压力检测与仪表

第二节压力检测与仪表压力检测方法及仪表压力检测方法液柱测压法弹性变形法电测压力法压力检测仪表弹簧管压力表霍尔式压力表差压（压力）变送器力平衡式压力变送器微位移式变送器智能差压（压力）变送器主要内容压力检测及仪表一、压力的单位垂直而均匀地作用在单位面积上的力

式中Ｐ——压力（Pa）

Ｆ——均匀垂直作用力（N）

Ｓ——受力面积（m2）1Pa=1*10-3KPa

=1*10-6MPa单位:牛顿/米2（N/m2），简称“帕”，用符号“Pa”

压力检测及仪表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二、弹性式压力计

压力检测及仪表

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

膜片式弹性元件压力检测及仪表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，即

式中F——轴向外力

S——位移

C——弹性元件的刚度系数

式中A——弹性元件承受压力的有效面积

P——被测压力

测量原理S

~P压力检测及仪表弹性元件结构和特点压力检测及仪表弹簧管和弹簧管压力表横截面呈非圆形（椭圆形或扁圆形），弯成圆弧状（中心角常为270°）的空心管子。管子的一端为封闭，另一端为开口。闭口端作为自由端，开口端作为固定端。位移量（中心角改变量）和所加压力有如下的函数关系：式中θ0为弹簧管中心角的初始角；Δθ为受压后中心角的改变量。

弹簧管压力表

压力检测及仪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三、电气式压力计

压力检测及仪表

是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。组成：压力传感器测量电路信号处理装置压力检测及仪表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

受力面积

作用在受力面积上的压力压电常数

电荷数压力检测及仪表利用金属或半导体材料制成的电阻体的阻值可表示为：

当电阻体受外力作用时，电阻体的长度、截面积或电阻率会发生变化，即其阻值也会发生变化。这种因尺寸变化引起阻值变化称为应变效应。应变片多以金属材料为主，一般和弹性元件一起使用。应变筒的上端与外壳固定在一起，下端与不锈钢密封膜片3紧密接触，应变片r1和r2用胶合剂贴紧在应变筒的外壁，与筒体之间不发生相对滑动。r1沿应变筒轴向贴放，作为测量片；r2沿径向贴放，作为温度补偿片。

图中应变片r1、r2的静态性能完全相同。当膜片受到外力作用时，弹性筒轴向受压，使应变片r1产生轴向应变，阻值变小；而应变片r2受到轴向压缩，引起径向拉伸，阻值变大。实际上，r2的变化量比r1的变化量要小，r2的主要作用是温度补偿。

(a)传感器1－外壳2－弹性筒3－膜片r1r2123P(a)传感器1－外壳2－弹性筒3－膜片应变片式压力传感器

压力检测及仪表测量部分——惠斯顿电桥不受压时r1＝r2＝r3＝r4

电桥平衡，输出电压为0伏。当被测压力P作用于膜片时，r1和r2的阻值发生变化使电桥失去平衡，从而获得输出电压。即将被测压力转换成电压信号。压力检测及仪表电容式压力变送器采用变电容原理，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C便可以知道被测压力的大小，从而实现压力-电容转换的。定极板弹性元件动极板被测压力

测量原理

ε——电容器极板间绝缘介质的介电常数，F/mA——电容器两平行板覆盖的面积，m2

d——两平行板之间的距离，mC——电容量，F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

测量部分：包括电容膜盒、高低压室及法兰组件等。

测量原理：将被测压力的变化转换成电容量的变化。压力检测及仪表

电容式压力变送器，目前在工业生产中应用非常广泛，其输出信号是标准4～20mADC电流信号。电容式压力变送器是先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量的。差压电容膜盒电容-电流转换电路调零、零迁电路电流放大器反馈电路ΔpΔCIiIf＋＋Iz－Io测量部分转换放大部分压力检测仪表

霍尔式压力表

压力检测方法及仪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（根据半导体材料的霍尔效应的原理）实现压力-位移-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B的方向垂直，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I，则会在霍尔片的两个横向端面之间形成电位差VH，此电位差称为霍尔电势。线性非均匀磁场

压力检测仪表

霍尔式压力表

压力检测方法及仪表

弹簧管霍尔片

K——霍尔式压力传感器输出系数

χ——自由端霍尔元件的位移量磁钢霍尔片+弹簧管压力检测方法及仪表电动单元组合仪表（简称为DDZ仪表）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力平衡式变送器

位移平衡式变送器气动单元组合仪表（简称为QDZ仪表）

DDZ-Ⅱ型仪表为0～10mADC

DDZ-Ⅲ型仪表为4～20mADC20～100KPa或0.02～0.1Mpa压力检测仪表

压力检测方法及仪表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压力检测仪表

压力检测方法及仪表主杠杆矢量机构将F1分解成F2和F3，副杠杆平衡：l1l4l3l0lfl2F1F3F2FfF0HMFi5481214θθ四、智能型差压（压力）变送器压力检测方法及仪表

在普通压力传感器上增加微处理器特点：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--4～20mA信号压力检测方法及仪表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4～20mA3051C型智能变送器原理图五、压力测量仪表的选用

压力检测方法及仪表仪表种类和型号的选择

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；介质性质温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性；现场环境温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性。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，最大压力值应不超过满量程的1/2；

被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3

仪表精度等级的选择

压力检测方法及仪表有一台往复式压缩机的出口压力变化范围为25～28MPa，测量误差不得大于1MPa。工艺要求就地观察及高低限报警，试选一台合适的