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3,仪表精度等级的选择,压力检测方法及仪表,有一台空压机的缓冲罐，其工作压力变化范围为13.516 MPa ，工艺要求最大测量误差为0.8 MPa，并可就地观察及高低限报警。试选一合适的压力表（包括测量范围、精度等级）。,例题,解,空压机的缓冲罐的压力视为脉动压力,根据就地观察及能进行高低报警的要求，可选用YX-150型电接点压力表，测量范围为0 40MPa。,检
13、验量程下限,被测压力的最小值不低于满量程的1/3，符合要求。,仪表量程选择,最大引用误差,所以选择测量范围为0 40 Mpa，精度等级为1.5级的YX-150型电接点压力表。,压力计的安装,压力检测方法及仪表,测压点的选择选择的测压点能反映被测压力的直实大小(1) 选在被测介质流动的管段部分(2) 取点压点与流动方向垂直(3) 液体:管道下部;气体:管道上部,导压管的铺设(1) 导压管的粗细要合适(2) 水平安装要有倾斜度(3) 实测介质易冷冻或冻结时,要设保温(4) 取压口和压力计之间要有切断阀,压力检测方法及仪表,压力计的安装(1) 安装在易观察和检修的地方(2) 避免振动和高温影响(3) 测量蒸汽时,应加凝液管;腐蚀介质时,加中性的隔油罐(4) 压力计的连接处,要加密封垫片(5) 被测压力较小时,而压力计和取压口不在同一高度时,要对高度进行修正 (6)为安全起见,高压时,表壳应向墙壁或无人之处,压力检测方法及仪表,常见压力传感器外形,
