信息与通信压力检测仪表PPT课件

1、2010年12月1日13.3.1 概述 （1）压力的定义 （2）压力的表示方法 （3）压力检测的主要方法及压力检测仪表的分类第1页/共88页2010年12月1日2压力检测与控制的重要性 保证化学反应过程的正常进行 压力影响物料平衡 压力影响化学反应速度 保证安全生产 防止生产设备因过压而引起破坏或爆炸化学反应安全生产第2页/共88页2010年12月1日3第3页/共88页2010年12月1日4一些工程问题 压力单位 帕斯卡- 1N/m3 巴 1*105 Pa 1kgf/cm2 公斤压力- 1kgf/cm2 0.1MPa=100kPa 标准大气压-1.01325105 Pa 工程大气压0.9810

2、5Pa 1kgf/cm2 压力检测仪表选用？ 类型？量程、准确度等级？ 压力检测系统？注意事项？ 量程迁移？1公斤压力大约是多少？如何测量压力？第4页/共88页2010年12月1日5（1 1）压力的定义 压力的定义（物理学中的压强）p 压力单位 帕斯卡（Pa）-1Pa=1N/m3（法定） 工程大气压1工程大气压=1kgf/cm2=“1公斤压力”0.1MPa=100kPa 物理大气压1atm=1.01325105Pa=1.033104mmH2O 巴1bar=105Pa= 1kgf/cm2 毫米汞柱 毫米水柱 均匀而垂直作用于单位面积上的力1N1m2atmosphere压力单位换算表详见课本P46

3、6 附录4第5页/共88页2010年12月1日6序序号号分类分类名称名称符号符号换算关系换算关系备注备注1应力压强压力帕（斯卡）Pa，N/m2基本导出单位2应力压强压力兆帕MPa1MPa=106Pa=N/mm23应力压强压力吉帕GPa1GPa=1000 MPa=109Pa4应力压强压力千帕kPa1kPa=1000Pa5应力压强压力达因每平方厘米dyn/cm21dyn/cm2=0.1Pa6应力压强压力皮兹pz1pz=1000Pa7应力压强压力巴bar1bar=0.1MPa=106dyn/cm28应力压强压力千克力每平方厘米lat,kgf/cm21kgf/cm2=98066.5Pa9应力压强压力千

4、克力每平方米kgf/m21kgf/m2=9.80665Pa10应力压强压力吨力每平方米tf/m21tf/m2=9806.65Pa第6页/共88页2010年12月1日71巴（bar）=1标准大气压（atm）=1公斤/平方厘米 =100千帕（kPa)=0.1兆帕（MPa） 压力单位近似换算公式国家统一规定的仪表准确度等级：，0.05，0.1，0.25，0.35，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0，（P11）仪表的最大允许误差 =（ （测量范围的上限值-下限值） 准确度等级 100 ）目前我国出厂的压力（包括差压）检测仪表的统一量程系列（P178)1kPa、1.6kPa、2.5kPa、4.0kP

5、a、6.0kPa以及它们的10n倍数（n为整数）。 第7页/共88页2010年12月1日8 压力表示方法 绝对压力pa 表压力p=pa-p0 真空度或负压ph=p0-pa 差压p=p2-p1 大气压p0 p=0p0u工程上，一般用表压和真空度来表示压力（2）压力的表示方法ph第8页/共88页2010年12月1日9（3 3）压力检测方法及仪表的分类第9页/共88页2010年12月1日10液体压力计弹性式压力计电远传式压力仪表物性型压力传感器压力检测敏感元件和转换原理U形管单管式弹簧管波纹管差压膜盒式膜片式力平衡式电容式差压霍尔弹簧管电感式谐振式应变式压阻式压电式压力检测方法及仪表分类绝压表、真空

6、表、气压表、差压计统一称为：压力表等术语第10页/共88页2010年12月1日113.3.2 液体压力计 （1）工作原理 （2）误差分析 温度：标尺长度、工作液密度 安装：安装不垂直 重力加速度 传压介质：密度（引压管高度差、温度、溶解和化学反应） 读数：毛细现象 （3）使用注意事项 重力加速度 垂直安装：否则修正 工作液选择：相溶或发生化学反应；P密度大的 瞬时工作压力不可超过量程第11页/共88页2010年12月1日12p1 p2p1 p2h(a)(b)21pppgh 液体压力计p2=p1+gh第12页/共88页2010年12月1日13U形管液体压力计弹性式压力计电远传式压力仪表物性型压力

7、传感器压力检测敏感元件和转换原理U形管单管式弹簧管波纹管差压膜盒式膜片式力平衡式电容式差压霍尔弹簧管电感式谐振式应变式压阻式压电式第13页/共88页2010年12月1日14类型类型原理原理测量范围测量范围准确度准确度（等（等级）级）适用适用场合场合备注备注液体压力计流体静力学水016kPa低负差压；水银：0250kPa现场指示U形，单管；简便可靠；常用于常用于低压、负压或差压的检测低压、负压或差压的检测注意事项： g h垂直 被测介质不反应，高压，低压 被测瞬时压力值不可超过测量范围第14页/共88页2010年12月1日153.3.3 弹性式压力检测仪表 （1）弹簧管压力表 （2）波纹管差压计

8、 （3）其它弹性式压力表 膜片式 膜盒式原理动画第15页/共88页2010年12月1日16弹簧管压力表螺旋弹簧管、盘簧管波纹管双波纹管压力表膜片式膜盒式金属膜片液体压力计弹性式压力计电远传式压力仪表物性型压力传感器压力检测敏感元件和转换原理U形管单管式弹簧管波纹管差压膜盒式膜片式力平衡式电容式差压霍尔弹簧管电感式谐振式应变式压阻式压电式第16页/共88页2010年12月1日17弹性式压力检测xpxpxpxpxpxxxxx 平薄膜 波纹膜 波纹管 单圈弹簧管 多圈弹簧管第17页/共88页2010年12月1日18第18页/共88页2010年12月1日19弹簧管和弹簧管压力表222220)1 (1a

9、bbhREP0P第19页/共88页2010年12月1日201弹簧管 2拉杆 3扇形齿轮4中心齿轮 5指针 6面板7游丝 8调节螺钉 9接头第20页/共88页2010年12月1日21类型类型原理原理测量范围测量范围准确度准确度（等（等级）级）适用适用场合场合备注备注弹簧管式压力表弹性元件01000MPa负微低中高0.1现场指示广p20MPa不锈钢或合金；腐蚀：隔离膜和隔离液、耐腐蚀，氨（不锈钢）、氧（无油脂）。简、便、廉波纹管差压计弹性变形00.4MPa1.52.5现场指示补偿波纹管（T V ）膜盒式压力表膜盒位移-2040kPa1.52.5气体膜片式压力表膜片变形-202.5MPa1.52.5

10、常用于电远传高压低压补偿第21页/共88页2010年12月1日223.3.4 电远传式压力检测仪表 一般弹性式压力仪表的不足 现场安装 就地指示 电远传式压力检测仪表 将弹性元件的位移转换为电信号输出，实现信号的远传 压力传感器 压力变送器弹性元件转换元件转换电路位移信号电信号压力第22页/共88页2010年12月1日23力平衡式压力变送器工作原理：力矩平衡 检测元件膜盒(膜片) 杠杆系统则有单杠杆、双杠杆和矢量机构 构成框图 气动140kPa气源，20100kPa空气压力信号电动DDZ-II(I:220VAC O:010mA) DDZ-III(I:24VDC O:420mA)第23页/共88

11、页2010年12月1日24DDZ-III型差压变送器 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: 位移 输出Io电磁反馈装置: 输出反馈力Ff第24页/共88页2010年12月1日25(1) 测量部分差压P 输入力Fi (A1= A2= Ad )= Ad(P1 -P2) = AdP Fi= A1P1 -A2P2p1p2负压室正压室轴封膜片主杠杆第25页/共88页2010年12月1日26(2) 杠杆系统 进行力的传递和力矩比较 主杠杆将Fi转换为F1 矢量机构将F1转换为F2 副杠杆将F2产生的力矩与Ff产生的力矩进行比较，生成位移变化 zz第26

12、页/共88页2010年12月1日27 主杠杆将Fi转换为F1F1作用于矢量机构上 iFllF211HF1Fil2l1第27页/共88页2010年12月1日28 矢量机构将输入力F1转换为作用于副杠杆上的力F2 tgFF121F3F2F1F2F3F(a)(b)第28页/共88页2010年12月1日29 副杠杆进行力矩的比较 23FlMifffFlMzzzMl FfiMMMF2产生的力矩Ff产生的力矩合力矩调零力Fz产生的力矩ifzMMMMzz第29页/共88页2010年12月1日30(3) 电磁反馈装置 作用：把变送器的输出电流I0转换成作用于副杠杆的电磁反馈力Ff Ff = Kf I0 Kf

13、可实现3：1的量程调整 第30页/共88页2010年12月1日31(4) 整机特性 dApiF1F2FzFfF0IiMfMzMM12l ltan3lKflzlfKffl KpzF0IiMfMzMM1 32dA lltglKzl第31页/共88页2010年12月1日32zffzPFKllPK0?I zffzffdFKllPKlllltgAI23101ffl K K 若：Io mAPminPmax420P1 30211dffzzffl lKIA tgPll K KKlFl K Kffl KpzF0IiMfMzMM1 32dA lltglKzl第32页/共88页2010年12月1日331. I0和P

14、间呈线性关系 2.调整调零弹簧 Fz 可以使I0在P0时为 4mA 3.改变tg或Kf可以调整变送器的量程 4.零点和量程要反复调整 zffzffdFKllPKlllltgAI2310Io mAPminPmax420P第33页/共88页2010年12月1日34电容式差压变送器电容式差压变送器采用差动电容作为检测元件主要包括测量部件和转换放大电路两部分： 差压电容膜盒电容-电流转换电路调零、零迁电路电流放大器反馈电路pCIiIfIzIo第34页/共88页2010年12月1日35P=0 Ci1=Ci2=15pF P0 Ci1的电容量减小 Ci2的电容量增大 差动电容测量原理第35页/共88页201

15、0年12月1日36P=0 S1=S2=S0 P0 S1=S0 S2=S0 2222iACS211111iACS0AS0ASP+P第36页/共88页2010年12月1日3721210iiiiCCCCS1KP由于：211210iiiiCCKPK PCCS10iACS20iACS210011()iiCCASS2202AS210011()iiCCASS02202SAS相对变化值 与被测差压P成线性关系， 1212iiiiCCCC且与灌充液的介电常数无关 第37页/共88页2010年12月1日38第38页/共88页2010年12月1日39第39页/共88页2010年12月1日40电容式压力（差压）变送器

16、在工业现场应用非常广泛，其输出信号也是标准4 20mADC电流信号。传感器有左右固定极板，在两个固定极板之间是由弹性材料制成的测量膜片，作为电容的中央动极板，在空腔中充满硅油。电容式差压变送器没有机械结构，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。 第40页/共88页2010年12月1日41类型类型原理原理测量范围测量范围准确度准确度（等（等级）级）适用适用场合场合备注备注力平衡式压力力平衡式压力变送器变送器膜片变形，力矩膜片变形，力矩平衡平衡气动气动（140kPa气气源，源，20100kPa）广泛广泛DDZ-II（AC220V,010MA）;DDZ-III（DC24V，

17、420MA）。气动、电）。气动、电动动电容式差压变电容式差压变送器送器膜片变形（差动膜片变形（差动电容器）电容器）广泛广泛电容器封闭室中有硅油或氟油。电容电容器封闭室中有硅油或氟油。电容-电流转换电路。电流转换电路。霍尔压力传感霍尔压力传感器器弹簧管位移，霍弹簧管位移，霍尔元件尔元件霍尔元件输出：霍尔元件输出：mV，电压放大，显，电压放大，显示时需二次仪表示时需二次仪表电感式压力传电感式压力传感器感器弹性元件位移，弹性元件位移，线圈自感或互感线圈自感或互感系数变化系数变化谐振式压力传谐振式压力传感器感器谐振频率变化谐振频率变化弹性元件或与其相连的振动元件，振弹性元件或与其相连的振动元件，振弦、

18、振膜、振筒弦、振膜、振筒第41页/共88页2010年12月1日423.3.5 物性型压力传感器 测量原理 基于物质定律基础上，敏感元件感受被测压力，并将压力的大小转换成敏感元件的某个物理量输出 分类 应变式 压阻式 压电式敏感元件物理量压力第42页/共88页2010年12月1日43物性型压力检测应变片压力( (差压) )变送器SlR 第43页/共88页2010年12月1日44物性型压力检测应变片压力/ /差压变送器r1r2123P1外壳 2弹性筒 3膜片第44页/共88页2010年12月1日45UiEr1r2R3R4AB测量电桥iU0 不受压时0101021() 2rrErrrr 313412

19、()iRrUERRrr 12012 422rrErrr 012 2rrr 120 4rrEPr 12 rPrP 1121() 2irUErr 第45页/共88页2010年12月1日46UiEr1r2R3R4AB(b)测量电桥120 4irrUEPr 第46页/共88页2010年12月1日47压阻式（扩散硅）压力/ /差压变送器 因电阻率变化引起阻值变化称为压阻效应半导体材料的压阻效应比较明显传感器基片材料主要为 硅片 和 锗片扩散硅压力检测仪表应用广泛 p2p1硅杯图3-30 压阻式传感器示意图正压侧隔离膜片引出线负压侧隔离膜片硅油第47页/共88页2010年12月1日48构成框图：扩散硅压阻

20、传感器前置放大器调零电路VI转换PUSU01UZIO第48页/共88页2010年12月1日49整机电路图 +RETURN第49页/共88页2010年12月1日50测量部分扩散硅压阻传感器把被测差压P成比例地转换为不平衡电压US 1.负压室 2.正压室 3.硅杯4.引线 5.硅片Ri1Ri2Ri3Ri4第50页/共88页2010年12月1日51测量部分惠斯顿电桥Ri1Ri2Ri3Ri4USRi1Ri2Ri3Ri4IS不受压时：Ri1Ri2Ri3Ri4R第51页/共88页2010年12月1日52测量部分电压转换 US Ri1Ri2Ri3Ri4IS受压时：Ri1Ri4r1Ri2Ri3r224()2i

21、iSSRRIU21()2Srr I受压时，流经2桥臂的电流始终相等P 1KP第52页/共88页2010年12月1日53结论： 体积小，结构简单，精度一般比应变片式仪表高 灵敏系数是金属应变片的几十倍，能直接测量出微小的压力变化。 良好的动态响应，迟滞小，可用来测量几千赫兹乃至更高的脉动压力。 也存在温度效应，容易受环境温度的影响，但比应变片式仪表好第53页/共88页2010年12月1日54类型原理测量范围准确度（等级）适用场合备注应变式压力传感器弹性元件+应变片要求一般的动态压力检测膜片、膜盒、弹簧管、其它。温漂、时漂压阻式压力传感器弹性元件+压阻元件灵敏系数50100倍微压；脉动压力半导体压

22、阻元件带有扩散电阻的硅膜片（弹性元件和压敏元件）。体积小固态压力传感器（集成压力传感器）压阻式单晶硅膜片带温度补偿将温度补偿电路、放大电路、电源变换电路等集成在同一块单晶硅膜片上压电式压力传感器弹性元件+压电元件不能用于稳态测量简单紧凑小巧可靠线性好频率响应高量程范围宽。准确度？电荷运算放大器。晶体边界漏电。物性型压力传感器小结第54页/共88页2010年12月1日553.3.6 压力检测仪表的使用 两个注意事项 压力仪表的选用 取压点及引压管路的设计 取压口 引压管路 常用附件 特殊介质的取压方式量程准确度等级类型生产工艺对压力检测的要求被测介质的特性现场使用环境第55页/共88页2010年12月1日56压力仪表的选用仪表量程的选择u被测压力较稳定：P工作maxP量程max 3/4u被测压力波动大：P工作maxP量程max 2/3uP工作min P量程max 1/3u若P工作max和P工作min难同时满足，先P工作m