L13.弹性式压力计整理完.ppt

自动检测技术及仪表 Test & Measurement Technology and Automatic Instrumentation CISTBUCT 2011 第部分 过程参数检测 第三章 检测仪表 压力检测仪表 基本概念 液体式、弹性式压力计 M&T,AI 检测仪表 l基本概念 l压力的定义与表示法 l压力检测仪表的分类 l液体压力计 l工作原理 l弹性式压力计 l工作原理 l电远传式压力检测仪表 l电感式、霍尔式、谐振式、电容式 M&T,AI 检测仪表 l基本概念 l压力的定义 l压力是指均匀而垂直作用在单位面积上的力，符号用 P 表示。 l在国际单位制中，压力的单位是帕斯卡，用符号 Pa 表 示 l除了帕斯卡，我国目前还同时使用以下单位：工程大气 压、物理大气压等。 M&T,AI 检测仪表 l基本概念 l压力的定义 l压力是指均匀而垂直作用在单位面积上的力，符号用P 表示。 l在国际单位制中，压力的单位是帕斯卡，用符号Pa表示 l除了帕斯卡，我国目前还同时使用以下单位：工程大气 压、物理大气压等。 M&T,AI 检测仪表 l基本概念 l压力的表示方式 l绝对压力（绝压）、表压力（表压）、真空度（负压） 、差压 l大气压力指由于空气 的重量垂直作用在单 位面积上产生的压力。 l绝对压力指流体的实 际压力，它以绝对真 空为零压力。 M&T,AI 检测仪表 l基本概念 l压力的表示方式 l绝对压力（绝压） 物体所受的实际压力 l表压力（表压） l真空度（负压） l差压 M&T,AI 检测仪表 l基本概念 l压力的表示方式 l绝对压力（绝压） l表压力（表压） 处于大气压下压力仪 表所测得的压力，是 高于大气压力的绝对 压力与大气压力的差 l真空度（负压） l差压 M&T,AI 检测仪表 l基本概念 l压力的表示方式 l绝对压力（绝压） l表压力（表压） l真空度（负压） 大气压力与低于大气 压的绝对压力之差 l差压 M&T,AI 检测仪表 l基本概念 l压力的表示方式 l绝对压力（绝压） l表压力（表压） l真空度（负压） l差压 两个压力之差 M&T,AI 检测仪表 l基本概念 l压力检测的主要方法 l主要类别有电位器式、应变式、霍尔式、电感式、压电 式、压阻式、电容式及振弦式等； l测量范围为 710-55108 Pa； l信号输出有电阻、电流、电压、频率等形式； l目前，利用压阻效应、压电效应或其他固体物理特性的 压力传感器已实现小型化、数字化、集成化和智能化， 直接把压力转换为数字信号输出，并可与计算机连接， 从而实现工业过程的现场控制。 M&T,I 检测仪表 l基本概念 l压力检测的主要方法 M&T,AI 检测仪表 l基本概念 l压力检测仪表一般由传感器、测量装置和线路、以 及辅助电源所组成。 l压力检测仪表的分类 l液体压力计 l弹性式压力计 l电远传式压力仪表 l物性型压力传感器 M&T,AI 检测仪表 l液体压力计 l工作原理 l以流体静力学为基础 l液柱式压力计的形式 U 形管 单管 斜管 M&T,AI 检测仪表 l液体压力计 l工作原理 lU 形管 M&T,AI 检测仪表 l液体压力计 l工作原理 l单管 M&T,AI 检测仪表 l液体压力计 l工作原理 l斜管 M&T,AI 检测仪表 l液体压力计 l液体压力计的误差分析 l温度误差：工作介质密度改变 l安装误差：工作管倾斜 l重力加速度变化误差 l传压介质误差 l读数误差 M&T,AI 检测仪表 l液体压力计 l液体压力计的使用 l压力计工作时，如实际工作温度和当地重力加速度偏离 仪表设计值，应对仪表读数进行修正； l压力计应垂直安装使用； l应根据被测介质的特性和压力的测量范围选择工作液； l在使用时，被测压力的瞬时值不能超过测量范围。 M&T,AI 检测仪表 l液体压力计 l液体压力计的使用 l压力计工作时，如实际工作温度和当地重力加速度偏离 仪表设计值，应对仪表读数进行修正； l压力计应垂直安装使用； l应根据被测介质的特性和压力的测量 范围选择工作液； l在使用时，被测压力的瞬时值不能超 过测量范围。 M&T,AI 检测仪表 l液体压力计 l液体压力计的使用 l压力计工作时，如实际工作温度和当地重力加速度偏离 仪表设计值，应对仪表读数进行修正； l压力计应垂直安装使用； l应根据被测介质的特性和压力的测量范围选择工作液； l在使用时，被测压力的瞬时值不能超过测量范围。 M&T,AI 检测仪表 l液体压力计 l液体压力计的误差分析 l例1：现场安装一块精确度等级为 1级 的 U 形管液体压力计，用一台精确度 等级为 0.5 级的测角仪测量，发现安 装偏斜了 0.010 rad， 已知 U 形管两 液柱之间的距离为 0.050 m。 试计算 压力测量的修正值， 并给出这块仪表 给出测量值的相对误差（忽略 U 形管 两液柱之间距离的测量误差）。 M&T,AI 检测仪表 l液体压力计 l液体压力计的误差分析 l例1： 已知测量误差方向/符号时（一般指 系统误差） M&T,AI 检测仪表 l液体压力计 l液体压力计的误差分析 l例1： 测量误差方向/符号未知时（一般指 随机误差），考虑最坏情况 一般取统计特征值 M&T,AI 检测仪表 l弹性式压力计 l采用弹性元件作为压力 检测元件，把压力转换 成弹性元件的位移，并 经适当的机械传动和放 大机构，通过指针指示 被测压力大小的一种压 力表。 M&T,AI 检测仪表 l弹性式压力计 l弹簧管压力表 l波纹管差压计 l其它弹性式压力表 l膜合、膜片 M&T,AI 检测仪表 l弹性式压力计 l弹簧管压力表 l弹簧管压力表是最常用的一种指示式压力检测仪表 l弹簧管压力表结构简单、 使用方便、价格低廉，它 测量范围宽，可以测量负 压、微压、低压、中压和 高压（可达1000MPa） l根据制造的要求，仪表的 准确度等级最高为0.1级 M&T,AI 检测仪表 l弹性式压力计 l波纹管差压计 l波纹管的特点是灵敏度高（特别是在低压），但是迟滞 误差较大，波纹管压力表 的测量范围较小，一般为 00.4 MPa，仪表的准确 度等级为1.52.5级 M&T,AI 检测仪表 l弹性式压力计 l其它弹性式压力表 l膜片和膜盒也常常被用作压力测量的弹性元件，从而构 成膜片压力表和膜盒压力表 l膜盒压力表主要用于测量较低压力 或负压的气体压力，压力测量范围 为2040 kPa，仪表的准确度等 级一般为1.52.5级。 M&T,AI 检测仪表 l弹性式压力计 l其它弹性式压力表 l膜片压力表的工作原理与膜盒压力表相近，测量准确度 也差不多，但膜片压力 表的可测压力范围较宽， 最高可达2.5MPa。另外， 作为弹性元件的膜片常 常和其他转换元件一起 使用构成电远传式压力 仪表。 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l利用弹性元件作为敏感元件，在仪表中增加了转换 元件（或装置）和转换电路，将弹性元件的位移转 换为电信号输出，实现信号的远传。 l将微位移转换为电信号的方法 l电感式 l霍尔式 l谐振式 l电容式 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l电感式 l电感式压力计是用变换压力的弹性敏感元件将压力变换 成位移，再由电感式位移传感器转换成电信号。 l在压力测量中，差动变压器应用比较广泛。 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l电感式 l一般采用直接把两个二次线圈反向串接的方法，这种情 况下空载输出电压等于 二次侧线圈感应电动势之差 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l电感式 l测量电路 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l电感式 l测量电路 温度补偿 零位电压补偿 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l霍尔式 l霍尔式位移检测装置是将霍尔元件放置在由磁钢产生的 恒定梯度磁场中构成的。 l它主要有弹簧管、 霍尔元件和磁极 组成。 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l霍尔式 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l谐振式 l谐振式压力计是依靠被测压力改变弹性元件，或与弹性 元件相连的振动元件的谐振频率，经过适当的电路输出 脉冲频率信号或电流（电压）信号。 l根据谐振原理的不同 振弦式 振膜式 振筒式 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l谐振式 l振弦的内应力发生 变化，使振弦的振 动频率相应地变化。 振弦的自振频率取 决于其长度、材料 密度和内应力。 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l电容式 l电容式计主要由测量膜片（金属弹性膜 片）、镀金属的凹形玻璃球面及基座组 成。测量膜片左右空间被分隔成两个室， 其中充满硅油。 l测量膜片在焊接前加有预张力，当两边 的压力相等时，处于中间平衡位置，此 时定极板左右两电容的电容值完全相等。 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l电容式 l当有差压作用时，测量膜片将发生变形， 也就是动极板向低压侧定极板靠近，同 时远离高压侧定极板，使得左右两电容 不相等。 l通过引出线将这个电容变化输送到电子 转换电路，可实现对压力或差压的测量。 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l电容式 l按电容串联公式 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l电容式 l其中各电容值为 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l电容式 l测量电路 若 则 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l电容式 l测量电路 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l电容式 l测量电路 电容电流转换电路 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l电容式 l测量电路 电容电流转换电路 电流放大电路（第171页） R0为与C11并联的电流放大电路的等效电阻 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l电容式 l测量电路 电容电流转换电路 电流放大电路（第171页） 当 有 M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l力平衡式压力变送器 l气动压力变送器 使用 140kPa 的空气压力作气源，输出为 20100kPa 的空气压力信号 l电动压力变送器 DDZ-：输入 220VAC 输出 010mA DDZ-：输入 24VDC 输出 420mA M&T,AI 检测仪表 l电远传式压力检测仪表 l力平衡式压力变送器 l可分为敏感元件、 杠杆系统、电磁 反馈机构以及高 频位移 检测放 大器四 个部分。 M&T,AI 检测仪表 l