第3部分压力和差压测量及变送(新)

1、检测技术与仪表检测技术与仪表1 1、压力、压差测量的意义、压力、压差测量的意义工艺要求；工艺要求；保证生产正常进行；保证生产正常进行； 如锅炉的汽包压力、炉膛压力、烟道压力等。如锅炉的汽包压力、炉膛压力、烟道压力等。安全生产需要：防止过压引起破坏或爆炸；安全生产需要：防止过压引起破坏或爆炸；间接测量其他物理量；间接测量其他物理量； 如温度、液位、流量、密度与成分量等。如温度、液位、流量、密度与成分量等。在工业生产中有很重要的地位。在工业生产中有很重要的地位。2 2、压力的概念及单位、压力的概念及单位（1 1）压力）压力 工程上，压力指介质垂直作用于单位面积工程上，压力指介质垂直作用于单位面积上

2、的力（物理学上叫压强）；差压指两个测上的力（物理学上叫压强）；差压指两个测量压力之差值，即压力差。工程习惯叫做差量压力之差值，即压力差。工程习惯叫做差压压。 国际制单位为帕斯卡国际制单位为帕斯卡，简称帕简称帕(Pa)(Pa)：1 1牛顿牛顿力垂直而均匀地作用在力垂直而均匀地作用在1 1平方米的面积上所产生平方米的面积上所产生的压力。的压力。 即：即：1 1帕帕=1=1牛顿牛顿/ /米米2 2。工业上一般用千帕（工业上一般用千帕（kPakPa）或兆帕（）或兆帕（MPaMPa）。）。 1Pa = 101Pa = 10-3 -3 kPa = 10kPa = 10-6 -6 MPaMPa（2 2）压力

3、的单位及换算）压力的单位及换算工程上使用的压力单位：工程上使用的压力单位：工程大气压（工程大气压（kgf/cmkgf/cm2 2）：每平方厘米的面积上垂直作用：每平方厘米的面积上垂直作用1 1千克的力；千克的力；标准大气压标准大气压（760mmHg760mmHg）：标准重力加速度）：标准重力加速度(980.665cm/s(980.665cm/s2 2) )下下, , 13.5951g/cm13.5951g/cm3 3水银水银0 0时时,760mm,760mm水银柱对底面的压力；水银柱对底面的压力；毫米水柱（毫米水柱（mmHmmH2 2O O）：标准状态下）：标准状态下1mm1mm水柱对底面的压

4、力；水柱对底面的压力；毫米汞柱（毫米汞柱（mmHgmmHg）：标准状态下）：标准状态下1mm1mm水银柱对底面的压力；水银柱对底面的压力；巴或毫巴和磅力巴或毫巴和磅力/ /英寸英寸2 2：英美等西方国家常使用。：英美等西方国家常使用。 压力单位间换算详见表压力单位间换算详见表3-13-1。压力压力单位单位帕帕( (PaPa) )工程工程大气压大气压( (kgfkgf/ /cmcm2 2) )标准标准大气压大气压( (atmatm) )毫米水柱毫米水柱( (mmHmmH2 2O O) )毫米汞柱毫米汞柱( (mmHgmmHg) )毫巴毫巴( (mbarmbar) )磅力磅力/ /平方平方英寸英寸

5、( (bfbf/ /inin2 2) )帕帕( (PaPa) )1 11.0197161.01971610105 59.869249.8692410105 51.0197161.01971610101 17.50067.500610103 30.010.011.4504421.45044210104 4工程工程大气压大气压( (kgfkgf/ /cmcm2 2) )98066980661 10.9678410.9678411000010000735.56735.56980.665980.66514.2238914.22389标准标准大气压大气压( (atmatm) )1013251013251

6、.033231.033231 110332.710332.77607601013.251013.2514.695914.6959毫米水柱毫米水柱( (mmHmmH2 2O O) )9.80669.80661.01.010104 49.6789.67810105 51 10.0735560.0735569.806659.8066510102 21.42231.422310103 3毫米汞柱毫米汞柱( (mmHgmmHg) )133.322133.3221.359511.3595110103 31.3161.31610103 313.595113.59511 11.3332241.3332240.

7、019340.01934毫巴毫巴( (mbarmbar) )1001001.0197161.01971610103 39.869239.8692310104 410.1971610.197160.750060.750061 11.4504421.45044210102 2磅力磅力/ /平方平方英寸英寸( (bfbf/ /inin2 2) )6894.96894.90.0703070.0703076.804626.8046210102 2703.07703.0751.71551.71568.94968.9491 1表表3-1 3-1 压力单位换算表压力单位换算表 绝对压力：指物体实际承受的压力。

8、绝对压力：指物体实际承受的压力。 表压表压：高于大气压的绝对压力：高于大气压的绝对压力PaPa与大气压力与大气压力P P0 0之之差差， 即：即： P = Pa - PP = Pa - P0 0 真空度：大气压真空度：大气压P P0 0与低于大气压的绝对压力与低于大气压的绝对压力PaPa之之差，也称负压差，也称负压，即，即 P Ph h = P= P0 0 - Pa - Pa 绝对压力绝对压力PaPa、表压、表压P P、真空度或负压、真空度或负压P Ph h。用一般压力表测得用一般压力表测得如图如图3.13.1。压力测量压力测量: :相对于某个基准来进行；相对于某个基准来进行；压力敏感元件压力

9、敏感元件22弹性膜片感受的是两侧压力之弹性膜片感受的是两侧压力之差，即差，即P P1 1P P2 2，测量的是压力差，称为差压。，测量的是压力差，称为差压。132P1P2 图图3.1 3.1 压力的测量示意图压力的测量示意图1 1高压室；高压室；2 2测压膜片；测压膜片；3 3低压室低压室若若P P2 2=0=0，则测得实际压力，则测得实际压力P P1 1为绝对压力；为绝对压力；若若P2侧通大气，则所测是绝对压力侧通大气，则所测是绝对压力P1 1 与大气压与大气压力之差，即表压；力之差，即表压；各工艺设备和检测仪表通常处于大气之中各工艺设备和检测仪表通常处于大气之中；本身受到大气压力；本身受到

10、大气压力；工程上常采用表压力或真空度来表示压力大小工程上常采用表压力或真空度来表示压力大小。一般地，检测仪所测压力皆是表压或真空度；一般地，检测仪所测压力皆是表压或真空度；无特别说明，以后所提压力，无特别说明，以后所提压力，均指表压均指表压。差压P1P2表压大气压真空绝对压力表压（负压、真空度） 表压、绝表压、绝对压力、大气对压力、大气压以及差压之压以及差压之间的关系如图间的关系如图3.23.2所示所示。图图3.2 3.2 压力的表示类型压力的表示类型 (1) (1) 液柱式压力检测液柱式压力检测 根据流体静力学原理，把被测压力转换成根据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度来测量液柱高度来

11、测量。主要仪器：主要仪器：U U形管压力计、单管压力计、斜管微形管压力计、单管压力计、斜管微压计、补偿微压计和自动液柱式压力计等。压计、补偿微压计和自动液柱式压力计等。 3.1.2 3.1.2 压力检测的主要方法和分类压力检测的主要方法和分类方法很多；方法很多；按敏感元件和转换原理不同分为按敏感元件和转换原理不同分为4 4类。类。 (2) (2) 弹性式压力检测弹性式压力检测 根据弹性元件受力变形的原理，将被测压根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移来测量力转换成位移来测量。常用弹性元件：弹簧管、膜片和波纹管等。常用弹性元件：弹簧管、膜片和波纹管等。 (3) (3) 负荷式压力检测负

12、荷式压力检测 基于静力平衡原理进行压力测量基于静力平衡原理进行压力测量。典型仪表：活塞式、浮球式和钟罩式典型仪表：活塞式、浮球式和钟罩式3 3大类。大类。 常被用作标准仪器。常被用作标准仪器。 (4) (4) 电气式压力检测电气式压力检测 利用敏感元件将被测压力转换成各种电量。利用敏感元件将被测压力转换成各种电量。如电阻、电感、电容、电位差等。如电阻、电感、电容、电位差等。动态响应特性好；动态响应特性好；量程大，线性好；量程大，线性好；便于自动控制。便于自动控制。 表表3-1 3-1 压力测量仪表分类及性能特点压力测量仪表分类及性能特点 标准分为：基准、一等标准、二等标准、三等标准分为：基准、

13、一等标准、二等标准、三等标准。标准。实现基准和各级标准的仪器：基准器和标准器。实现基准和各级标准的仪器：基准器和标准器。基准器：国家最高的压力标准器；基准器：国家最高的压力标准器；分：基准器和工作基准器；分：基准器和工作基准器；基准器基准器国际比对，并传递给工作基准器（可复国际比对，并传递给工作基准器（可复制多套，存于全国各地）制多套，存于全国各地）一等标准器一等标准器二等标二等标准器准器三等标准器三等标准器工作压力仪表。工作压力仪表。3.1.3 3.1.3 压力标准与量值传递压力标准与量值传递 液柱式压力检测：以液体静力学原理为基础。液柱式压力检测：以液体静力学原理为基础。工作液：水银或水；

14、工作液：水银或水；U U形管、单管、斜管形管、单管、斜管；工作液与被测介质不能起化学反应；工作液与被测介质不能起化学反应；有清晰的分界线；有清晰的分界线；用于实验室或科研；用于实验室或科研；结构简单、使用方便、结构简单、使用方便、 准确度较高；准确度较高；量程受液柱高低的限制，玻璃管易损坏；量程受液柱高低的限制，玻璃管易损坏；就地指示，不能远传。就地指示，不能远传。 图图3-13-1：U U形管测量压力原形管测量压力原理图。理图。P P1 1、P P2 2由两管口接入；由两管口接入；当当P P1 1=P=P2 2时，液体高度相等；时，液体高度相等；当当P P1 1PP2 2时，液面有高度差。时

15、，液面有高度差。 1 1、原理、原理3.2.1 U3.2.1 U形管压力计形管压力计由流体静力学原理得：由流体静力学原理得： (3-1)(3-1)ghPP21 工作液密度；工作液密度；gg测量所在地的重力加速度；测量所在地的重力加速度；hh两边液面高度差。两边液面高度差。 若若P P2 2侧通大气，即侧通大气，即P P2 2=P=P0 0，则所测为表压：，则所测为表压：ghPPP21可见：可见： U U形管可测压力差，或测某个表压；形管可测压力差，或测某个表压； 提高工作液的密度，可扩大仪表量程；但提高工作液的密度，可扩大仪表量程；但灵灵敏度降低敏度降低。2.2.误差分析误差分析 (1) (1

16、) 温度误差温度误差 环境温度变化环境温度变化: :刻度标尺长度刻度标尺长度( (一般可忽略一般可忽略) )；工作液密度变化（修正）。工作液密度变化（修正）。相同压力的作用下，相同压力的作用下，h值变小值变小如，当水从如，当水从1010变化到变化到2020时，其密度从时，其密度从999.8 999.8 kg/mkg/m3 3减小到减小到998.3kg/m998.3kg/m3 3，相对变化量为，相对变化量为0.150.15。(2) (2) 安装误差安装误差 保证保证U U形管严格处于铅垂位置；形管严格处于铅垂位置；否则将产生误差。否则将产生误差。如，如，U U形管倾斜形管倾斜5 5，液面高度差相

17、对于实际值，液面高度差相对于实际值要偏大约要偏大约0.380.38。 (3) (3) 重力加速度误差重力加速度误差 重力加速度的影响；重力加速度的影响；高要求时，进行重力加速度修正。高要求时，进行重力加速度修正。 (4) (4) 传压介质误差传压介质误差 实际中，传压介质一般为被测压力的介质；实际中，传压介质一般为被测压力的介质；传压介质为气体时：传压介质为气体时：v若两引压管高度差较大；气体密度又较大；若两引压管高度差较大；气体密度又较大；v须考虑传压介质对工作液的压力作用；须考虑传压介质对工作液的压力作用；v温度变化大，考虑传压介质密度影响。温度变化大，考虑传压介质密度影响。传压介质为液体

18、时：传压介质为液体时：v除考虑上述因素外；除考虑上述因素外；v注意传压介质和工作液不能互溶和起化学反应等。注意传压介质和工作液不能互溶和起化学反应等。 (5) (5) 读数误差读数误差 毛细作用而引起；毛细作用而引起；毛细现象毛细现象，引起管内液柱产生附加升高或降低；，引起管内液柱产生附加升高或降低；与工作液的种类、温度和与工作液的种类、温度和U U形管内径等有关；形管内径等有关；内径大于等于内径大于等于l0mml0mm时，时，U U形管的单管读数的最大形管的单管读数的最大绝对误差一般为绝对误差一般为lmmlmm。 液体附着在固体表面上的现象叫做浸润；液体不液体附着在固体表面上的现象叫做浸润；

19、液体不能附着在固体表面上的现象叫做不浸润。能附着在固体表面上的现象叫做不浸润。 浸润液体在细管内液面升高的现象和不浸润液体浸润液体在细管内液面升高的现象和不浸润液体在细管内液面降低的现象，叫做毛细现象。在细管内液面降低的现象，叫做毛细现象。 原理及结构：原理及结构：实质仍是实质仍是U U形管压力计；形管压力计；两管直径差很大；两管直径差很大； 单边读数；单边读数；减小读数误差。减小读数误差。 如图如图3-23-2所示。所示。 差压作用下，一边液面下降，另一边液面上升；差压作用下，一边液面下降，另一边液面上升；有（有（体积相等体积相等）：）： (3-2)(3-2)A A0 0左管的截面积左管的截

20、面积 AA右管的截面积右管的截面积h h0 0左管中液面下降高度左管中液面下降高度 hh右管中液面上升高度。右管中液面上升高度。AhhA00 根据式根据式(3-1)(3-1)有：有： )(00hhgPP)1 (00AAghPP使用：使用：测正压，宽容器接被测压力，肘管通大气；测正压，宽容器接被测压力，肘管通大气；测负压，肘管接被测负压，宽容器通大气；测负压，肘管接被测负压，宽容器通大气；测差压，宽容器侧接高压，肘管侧接低压；测差压，宽容器侧接高压，肘管侧接低压；型号为型号为TGTG，精度，精度0.02 10.02 1级；级；精密测量或用作标准仪，进行密度和重力加速度修正。精密测量或用作标准仪，

21、进行密度和重力加速度修正。 解得：解得： A A0 0AA，上式可简化为，上式可简化为 (3-7)(3-7)(3-6)(3-6)ghPP0单管压力计的变形；单管压力计的变形；测量管斜放一个角度；测量管斜放一个角度；拉长液柱，减小读数误拉长液柱，减小读数误差；提高灵敏度；差；提高灵敏度；主要用来测微小压力、主要用来测微小压力、负压和压力差。负压和压力差。如图如图3-33-3所示。所示。 公式为公式为 l l斜管内液柱的长度；斜管内液柱的长度；斜管的倾斜角度。斜管的倾斜角度。)1 (sin00AAglPP(3-3)(3-3)越小，灵敏度越高；越小，灵敏度越高；但太小，读数困难，增加读数误差；但太小

22、，读数困难，增加读数误差；实验室一般要求实验室一般要求1515。 斜管微压计：杯形容器、肘管、弧形支架、斜管微压计：杯形容器、肘管、弧形支架、标尺、封液等组成。标尺、封液等组成。 倾斜角可调；倾斜角可调；弧形支架板上设计了一些固定肘管孔；弧形支架板上设计了一些固定肘管孔；对应着一定的倾斜角度；对应着一定的倾斜角度；各孔处刻有一数字各孔处刻有一数字A Ai i（方便使用）；（方便使用）；读出液柱长度读出液柱长度L L（mmmm），则：），则： P=AP=Ai iL L。 弹性元件受压产生弹性变形与被测压力成一定弹性元件受压产生弹性变形与被测压力成一定函数关系函数关系 。 广泛应用于工业生产和实验

23、室中。广泛应用于工业生产和实验室中。 1 1）结构简单、坚固、价低、准确度高、测量范）结构简单、坚固、价低、准确度高、测量范围广；围广； 2 2）便于携带和安装：与各种变换元件做成各种）便于携带和安装：与各种变换元件做成各种压力计；压力计； 3 3）在各种设备或场合安装；）在各种设备或场合安装； 4) 4) 频响低，不宜于测量动态压力。频响低，不宜于测量动态压力。特点：特点： 弹性元件受压后，在受压面表现为力弹性元件受压后，在受压面表现为力F F的作用，的作用，大小为：大小为： (3-9)(3-9)AA弹性元件承受压力的有效面积。弹性元件承受压力的有效面积。 在弹性变形内与所受外力成正比。在弹

24、性变形内与所受外力成正比。 CC弹性元件的刚度系数；弹性元件的刚度系数；x x弹性元件的位移弹性元件的位移( (即形变即形变) )。 3.3.1 3.3.1 原理原理APF CxF (3-10)(3-10)则：则： A A、C C与弹性元件的性能、加工过程和热处理等有关；与弹性元件的性能、加工过程和热处理等有关；位移量较小时，视为常数；压力与位移成线性关系；位移量较小时，视为常数；压力与位移成线性关系；位移量较大时，不为常数，分段线性化或进行修正；位移量较大时，不为常数，分段线性化或进行修正；注意温度对其的影响；注意温度对其的影响；A/CA/C比值大小决定压力测量范围，比值越大，可测压力比值大

25、小决定压力测量范围，比值越大，可测压力越大。越大。PCAx (3-11)(3-11)测压敏感元件）测压敏感元件） 常用：常用：膜片、波纹管和弹簧管膜片、波纹管和弹簧管，如表，如表3.23.2。表表3.2 3.2 弹性元件弹性元件弹簧管式弹簧管式波纹管式波纹管式薄膜式薄膜式单圈弹簧单圈弹簧管管多圈弹簧多圈弹簧管管波纹管波纹管平薄膜平薄膜波纹膜波纹膜挠性膜挠性膜测量范围测量范围0 0981981MpaMpa测量范围测量范围0 098.198.1MpaMpa测量范围测量范围0 00.9810.981MpaMpa测量范围测量范围0 098.198.1MpaMpa测量范围测量范围0 00.9810.98

26、1MpaMpa测量范围测量范围0 00.09810.0981MpaMpa膜片：膜片：沿外缘固定的片状弹性元件。沿外缘固定的片状弹性元件。 用中心的位移来表征被测压力。用中心的位移来表征被测压力。波纹膜片波纹膜片：压有环状同心波纹的圆形薄膜。：压有环状同心波纹的圆形薄膜。 波纹数目、形状、尺寸和分布与测压范围有关。波纹数目、形状、尺寸和分布与测压范围有关。膜盒：膜盒：两块金属膜片沿周边对焊成一薄膜盒子。两块金属膜片沿周边对焊成一薄膜盒子。v直接带动传动机构就地显示；直接带动传动机构就地显示；v位移较小，灵敏度低；位移较小，灵敏度低；v多配合压力变送器使用。多配合压力变送器使用。 1.1.薄膜式薄

27、膜式 平膜片和波纹膜片平膜片和波纹膜片 波纹管：具有等间距同轴环状波纹，能沿轴波纹管：具有等间距同轴环状波纹，能沿轴向伸缩的测压弹性元件。向伸缩的测压弹性元件。受外力时，波纹柱面舒展或压屈受外力时，波纹柱面舒展或压屈机械位移机械位移；有单波纹管和双波纹管；有单波纹管和双波纹管；位移位移x x与作用力与作用力F F的关系为：的关系为：200221002/1BRhBAAAnEhFx2.2.波纹管波纹管(3-12)(3-12)泊松系数；泊松系数；EE弹性模数；弹性模数；h h0 0非波纹部分的壁厚；非波纹部分的壁厚；nn完全工作的波纹数；完全工作的波纹数；波纹平面部分的倾斜角；波纹平面部分的倾斜角；

28、R RB B波纹管的内径；波纹管的内径；A A0 0、A A1 1、A A2 2和和B B0 0与材料有关的系数。与材料有关的系数。位移相对较大；位移相对较大；可直接带动传动机构，就地显示；可直接带动传动机构，就地显示；灵敏度高灵敏度高( (特别是在低压区特别是在低压区) )；迟滞误差较大，准确度最高为迟滞误差较大，准确度最高为1.51.5级。级。 3 3、弹簧管、弹簧管 弹簧管：一根弯成弹簧管：一根弯成270270圆弧的椭圆形圆弧的椭圆形 ( ( 或扁圆形或扁圆形) )截面空截面空心金属管子。如图心金属管子。如图3-53-5，被测压从开口端引入；被测压从开口端引入；椭圆截面在压力椭圆截面在压

29、力P P的作用下趋向圆形；的作用下趋向圆形；弹簧管产生向外挺直的扩张变形；弹簧管产生向外挺直的扩张变形；改变了弹簧管的中心角，使自由端产生位移改变了弹簧管的中心角，使自由端产生位移（如图中的虚线所示）；（如图中的虚线所示）；中心角改变量和所加压力的关系如下：中心角改变量和所加压力的关系如下： 222220)1 (1abbhREP(3-13)(3-13)0 0弹簧管中心角的初始角；弹簧管中心角的初始角；受压后中心角的改变量；受压后中心角的改变量；aa弹簧管椭圆形截面的长半轴；弹簧管椭圆形截面的长半轴；b b弹簧管椭圆形截面的短半轴；弹簧管椭圆形截面的短半轴；h h弹簧管椭圆形截面的管壁厚度；弹簧

30、管椭圆形截面的管壁厚度；R R弹簧管弯曲圆弧的外半径；弹簧管弯曲圆弧的外半径；kk几何常数；几何常数；、与比值有关的参数。与比值有关的参数。式式 (3-13) (3-13) 仅适用于薄壁仅适用于薄壁 ( h/b 0.7-0.8 ) ( h/b b b b 中心中心角减小角减小弹簧管挺直弹簧管挺直自由端移动自由端移动将压力转换为位移。将压力转换为位移。2.2.原理原理 3 3、分析、分析 (1) (1) 弹簧管的几何尺寸弹簧管的几何尺寸 设设b b= = b b +b b，=- -，代入式，代入式 ( 3-17 ) ( 3-17 ) 整理得整理得: : 增大弹簧管的中心角增大弹簧管的中心角(用多

31、圈弹簧管用多圈弹簧管););减小弹簧管的短半轴减小弹簧管的短半轴b(b(扁平扁平););提高弹簧管压力计的灵敏度（提高弹簧管压力计的灵敏度（增加增加）。）。bbb(3-18)(3-18) (2) (2) 弹簧管的刚度弹簧管的刚度 刚度刚度反映弹性材料弹性变形的难易程度。反映弹性材料弹性变形的难易程度。刚度大刚度大同压下同压下弹性变形小；反之，刚度小弹性变形小；反之，刚度小弹性变形大。弹性变形大。根据被测压力高低选择不同刚度的材料根据被测压力高低选择不同刚度的材料: :磷青铜、不锈钢等刚度较大磷青铜、不锈钢等刚度较大用于测量较用于测量较高的压力；高的压力；黄铜刚度较小，多用于测量低压。黄铜刚度较

32、小，多用于测量低压。 (3) (3) 弹簧管的管壁厚度弹簧管的管壁厚度 同种材料壁厚不同同种材料壁厚不同，在同压下，变形也不同；在同压下，变形也不同；管壁厚，变形小；管壁厚，变形小；管壁薄，变形大。管壁薄，变形大。不同量程弹簧管压力计不同量程弹簧管压力计，选用不同刚度、不同选用不同刚度、不同几何形状及不同壁厚材料做成。几何形状及不同壁厚材料做成。（4 4）、电接点信号压力表）、电接点信号压力表生产中，压力常需控制；生产中，压力常需控制；普通弹簧管压力表稍加变化；普通弹簧管压力表稍加变化；在压力偏离给定范围时，及时发出信号。在压力偏离给定范围时，及时发出信号。结构及原理：结构及原理：在压力表指针

33、上装有动触点在压力表指针上装有动触点2 2；另两个可调节指针，分别带有静触点另两个可调节指针，分别带有静触点1 1和和4 4；当压力超过上限值（由静触点当压力超过上限值（由静触点4 4的指针位置确定），的指针位置确定），动触点动触点2 2和静触点和静触点4 4接触，红色信号灯接触，红色信号灯5 5亮；亮；若压力低到下限值时，动触点若压力低到下限值时，动触点2 2和静触点和静触点1 1接触，接触，绿色信号灯绿色信号灯3 3亮亮；根据需要灵活调节静触点根据需要灵活调节静触点1 1、4 4的位置。的位置。受压受压波纹伸长或缩短波纹伸长或缩短位移。位移。灵敏度很高；灵敏度很高；低压或负压的测量；低压或

34、负压的测量；既是弹性测压元件，又是隔离元件；既是弹性测压元件，又是隔离元件；量程改变（一些辅助弹簧）。如图量程改变（一些辅助弹簧）。如图3.443.44。波纹管刻度记录纸指针记录笔弹簧连杆机构推杆铰链走纸轴芯 图图3.44 3.44 波纹管压力记录仪波纹管压力记录仪 被测压力被测压力P P 施压于波纹管底部施压于波纹管底部受力产受力产生轴向变形生轴向变形与内部弹簧压缩变形平衡与内部弹簧压缩变形平衡变形变形产生的位移带动推杆轴向移动产生的位移带动推杆轴向移动经杠杆机构传经杠杆机构传动和放大动和放大带动指针在盘面指示和记录笔在记带动指针在盘面指示和记录笔在记录纸上移动录纸上移动记录被记录被测压力的

35、数值。测压力的数值。 量程范围内，波纹管伸缩量与压力成正比，量程范围内，波纹管伸缩量与压力成正比，记录笔移动距离直接反映被测压力的大小。记录笔移动距离直接反映被测压力的大小。3.3.5 3.3.5 膜盒式微压计膜盒式微压计敏感，位移量较大；敏感，位移量较大；常用来测量常用来测量10O0mmH10O0mmH2 2O O以下无腐蚀性气体的以下无腐蚀性气体的微压，如炉膛压力、烟道压力等；微压，如炉膛压力、烟道压力等；结构原理如图结构原理如图3.453.45。 1测压膜盒；2位移连杆；3铰链支架；4拉杆；5转动臂；6指针系统转轴；7指针；8刻度盘；9平衡锤；10游丝图图3.45 3.45 膜盒式微压计

36、膜盒式微压计 被测压力被测压力P P膜盒产生弹性变形膜盒产生弹性变形带动连带动连杆机构和曲柄动作杆机构和曲柄动作带动指针转动带动指针转动在面板上在面板上指示出被测压力大小。指示出被测压力大小。游丝的作用：消除传动机构间隙游丝的作用：消除传动机构间隙。调整仪表的量程和线性度：可调整传动比调整仪表的量程和线性度：可调整传动比。3.3.6 3.3.6 弹性式远传压力计弹性式远传压力计将压力将压力位移量位移量再再转换电量；转换电量；电信号（电流或电压）反映压力的大小；电信号（电流或电压）反映压力的大小；实现信号的远传、综合运算、显示和控制；实现信号的远传、综合运算、显示和控制；与其它：检测装置、控制装

37、置、与其它：检测装置、控制装置、计算机或微处理器计算机或微处理器位移位移电信号的方法：电信号的方法： 通过电阻、电容、电感、霍尔电势、光电通过电阻、电容、电感、霍尔电势、光电等。等。两种常用方法：两种常用方法：霍尔片式和电感式。霍尔片式和电感式。（1 1）霍尔片式远传压力计霍尔片式远传压力计 实质：利用霍尔片实现压力实质：利用霍尔片实现压力位移位移霍尔电霍尔电势的转换。势的转换。电源电源输出输出图图3.46 3.46 半导体霍尔效应半导体霍尔效应 霍尔片霍尔片半导体薄片，半导体薄片，如图如图3.463.46。 在霍尔片在霍尔片Z Z轴方向加一恒定磁场轴方向加一恒定磁场B B ，Y Y轴方向轴方

38、向通恒定电流通恒定电流I I，则片内电子运动受电磁场的作用产，则片内电子运动受电磁场的作用产生偏移，在生偏移，在X X轴方向出现电位差，轴方向出现电位差，这一电位差称为这一电位差称为霍尔电势霍尔电势V VH H，这一物理现象称为霍尔效应。这一物理现象称为霍尔效应。大小为：大小为：)(blfdIBKVHH式中式中 K KH H 一霍尔系数；一霍尔系数； d d 一霍尔片厚度；一霍尔片厚度； l l 一霍尔片电势导出端长度；一霍尔片电势导出端长度； b b 霍尔片外部直流通入端面宽度；霍尔片外部直流通入端面宽度； 霍尔片形状系数。霍尔片形状系数。)(blf 霍尔电势霍尔电势V VH H的大小与通过

39、电流的大小与通过电流I I、磁感应强、磁感应强度度B B成正比，并与霍尔片材料、形状有关成正比，并与霍尔片材料、形状有关。 材料和几何尺寸固定，则：材料和几何尺寸固定，则：IBRVHH R RH H 霍尔常数，霍尔常数， 。)(1blfdKRHH 电流一定时，霍尔电势的大小仅与磁场强电流一定时，霍尔电势的大小仅与磁场强度大小度大小B B成正比成正比。 利用此特性，可对磁场进行测量或变换。利用此特性，可对磁场进行测量或变换。电源I输出UH磁钢霍尔片弹簧管压力P霍尔片式远传压力计，如图霍尔片式远传压力计，如图3.473.47。 图图3.47 3.47 霍尔式压力计霍尔式压力计 霍尔片与弹簧管自由端

40、相连接霍尔片与弹簧管自由端相连接; ;两对磁极，产生方向相反的两对磁极，产生方向相反的均匀均匀磁场；磁场；霍尔片处于差动均匀磁场中；霍尔片处于差动均匀磁场中；一端面引出导线接直流稳压电源；一端面引出导线接直流稳压电源；另一两端面引出线输出霍尔电势；另一两端面引出线输出霍尔电势；无压时，霍尔片处于差动磁场的平衡位置；无压时，霍尔片处于差动磁场的平衡位置；霍尔片两端通过方向相反，大小相等的磁通，霍尔片两端通过方向相反，大小相等的磁通，霍尔电势为零。霍尔电势为零。 引入被测压力引入被测压力P P，自由伸展；，自由伸展；霍尔片在磁场中运动，平衡位置改变；霍尔片在磁场中运动，平衡位置改变；输出电势不再为

41、零；输出电势不再为零；磁场强度线性增长；磁场强度线性增长；输出电势输出电势与输入压力与输入压力P P 成线性关系成线性关系；霍尔电势（约霍尔电势（约0 020mV20mV），送记录、显示；），送记录、显示；或放大转换为或放大转换为标准电流（或电压）标准电流（或电压）信号远传。信号远传。 4-20mA(1-5V)（2 2）电感式远传压力计）电感式远传压力计 压力到电量的变换：将压力压力到电量的变换：将压力位移位移电感电感量的变化量的变化。 电感变换器分为：电感变换器分为：自感式和互感式两类。自感式和互感式两类。 自感式：改变磁路的磁阻使电感发生变化；自感式：改变磁路的磁阻使电感发生变化； 互感式

42、：改变原副边的耦合程度使电感量发生互感式：改变原副边的耦合程度使电感量发生变化变化。v利用变压器的原理；利用变压器的原理；v差动式：改善非线性和提高灵敏度；差动式：改善非线性和提高灵敏度；v或称为差动变压器。或称为差动变压器。相敏检波电路（a）基本结构压力输入接头外罩壳电路板铁芯差动变压器传感器底座膜盒（b）电路原理示意220VAC电源振荡器差动变压器线路接口调零调满气压平衡 通孔电源变压器P图图3.48 3.48 电感式远传压力变送器结构原理示意图电感式远传压力变送器结构原理示意图 电感式远传微压力计结构如图电感式远传微压力计结构如图3.483.48（a a）：）：压力压力P P由接头送入膜

43、盒；由接头送入膜盒；P P0 0时时，衔铁位于差动变压器线圈的中部衔铁位于差动变压器线圈的中部输出电压为零（输出电压为零（U U0 0U U1 1U U2 20 0）；）；当当 P P 0 0 时，膜盒产生位移，带动衔铁在差动变压时，膜盒产生位移，带动衔铁在差动变压器线圈中移动；器线圈中移动；使差动变压器产生正比于被测压力的电压输出使差动变压器产生正比于被测压力的电压输出：UUUUUUUU2)()(210 图图3.483.48（b b）为测量电路框图。差动变压器输出）为测量电路框图。差动变压器输出信号较大，可直接进行信号显示。信号较大，可直接进行信号显示。3.3.7 3.3.7 弹性式压力计的

44、规格及故障处理弹性式压力计的规格及故障处理1 1、常用弹性式压力表规格、常用弹性式压力表规格注：仪表型号中，常用汉语拼音的第一个字母注：仪表型号中，常用汉语拼音的第一个字母表示某种意义：表示某种意义：如如Y Y 压力，压力，Z Z 真空（阻尼），真空（阻尼），B B 标标准（防爆），准（防爆），J J 精密（矩形），精密（矩形），A A 氨表，氨表，X X 信号（电接点），信号（电接点），P P 膜片，膜片，E E 膜膜盒，数字表示表面尺寸（盒，数字表示表面尺寸（mmmm），尺寸后的符号），尺寸后的符号表示结构或配接的仪表。表示结构或配接的仪表。2 2、YXCYXC系列磁助电接点压力表系列磁助

45、电接点压力表石油、化工、冶金、电站等广泛应用；石油、化工、冶金、电站等广泛应用；场合：无爆炸危险的介质；场合：无爆炸危险的介质；与相应的电气器件配套使用；与相应的电气器件配套使用；实现自动控制和发信（报警）；实现自动控制和发信（报警）；有：普通型、专用型、抗振型、耐蚀型、耐有：普通型、专用型、抗振型、耐蚀型、耐蚀抗振型及带隔离装置等。蚀抗振型及带隔离装置等。 特点：特点：设计新颖、结构可靠、品种规格齐全；设计新颖、结构可靠、品种规格齐全；动作稳定性好、适应性强；动作稳定性好、适应性强；测控并茂、安装简单、维护量小。测控并茂、安装简单、维护量小。 电器线路连接示意图电器线路连接示意图 型号标示型

46、号标示3 3、YA-100YA-100、150150氨压力表氨压力表 测量氨的液体、气体或其混合物等；测量氨的液体、气体或其混合物等；或测无腐蚀作用、非结晶和凝固的介质压力。或测无腐蚀作用、非结晶和凝固的介质压力。 主要技术指标：主要技术指标：精确度等级：精确度等级：1.5使用环境条件使用环境条件:-4070，相对湿度不大于相对湿度不大于90%温度影响：不大于温度影响：不大于0.4%/10 4 4、常见故障及处理方法、常见故障及处理方法故障现象故障现象可能原因可能原因处理方法处理方法、压力、压力表无指示表无指示导压管上的切断阀导压管上的切断阀未打开未打开打开切断阀打开切断阀导压管堵塞导压管堵塞

47、拆下导压管，用钢丝疏通，拆下导压管，用钢丝疏通，用压缩空气或蒸汽吹洗干用压缩空气或蒸汽吹洗干净净弹簧管接头内污物弹簧管接头内污物淤积过多而堵塞淤积过多而堵塞取下指针和刻度盘，拆下取下指针和刻度盘，拆下机芯，将弹簧管放到清洗机芯，将弹簧管放到清洗盘中清洗，并用钢丝疏通。盘中清洗，并用钢丝疏通。弹簧管裂开弹簧管裂开更换新的弹簧管更换新的弹簧管中心齿轮与扇形齿中心齿轮与扇形齿轮牙齿磨损过多，轮牙齿磨损过多，以致不能啮合。以致不能啮合。更换两齿轮更换两齿轮故障现象故障现象可能原因可能原因处理方法处理方法、指针、指针抖动大抖动大被测介质压力波动被测介质压力波动大大关小阀门开度关小阀门开度压力计的安装位置

48、压力计的安装位置震动大震动大固定压力计或在许可的情固定压力计或在许可的情况下把压力计移到震动较况下把压力计移到震动较小的地方，也可装减震器。小的地方，也可装减震器。、压力、压力表指针有表指针有跳动或呆跳动或呆滞现象滞现象指针与表面玻璃或指针与表面玻璃或刻度盘相碰有摩擦刻度盘相碰有摩擦矫正指针，加厚玻璃下面矫正指针，加厚玻璃下面的垫圈或将指针轴孔铰大的垫圈或将指针轴孔铰大一些一些中心齿轮轴弯曲中心齿轮轴弯曲取下齿轮在铁镦上用木锤取下齿轮在铁镦上用木锤矫正敲直矫正敲直两齿轮啮合处有污两齿轮啮合处有污物物拆下两齿轮进行清洗拆下两齿轮进行清洗连杆与扇形齿轮间连杆与扇形齿轮间的活动螺丝不灵活的活动螺丝不

49、灵活用锉刀锉薄连杆厚度用锉刀锉薄连杆厚度故障现象故障现象可能原因可能原因处理方法处理方法、压力去、压力去掉后，指针掉后，指针不能恢复到不能恢复到零点零点指针打弯指针打弯用镊子矫直用镊子矫直游丝力矩不足游丝力矩不足脱开中心齿轮与扇形齿轮脱开中心齿轮与扇形齿轮的啮合，反时针旋动中心的啮合，反时针旋动中心轴以增大游丝反力矩轴以增大游丝反力矩指针松动指针松动校验后敲紧校验后敲紧传动齿轮有摩擦传动齿轮有摩擦调整传动齿轮啮合间隙调整传动齿轮啮合间隙5 5、压力指、压力指示值误差不示值误差不均匀均匀弹簧管变形失效弹簧管变形失效更换弹簧管更换弹簧管弹簧管自由端与弹簧管自由端与扇形齿轮、连杆扇形齿轮、连杆传动比

50、调整不当传动比调整不当重新校验调整重新校验调整6 6、指示偏、指示偏高高传动比失调传动比失调重新调整重新调整故障现象故障现象可能原因可能原因处理方法处理方法7 7、指示偏、指示偏低低传动比失调传动比失调重新调整重新调整弹簧管有渗漏弹簧管有渗漏补焊或更新新的弹簧管补焊或更新新的弹簧管指针或传动机构指针或传动机构有摩擦有摩擦找出摩擦部位并加以消除找出摩擦部位并加以消除导压管线有泄漏导压管线有泄漏逐段检查管线，找出泄漏逐段检查管线，找出泄漏之处给予排除之处给予排除8 8、指针不、指针不能指示到上能指示到上限刻度限刻度传动比小传动比小把活节螺丝向里移把活节螺丝向里移机芯固定在机座机芯固定在机座位置不当

51、位置不当松开螺丝将机芯向反时针松开螺丝将机芯向反时针方向转动一点方向转动一点弹簧管焊接位置弹簧管焊接位置不当不当重新焊接重新焊接l 负荷式压力计：负荷式压力计：应用范围广、结构简单；应用范围广、结构简单；稳定可靠、准确度高、重复性好；稳定可靠、准确度高、重复性好；可测正、负及绝对压力；可测正、负及绝对压力；可作标准仪器，又可作标准压力信号源。可作标准仪器，又可作标准压力信号源。 1. 1. 原理和结构原理和结构 静力学平衡原理和帕斯卡定律静力学平衡原理和帕斯卡定律。 用标准砝码平衡被测压力，又称静重活塞用标准砝码平衡被测压力，又称静重活塞式压力计。式压力计。结构如图结构如图3-73-7：压力发

52、生部分和测量部分组成。：压力发生部分和测量部分组成。3.4.1 3.4.1 活塞式压力计活塞式压力计 (1)(1)压力发生部分：手摇泵压力发生部分：手摇泵4 4、手轮、手轮7 7旋转旋转丝杠丝杠8 8、活塞、活塞( (手摇泵活塞手摇泵活塞)9)9、工作液。、工作液。工作液：洁净的变压器油或蓖麻油等。工作液：洁净的变压器油或蓖麻油等。 (2)(2)测量部分：测量活塞测量部分：测量活塞1 1、砝码托盘、砝码托盘1212、荷、荷重砝码重砝码2 2，、活塞筒，、活塞筒3 3。 活塞稳定在某位置，工作液产生的压力活塞稳定在某位置，工作液产生的压力P P0 0与活与活塞、托盘及砝码产生的压力相平衡，则：塞

53、、托盘及砝码产生的压力相平衡，则：AgmmP)(21PP被测压力（被测压力（PaPa）；）； m m1 1活塞、托盘的质量（活塞、托盘的质量（kgkg）；）；m m2 2砝码质量（砝码质量（kg kg ）；）； AA有效承受压面积（有效承受压面积（m m2 2）；gg重力加速度（重力加速度（m/sm/s2 2）。 （3-193-19） 2.2.误差分析误差分析 (1)(1)重力加速度的影响重力加速度的影响 重力加速度与海拔、纬度有关，用下式计算：重力加速度与海拔、纬度有关，用下式计算： gg使用地重力加速度（使用地重力加速度（m/sm/s2 2）；）；RR地球半径（地球半径（R = 6371R

54、 = 637110103 3m m）；）；HH使用地海拔（使用地海拔（m m）；）；使用地纬度。使用地纬度。RHg2180665. 9)2cos0025. 01 (（3-203-20） (2)(2)空气浮力的影响空气浮力的影响 考虑空气浮力的影响，则应在式考虑空气浮力的影响，则应在式(3-19)(3-19)中引进修正因子如下：中引进修正因子如下： 1 1当地空气密度（当地空气密度（kg/mkg/m3 3）；）；2 2砝码材料密度（砝码材料密度（kg/mkg/m3 3）。）。 2111K（3-213-21） (3) (3) 温度变化的影响温度变化的影响 当环境温度不是当环境温度不是2020时，进

55、行温度修正时，进行温度修正 1 1、2 2 活塞与活塞缸材料线膨胀系数（活塞与活塞缸材料线膨胀系数（-1-1）；）；TT工作环境温度（工作环境温度（）；）；A A0 02020时活塞的有效面积；时活塞的有效面积；压力每变化压力每变化9.80665 Pa9.80665 Pa时活塞有效面积的变化率。时活塞有效面积的变化率。)1)(20)(1 1021212AmmgTK（3-223-22） 当活塞与活塞缸材料相同时当活塞与活塞缸材料相同时 EE活塞与活塞缸材料的弹性模量；活塞与活塞缸材料的弹性模量；泊松系数；泊松系数；rr活塞半径；活塞半径；RR活塞缸半径。活塞缸半径。)2(1222rRrE（3-2

56、33-23） 3. 3.使用注意事项使用注意事项 应检查油路，密封；应检查油路，密封； 活塞在活塞筒中的部分等于活塞在活塞筒中的部分等于2/33/42/33/4活塞长；活塞长； 压力计、砝码编号一致，严禁互换；压力计、砝码编号一致，严禁互换； 加减法码避免活塞突升突降。加减法码避免活塞突升突降。 方法：加减法码前关闭通往活塞的阀门，确认所方法：加减法码前关闭通往活塞的阀门，确认所加减法码无误后，再打开阀门。加减法码无误后，再打开阀门。 测量时轻轻地转动活塞：活塞和活塞筒测量时轻轻地转动活塞：活塞和活塞筒间隙非常小，因而其间沿轴向粘滞油液产生的间隙非常小，因而其间沿轴向粘滞油液产生的剪力影响精确

57、测量。剪力影响精确测量。 铅直：用活塞压力计上的水泡调水平。铅直：用活塞压力计上的水泡调水平。 用作标准仪器时，综合误差应不大于被用作标准仪器时，综合误差应不大于被检仪表基本误差绝对值的检仪表基本误差绝对值的1/31/3；量程应为测量上；量程应为测量上限的限的1010100100，当低于，当低于1010时，应更换压力时，应更换压力计。计。 校验或检定其他压力表时的操作步骤，校验或检定其他压力表时的操作步骤，应详见相关指导手册；当校验真空表时，操作应详见相关指导手册；当校验真空表时，操作步骤略有不同，应加以注意。步骤略有不同，应加以注意。活塞式压力计活塞式压力计活塞压力计广泛使用；活塞压力计广泛

58、使用；稳定性，重复性和精度高；稳定性，重复性和精度高；用于校验压力表，变送器，数字压力计等；用于校验压力表，变送器，数字压力计等；也用于精密压力测量；也用于精密压力测量；活塞压力系统包括：活塞杆和活塞筒系统；活塞压力系统包括：活塞杆和活塞筒系统；按照标准重力加速度按照标准重力加速度980.665cm/s980.665cm/s2 2生产。生产。基于帕斯卡定律及流体静力学平衡原理；基于帕斯卡定律及流体静力学平衡原理；作为国家基准、工作基准或压力计量标准器。作为国家基准、工作基准或压力计量标准器。活塞式压力真空计活塞式压力真空计工作介质：洁净的压缩空气或瓶装氮气工作介质：洁净的压缩空气或瓶装氮气工作

59、介质：压缩空气；工作介质：压缩空气；克服了油的表面张力、粘度影响；克服了油的表面张力、粘度影响；没有漏油问题，用于禁油类压力计和传感没有漏油问题，用于禁油类压力计和传感器的标定。器的标定。3.4.2 3.4.2 浮球式压力计浮球式压力计 构成：浮球、喷嘴、砝码支架、专用砝码构成：浮球、喷嘴、砝码支架、专用砝码( (组组) )、流量调节器、气体过滤器、底座、水平、流量调节器、气体过滤器、底座、水平调节器，如图调节器，如图3-83-8。图图1 1 浮球式压力计浮球式压力计 原理图原理图 原理原理：压缩空气源经过滤器减压，再经定压缩空气源经过滤器减压，再经定值器调节到所需流量后值器调节到所需流量后，

60、由锥形喷嘴喷向浮球，由锥形喷嘴喷向浮球，气压使浮球漂浮起来。浮球上挂砝码和砝码架气压使浮球漂浮起来。浮球上挂砝码和砝码架。 当浮球受力相平衡时，输出一稳定压力当浮球受力相平衡时，输出一稳定压力P： AgmmmP)(321(3-24)(3-24)PP被测压力；被测压力；m m1 1、m m2 2和和m m3 3浮球、砝码和砝码架的质浮球、砝码和砝码架的质量；量； AA浮球最大截面积，浮球最大截面积，A=A= D D2 2/4/4。特点：特点： 1 1、内置自动流量调节器，增减砝码无须任何、内置自动流量调节器，增减砝码无须任何操作，即可得到精确的输出压力。操作，即可得到精确的输出压力。 2 2、工