第31章 压力检测方法及仪表

1、昆明理工大学昆明理工大学杨彪杨彪20102011学年下学年下第三章第三章检测仪表及传感器检测仪表及传感器昆明理工大学知识结构知识结构第第5章章 自动控制仪表自动控制仪表第第6章章 执行器执行器第第2章章 过程特性过程特性第第3章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第4章章 显示仪表显示仪表第第1章自动控制系统基本概念章自动控制系统基本概念第第7章章 简单控制系统简单控制系统 第第8章章 复杂控制系统复杂控制系统第第9章章 新型控制系统新型控制系统第第10章章 计算机控制系统计算机控制系统昆明理工大学压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表本章内容物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表流量检测方法及

2、仪表流量检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表数字式显示记录仪表数字式显示记录仪表昆明理工大学第二节第二节 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表 第三章 检测仪表与传感器昆明理工大学压力检测方法压力检测方法v液柱测压法液柱测压法v弹性变形法弹性变形法v电测压力法电测压力法压力检测仪表压力检测仪表v弹簧管压力表弹簧管压力表v霍尔式压力表霍尔式压力表v差压（压力）变送器差压（压力）变送器力平衡式压力变送器力平衡式压力变送器微位移式变送器微位移式变送器智能差压（压力）变送器智能差压（压力）变送器主要内容昆明理工大学压力的基本概念压力的基本概念垂直而均匀地作用在单位面积上的力垂直而均匀地作

3、用在单位面积上的力 式中式中压力（压力（PaPa） 均匀垂直作用力（均匀垂直作用力（N N） 受力面积（受力面积（m m2）SF1Pa = 1*10-3KPa = 1*10-6MPa单位单位: : 牛顿牛顿/ /米米2（N/mN/m2），简称），简称“帕帕”，用符号，用符号“PaPa” 昆明理工大学压力的几种表示形式压力的几种表示形式被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压（或真空度） 表压（正压）绝对压力的零线大气压力线绝对压力绝对压力真空度昆明理工大学液柱测压法液柱测压法 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hh12211p1p2h2P0h1h211p200 常用的压力表有

4、U形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞式压力表等。 测量原理测量原理昆明理工大学弹性变形法弹性变形法 将被测压力转换成弹性元件变形的位移 测量原理P 弹簧管式弹性元件P 膜片式弹性元件昆明理工大学当弹性元件在轴向受到外力作用 时，就会产生拉伸或压缩位移位移，即 CSF 式中 F轴向外力 S位移 C弹性元件的刚度系数 APF 式中 A弹性元件承受压力的有效面积 P被测压力 PCAS 测量原理S P昆明理工大学弹性元件结构和特点弹性元件结构和特点昆明理工大学弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 弹性元件弹性元件弹性形变弹性形变 I/O 广义的力广义的力广义的位移广义的位移 常用的弹性敏

5、感元件常用的弹性敏感元件昆明理工大学弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 常用的弹性敏感元件常用的弹性敏感元件昆明理工大学弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 常用的弹性敏感元件常用的弹性敏感元件昆明理工大学弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 常用的弹性敏感元件常用的弹性敏感元件真空膜合真空膜合昆明理工大学弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 常用的弹性敏感元件常用的弹性敏感元件昆明理工大学弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 常用的弹性敏感元件常用的弹性敏感元件昆明理工大学弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 常用的弹性敏感元件常用的弹性敏感

6、元件昆明理工大学弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 常用的弹性敏感元件常用的弹性敏感元件 220V供电供电 动态性能动态性能昆明理工大学弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 常用的弹性敏感元件常用的弹性敏感元件昆明理工大学弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 弹性敏感元件的弹性敏感元件的一般特性一般特性 柔度（灵敏度）柔度（灵敏度） 刚度刚度 刚度与测量刚度与测量dFdxS dxdFK 昆明理工大学弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 弹性敏感元件的弹性敏感元件的一般特性一般特性 弹性滞后弹性滞后 迟滞迟滞 迟滞误差迟滞误差昆明理工大学弹性敏感元件的一般特性弹

7、性敏感元件的一般特性 弹性敏感元件的弹性敏感元件的一般特性一般特性昆明理工大学弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 弹性敏感元件的弹性敏感元件的一般特性一般特性 弹性后效弹性后效昆明理工大学弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 弹性敏感元件的弹性敏感元件的一般特性一般特性 弹性后效弹性后效昆明理工大学弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 弹性敏感元件的弹性敏感元件的一般特性一般特性 弹性后效弹性后效与蠕变与蠕变昆明理工大学弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 弹性敏感元件的弹性敏感元件的一般特性一般特性 弹性材料的机械品质因素弹性材料的机械品质因素CSEEQ2昆

8、明理工大学 弹簧管压力表弹簧管压力表 弹簧管拉杆指针中心齿轮扇形齿轮接头游丝刻度盘调整螺钉昆明理工大学电测压力法电测压力法 利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被测压力变换为电信号来进行测量的。测压力变换为电信号来进行测量的。 测量原理1.1. 弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成相应的电信号，如电阻式、电感式、的位移量转换成相应的电信号，如电阻式、电感式、电容式、霍尔片式、应变式、振弦式等；电容式、霍尔片式、应变式、振弦式等； 2.2. 非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些非

9、弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理性质与压力有关，如压电式、压阻式、物体的某一物理性质与压力有关，如压电式、压阻式、压磁式等压磁式等。昆明理工大学电测压力法电测压力法 v电容式测压原理电容式测压原理 采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量，然后通过测量电容量变电容器的电容量，然后通过测量电容量C C便可以便可以知道被测压力的大小，从而实现压力知道被测压力的大小，从而实现压力- -电容转换的电容转换的dC定极板弹性元件动极板被测压力 测量原理 电容器极板间绝缘介质的介电电容器极板间绝缘介质的介电 常数，常数，F

10、/m A电容器两平行板覆盖的面积，电容器两平行板覆盖的面积，m2 d两平行板之间的距离，两平行板之间的距离，m C电容量，电容量，F昆明理工大学电测压力法电测压力法 v压电式测压原理压电式测压原理 根据“压电效应”把被测压力变换为电信号的。（a）单晶体 （b）剖面图 （c）X截割的石英片 xxxAKPQ 受力面积 作用在受力面积上的压力压电常数 电荷数昆明理工大学电测压力法电测压力法 v应变片式测压原理应变片式测压原理 l543211敏感栅 2基片 3粘合剂 4引线 5覆盖片 llKRR敏感栅敏感栅 直径为直径为0.025mm0.025mm左右的合金电阻左右的合金电阻丝丝基基 底底 绝缘绝缘覆

11、盖层覆盖层 保护保护位移、力、力矩、位移、力、力矩、加速度、压力加速度、压力应变 弹性敏感元件 外力作用被测对象表面产生微小机械变形应变片敏感栅随同变形电阻值发生相应变化 应变片组成昆明理工大学压力检测仪表压力检测仪表 v霍尔式压力表霍尔式压力表 霍尔式压力表属于电气式压力表。霍尔式压力表属于电气式压力表。测压原理：利用霍尔片式传感器（根据半导测压原理：利用霍尔片式传感器（根据半导体材料的霍尔效应的原理）实现压力体材料的霍尔效应的原理）实现压力- -位移位移- -霍尔电势的转换。霍尔电势的转换。霍尔片：是一种半导体或化合物半导体转换霍尔片：是一种半导体或化合物半导体转换元件。霍尔效应：把一块霍

12、尔元件置于均匀元件。霍尔效应：把一块霍尔元件置于均匀磁场中，并使霍尔片与磁感应强度磁场中，并使霍尔片与磁感应强度B B的方向的方向垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵向端面上垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵向端面上通入恒定的控制电流通入恒定的控制电流I I，则会在霍尔片的两，则会在霍尔片的两个横向端面之间形成电位差个横向端面之间形成电位差V VH H，此电位差称，此电位差称为霍尔电势。为霍尔电势。线性非均匀磁场 IBKVHH昆明理工大学压力检测仪表压力检测仪表 v霍尔式压力表霍尔式压力表 弹簧管霍尔片KxVH K霍尔式压力传感器输出系数 自由端霍尔元件的位移量磁钢霍尔片 + 弹簧管昆明理工大学电动单元

13、组合仪表（简称为DDZ仪表） 差压（压力）变送器差压（压力）变送器 作用：将各种物理量转换成统一的标准信号差压变送器差压变送器 力平衡式变送器力平衡式变送器 位移平衡式变送器位移平衡式变送器气动单元组合仪表（简称为QDZ仪表） DDZ-DDZ-型仪表为型仪表为0 010mADC10mADC DDZ-DDZ-型仪表为型仪表为4 420mADC20mADC20100KPa昆明理工大学压力检测仪表压力检测仪表 力平衡式压力变送器力平衡式压力变送器 1低压室 2高压室 3测量元件（膜盒、膜片） 4轴封膜片 5主杠杆 6过载保护片 7静压调整螺钉 8矢量机构 9零点迁移弹簧 10平衡锤 11量程调整螺钉

14、 12检测片（衔铁） 13差动变压器 14副杠杆 15放大器 16反馈动圈 17永久磁钢 18电源 19负载 20调零弹簧 测量机构杠杆机构检测放大 机构反馈 机构昆明理工大学压力检测仪表压力检测仪表 主杠杆 211lFlFMiiPAFi矢量机构将F1分解成F2和F3， tgFF12tgPAllFi212副杠杆平衡：ffLFlFlF00320IKFff002310FKllPKllAtgllIffffl1l4l3l0lfl2F1F3F2FfF0HMFi5481214昆明理工大学压力检测仪表压力检测仪表 v微位移式变送器微位移式变送器 I0（1）测量部分测量部分 测量部分包括电容膜盒、高低压室及法

15、兰组件等. 测量原理: 将被测压力的变化转换成电容量的变化。填充液（硅油）固定电极可动电极P1转换放大单元 P2电容式压力传感器隔离膜片昆明理工大学压力检测仪表压力检测仪表 v智能差压（压力）变送器智能差压（压力）变送器 在普通压力传感器上增加微处理器,其特点： 具有远程通讯的功能 依靠手操通信器，用户可在现场或控制室设定变送器各种参数 使用维护方便 长期稳定工作，每5年才需校检一次。以3051C 为例： 组成：传感膜头：被测压力- A/D转换-数字信号 电子线路板：对信号进行修正，线性化处理-D/A转换- 420mA信号昆明理工大学A/D转换器 温度传感器 电容传感器传感膜头内存 修正系数

16、膜头信号微处理器传感器线性化重设量程诊断工程单位通信电子板内存量程值变送器组态信息D/A转换数字通信本机量程和零点调整手操器传感膜头电子线路板 420mA3051C型智能变送器原理图昆明理工大学压力测量仪表的选用压力测量仪表的选用 仪表种类和型号的选择仪表种类和型号的选择 工艺要求工艺要求 现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信号报警 介质性质介质性质 温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性 现场环境现场环境 温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性 仪表量程的确定仪表量程的确定 化工自控设计技术规定 被测压力较稳定的情况，最大压力值1应不超过满量程的2/3； 被测压力波动较大的情况，最大压力值应不

17、超过满量程的1/2； 测量高压时，被侧压力的最大值不得大于满量程的3/5； 被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3 昆明理工大学压力测量仪表的选用压力测量仪表的选用 仪表精度等级的选择仪表精度等级的选择 根据测量的最大误差来决定。昆明理工大学压力测量仪表的选用压力测量仪表的选用 例：现要选择一只安装在往复式压缩机出口的压力表，被测压力的范围为2225MPa， 工艺要求测量误差不得大于1MPa，且要求就地显示。试正确选择压力表的型号、精度及测量范围。解 往复式压缩机的出口压力为脉动压力，则有225M 和322M 可得6625 M查附录一，可选测压范围为600 M工艺允许的最大误差%.%Mmax671100601100 昆明理工大学压力测量仪表的选用压力测量仪表的选用 昆明理工大学压力测量仪表的选用压力测量仪表的选用 工艺允许的最大误差%.%Mmax671100601100 选择精度等级为 级的压力表1.5 查表可知,选Y-100型，测量范围060MPa，精度等级为1.5级的弹簧管压力表。昆明理工大学有一台空压机的缓冲罐，其工作压力变化范围为13.51