化工仪表及自动化第3章概述、压力检测仪表课件

1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化第三章第三章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器 2内容提要内容提要n 概述概述n测量过程与测量误差测量过程与测量误差n仪表的性能指标仪表的性能指标n工业仪表的分类工业仪表的分类n 压力检测及仪表压力检测及仪表n压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表n弹性式压力计弹性式压力计n电气式压力计电气式压力计n智能型压力变送器智能型压力变送器n压力计的选用及安装压力计的选用及安装3内容提要内容提要n 流量检测及仪表流量检测及仪表n概述概述n差压式流量计差压式流量计n转子流量计转子流量计n椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计n涡轮流量计涡轮流量计n电磁流量计电磁流量计n漩涡流量计漩涡

2、流量计n质量流量计质量流量计4内容提要内容提要n 物位检测及仪表物位检测及仪表n概述概述n差压式液位变速器差压式液位变速器n电容式物位传感器电容式物位传感器n核辐射物位计核辐射物位计n称重式液罐计量仪称重式液罐计量仪n 温度检测及仪表温度检测及仪表n温度检测方法温度检测方法n热电偶温度计热电偶温度计n热电阻温度计热电阻温度计n电动温度变送器电动温度变送器5内容提要内容提要n一体化温度变送器一体化温度变送器n智能式温度变送器智能式温度变送器n测温元件的安装测温元件的安装n 现代检测技术与传感器的发展现代检测技术与传感器的发展n软测量技术的发展软测量技术的发展n现代传感器技术的发展现代传感器技术的

3、发展6第一节第一节 概述概述 用来检测这些参数的技术工具称为用来检测这些参数的技术工具称为检测仪表检测仪表。检测仪表组成：检测仪表组成： 检测环节检测环节: :是检出元件或传感器，直接感受被测变量，并将它变换成适于是检出元件或传感器，直接感受被测变量，并将它变换成适于 测量的信号形式。测量的信号形式。 转换放大环节转换放大环节: :对信号进行转换、放大等处理，并传送给显示部分进行对信号进行转换、放大等处理，并传送给显示部分进行 指指示或记录。示或记录。 显示部分显示部分: :就地指示型仪表、单元组合型仪表、数字式显示仪表就地指示型仪表、单元组合型仪表、数字式显示仪表 用来将这些参数转换为一定的

4、便于传送的信号的仪表通常称为用来将这些参数转换为一定的便于传送的信号的仪表通常称为传感器传感器。 当传感器的输出为单元组合仪表中规定的标准信号时，通常称当传感器的输出为单元组合仪表中规定的标准信号时，通常称为为变送器变送器。94. 4. 测量误差测量误差指由仪表读得的被测值与被测量真值之间的指由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。通常有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。差距。通常有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。 -测量值和真实值之间的差值测量值和真实值之间的差值误差产生的原因：误差产生的原因：选用的仪表精确度有限，实验手段不选用的仪表精确度有限，实验手段不够完善、环境中存在各种干扰

5、因素，以及检测技术水够完善、环境中存在各种干扰因素，以及检测技术水平的限制等原因。平的限制等原因。根据误差的性质及产生的原因，误差分为三类。根据误差的性质及产生的原因，误差分为三类。第一节第一节 概述概述10第一节第一节 概述概述(1)系统误差系统误差 n -在同一测量条件下，对同一被测参数进行在同一测量条件下，对同一被测参数进行多次重复测量时，误差的大小和符号保持不变或按一多次重复测量时，误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化定规律变化n 特点：有一定规律的，一般可通过实验或分析的特点：有一定规律的，一般可通过实验或分析的 方法找出其规律和影响因素，引入相应的方法找出其规律和影响因素，引入

6、相应的 校正补偿措施，便可以消除或大大减小。校正补偿措施，便可以消除或大大减小。n 误差产生的原因：系统误差主要是由于检测仪表误差产生的原因：系统误差主要是由于检测仪表 本身的不完善、检测中使用仪表的方法不本身的不完善、检测中使用仪表的方法不 正确以及测量者固有的不良习惯等引起的。正确以及测量者固有的不良习惯等引起的。11第一节第一节 概述概述(2)疏忽误差疏忽误差 n -明显地歪曲测量结果的误差，又称粗差，明显地歪曲测量结果的误差，又称粗差，n 特点：无任何规律可循。特点：无任何规律可循。n 误差产生的原因：引起的原因主要是由于操作者的误差产生的原因：引起的原因主要是由于操作者的粗心（如读错

7、、算错数据等）、不正确操作、实验粗心（如读错、算错数据等）、不正确操作、实验条件的突变或实验状况尚未达到预想的要求而匆忙条件的突变或实验状况尚未达到预想的要求而匆忙测试等原因所造成的。这时含有粗差的测量值称为测试等原因所造成的。这时含有粗差的测量值称为异常值或坏值，一般均应从测量结果中剔除。异常值或坏值，一般均应从测量结果中剔除。12第一节第一节 概述概述(3)随机误差随机误差 n -在相同条件下多次重复测量同一量时，在相同条件下多次重复测量同一量时，误差的大小、符号均为无规律变化，又称偶然误误差的大小、符号均为无规律变化，又称偶然误差。差。n 特点：变化难以预测，无法修正特点：变化难以预测，

8、无法修正n 误差产生的原因：随机误差主要是由于测量过程误差产生的原因：随机误差主要是由于测量过程中某种尚未认识的或无法控制的各种随机因素中某种尚未认识的或无法控制的各种随机因素（如空气扰动、噪声扰动、电磁场等）所引起的（如空气扰动、噪声扰动、电磁场等）所引起的综合结果。综合结果。13第一节第一节 概述概述系统误差、随机误差、疏忽误差系统误差、随机误差、疏忽误差n 系统误差大、随机误差小系统误差大、随机误差小n 随机误差大、系统误差小随机误差大、系统误差小n 随机误差小、系统误差小，有疏忽误差随机误差小、系统误差小，有疏忽误差14n 二、测量方法二、测量方法n 按测量和被测量的差值大小按测量和被

9、测量的差值大小n 非零法：弹簧压力表非零法：弹簧压力表n 零位法：天平零位法：天平n 微差法：测量压力的微差法：测量压力的U U形管形管n 接触法、非接触法接触法、非接触法n 接触式接触式n 非接触式非接触式n 静态和动态静态和动态n 静态：被测对象处于稳定状态下的测量静态：被测对象处于稳定状态下的测量n 动态：被测对象处于不稳定状态下的测量动态：被测对象处于不稳定状态下的测量第一节第一节 概述概述15n 点测量和场测量点测量和场测量n 点参数测量：点参数测量：测量某点的被测量测量某点的被测量n 场参数测量：场参数测量：测量多点的被测量测量多点的被测量n 直接测量和间接测量直接测量和间接测量n

10、 直接测量：直接测量：无需对被测量与其它实测的量进行函数关系的辅无需对被测量与其它实测的量进行函数关系的辅助计算而直接得到的被测量的值助计算而直接得到的被测量的值n 间接测量：间接测量：直接测量的量与被测量之间有已知函数关系，而直接测量的量与被测量之间有已知函数关系，而得到的被测量的值。得到的被测量的值。第一节第一节 概述概述16第一节第一节 概述概述三、检测仪表的基本技术性能指标三、检测仪表的基本技术性能指标n 真值：真值：是一个变量本身所具有的真实值，它是一个理想的是一个变量本身所具有的真实值，它是一个理想的概念，一般是无法得到的。所以在计算误差时，一般用约概念，一般是无法得到的。所以在计

11、算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。定真值或相对真值来代替。n 约定真值：约定真值：是一个接近真值的值，它与真值之差可忽略不是一个接近真值的值，它与真值之差可忽略不计。实际测量中以在没有系统误差的情况下，足够多次的计。实际测量中以在没有系统误差的情况下，足够多次的测量之平均值做为约定真值。测量之平均值做为约定真值。n 相对真值：相对真值：是指当高一级标准器的误差仅为低一级的是指当高一级标准器的误差仅为低一级的1/31/20时，可认为高一级的标准器或仪表值为低一级时，可认为高一级的标准器或仪表值为低一级的相对真值。的相对真值。17第一节第一节 概述概述三、检测仪表的基本技术性能指标三、检测

12、仪表的基本技术性能指标 绝对误差指仪表指示值与被测参数真值之间的差值，绝对误差指仪表指示值与被测参数真值之间的差值，即即 i仪表指示值仪表指示值 t 被测量的真值被测量的真值由于真值无法得到由于真值无法得到 0标准表的读数值，约定真值标准表的读数值，约定真值 x-被校表的读数值，被校表的读数值，tixxx0 xxx A Bx0-1000-10001思考思考18第一节第一节 概述概述000 xxxxy2 .2 .相对误差：相对误差：绝对误差与被测量真值之比；绝对误差与被测量真值之比；实际相对误差：绝对误差与被测量真值之比；实际相对误差：绝对误差与被测量真值之比；示值相对误差：绝对误差与仪表指示值

13、之比；示值相对误差：绝对误差与仪表指示值之比；19第一节第一节 概述概述%100max测量范围下限值测量范围上限值3. 3. 精确度（简称精度）精确度（简称精度）说明：仪表的测量误差可以用绝对误差说明：仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。但是，来表示。但是，仪表仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的。因此，常说的“绝对绝对误差误差”指的是绝对误差中的最大值指的是绝对误差中的最大值max。 两大影响因素两大影响因素绝对误差和仪表的测量范围绝对误差和仪表的测量范围相对百分误差相对百分误差允许误差允许误差%100测量范围下限值测量范围上限值差值仪表允许

14、的最大绝对误允20第一节第一节 概述概述 仪表的仪表的允允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的的允允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉百分误差去掉“”号及号及“”号，便可以用来确定仪表号，便可以用来确定仪表的精确度等级。的精确度等级。 目前常用的精确度等级有目前常用的精确度等级有0.0050.005，0.020.02，0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.40.4，0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.52.5，4.04.0等。等。小结小结21第一节第一节 概述概述%8

15、. 0%1002007004举例例1某台测温仪表的测温范围为200700，校验该表时得到的最大绝对误差为4，试确定该仪表的精度等级。 解解 该仪表的相对百分误差为该仪表的相对百分误差为 如果将该仪表的如果将该仪表的去掉去掉“”号与号与“”号，其数值为号，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差级仪表，同时，该仪表的误差超过了超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为等级为1.0级。级。 22第一节第一节 概述概述%7 . 0%100010007允例例2某台测温

16、仪表的测温范围为1000。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？ 解解 根据工艺上的要求，仪表的允许误差为根据工艺上的要求，仪表的允许误差为 如果将仪表的允许误差去掉如果将仪表的允许误差去掉“”号与号与“”号，其号，其数值介于数值介于0.51.0之间，如果选择精度等级为之间，如果选择精度等级为1.0级的仪表，级的仪表，其允许的误差为其允许的误差为1.0，超过了工艺上允许的数值，故应，超过了工艺上允许的数值，故应选择选择0.5级仪表才能满足工艺要求。级仪表才能满足工艺要求。23第一节第一节 概述概述仪表的精度等级仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的

17、重要指标之一。是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。 精度等级数值越小，就表征该仪表的精确度等级越高，精度等级数值越小，就表征该仪表的精确度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。也说明该仪表的精确度越高。 仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。上。举例举例如：24第一节第一节 概述概述 根据仪表校验数据来根据仪表校验数据来确定仪表精度等级确定仪表精度等级和根据工艺要求和根据工艺要求来来选择仪表精度等级选择仪表精度等级，情况是不一样的。根据仪表校验数据，情况是不一样的。根据仪表校验数据来确定仪表精度等级时，仪表的允许误差应该大于（至少等

18、来确定仪表精度等级时，仪表的允许误差应该大于（至少等于）仪表校验所得的相对百分误差；根据工艺要求来选择仪于）仪表校验所得的相对百分误差；根据工艺要求来选择仪表精度等级时，仪表的允许误差应该小于（至多等于）工艺表精度等级时，仪表的允许误差应该小于（至多等于）工艺上所允许的最大相对百分误差。上所允许的最大相对百分误差。 小结小结25第一节第一节 概述概述%100测量范围下限值测量范围上限值最大绝对差值变差 变差变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐

19、渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。得到的两条特性曲线之间的最大偏差。 图3-1 测量仪表的变差26第一节第一节 概述概述 仪表的灵敏度仪表的灵敏度是指仪表指针的线位移或角位移，与引是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即起这个位移的被测参数变化量的比值。即xS 式中，式中，S为仪表的灵敏度；为仪表的灵敏度；为指针的线位移或角位移；为指针的线位移或角位移；x为引起为引起所需的被测参数变化量。所需的被测参数变化量。 仪表的灵敏限仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动

20、作的被测参是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。许绝对误差的一半。 注意：注意：上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中，上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中，往往用分辨力表示。往往用分辨力表示。 27第一节第一节 概述概述 对于数字式仪表，对于数字式仪表，分辨力分辨力是指数字显示器的最末位数字是指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量。间隔所代表的被测参数变化量。 不同量程的分辨力是不同的，相应于最低量程的分辨力不同量程的分辨力是不同的，相应于最低量程的分辨力称

21、为该表的称为该表的最高分辨力最高分辨力，也叫，也叫灵敏度灵敏度。通常以最高分辨力。通常以最高分辨力作为数字电压表的分辨力指标。分辨率与仪表的有效数字作为数字电压表的分辨力指标。分辨率与仪表的有效数字位数有关。位数有关。28第一节第一节 概述概述%100max仪表量程fi 线性度线性度是表征线性刻度仪表的输是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。通常总是希望测量直线的吻合程度。通常总是希望测量仪表的输出与输入之间呈线性关系。仪表的输出与输入之间呈线性关系。 图3-2 线性度示意图 式中式中，f为线性度（又称非线性误差）；为线性度（又称

22、非线性误差）；fmax为校准曲为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。 29第一节第一节 概述概述 反应时间反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。 仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。 仪表的反应时间有不同的表示方法

23、当输入信号突然变化一个数值后，输出当输入信号突然变化一个数值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。 仪表的输出信号由开始变化到新稳态值仪表的输出信号由开始变化到新稳态值的的63.263.2（9595）所用的时间，可用来表示）所用的时间，可用来表示反应时间。反应时间。30第一节第一节 概述概述n 四、工业仪表的分类四、工业仪表的分类1. 按仪表使用的能源分类按仪表使用的能源分类气动仪表、电动仪表、液动仪表气动仪表、电动仪表、液动仪表 以电为能源，信号之间联系比较方便，适宜于以电为能源，信号之间联系比较方便，适宜于远距离传送和集中控制；便于与计算机联用；现

24、远距离传送和集中控制；便于与计算机联用；现在电动仪表可以做到防火、防爆，更有利于电动在电动仪表可以做到防火、防爆，更有利于电动仪表的安全使用。仪表的安全使用。 一般结构较复杂；易受温度、湿度、电磁场、一般结构较复杂；易受温度、湿度、电磁场、放射性等环境影响。放射性等环境影响。 优点优点缺点缺点31第一节第一节 概述概述2. 按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类 检测仪表检测仪表 作用是获取信息，并进行适当的转换。 显示仪表显示仪表 作用是将由检测仪表获得的信息显示出来。 集中控制装置集中控制装置 包括各种巡回检测仪、巡回控制仪等。控制仪表控制仪表 可

25、以根据需要对输入信号进行各种运算。 执行器执行器 可以接受控制仪表的输出信号或直接来自操作员的指令，对生产过程进行操作或控制。 32第一节第一节 概述概述图3-3 各类仪表的作用33第一节第一节 概述概述3. 3. 按仪表的组成形式分类按仪表的组成形式分类 基地式仪表基地式仪表特点是将测量、显示、控制等各部分集特点是将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个表壳里，形成一个整体。这种仪表比较中组装在一个表壳里，形成一个整体。这种仪表比较适于在现场做就地检测和控制，但不能实现多种参数适于在现场做就地检测和控制，但不能实现多种参数的集中显示与控制。这在一定程度上限制了基地式仪的集中显示与控制。这在一

26、定程度上限制了基地式仪表的应用范围。表的应用范围。 分为基地式仪表和单元组合仪表分为基地式仪表和单元组合仪表 34第一节第一节 概述概述 化工生产中的单元组合仪表有电动单元组合仪表和化工生产中的单元组合仪表有电动单元组合仪表和气动单元组合仪表两种。国产的电动单元组合仪表简称气动单元组合仪表两种。国产的电动单元组合仪表简称DDZ仪表；气动单元组合仪表简称仪表；气动单元组合仪表简称QDZ仪表。仪表。注意注意 单元组合仪表单元组合仪表是将对参数的测量及其变送、显示、是将对参数的测量及其变送、显示、控制等各部分，分别制成能独立工作的单元仪表（简控制等各部分，分别制成能独立工作的单元仪表（简称单元，例如

27、变送单元、显示单元、控制单元等）。称单元，例如变送单元、显示单元、控制单元等）。这些单元之间以统一的标准信号互相联系，可以根据这些单元之间以统一的标准信号互相联系，可以根据不同要求，方便地将各单元任意组合成各种控制系统，不同要求，方便地将各单元任意组合成各种控制系统，适用性和灵活性都很好。适用性和灵活性都很好。 35第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表n 一、压力单位及测量仪表一、压力单位及测量仪表表示受力面积。表示垂直作用力；表示压力；式中，SFpSFp 是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）211mNPa PaMPa61011 为了使大家了解国际单位制中的

28、压力单位（Pa或MPa）与过去的单位之间的关系，下面给出几种单位之间的换算关系表。 36压力压力单位单位帕帕/Pa兆帕兆帕/ MPa工程大气压工程大气压/ (kgf/cm2)物理大气压物理大气压/ atm汞柱汞柱/ mmHg水柱水柱/ mH2O（磅（磅/英寸英寸2）/ （1b/in2）巴巴/bar帕帕1110106 61.01971010-5-59.8691010-6-67.5011010-3-31.01971010-4-41.4501010-4-411010-5-5兆帕兆帕110106 61 110.1979.8697.50110103 31.019710102 21.45010102 21

29、0工程工程大气大气压压9.80710104 49.8071010-2-210.9678735.610.0014.220.9807物理物理大气大气压压1.013310105 50.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱汞柱1.333210102 21.33321010-4-41.35951010-3-31.31581010-3-310.01361.9341010-2-21.33321010-3-3水柱水柱9.80610103 39.8061010-3-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅（磅/英寸英寸2）6.89510103 36.89

30、51010-3-30.070310.0680551.710.703110.06895巴巴110105 50.11.01970.9869750.110.19714.501表3-1 各种压力单位换算表37第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表大气压力绝对压力表压pppp表P真P绝P绝大气压力线大气压力线绝对压力的零线绝对压力的零线在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。 绝对压力大气压力真空度ppp当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。图3-4绝对压力、表压、负压（

31、真空度）的关系38第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。 它根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。 有U形管压力计、单管压力计等 这类压力计结构简单、使用方便 其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测量较低压力、真空度或压力差。 39第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表测量原理：测量原理：P=hg 所以所以 h=P/ g单管压力计U型管压力计斜管压力计40第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 它是将被测压力转换成弹性元件

32、变形的位移进行测量的。 它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。 41第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。 测量精度很高，允许误差可小到0.05%0.02%。常用作标准仪表，检验其它压力计结构较复杂，价格较贵。 42第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表一般压力表袖珍数字压力计 43第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表耐高温压力表弹簧管压力计44第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表压力计的组成压力计的组成n 压力计一般由三个部分组成:n (

33、1)感压部分: 接受要测的压力并把被测压力变换成位移或;感压部分元件有:U形管,单管,斜管,波纹管,膜片,膜盒等n (2)传送部分:把来自感压部分的位移或者力的信号通过放大或者变换成统一的电信号或空气压信号传送到指示部分;传送部分有:直接传动式传送部分,电动变送式传送部分等n (3)指示部分:接收来自传送部分的信号并指示,记录被测压力。指示部分有: 现场显示型压力计,远距离显示型压力显示部分。45第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表n 二、弹性式压力计二、弹性式压力计 是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。 具有结构简单、使

34、用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。 可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。 46第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围不同时，所用的弹性元件也不一样。 图3-5 弹性元件示意图 弹簧管式弹性元件波纹管式弹性元件薄膜式弹性元件47第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 使用的测压元件使用的测压元件 单圈弹簧管压力表与多圈弹簧单圈弹簧管压力表与多圈弹簧管压力表。管压力表。 用途用途 普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。力表、禁油的氧气压力表等。 1

35、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 调整螺丝；9 接头48第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 单圈弹簧管是一根弯成270圆弧的椭圆截面的空心金属管子。管子的自由端B封闭，另一端固定在接头上。当通入被测的压力p后，由于椭圆形截面在压力p的作用下，将趋于圆形，而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生扩张变形。同时，使弹簧管的自由端B产生位移。输入压力p越大，产生的变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端B的位移成正比，所以只要测得B点的位移量，就能反映压力p的大小。 ：弹簧管自由端B的位移量一般很小，直接显示有困难，所以必须通过放大机构才能指示出来。 49第

36、二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 在化工生产过程中，常需要把压力控制在某一范围内，在化工生产过程中，常需要把压力控制在某一范围内，即当压力低于或高于给定范围时，就会破坏正常工艺条件，即当压力低于或高于给定范围时，就会破坏正常工艺条件，甚至可能发生危险。这时就应采用带有报警或控制触点的压甚至可能发生危险。这时就应采用带有报警或控制触点的压力表。将普通弹簧管压力表稍加变化，便可成为电接点信号力表。将普通弹簧管压力表稍加变化，便可成为电接点信号压力表，它能在压力偏离给定范围时，及时发出信号，以提压力表，它能在压力偏离给定范围时，及时发出信号，以提醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控

37、制。醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。 50第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表图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 压力表指针上有动触点2，表盘上另有两根可调节指针，上面分别有静触点1和4。当压力超过上限给定数值时，2和4接触，红色信号灯5的电路被接通，红灯发亮。若压力低到下限给定数值时，2与1接触，接通了绿色信号灯3的电路。1、4的位置可根据需要灵活调节。 51n 波纹管压力外圆沿轴向有深槽形波纹状绉摺, 并沿轴向能够伸缩.因为耐压强度有限.所以多用作低压压力的感压原件。n 波纹管的寿命是使波纹管在一定的循环压力作用下,循环伸缩,用

38、直到破坏的循环次数表示波纹管的寿命。第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表52双波纹管压差计第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表53n 膜片压力计有两类:n 一类是利用膜片弹性制成的弹性膜片压力计n 另一类是用膜片把被测流体和压力计的其它部分分隔,即所谓非弹性膜片压力计。n 弹性压力计构造不太复杂,无须特殊管理.但应经常接受检定计量法对其修理有严格的限制,不受限制的修理项目,只有更换表蒙玻璃一项,其它修理工作,必须由专门的修理工或是计量管理部门指定的工厂承担。第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表54第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表n 三、电气式压力计三、电气式压力计是

39、一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。 1. 该仪表的，分别可测710-5Pa至5102MPa的压力，允许误差可至0.2； 2. 由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过程中可以实现压力自动控制和报警，并可与工业控制机联用。 55第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。 图3-8 电气式压力计组成方框图电气式压力计通常两部分组成：一次仪表一次仪表（压力探头）：（压力探头）：将压力转换为微弱电参数；二次仪表二次仪表：将微弱电参数转换为标准电信号。56第二节第二节 压力检测及仪表压

40、力检测及仪表信号起始值输出的量程变送器的量程变送器测量下限被测参数值出出)(PI57电气式压力计一次探头电气式压力计一次探头n 常用电参数有：电阻、电感、电容、电压等。常用电参数有：电阻、电感、电容、电压等。n 常见压力变换器（压力探头）有：常见压力变换器（压力探头）有：n 应变式压力变换器；应变式压力变换器；n 压电电阻式压力变换器；压电电阻式压力变换器；n 电感式压力变换器；电感式压力变换器；n 电容式压力变换器；电容式压力变换器；n 霍尔片式压力变换器。霍尔片式压力变换器。第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表58n 电线的电阻为：R=L/Sn 当电线受到拉（应）力作用时，L变大，S

41、变小，R变大。n 当粘一组串联平行细导线（电阻应变片）的金属（弹性元件）因压力变化而发生微小变形（应变）时，细导线的电阻随之发生变化。从而，将压力参数转化为电阻参数。压力变化弹性变形电阻变化第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表59第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表n 磁路的磁阻与铁芯的间隙相关。所以，当衔铁或铁芯的位置发生变化时，其电感也随之发生变化。从而，可以将位移量转化为电感量。60第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表n 电容器的电容量：电容器的电容量：C= S/dn 当当S或或d发生变化时，电发生变化时，电容量发生变化。容量发生变化。61第二节第二节 压力检测及仪表压

42、力检测及仪表n 霍尔半导体在垂直电流和磁场的作用下，会产生侧向电压：UH=RHBINS62第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表n 传感元件的参量变化通常是非常微弱的，不能进行远距离传送，需要进行初步放大。n 电阻和电容传感器一般采用电桥放大，以电压方式输出；n 电感式传感器一般采用振荡电路放大，以频率方式输出；n 电压传感器一般采用直流放大器，以电压或电流方式输出。63第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表供桥电压输出电压输出频率输出电压输入电压64第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表电气压力计二次仪表电气压力计二次仪表n 作用：将传感器信号转换为标准通讯信号。n DDZ 型仪

43、表标准通讯信号为：420mA。n 智能型压力传感器在二次仪表中另外附加一些功能，如：模/数转换与数据通讯，工程单位转换，信号（变化）阻尼，故障诊断等。65第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表变送器的概念变送器的概念n 变送器(传感器)这一词是指将被测的某一物理量按照一定转换规律转换成另一种已知的物理量的一种转换装置。它是一个用于检测控制变量(信息)的器件, 它具有检测,转换,传输信息的功能。n 近来把传感器直接定义为:能感知,并检测出被测对象之信息的机器。也就是说,传感器能够代替人的五官(视、听、嗅、味、触) 来完成某些功能的机器。同时,即使人的五官不能感知的现象(例如红外线、电磁波、超

44、声波等)也能感知。66第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表常见压力传感器外形常见压力传感器外形 工业压力变送器工业压力变送器数字压力变送器数字压力变送器通用压力变送器通用压力变送器隔离压力变送器隔离压力变送器高温压力变送器高温压力变送器隔离压差变送器隔离压差变送器隔离液位变送器隔离液位变送器微压变送器微压变送器电容压力变送器电容压力变送器隔膜压力变送器隔膜压力变送器绝压变送器绝压变送器双膜压差变送器双膜压差变送器微型探针压力计微型探针压力计暖风空调压力计暖风空调压力计湿式压力变送器湿式压力变送器本安压力变送器本安压力变送器OEM血压计血压计OEM压力芯片压力芯片67第二节第二节 压力检测

45、及仪表压力检测及仪表 是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。 图3-9 霍尔效应 可用下式表示 BIRUHH 式中，UH为霍尔电势；RH为霍尔常数，与霍尔片材料、几何形状有关；B为磁感应强度；I为控制电流的大小。 68第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 霍尔电势与磁感应强度和电流成正比。提高B和I值可增大霍尔电势UH，但两者都有一定限度，一般I为320mA，B约为几千高斯，所得的霍尔电势UH约为几十毫伏数量级。 导体也有霍尔效应，不过它们的霍尔电势远比半导体的霍尔电势小得多。 69第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表

46、 将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管压力传感器，如图3-10所示。 图3-10 霍尔片式压力传感器1弹簧管；2 磁钢；3 霍尔片 当被测压力引入后，在被测压力作用下，弹簧管自由端产生位移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例。 利用这一电势即可实现远距离显示和自动控制。70第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半导体应变片两类，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

47、力计。 图3-11 应变片压力传感器示意图1应变筒；2 外 壳 ；3密封膜片 71SlRr1r2123P(a)传感器1外壳 2弹性筒 3膜片第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表72第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表UiEr1r2R3R4AB(b)测量电桥313412() U0 RrUERRrr ，不受压时0122011212010201201() 24224rrrrrrrrrUEEEPrrrrrrrr 73第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 利用单晶硅的压阻效应而构成。 采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻

48、接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。 当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。 74第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表图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 精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单； 便于实现显示数字化； 可以测量压力，稍加改变，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。 75第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 是一种典型的自平衡检测仪表，它利用负反馈的工作原理克服元件材料、加工工艺等不利因素的影响，使仪表具有

49、较高的测量精度（一般为0.5级）、工作稳定可靠、线性好、不灵敏区小等一系列优点。 76 图3-13DDZ-型电动力矩平衡压力变送器示意图1测量膜片；2轴封膜片；3主杠杆；4矢量机构 5量程调整螺钉；6连杆；7副杠杆；8检测片（衔铁）；9差动变压器；10反馈动圈；11放大器；12调零弹簧；13永久磁钢 DDZ-型系列为直流24V供电，输出420mA（DC）,两线制，安全防爆。 fpFi 被测压力p作用在测量膜片1上，通过膜片的有效面积转变成集中力Fi，即 f为膜片的有效面积。 （3-13）第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表77第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表21lFlFiipK

50、fpllF1211 该变送器是按工作的。根据主、副杠杆的平衡条件可以推导出被测压力p与输出信号I0的关系。 （3-14）式中， 、 分别为Fi、F1离支点O1的距离。1l2l（3-15）将式（3-13）代入式（3-14），有式中, 为一比例系数。fllK21178第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表tantan112pKFF02IKFf0302342IKIKllFtan0KpI 31KKK 而432lFlFf式中， 、 分别为F2及电磁反馈力 离支点O2的距离。3l4lfF将式（3-18）代入式（3-17），得（3-18）（3-17）（3-19）（3-16）联立式（3-16）与（3-19

51、），得（3-20）式中， 为转换比例系数。79第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 是一种开环检测仪表，具有结构简单、过载能力强、可靠性好、测量精度高等优点，其输出信号是标准的420mA（DC）电流信号。 图3-14 电容式差压变送器原理图1隔离膜片；2，7固定电极；3硅油；4测量膜片；5玻璃层；6底座；8引线先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。 80第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表可以有效地保护测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，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，因此不易量膜片将平滑地贴靠在玻璃凹球面上，因此不易损坏，过载后的恢复特性很好，这样大大提高了损坏，过载后的恢复特性很好，这样大大提高了过载承受能力。与力矩平衡式相比，电容式没有过载承受能力。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，密封性与抗振性杠杆传动机构，因而尺寸紧凑，密封性与抗振性好，测量精度