3.压力测量仪表

1、三压力测量仪表压强是垂直而均匀作用在单位面积上的力。在压力测量中，常用表压、绝对压力、负压或真空度来（如图3-1）表示：P表压=P绝对压力P大气压力P真空度=P大气压力-P绝对压力压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，具广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，根据工业对象的特点，通常有三种检测压力的方法，即液柱测压法，弹性变形法和电测压力法。下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。（一）弹性式压力计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

2、而制成的测压仪表。如图3-2所示，弹性元件分别为弹簧管（a）（b）,膜片（c）,膜盒（d）,波纹管（e）。图32常用弹性元件弹簧管压力表的结构原理如图3-3所示。弓M簧管l是压力表的测量元件。图中所示为单圈弹簧管，它是一根弯成2700圆弧的椭圆截面的空心金属管子。管子的自由端B封闭，管子的另一端固定在接头9上。当通入被测的压力p后,椭圆形截面在压力p的作用下，将趋于圆形，弹簧管也随之产生向外挺直的扩张变形。使弹簧管的自由端B产生位移。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，这就是弹簧管压力表的基本测量原理。辑管出于*一算贤管，。拄杆*3-培弗位

3、鸵F4中心牌希上尸#11ri-fflfllpJ-Kfilp生挂点信号Hi力裳L4静片息,W第0+3鼻灯*3-tr灯图3-3压力表的结构弹簧管自由端B的位移量一般很小，必须通过放大机构才能指示出来。放大过程如下：弹簧管自由端B的位移通过拉杆2（见图33）使扇形齿轮3作逆时针偏转，于是指针5通过同轴的中心齿轮4的带动而作顺时针偏转，在面板6的刻度标尺上显示出被测压力的数值。由于弹簧管自由端的位移与被测压力之间具有正比关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺是线性的。游丝7用来克服因扇形齿轮和中心齿轮间的传动间隙而产生的仪表变差。改变调整螺钉8的位置（即改变机械传动的放大系数），可以实现压力表量程的调整。（

4、二）霍尔式远传压力表1 .霍尔效应在霍尔片的Z轴方向加一磁感应强度为B的恒定磁场，在Y轴方向加一外电场（接入直流稳压电源）,便有恒定电流沿Y轴方向通过。电子在霍尔片中运动时，由于受电磁力的作用，而使电子的运动轨道发生偏移，造成霍尔片的一个端面上有电子积累，另一个端面上正电荷过剩，于是在霍尔片的X轴方向上出现电位差这一电位差称为霍尔电势，这样一种物理现象就称为“霍尔效应”。如图3-4所示，霍尔片为一半导体（如错）材料制成的薄片。在霍尔片的长度方向通入控制电流I,在平面法线方向外加磁场B,于是电子在磁场中受洛伦兹力，而向宽度方向偏移，因此在霍尔片两侧分别积累正负电荷并沿宽度方向产生霍尔电场。这一电

5、场对电子产生的力阻止电子偏移。当电场力fE与洛伦兹力fL相平衡时，霍尔输出端电荷积累达到平衡，这就是霍尔效应。当磁感应强度B方向与霍尔片平面法线夹角为9时，霍尔电压V=KIBcos9,其中K为霍尔元件灵敏度。当载流子为空穴时，它与电子运动方向相反，而洛伦兹力方向相同，所以产生的霍尔电压极性相反。霍尔元件主要用于磁场、转速、微小位移、加速度等的测量，是放音磁头、磁接近开关、同步传动装置、无刷直流电机、函数发生器、运算器、功率计、调制器、解调器、频谱分析、回转器、隔离器中的重要器件。赛尔元件图211霍尔效应原理2 .霍尔压力传感器如图35所示，它将霍尔元件固定于弹性敏感元件上，在压力的作用下霍尔元

6、件随弹性敏感元件的变形而在磁场中产生位移，从而输出与压力成一定关系的电信号。保持霍尔元件的激励电流不变，而使它在一个均匀梯度的磁场中移动时，它输出的霍尔电势大小就取决于它在磁场中的位移量（如图所示）。磁场梯度越大，灵敏度就越高；梯度变化越均匀，霍尔电势与位移的关系就图3-5霍尔压力传感器越接近于线性。霍尔元件结构简单、形小体轻、无触点、频带宽、动态特性好、寿命长，而且已经商品化。霍尔元件用于压力传感器，按照弹性敏感元件的不同有多种结构形式。图a、b中的压力传感器分别采用膜盒和弹簧管作为弹性敏感元件，并由两块半环形五类磁铁产生梯度均匀的磁场。（三）应变片式压力传感器电阻应变片有金属应变片（金属丝

7、或金属箔）和半导体应变片两类。当应变片产生压缩或拉伸应变时，其阻值减小或增加。应变片阻值的变化，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。1 .应变式压力传感器金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。金属电阻应变片的内部结构如图3-6所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外

8、界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。图36应变片的结构图金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：R=pXL/S式中：p金属导体的电阻率（Q-cmfm）S导体的截面积（cm2l导体白长度（m我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压

9、），即可获得应变金属丝的应变情况。如图3-7所示为应变式压力传感器。采用金属导体应变片。图37应变式传感器的结构原理2 .压阻式压力传感器通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU显示或执行机构。如图3-9所示的是压阻变式压力传感器。图3-8半导体应变片图3-9压阻式压力传感器2半导体敏感条；2基底；3引线；4引线连接片；5

10、内引线压阻式传感器是采用集成电路制造技术在半导体基片上直接生成扩散电阻并组成电桥半导体材料通常为硅材料所以压阻式传感器又常称为扩散硅压力传（四）压电压力传感器对某些电介质沿着一定方向加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力撤除后，又恢复到不带电状态，这种现象称为正压电效应。在电介质的极化方向施加电场，电介质会在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外电场去除后，变形或应力随之消失，此现象称为逆压电效应。图3-10石英晶体的压电效应如图3-10所示的石英晶体白压电效应，（a）正负电荷是互相平衡的，所以外部没有带电现象。（b）在X轴方向压缩，表面A上呈现负电荷、B表面呈现正电荷。（c）沿Y轴方

11、向压缩，在A和B表面上分别呈现正电荷和负电荷压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。图311压电压力传感器的结构优点：转换效率和转换精度高、线性范围宽、重复性好、固有频率高、动态特性好、工作温度高达550c（压电系数不随温度而改变）、工作湿度高达100%稳定性好。2.瓷压力传感器原理及应用抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥闭桥，由

12、于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿070C,并可以和绝大多数介质直接接触。陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40135C,而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度大于2kV,输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋

13、势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。（五）横河川仪压力变送器EJA430A压力变送器、EJA110A差压变送器、EJA530Affi力变送器采用的是单晶硅谐振式传感器技术，适用于测量液体、气体或蒸汽的压力,将测量压力转换成420mADCfe流信号输出。采用微电子加工技术（MEMS在一个单晶硅芯片表面的中心和边缘制作两个形状、尺寸、材质完全一致的H形状的谐振梁，谐振梁在自激振荡回路中作高频振荡。单晶硅片的上下表面受到的压力不等时，将产生形变，导致中心谐振梁因压缩力而频率减小，边缘谐振因受拉伸力而频率增加。两频率之差信号直接送到CPU!行数据处理，然后经D/A转换成4-2

14、0mA输出信号。端子端子端了横河压力变送器接线图420mA输出、FF和PROFIBUSPA现场总线通讯接线端子SUPPLY1*口电源租输出端子CHECK：Zl外部指示计（电流表）接线端子兰接地端子*1：当使用外部指示计或检测表时，内部阻抗必须W10Q。*2：不适用于FF和PROFIBUSPA通讯协议.（六）霍尼韦尔压力变送器ST3000/900系列SmartLine智能压力变送器STG7001 .型号说明每一台变送器都带一个铭牌，上面表明了该变送器的特定“型号号码”例如：基本类型仪表本体关键号表1STG735E1H查看关键号码的第三位和第四位,字母代表的下面的变送器基本类型：A=绝对压力法兰组

15、件选项工厂标示表2表3表40000SB,1C#确认产品的系列和基本类型。第三位上的D=压差F=法兰安装G=表压力R=远传压力2 .精度性能指标通过将绝压与传感器芯片上的静压和温度补偿相结合，可在大范围内的静压和温度下提供极高的测量精确度和稳定性。精度高达0.065%,稳定性0.025%商量程，保持5年量程比100:1响应时间100ms3 .连接电源及SCT/SFC警告：在松开变送器壳体上的端盖螺母之前，请不要拧开端盖。(1)使用1.5mm的内六角扳手拧松壳体终端侧的端盖螺母，然后卸下端盖。(2)观察极性，将DC25Vt源接到信号端子上，既使用SIGNAL如下图：+TEST-iffJ3:bdb-

16、SIGNAL+注意：确保通讯在电源和变送器之间要有一个最小为250欧姆的回路阻抗。回路阻抗=安全栅阻抗+线路阻抗。(3)将SCTm£SFCf变送器按电源极性一致连到信号端子上。(若使用SCT请在其工具栏上选择“TagID”图标以便与变送器建立起在线通讯。4智能仪表各按钮功能说明VARSELSPAN【ZEROUPPERVALUEUNITSSET【LOWERVALTE当与ST3000变送器一起安装时，此功能无效选择上限测量值设定(URV选择下限测量值设定(LRV选择高测量值设定(URV选择智能仪表显示的工程单位选择低测量值设定(LRV【】向下选择按钮【】向上选择按钮（七）罗斯蒙特压力变送

17、器3051系列压力变送器1 .型号说明3051T=压力变送器L=液位变送器S=高精度系列C=差压变送器GP打力变送器（原2088升级版本）2 .精度性能指标总体性能：±0.15%FS精度：±0.075%FS量程比：100:1五年稳定性+0.125%不锈钢与哈氏合金CR过程隔离膜片单隔离膜片设计灌充液：硅油与惰性油可选DIN与Autoclave相配的过程连接3 .连接接线按照下列步骤进行接线：拆下标记"FIELDTERMINALS电子外壳。将正极导线接到“PWR/COMM+接线端子上，负极导线接到”接线端子上。注意不得将带电信号线与测试端子（test）相连，因通电将损坏测试线路中的测试二极管。应使用屏蔽的双绞线以获得最佳的测量效果。为了保证正确通讯，应使用24AWGE更高的电缆线，但是不要超过5000英尺（1500米）。用导管塞将变送器壳体上未使用的导管接口密封。如果可以，安装接线时使用一个滴水环管。使滴水环管的底部低于导管连接口和变送器壳体。重新拧上表盖图3为3051G变送器供电及与HAR行操器通讯的接线图4零点修正零点修正是用来补偿安装位置影响的单点调节方式。如果零点的偏移量不超过实际零点的3%按照下述“使用HA