自动检测技术与仪表控制系统 压力检测合集课件

5.压力检测压力（压强）是物体对单位面积上的垂直作用力。是工业生产过程中重要的工艺参数之一，对冶金、石油、电力、食品等各部门均很重要。如冶金工业中冶炼炉、加热炉的炉膛压力的测量和控制对节约能源、安全生产有意义。另外其他过程参数如液位和流量的测量也可以通过测量压力或压力差而间接测出。压力单位及压力检测方法--重力平衡法、机械力平衡法、弹性力平衡法和物位测量法常用的压力检测仪表--弹性压力计、力平衡式压力计和压力传感器测压仪表的使用和压力检测系统皖鱼党煎殊崎滁溜斜登驾冤思藏捶膏护捡堤芥下牧汉矫超喉西溪噪帮靛仁自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测5.压力检测压力（压强）是物体对单位面积上的垂直作用力。是工1一、压力的单位定义垂直均匀地作用于单位面积上的力，通常用p来表示。单位在国际单位制中为“帕斯卡”简称“帕”，符号为Pa，定义为1Pa=1N/m2。还有“千帕”、“兆帕”等。我国规定帕斯卡为压力的法定单位，目前仍在使用的压力单位还有工程大气压、物理大气压、巴、标准大气压、毫米汞柱、毫米水柱等。P67表5-1给出了各压力单位之间的换算关系。标准大气压：0℃时，水银密度为13.5951g/cm3,在标准重力加速度980.665cm/s2下，高760mm水银柱对底面的压力。工程大气压：每平方厘米面积上垂直作用1公斤力的压力。5.1.压力单位及压力检测方法沽痘廓烁踌脆写册呢逊韦绣胺诣究鲁讣衰撒廖涉指刺经赊昏孟浅攀翰锅隅自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测一、压力的单位5.1.压力单位及压力检测方法沽痘廓烁踌脆写册2为了不同场合使用方便，有相应的测量仪表

绝对压力被测介质作用在容器表面积上的全压力，用符号pi表示。用绝对压力表测量。大气压力由于地球表面空气重量形成的压力，随地理纬度、海拔高度及气象条件而变化，用气压计测定，用符号pd表示。表压力为绝对压力和大气压力之差，用符号pb表示。即：pb=pi-pd

常用的压力测量仪表测得的压力值，一般都是此。真空度绝对压力小于大气压力表压力为负值时的其绝对值，用符号pz表示。即：pz=pd

–pi 用真空表测量。差压设备中两处的压力之差称为差压。二、压力的几种表示方法皿氓守肆雅鳃凑焉轴谬酌月勾樟滦铅通涯霞绦流琢硷琢肿犹观陋脂兴柿永自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测为了不同场合使用方便，有相应的测量仪表 二、压力的几种表示方3

根据工作原理的不同而进行分类：1.重力平衡法液柱式压力计原理是基于液体静力学原理-被测压力与一定高度的工作液体产生的重力相平衡，将被测压力转换为液柱高度来测量，如U形管压力计。特点是测压范围小于0.1~0.2MPa的压力、差压和负压；精度高，有时用作标准仪器；结构简单，价格低，不易远传；填充液常为水银，有毒，且玻璃管易碎。负荷式压力计原理是基于重力平衡原理。活塞式压力计。将被测压力转换为平衡重物的重量来测量。特点是测量范围宽（0.04~2500MPa）、精度高、性能稳定可靠，多用作校验仪表。三、压力检测的主要方法及分类姓袱烫赊筑痞勒财怪框拳熏涉擂霉药陛歧声氏斩梅财饲睬俯症袜桐利昌朵自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测 根据工作原理的不同而进行分类：三、压力检测的主要方法及分类42.机械力平衡法原理：将被测压力经变换元件转换成一个集中力，用外力与之平衡，通过测量外力得到被测压力。特点：可达较高的精度，但是结构复杂。多用于电动和气动组合仪表中。3.弹性力平衡法原理：利用弹性元件的弹性变形特性进行测量，弹性力与被测压力相平衡，测变形就可知压力。特点：类型多，可测压力、负压、绝对压力和压差，应用最广泛。4.物性测量法

原理：在压力作用下，测压元件的某些物理特性会发生变化。分类：电测式压力计（利用压阻、压电或其它物理特性将压力转换为各种电量）和其它新型压力计（集成式压力计和光纤压力计）低遍准渭怎漳韶倍薄迁辫怠贼坝裴龙查迟绝黎渗乏沉碑辈豫卡誓剑要环味自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测2.机械力平衡法低遍准渭怎漳韶倍薄迁辫怠贼坝裴龙查迟绝黎渗乏5弹性压力计—弹簧管压力计、电位器式压力变送器、霍尔式压力变送器力平衡式压力计（后面介绍）压力传感器-应变式压力传感器、压阻式压力传感器、电容式压力传感器、振频式压力传感器、压电式压力传感器和集成压力传感器5.2.常用压力检测仪表慢简盟耀秋芦千灾殷昧纹劈翠毫尘缕氟泉鞍韶巾轮烧虾椿股颓娄亮伍费被自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测弹性压力计—弹簧管压力计、电位器式压力变送器、霍尔式压力变送6感受压力，产生变形（核心部分）调整仪表的零点和量程 利用弹性元件受压变形的原理。弹性压力计的组成一般包括几个主要环节，如图5-2所示。给出压力示值是指针或刻度尺一、弹性压力计喀哲马赔辊苞正接正轨玻书迷枢框理媳分莎谢陀革啃此椎殉憾噶腊调厄悸自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测感受压力，产生变形（核心部分）调整仪表的零点和量程 利用弹性71.测压弹性元件弹性膜片外缘固定的片状的弹性膜片，其弹性特性是中心位移与压力的关系。分为平膜片、波纹膜片和挠性膜片，各有其特点。波纹管壁面有多个同心环状波纹，一端封闭，开口端固定，封闭端位移与压力成正比。弹簧管圆弧状，轴截面为扁圆形或椭圆形，一端封闭且处于自由状态，自由端位移与压力有关。详见P71.表5-2。材料铜合金、弹性合金、不锈钢及半导体硅材料么疯祥蚤符骋秧魁来税按旁逐短磅雕桂奖矫识姬敖夺呢习鸣樊郊售销人位自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测1.测压弹性元件么疯祥蚤符骋秧魁来税按旁逐短磅雕桂奖矫识姬敖82.弹簧管压力计

是最常用的直读式测压仪表（还有波纹管差压计和膜盒式压力计）结构如图5-3所示特点结构简单，使用方便，价格低廉，测压范围宽（-105~109Pa），精确度可高达到±0.1%，应用广泛。3.波纹管差压计仅乱摹迟德洽舱日益点扁啼宋陌矢逛业缘嘴溶轻痊宰谍砚夹斜梯风绚闽蒸自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测2.弹簧管压力计特点结构简单，使用方便，价格低廉，测压范94.弹性测压计信号的远传方式弹性测压计可以在现场指示，但是更多情况下要求信号远传至控制室。将测压点取出的压力信号，通过长距离导压信号管，将信号传到很远的压力表上去的远传方式实际上不可能应用，远传多采用电远传方式，即在测压点附近的压力敏感件上面，附带有将位移变换为输出电信号的装置，通过电信号的传输，将压力指示和记录下来。常用的转换方式有电位器式、霍尔元件式、电感式、差动变压器式。大讹逝脾迪戳池鞋接晋真脏墓胺爸掂弯埃澜际到烤裁瀑浙塌掐帜窒狡究罢自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测4.弹性测压计信号的远传方式大讹逝脾迪戳池鞋接晋真脏墓胺爸掂10原理：将弹性元件的输出位移变为电位器滑动触点的位移，故被测压力的变化就转换成了电位器阻值的变化。将电位器与其它电阻组成一个电桥，当电位器阻值变化时，电桥输出电压就变化。特点：简单、线性输出但滑线电位器易磨损腐蚀。电位器式训积玫搔扑寅贩炕阶孙啦施磨你倾闰兼馒恳凑纳挎荒慈剐娶硒愚瞥律所灭自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测原理：将弹性元件的输出位移变为电位器滑动触点的位移，故被测压11霍尔元件式原理：基于半导体材料的霍尔效应，将自由端的位移通过霍尔元件转换成电压信号输出。B霍尔电势控制电流-++-霍尔效应：在霍尔元件（一种特殊的半导体元件）的纵向端面上通以一定的控制电流I，在与I垂直的方向上加一磁场其强度为B，则在与电流和磁场垂直的霍尔元件的横向端面上产生电位差VH的现象。VH叫霍尔电势，与I、B成正比，与沿磁场方向的厚度d成反比。（电荷受罗沦兹力和电场力的作用）结构原理如图5-5舅饶请踏隔熊举拳倘冀硬虫污馋著岔碱仲伪隘综歪房懊映塌扳税津塞挽不自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测霍尔元件式B霍尔电势控制电流-++-霍尔效应：在霍尔元件（一12三、压力传感器能够检测压力值并能提供远传信号的装置统称为压力传感器。压力传感器是压力检测仪表的重要组成部分。它的结构形式有：应变式、压阻式、电容式、压电式、光电式、光纤式等许多种。1.应变式压力传感器组成应变元件和弹性元件配用应变元件的工作原理导体和半导体的“应变效应”，即导体和半导体材料发生机械变形时，其电阻值将发生变化。实际的电阻应变片是一根电阻丝被弯曲而并行地排成栅形，贴在基板上成为电阻栅。可以写成瑶墒咸屿矛键哮协摘猫迟衬翼坎侧易衷约袜设软跑撒役坷觅缕味雍躯炽挽自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测三、压力传感器可以写成瑶墒咸屿矛键哮协摘猫迟衬翼坎侧易衷约袜13应变元件的结构丝状、片状或体状。应变丝或应变片与弹性元件的装配可以采用粘贴式或非粘贴式，在弹性元件受力变形时，应变元件也发生形变，其电阻值将有相应的改变。测量方法采用4个特性相同的应变元件，粘贴在弹性元件的适当位置上（两个受拉，两个受压），并分别接入电桥的4个臂，则电桥的输出信号可以反映被测压力的大小。弹性元件的选择根据被测介质和测量范围的不同而采用不同的型式，圆膜片（柱式压力传感器）、弹性梁和应变筒（筒式），如图。小皆散恳蜡嫉寥粕肉遍宫馅奠呼匹莱翘也姿万携膨刻跳疾兢谓扁稿里蜗致自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测应变元件的结构丝状、片状或体状。小皆散恳蜡嫉寥粕肉遍宫142.压阻式压力传感器原理基于半导体的“压阻效应”-当半导体的某一轴向受外力作用时，原子点阵排列规律发生变化导致载流子迁移率及浓度的变化，从而引起电阻率的变化。结构用集成工艺直接在硅平膜片上按照一定晶向制成扩散压敏电阻。工作原理硅平膜片在微小变形时有良好的弹性特性，当硅片受压后，它的变形使扩散电阻的阻值发生变化。其相对电阻变化可表示为：式中πe为压阻系数，σ为应力。哄胺毖拦落潞蔡晰骤襄泛嫡线刻翅术茬眶咱球斩靛瘴飞嫩翱寓叁仁撩爹蛾自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测2.压阻式压力传感器式中πe为压阻系数，σ为应力。哄胺毖拦落15测量电路-电桥简单的压阻式压力传感器结构如图。杯状硅膜片上用扩散工艺设有4个阻值相等的电阻，其配置位置按膜片上径向应力和切向应力分布情况确定（与晶体有关）还可以在电桥上接入一温度补偿电阻敝肪绸怖辐销蹬删名胀寺抓蹬凰返威猜寺或睫七谍灌掖协野邹粹钱封瀑耳自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测测量电路-电桥简单的压阻式压力传感器结构如图。杯状硅膜片16特点灵敏度高，频率响应高；结构比较简单，可以小型化；可用于静态、动态压力测量；应用广泛，测量范围在0~0.0005MPa、0~0.002MPa、至0~210MPa；其精确度为±0.2%~±0.02%。综汛郡雁属洗错枝筷赦用整退喜阴噶部桨鸡丝藐摘守觅枪虹官臆挑鸣馆验自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测特点灵敏度高，频率响应高；结构比较简单，可以小型化；可用173.电容式压力传感器测量原理：将弹性元件的位移转换为电容量的变化。图5-9为一种两室结构感压元件示意图。对于差动平板电容器，其电容与板间距变化的关系可表示为：冯雨袒佰然寓浮兴浓嗓咀懊糊委溯滁牟仙熄囊锤陪烯米煎断脂荣涎配尿拯自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测3.电容式压力传感器对于差动平板电容器，其电容与板间距变化的18特点此电容量的变化经过适当的转换电路，可以输出标准信号（4~20mA）。这种传感器结构坚实，灵敏度高，过载能力大；精度高，其精确度可达±0.25%~±0.05%；可以测量压力和差压，仪表测量范围0~0.00001MPa至0~70MPa。仕惦秒涂尘斧榴辑殖勤赏此菱寥擎绸瞻脸零挫您述篱否橇抓钡党结诫骄吐自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测特点此电容量的变化经过适当的转换电路，可以输出标准信号（194.振频式压力传感器工作原理 利用感压元件本身的谐振频率与压力的关系，通过测量频率信号的变化来检测压力型式振筒、振弦、振膜和石英晶体谐振。振筒式压力传感器由振筒组件和谐振电路组成。如图5-10，其感压元件是薄壁金属圆筒，本身具有一定的固有频率，当筒壁受压张紧后，其刚度发生变化，固有频率相应改变：特点体积小，输出频率信号，重复性好，耐振；精确度高，为±0.1%和±0.01%；测量范围0~0.014MPa至0~50MPa；适于气体测量瞳升拍镰职炸趋膏晨颇伺粱辣止蝉纯烦岛绣盔偷操菌醇腻问再世寺泼啦钵自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测4.振频式压力传感器特点体积小，输出频率信号，重复性好205.压电式压力传感器工作原理压电材料（石英、压电陶瓷、钛酸钡）的压电效应将被测压力转换为电信号的。它是动态压力检测中常用的传感器，不适宜测量缓变化的压力和静态压力。压电效应：压电材料（具有压电效应的材料）受到外力作用时，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化，表面上还会有电荷出现，形成电场；当外力去除后，材料回复到原来的状态的现象。在弹性范围内，压电元件产生的电荷量与作用力之间呈现线性关系。电荷输出为：q=kSp式中，q为电荷量；k为压电常数；S为作用面积；p为压力。通过测电荷量可知被测压力大小。

辐蘑概仕谦元奔前牟漾仑芭浅珊脐案颊尿翘绝插燥废菩章缚炳馁袁立团与自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测5.压电式压力传感器辐蘑概仕谦元奔前牟漾仑芭浅珊脐案颊尿翘绝21结构如图电荷量经放大可转为电压或电流输出测量一般配有电荷放大器，以增加输出可通过更改压电元件改变测量范围可以通过叠加压电元件以提高灵敏度槽优晰伊蛰赏碱酝侧卫颠镭彭翘盯耪丁沛插恼移幕直榜俩煎铃掌附邀九拂自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测结构如图电荷量经放大可转为电压或电流输出槽优晰伊蛰赏碱酝22特点可作动态测量，不适合于静压力和慢变化的压力的测量（如果施加在压电元件上的外力不变，电荷无内部泄漏，外电路负载无限大，那么，在外力作用期间，电荷量将始终保持不变。如果负载不是无限大，电路将会按指数规律放电，压电效应产生的电荷无法保持不变，从而造成测量误差。而在动态测量时，漏电量相对比较小）体积小，结构简单，工作可靠；频率响应高，不需外加电源；测量范围0~0.0007MPa至0~70MPa；测量精确度为±1%，±0.2%，±0.06%。但是其输出阻抗高，需要特殊信号传输导线。6.集成式压力传感器是集成化传感器，如以压阻式压力传感器为基础的集成传感器可同时检测差压、静压和温度。（通过多路转换开关和模/数转换后由微处理器进行相应的处理和显示）催型香扦婿渔什珐僧匠漆菇馋炙甭粪熏鸵拴潭尾墨撮斟樟口测谷料莉萎巴自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测特点可作动态测量，不适合于静压力和慢变化的压力的测量（如235.3.测压仪表的使用及压力检测系统一、测压仪表的使用测量仪表的使用，包括选择合适的测压仪表及仪表的校验等方面。测压仪表的选择选择合适的仪表主要根据生产过程提出的要求，结合各类压力表的特点综合考虑。一般涉及类型、测量范围和测量精度等方面。类型的选择应满足生产过程的要求，需要了解被测介质情况、现场环境及生产过程对仪表的要求，如信号是否需要远传、控制、记录或报警等。统栽吝吭廓聊帆坊侄尼种拳涌吵蜀论筏亏遗还震氟厚箍辑右染寞顷涩谴诱自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测5.3.测压仪表的使用及压力检测系统一、测压仪表的使用统栽吝24测量范围（量程）根据被测压力的大小及在测量过程中被测压力变化的情况来选取。选取仪表量程要留有余地，在测量稳定压力时，最大被测压力不能超过测量上限值的2/3；在测量脉动压力时，最大被测压力不能超过测量上限值的1/2；而在测量高压时，最大被测压力不能超过测量上限值的3/5。一般压力的最小值，应不低于测量上限值的1/3。根据被测压力的最大值和最小值计算出仪表的上下限后，要按压力仪表的标准系列选定量程。目前我国压力仪表测量范围的标准系列是：-0.1~0.06、0.15kPa和0~1、1.6、2.5、4、6、10×10nkPa（n为整数）。测量精度生产过程允许的被测压力的最大绝对误差应小于仪表的基本误差，可在规定的精度等级中确定仪表的精度。同时要注意经济性，不必追求高精度。工业用测压仪表的精度通常在0.5级以下。伸樊秃霖展同苦窑宠右柱膀哦涧童随周纪施龋叹锹桥硝遮鳖悸肉侠刃彰央自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测测量范围（量程）根据被测压力的大小及在测量过程中被测压力25测压仪表的校验

测压仪表在出厂前均需进行检定，使之符合精度等级要求。使用中的仪表则应定期进行校验，以保证测量结果有足够的准确度。常用的压力校验仪器有液柱式压力计、活塞式压力计或配有高精度标准表的压力校验泵。标准仪表的选择原则是，其允许绝对误差要小于仪表允许绝对误差的1/3~1/5。如果被校仪表的读数误差小于规定误差，则认为它是合格的。工业校验不用砝码而用标准压力表渠剁九俊恶休巨划辽淡瘩邻佰士陋沉码献梗庞袱仕批疆蓖残镐虽圃湾苔钮自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测测压仪表的校验测压仪表在出厂前均需进行检定，使之符合精26压力检测系统包括直接测取压力的取压口、传递压力的引压管路和测量仪表。是准确测量的保证。取压点位置和取压口形式为真实反映被测压力的大小，要合理选取测压点，注意取压口形式。设置取压点的原则：①取压点要避开各种局部阻力如管路弯曲、分叉、死角或流动形成涡流的区域，应在突出物体的（温度计）前方，在阀门前后远距离处（3D以上）。②取压孔径要小，使流体受到的扰动小，不至于在孔内形成涡流。③取压口开孔的轴线应垂直设备的壁面，其内端面与设备内壁平齐，否则相当于孔径增大，扰动增大。挝氛毅匀淤鸳伏钵灰箕必寸揣班豁邪嫩衰侮涣栖熔匈刨眠敛斡氨旧领朔胆自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测压力检测系统包括直接测取压力的取压口、传递压力的引压管路27④要防止积灰和堵塞，测量液体介质的压力时，取压口应在管道下部，以避免气体进入引压管；测量气体介质的压力时，取压口应在管道上部，以避免液体进入引压管。湘普唬恍郭寥淄昭徘杠拒奎妊死轿删挠薛秉妓均诊匙夫明夯毕坍截砧晋惰自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测④要防止积灰和堵塞，测量液体介质的压力时，取压口应在管道下部28引压管路的敷设其长度和直径原则上对压力信号的传递无影响，但实际上影响测压系统的动态特性，需要注意的原则有：(a)引压管的内径一般为6~10mm，长度不得超过50~60m。更长距离时要使用远传式仪表。(b)引压管路水平敷设时，要保持一定的倾斜度，以避免引压管中积存液体或气体，并有利于他们的排出。当被测介质为液体时，引压管向仪表方向倾斜；当被测介质为气体时，引压管向取压口方向倾斜。倾斜度一般大于3%~5%。(c)当被测介质容易冷凝或冻结时，引压管路需保温措施。(d)根据被测介质情况，在引压管路上要加装附件。(e)在取压口与仪表之间要装切断阀，以便设备检修时使用，切断阀应靠近取压口。画运鼠谜崇喝苏婴碱讶该骸秀趟闭慈伪披淑岗零芳辜岭迢列寸器姻生叮庞自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测引压管路的敷设其长度和直径原则上对压力信号的传递无影响，但29测压仪表的安装需注意的原则有：(a)压力计应安装在易于观测和检修的地方，仪表安装处尽量避免振动和高温。(b)对于特殊介质应采取必要的防护措施。(c)压力计与引压管的连接处，要根据被测介质情况，选择适当的密封材料。(d)当仪表位置与取压点不在同一水平高度时，要考虑液体介质的液柱静压对仪表示值的影响。绅恃镑咀确淄俘弦壶同篡迹熔磋垂寥份逝渗侮膨玉桅腕氮朔磺馈袍优汹侣自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测测压仪表的安装需注意的原则有：绅恃镑咀确淄俘弦壶同篡迹熔30作业P82.5-2，5-5，5-6，5-10姓加寂永尔歉退褐佣散瞥甸罐尧迸著酪驳筒歧嘎晨邪酣纠秘兹腺涝嫁朋奸自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测作业P82.5-2，5-5，5-6，5-10姓加寂永尔歉退315.压力检测压力（压强）是物体对单位面积上的垂直作用力。是工业生产过程中重要的工艺参数之一，对冶金、石油、电力、食品等各部门均很重要。如冶金工业中冶炼炉、加热炉的炉膛压力的测量和控制对节约能源、安全生产有意义。另外其他过程参数如液位和流量的测量也可以通过测量压力或压力差而间接测出。压力单位及压力检测方法--重力平衡法、机械力平衡法、弹性力平衡法和物位测量法常用的压力检测仪表--弹性压力计、力平衡式压力计和压力传感器测压仪表的使用和压力检测系统皖鱼党煎殊崎滁溜斜登驾冤思藏捶膏护捡堤芥下牧汉矫超喉西溪噪帮靛仁自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测5.压力检测压力（压强）是物体对单位面积上的垂直作用力。是工32一、压力的单位定义垂直均匀地作用于单位面积上的力，通常用p来表示。单位在国际单位制中为“帕斯卡”简称“帕”，符号为Pa，定义为1Pa=1N/m2。还有“千帕”、“兆帕”等。我国规定帕斯卡为压力的法定单位，目前仍在使用的压力单位还有工程大气压、物理大气压、巴、标准大气压、毫米汞柱、毫米水柱等。P67表5-1给出了各压力单位之间的换算关系。标准大气压：0℃时，水银密度为13.5951g/cm3,在标准重力加速度980.665cm/s2下，高760mm水银柱对底面的压力。工程大气压：每平方厘米面积上垂直作用1公斤力的压力。5.1.压力单位及压力检测方法沽痘廓烁踌脆写册呢逊韦绣胺诣究鲁讣衰撒廖涉指刺经赊昏孟浅攀翰锅隅自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测一、压力的单位5.1.压力单位及压力检测方法沽痘廓烁踌脆写册33为了不同场合使用方便，有相应的测量仪表

绝对压力被测介质作用在容器表面积上的全压力，用符号pi表示。用绝对压力表测量。大气压力由于地球表面空气重量形成的压力，随地理纬度、海拔高度及气象条件而变化，用气压计测定，用符号pd表示。表压力为绝对压力和大气压力之差，用符号pb表示。即：pb=pi-pd

常用的压力测量仪表测得的压力值，一般都是此。真空度绝对压力小于大气压力表压力为负值时的其绝对值，用符号pz表示。即：pz=pd

–pi 用真空表测量。差压设备中两处的压力之差称为差压。二、压力的几种表示方法皿氓守肆雅鳃凑焉轴谬酌月勾樟滦铅通涯霞绦流琢硷琢肿犹观陋脂兴柿永自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测为了不同场合使用方便，有相应的测量仪表 二、压力的几种表示方34

根据工作原理的不同而进行分类：1.重力平衡法液柱式压力计原理是基于液体静力学原理-被测压力与一定高度的工作液体产生的重力相平衡，将被测压力转换为液柱高度来测量，如U形管压力计。特点是测压范围小于0.1~0.2MPa的压力、差压和负压；精度高，有时用作标准仪器；结构简单，价格低，不易远传；填充液常为水银，有毒，且玻璃管易碎。负荷式压力计原理是基于重力平衡原理。活塞式压力计。将被测压力转换为平衡重物的重量来测量。特点是测量范围宽（0.04~2500MPa）、精度高、性能稳定可靠，多用作校验仪表。三、压力检测的主要方法及分类姓袱烫赊筑痞勒财怪框拳熏涉擂霉药陛歧声氏斩梅财饲睬俯症袜桐利昌朵自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测 根据工作原理的不同而进行分类：三、压力检测的主要方法及分类352.机械力平衡法原理：将被测压力经变换元件转换成一个集中力，用外力与之平衡，通过测量外力得到被测压力。特点：可达较高的精度，但是结构复杂。多用于电动和气动组合仪表中。3.弹性力平衡法原理：利用弹性元件的弹性变形特性进行测量，弹性力与被测压力相平衡，测变形就可知压力。特点：类型多，可测压力、负压、绝对压力和压差，应用最广泛。4.物性测量法

原理：在压力作用下，测压元件的某些物理特性会发生变化。分类：电测式压力计（利用压阻、压电或其它物理特性将压力转换为各种电量）和其它新型压力计（集成式压力计和光纤压力计）低遍准渭怎漳韶倍薄迁辫怠贼坝裴龙查迟绝黎渗乏沉碑辈豫卡誓剑要环味自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测2.机械力平衡法低遍准渭怎漳韶倍薄迁辫怠贼坝裴龙查迟绝黎渗乏36弹性压力计—弹簧管压力计、电位器式压力变送器、霍尔式压力变送器力平衡式压力计（后面介绍）压力传感器-应变式压力传感器、压阻式压力传感器、电容式压力传感器、振频式压力传感器、压电式压力传感器和集成压力传感器5.2.常用压力检测仪表慢简盟耀秋芦千灾殷昧纹劈翠毫尘缕氟泉鞍韶巾轮烧虾椿股颓娄亮伍费被自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测弹性压力计—弹簧管压力计、电位器式压力变送器、霍尔式压力变送37感受压力，产生变形（核心部分）调整仪表的零点和量程 利用弹性元件受压变形的原理。弹性压力计的组成一般包括几个主要环节，如图5-2所示。给出压力示值是指针或刻度尺一、弹性压力计喀哲马赔辊苞正接正轨玻书迷枢框理媳分莎谢陀革啃此椎殉憾噶腊调厄悸自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测感受压力，产生变形（核心部分）调整仪表的零点和量程 利用弹性381.测压弹性元件弹性膜片外缘固定的片状的弹性膜片，其弹性特性是中心位移与压力的关系。分为平膜片、波纹膜片和挠性膜片，各有其特点。波纹管壁面有多个同心环状波纹，一端封闭，开口端固定，封闭端位移与压力成正比。弹簧管圆弧状，轴截面为扁圆形或椭圆形，一端封闭且处于自由状态，自由端位移与压力有关。详见P71.表5-2。材料铜合金、弹性合金、不锈钢及半导体硅材料么疯祥蚤符骋秧魁来税按旁逐短磅雕桂奖矫识姬敖夺呢习鸣樊郊售销人位自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测1.测压弹性元件么疯祥蚤符骋秧魁来税按旁逐短磅雕桂奖矫识姬敖392.弹簧管压力计

是最常用的直读式测压仪表（还有波纹管差压计和膜盒式压力计）结构如图5-3所示特点结构简单，使用方便，价格低廉，测压范围宽（-105~109Pa），精确度可高达到±0.1%，应用广泛。3.波纹管差压计仅乱摹迟德洽舱日益点扁啼宋陌矢逛业缘嘴溶轻痊宰谍砚夹斜梯风绚闽蒸自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测2.弹簧管压力计特点结构简单，使用方便，价格低廉，测压范404.弹性测压计信号的远传方式弹性测压计可以在现场指示，但是更多情况下要求信号远传至控制室。将测压点取出的压力信号，通过长距离导压信号管，将信号传到很远的压力表上去的远传方式实际上不可能应用，远传多采用电远传方式，即在测压点附近的压力敏感件上面，附带有将位移变换为输出电信号的装置，通过电信号的传输，将压力指示和记录下来。常用的转换方式有电位器式、霍尔元件式、电感式、差动变压器式。大讹逝脾迪戳池鞋接晋真脏墓胺爸掂弯埃澜际到烤裁瀑浙塌掐帜窒狡究罢自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测4.弹性测压计信号的远传方式大讹逝脾迪戳池鞋接晋真脏墓胺爸掂41原理：将弹性元件的输出位移变为电位器滑动触点的位移，故被测压力的变化就转换成了电位器阻值的变化。将电位器与其它电阻组成一个电桥，当电位器阻值变化时，电桥输出电压就变化。特点：简单、线性输出但滑线电位器易磨损腐蚀。电位器式训积玫搔扑寅贩炕阶孙啦施磨你倾闰兼馒恳凑纳挎荒慈剐娶硒愚瞥律所灭自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测原理：将弹性元件的输出位移变为电位器滑动触点的位移，故被测压42霍尔元件式原理：基于半导体材料的霍尔效应，将自由端的位移通过霍尔元件转换成电压信号输出。B霍尔电势控制电流-++-霍尔效应：在霍尔元件（一种特殊的半导体元件）的纵向端面上通以一定的控制电流I，在与I垂直的方向上加一磁场其强度为B，则在与电流和磁场垂直的霍尔元件的横向端面上产生电位差VH的现象。VH叫霍尔电势，与I、B成正比，与沿磁场方向的厚度d成反比。（电荷受罗沦兹力和电场力的作用）结构原理如图5-5舅饶请踏隔熊举拳倘冀硬虫污馋著岔碱仲伪隘综歪房懊映塌扳税津塞挽不自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测霍尔元件式B霍尔电势控制电流-++-霍尔效应：在霍尔元件（一43三、压力传感器能够检测压力值并能提供远传信号的装置统称为压力传感器。压力传感器是压力检测仪表的重要组成部分。它的结构形式有：应变式、压阻式、电容式、压电式、光电式、光纤式等许多种。1.应变式压力传感器组成应变元件和弹性元件配用应变元件的工作原理导体和半导体的“应变效应”，即导体和半导体材料发生机械变形时，其电阻值将发生变化。实际的电阻应变片是一根电阻丝被弯曲而并行地排成栅形，贴在基板上成为电阻栅。可以写成瑶墒咸屿矛键哮协摘猫迟衬翼坎侧易衷约袜设软跑撒役坷觅缕味雍躯炽挽自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测三、压力传感器可以写成瑶墒咸屿矛键哮协摘猫迟衬翼坎侧易衷约袜44应变元件的结构丝状、片状或体状。应变丝或应变片与弹性元件的装配可以采用粘贴式或非粘贴式，在弹性元件受力变形时，应变元件也发生形变，其电阻值将有相应的改变。测量方法采用4个特性相同的应变元件，粘贴在弹性元件的适当位置上（两个受拉，两个受压），并分别接入电桥的4个臂，则电桥的输出信号可以反映被测压力的大小。弹性元件的选择根据被测介质和测量范围的不同而采用不同的型式，圆膜片（柱式压力传感器）、弹性梁和应变筒（筒式），如图。小皆散恳蜡嫉寥粕肉遍宫馅奠呼匹莱翘也姿万携膨刻跳疾兢谓扁稿里蜗致自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测应变元件的结构丝状、片状或体状。小皆散恳蜡嫉寥粕肉遍宫452.压阻式压力传感器原理基于半导体的“压阻效应”-当半导体的某一轴向受外力作用时，原子点阵排列规律发生变化导致载流子迁移率及浓度的变化，从而引起电阻率的变化。结构用集成工艺直接在硅平膜片上按照一定晶向制成扩散压敏电阻。工作原理硅平膜片在微小变形时有良好的弹性特性，当硅片受压后，它的变形使扩散电阻的阻值发生变化。其相对电阻变化可表示为：式中πe为压阻系数，σ为应力。哄胺毖拦落潞蔡晰骤襄泛嫡线刻翅术茬眶咱球斩靛瘴飞嫩翱寓叁仁撩爹蛾自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测2.压阻式压力传感器式中πe为压阻系数，σ为应力。哄胺毖拦落46测量电路-电桥简单的压阻式压力传感器结构如图。杯状硅膜片上用扩散工艺设有4个阻值相等的电阻，其配置位置按膜片上径向应力和切向应力分布情况确定（与晶体有关）还可以在电桥上接入一温度补偿电阻敝肪绸怖辐销蹬删名胀寺抓蹬凰返威猜寺或睫七谍灌掖协野邹粹钱封瀑耳自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测测量电路-电桥简单的压阻式压力传感器结构如图。杯状硅膜片47特点灵敏度高，频率响应高；结构比较简单，可以小型化；可用于静态、动态压力测量；应用广泛，测量范围在0~0.0005MPa、0~0.002MPa、至0~210MPa；其精确度为±0.2%~±0.02%。综汛郡雁属洗错枝筷赦用整退喜阴噶部桨鸡丝藐摘守觅枪虹官臆挑鸣馆验自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测特点灵敏度高，频率响应高；结构比较简单，可以小型化；可用483.电容式压力传感器测量原理：将弹性元件的位移转换为电容量的变化。图5-9为一种两室结构感压元件示意图。对于差动平板电容器，其电容与板间距变化的关系可表示为：冯雨袒佰然寓浮兴浓嗓咀懊糊委溯滁牟仙熄囊锤陪烯米煎断脂荣涎配尿拯自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测3.电容式压力传感器对于差动平板电容器，其电容与板间距变化的49特点此电容量的变化经过适当的转换电路，可以输出标准信号（4~20mA）。这种传感器结构坚实，灵敏度高，过载能力大；精度高，其精确度可达±0.25%~±0.05%；可以测量压力和差压，仪表测量范围0~0.00001MPa至0~70MPa。仕惦秒涂尘斧榴辑殖勤赏此菱寥擎绸瞻脸零挫您述篱否橇抓钡党结诫骄吐自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测特点此电容量的变化经过适当的转换电路，可以输出标准信号（504.振频式压力传感器工作原理 利用感压元件本身的谐振频率与压力的关系，通过测量频率信号的变化来检测压力型式振筒、振弦、振膜和石英晶体谐振。振筒式压力传感器由振筒组件和谐振电路组成。如图5-10，其感压元件是薄壁金属圆筒，本身具有一定的固有频率，当筒壁受压张紧后，其刚度发生变化，固有频率相应改变：特点体积小，输出频率信号，重复性好，耐振；精确度高，为±0.1%和±0.01%；测量范围0~0.014MPa至0~50MPa；适于气体测量瞳升拍镰职炸趋膏晨颇伺粱辣止蝉纯烦岛绣盔偷操菌醇腻问再世寺泼啦钵自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测4.振频式压力传感器特点体积小，输出频率信号，重复性好515.压电式压力传感器工作原理压电材料（石英、压电陶瓷、钛酸钡）的压电效应将被测压力转换为电信号的。它是动态压力检测中常用的传感器，不适宜测量缓变化的压力和静态压力。压电效应：压电材料（具有压电效应的材料）受到外力作用时，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化，表面上还会有电荷出现，形成电场；当外力去除后，材料回复到原来的状态的现象。在弹性范围内，压电元件产生的电荷量与作用力之间呈现线性关系。电荷输出为：q=kSp式中，q为电荷量；k为压电常数；S为作用面积；p为压力。通过测电荷量可知被测压力大小。

辐蘑概仕谦元奔前牟漾仑芭浅珊脐案颊尿翘绝插燥废菩章缚炳馁袁立团与自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测5.压电式压力传感器辐蘑概仕谦元奔前牟漾仑芭浅珊脐案颊尿翘绝52结构如图电荷量经放大可转为电压或电流输出测量一般配有电荷放大器，以增加输出可通过更改压电元件改变测量范围可以通过叠加压电元件以提高灵敏度槽优晰伊蛰赏碱酝侧卫颠镭彭翘盯耪丁沛插恼移幕直榜俩煎铃掌附邀九拂自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测结构如图电荷量经放大可转为电压或电流输出槽优晰伊蛰赏碱酝53特点可作动态测量，不适合于静压力和慢变化的压力的测量（如果施加在压电元件上的外力不变，电荷无内部泄漏，外电路负载无限大，那么，在外力作用期间，电荷量将始终保持不变。如果负载不是无限大，电路将会按指数规律放电，压电效应产生的电荷无法保持不变，从而造成测量误差。而在动态测量时，漏电量相对比较小）体积小，结构简单，工作可靠；频率响应高，不需外加电源；测量范围0~0.0007MPa至0~70MPa；测量精确度为±1%，±0.2%，±0.06%。但是其输出阻抗高，需要特殊信号传输导线。6.集成式压力传感器是集成化传感器，如以压阻式压力传感器为基础的集成传感器可同时检测差压、静压和温度。（通过多路转换开关和模/数转换后由微处理器进行相应的处理和显示）催型香扦婿渔什珐僧匠漆菇馋炙甭粪熏鸵拴潭尾墨撮斟樟口测谷料莉萎巴自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测特点可作动态测量，不适合于静压力和慢变化的压力的测量（如545.3.测压仪表的使用及压力检测系统一、测压仪表的使用测量仪表的使用，包括选择合适的测压仪表及仪表的校验等方面。测压仪表的选择选择合适的仪表主要根据生产过程提出的要求，结合各类压力表的特点综合考虑。一般涉及类型、测量范围和测量精度等方面。类型的选择应满足生产过程的要求，需要了解被测介质情况、现场环境及生产过程对仪表的要求，如信号是否需要远传、控制、记录或报警等。统栽吝吭廓聊帆坊侄尼种拳涌吵蜀论筏亏遗还震氟厚箍辑右染寞顷涩谴诱自动检测技术与仪表控制系统-压力检测自动检测技术与仪表控制系统-压力检测5.3.测压仪表的使用及压力检测系统一、测压仪表的使用统栽吝55测量范围（量程）根据被测压力的大小及在测量过程中被测压力变化的情况来选取。选取仪表量程要留有余地，在测量稳定压力时，最大被测压力不能超过测量上限值的2/3；在测量脉动压力时，最大被测压力不能超过测量上限值的1/2；而在测量高压时，最大被测压力不能超过测量上限值的3/5。一般压力的最小值，应不低于测量上限值的1/3。根据被测压力的最大值和最小值计算出仪表的上下限后，要按压力仪表的标准系列选定量程。目前我国压力仪表测量范围的标准系列是：-0.1~0.06、0.15kPa和0~1、1.6、2.5、4、6、10×10