HG第三章检测仪表与传感器压力检测位图

第二节

压力检测一、

概述二、

液柱式压力检测三、

弹性式压力检测四、

电气式压力检测五、

活塞式压力计六、

压力检测仪表的选用与安装1一、

概述概念：这里所说的压力，实际上是物理概念中的压强，即垂直作用在单位面积上的力。是工业生产中的重要的热工参数之一，为了保证生产的正常运行，必须对压力进行监测和控制。例如：在生产过程中各种冶炼炉、加热炉、化学反应炉的炉膛压力，烟道压力的测量和控制，不仅是生产过程必须的，而且对于节约能源、安全生产具有重要意义。1.压力的单位国际单位为帕斯卡，简称帕(Pa)，1Pa=1N/m2，帕所表示的压力较小，工程上常用兆帕(MPa)来表示压力。目前，工程技术部门仍在使用的压力单位还有工程大气压、物理大气压、巴、毫米水柱、毫米汞柱等。2压力单位换算表（续）单位帕Pa(N/m2)巴(bar)毫米水柱mmH2O标准大气压(stm)工程大气压(kgf/cm2)毫米汞柱(mmHg)磅力/英吋2(lbf/m2)帕Pa(N/m2)11×10-51.019716×10-10.9869236×10-51.019716×10-50.75006×10-21.450442×10-4巴(bar)1×10511.019716×1040.98692361.0197160.75006×1031.450442×10毫米水柱(mmH2O)0.980665×100.980665×10-410.9678×10-41×10-40.73556×10-11.4223×10-33压力单位换算表标准大气压(stm)1.01325×1051.013251.033227×10411.03320.76×1031.4696×10工程大气压(kgf/cm2)0.980665×1050.9806651×1040.967810.73556×1031.422398×10毫米汞柱(mmHg)1.333224×1021.333224×10-31.35951×101.316×10-31.35951×10-311.934×10-2磅力/英吋2(lbf/m2)0.68049×1040.68049×10-10.70307×1030.6805×10-10.70307×10-10.51715×102142、压力的表示p绝p绝p表p真绝对压力的零线大气压力线p表压力=p绝对压力-p大气压力p真空度=p大气压力-p绝对压力各种工艺设备和测量仪表通常处于大气之中，本身就承受着大气压力，以后所提到压力，除特别说明外，均指表压力或真空度。任意两个压力p1、p2之差称为差压。53、压力检测的主要方法压力检测通常按敏感元件和转换原理的不同分类。液柱式压力计弹性式压力计电气式压力计活塞式压力计6二、

液柱式压力检测液柱式压力计利用一定高度的液柱对底面产生的静压力与被测压力相平衡的原理，通过液柱高度来测量压力大小。U型管压力计00h1h2HAApp0ρ0ρ1ρ常用的工作液体有：水、水银、酒精、四氯化碳等。1、工作原理h00h0pp0ρ单管压力计hαpρp0L斜管微压计72、U型管压力计测压原理00h1h2HAApp0ρ0ρ1ρA-A等压面平衡方程式为：p+ρ1g(H+h1)=p0+ρ0g(H-h2)+ρg(h1+h2)若ρ0=ρ1，则p=p0+(ρ-ρ0)g(h1+h2)若ρ0<<ρ，则p=p0+ρg(h1+h2)如果

p0为当地大气压，即U型管一端直通大气，则被测表压力为：

p表=ρg(h1+h2)。83、U型管压力计误差分析主要来源如下（h＝p/g）温度误差：标尺长度和工作液密度随环境温度的变化，如水从10°C到20°C，密度相对变化0.15%。安装误差：有倾斜时（如：5°的倾斜，偏大0.38%）重力加速度误差传压介质误差：读数误差：管内工作液的毛细作用,（如：管内径大于10mm时，单管读数的最大绝对误差一般为1mm）。94、U型管压力计的特点特点如下：直观、结构简单、数据可靠、准确度较高；可测表压、差压、负压。量程受液柱高度的限制，一般只能测较低的压力；静压也不能较高（玻璃管易损坏）；只能现场指示，不能远传。10三、

弹性式压力检测11[1]膜片12[2]波纹管波纹管是一种具有等间距同状环形波纹，能沿轴向伸缩的测压弹性元件。受压力作用位移相对较大，可在顶端直接安装传动机构带动指针直接读数。灵敏度高，常用于测低压（1.0—106Pa）；迟滞误差较大，精度一般只能达到1.5级。位移与压力之间线性关系。P波纹管13[3]弹簧管142、弹簧管压力表-直读式弹性测压仪表同样的压力下，不同结构、不同材料的弹性元件会产生不同的弹性变形。波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量；单圈和多圈弹簧管可用于高、中、低压或真空度的测量。弹性压力计组成框图弹性元件常用的材料有铜合金、弹性合金、不锈钢等，各适用于不同的测压范围和被测介质。近来半导体硅材料得到了更多的应用。各种弹性元件组成了多种型式的弹性压力计，它们通过各种传动放大机构直接指示被测压力值。这类直读式测压仪表有弹簧管压力计、波纹管差压计、膜盒式压力计等。15弹簧昼管压志力表被测添压力脚由接丹头通去入弹簧窗管形妙变自由端怎向右湿上方仔扩张自由滨端的由位移作通过租拉杆怨使扇嚷形齿典轮逆灯时针透偏转指针逝通过思同轴墓中心姥齿轮主顺时桌针偏保转面板俊刻度棉尺上短显示独出被愁测压典力大允小。游丝用来座克服粘因扇赚形齿现轮和羽中心删齿轮絮间的牺传动咐间隙旁而产粮生的搏仪表变差。直接予改变摔指针硬套在漏转动纽奉轴上怨的角饲度，胆就可棍以调只整仪哀表的旨机械凑零点接。弹簧秧管压遣力计嫁结构羊图1-铜弹簧令管；乔2-状连杆毙；3美-扇萍形齿株轮；绣4-张底座绝；太5婚-中般心齿市轮；耀6-颠游丝各；7恼-表沿盘；薯8-川指针汇；9劲-接习头；桑10惧-横摧断面约；1宋1-砌灵敏探度调学整槽16弹性脂式压倡力计实物辰图弹簧堤管压顿力表腔膜片朵压力较表廉膜幅盒压壮力表17四、电气抄式压携力计电气庆式压斤力计是将冶压力爪转换恶为电替信号盒进行承传输笔及显斤示的照仪表列。一溜般由压力唯传感盯器、测墨量电渣路和医信号销处理缠装置胖组成抖，当挡传感呈器输放出的醒电信母号被它进一城步转砖换为单标准弱信号士时，压力雅传感键器又称轨为压力乖变送夸器。标准习电信捐号：1~5VD蔬C，4~20岁mA惕DC或0~10mA仰DC标准迁气压选信号：0.捕02MPa~0.合1M欧Pa主要殖讲解彻：霍尔侵片式抢压力装传感辞器，看应略变片英式压书力传最感器哲，压阻戴式压肠力传圈感器金，胳力矩留平衡箱式压寄力变距送器表，电容凉式压违力变膜送器。181、霍尔闯片式胀压力戴传感假器191、霍尔忘片式催压力你传感击器（续）片状绘霍尔际元件冬固定劣在弹哪性元器件的目自由浓端，建并处误于两框对磁谷场方代向相团反的郊磁极够组件奶构成锦的线箭性不扑均匀糊磁场头的间庆隙中灶（差修动磁唱场）西。霍抛尔元啊件被堤自由叼端带持动在科不均阻匀磁汤场中抢移动脂时，解将感遣受不脊同的蜓磁场资强度杰。产姐生的定霍尔扬电势厘，即厨对应绳于自去由端扫位移慈，从寸而给律出被快测压柏力值耳。这策种仪羞表结裁构简裙单，幕灵敏敲度高涛，寿厘命长吐，但裁对外棉部磁嘱场敏衣感，饥耐振孝性差与。霍尔匪电势塞与被晓测压贷力线掉性关旗系。UH=废RH·B啄·I=租KP202、电容棒式压腔力传凝感器平行批板电恋容器的电井容量饭表达析式：:介电晒常数办；A:两平侍行板同相对格面积纳；d:两平寨行板贡间距鸣。改稿变A、怜d、其中罪任意划一个蜂参数逝都可业以使饰电容弃量发腔生变心化，蹦在实左际测家量中泳，大俘多采渐用保界持其超中两仪个参换数不寒变，夫而仅促改变A或d一个原参数馒的方符法，献把参痒数的反变化姜转换帐为电腹容量评的变葱化。差动语电容口法：改变俩电容掘两平绑行板弄间距d的测跃量方虎式有恰较高聚的灵说敏度遵，但缘瑞当位医移较抓大时抖非线菊性严续重。采用芽差动澡电容忙法可翁以改卸善非惧线性会、提篇高灵恶敏度师、并辱可减果小因ε受温臂度影连响引逃起的而不稳锦定性肠。对于稻差动防平板精电容超器，甜其电不容变考化与秀板间借距离营变化悼的关油系可捕表示箭为：C0:初始嫂电容义值；d0:极板门间初扩始距郊离；讯△d闸:距离包变化乘量。212、电容非式压谁力传杠感器单（续）差压感压贡膜片变形差动愈电容测量见电路瓣.结构镜坚实外，灵岗敏度克高，事过载免能力比大；也精度鉴高，拥其精搬确度浑可达贱±0辫.2堤5％崭～±龙0.问05置％；取可以蒸测量呢压力吃和差咽压。。采用卫差动罩电容灶法可挥以改镜善非踪蝶线性倚、提引高灵兵敏度晓、并霉可减锯小因ε受温脑度影间响引鱼起的冤不稳琴定性凑。此电动容量钥的变暮化经成过适廉当的缠变换献器电诉路，损可以桥转换刮成反菜映被浓测差桂压的摘标准兄电信械号输返出。（闻4—们20mA喇DC）223、应变按片式堂压力运传感选器原理搭：金属背导体占或半无导体梢在受巩到外盗力作捉用时惩，会交产生嫁相应射的应定变，单其电剥阻也摩将随谎之发倘生变炊化。销（班主要侄是金路属）原因扁：金属欲导体聚或半厌导体吗的电挺阻与砖其电番阻率先及几料何尺秧寸（甲长度茅、面甲积）赶有关偏，当伴其受呢到外着力作鬼用时冒，这悉些参协数发塘生变举化，止因而酷引起掩其的月电阻宾的变贯化。盟（主早要是内几何纯尺寸狱）应变乖式压荡力传煮感器劫是一述种通驰过测死量各召种弹何性元刃件的蔽应变龄来间股接测我量压腿力的深传感侄器。式中：材志料的松应变亏；K：材料艇的电盖阻应番变系株数，门即单强位应纵变引择起的慢电阻啦相对永变化吐量。23金属筋电阻攻应变叨片的丢结构主要融有丝毅式应窃变片印和箔怜式应葛变片弱两种怨结构肝。丝式台应变年片由省金属市丝栅尊(亦宾称敏某感栅像)、沿基底咬、引恭线、炊保护毒膜等怖组成唐。敏防感栅制直径锣：0演.0述15姓～0.0塘5mm尼，用粘刷合剂看固定荷在厚咽0.沿02拘～0异.0摆4mm的纸叫或胶厌膜基醒底上箩。引飞线是灯由直残径0助.1霜～0桥.2mm低阻耍镀锡类铜线死制成坊，用歼于将未敏感锣栅与尚测量命电路嫁相连慎。箔式堤应变扛片的前敏感寺栅是饮用厚家度为概0.活00争3～寺0.0lm矿m的金烟属箔东经光缴刻、呆腐蚀敌等工漆艺制坟成的寇。优荣点是晃表面谊积与继截面粮积之胁比大查，散配热条槽件好瞧，能汤承受枝较大吹电流堂和较巩高电耽压，号因而责输出贴灵敏散度高么，并羞可制跳成各吹种需筹要的眯形状构，便乞于大帜批量两生产学。它阅已逐珠渐取美代丝躺式应除变片泽。24应变提片与括弹性戒元件采的装歼配应变药片与齿弹性拳元件寨的装档配：剪粘贴庄式或扇非粘幕贴式端。在枯弹性株元件贩受压胶变形新的同耻时应甩变片闯亦发陵生应偿变，催其电程阻值蜻将有捆相应芳的改颤变。石可采龄用1酬、2虹或4哥个特斤性相直同的疾应变锤元件户，粘扫贴在泉弹性舰元件离的适书当位疫置上挤，并直分别印接入电桥的桥偶臂。左为了质提高贫测量怖灵敏膛度，愿通常接使相腰对桥胀臂的言应变湾片分较别处柱于接狐受拉偏应力涨和压蛛应力耍的位旱置。代应变览式压窝力传胜感器扰所用浅弹性链元件帝可根幻玉据被滥测介烧质和陈测量钻范围最的不洲同而芝采用起各种皂型式样，常樱见有兴圆膜席片、腰弹性顺梁、德应变悲筒等枯。几苦种弹拳性元听件和主应变歌式压紧力传添感器逐的结吧构及劳电桥零式测各量电千路示件意图育。254、压阻崖式压寄力传欲感器固体欺受力满后电斑阻率秤发生牙变化乐的现乐象称辩为压拳阻效讽应。测材料专：半肾导体占(颜单晶台硅）牺。利干用集盯成电膛路工曾艺直腊接在润硅平李膜片尿上按虹一定世晶向萌制成扩散浅压敏夫电阻，当呢硅膜加片受搭压时灰，膜肯片的办变形渠将使烦扩散眼电阻除的阻等值发贷生变乱化。口通常追采用顶桥式辟测量配电路呜，相瓶对的设桥臂扭电阻污是对描称布旦置的拒，电惊阻变勒化时络，电呼桥输码出电历压与丛膜片谨所受破压力凉成对悄应关抵系。图：首压阻剖式压伶力传盏感器26压阻鬼式压早力传脉感器（续）特点：灵艰敏度逮高，面频率炼响应滤快；塘测量李范围碌宽，毯10Pa到6予0Mp统a；工作啊可靠功，精另度高际：±窑0.庆2％辞～0核.0迎2％谅；易料于微用小型弦化，关目前沿国内锅生产塔出直晨径φ1顷.8胀～2解mm的压壮阻式写压力缩慧传感腹器。硅平犬膜片晕在圆拌形硅煌杯的版底部树，其堪两边物有两督个压陕力腔蚕，髙聚压腔卷接被尊测压症力，齐低压炭腔与帝大气井连通修或接刃参考舰压力乳。膜们片上睬的两宅对电膝阻中考，一旗对位舰于受压应力区，疤另一离对位榜于受拉应力区，督当压足力差按使膜竞片变瓶形，凭膜片暗上的何两对请电阻搏阻值脸发变艰化，逼使电桥输出孤相应邀压力屯变化惊的信栋号。为了取补偿告温度猾效应雕的影狮响，千一般正还可丽在膜尾片上棉沿对悠压力惧不敏肢感的腊晶向被生成巧一个蔽电阻今，这宜个电释阻只被感受纯温度叶变化毫，可有接入忌桥路新作为温度违补偿加电阻，以劈燕提高惑测量鸦精度蔑。275、力矩盘平衡终式压蜘力变海送器力矩晨平衡短式压邪力变电送器稻是一绸种典扯型的仁自平从衡检孟测仪疼表，手它利疏用负培反馈探的工捉作原据理克搏服元拍件材阴料、忧加工徐工艺消等不污利因哪素的雕影响浸，使踏仪表趋具有制较高便的测沈量精腊度(运一般镇为0明.5恒级)批、工绳作稳课定可崇靠、称线性清好、庙不灵川敏区州小等理一系短列优被点。下面星以DD堆Z-Ⅲ型电蓬动力纸矩平斥衡压匹力变茄送器傲为例DD拢Z-犯Ⅲ型系忽列为辰直流驰24V供电都，输眨出4蝴-2律0mA(D碍C)首，两线尿制，农本质姻安全欧防爆恳。285、力矩穿平衡臂式压尺力变智送器296、压电植式压倚力传烂感器-补充压电披效应：某逝些电对介质类沿着忙某一逼个方拘向受旱力而往发生束机械担变形直(压漠缩或目伸长披)时床，其屯内部介将发浪生极醒化现软象，功而在革其某城些表骡面上倍会产脚生电荷；当动外力猾去掉忆后，四它又则会重默新回卵到不辟带电但的状示态。常用论的压电惑材料：天帖然的压电尖晶体(如肿石英胞晶体投)和压电珠陶瓷(如轿钛酸港钡)臭两大遵类，拼它们劈燕的压贺电机斗理并倒不相欠同，侧压电拳陶瓷哲是人拍造多矩晶体总，压卷电常撇数比脚石英显晶体搞高，膊但机卫械性梨能和胆稳定轻性不吐如石荷英晶糠体好返。它巩们都面具有景较好护特性扫，均乖是较抗理想衫的压书电材串料。压电树式压眉力传驴感器瞎利用田压电隶材料剪的压芳电效旱应将仔被测败压力袭转换旋为电迟信号飘。产乏生的电荷历量与趁作用丑力之么间呈构线性外关系：式中Q为电青荷量飞；k为压隔电常攀数；S为作围用面椅积；p为压泊力。通过鲁测量阴电荷修量可况知被揉测压歇力大羊小。30压电翁式压症力传形感器（续）如下付图所躲示：那压电阵元件蚁夹于金两个畏弹性跳膜片声之间扛，压袖电元痛件的傲一个聋侧面讽与膜著片接娱触并爬接地倍，另镰一侧下面通乌过引葵线将僚电荷长量引捞出。丝式被测两压力法均匀捎作用汁在膜经片上着，使烫压电枣元件跌受力丙而产粪生电价荷。营电荷愈量一誉般用夺电荷钟放大蹈器或鹅电压拖放大问器放撕大，寄转换荷为电吃压或桂电流映输出泻，输毛出信议号与返被测休压力碧值相身对应旱。除在汤校准食用的丘标准皮压力鹿传感度器或利高精犬度压孙力传酱感器歉中采闭用石蛾英晶哗体做渐压电速元件穴外，爽一般积压电循式压泥力传侦感器慈的压听电元搭件材肆料多顶为压顽电陶黎瓷，任也有遭用高阅分子职材料螺(如夹聚偏刷二氟哲乙稀址)或坝复合陆材料河的合少成膜江的。图：做压电颜式压回力传霉感器描结构爸示意膊图31压电竹式压纤力传救感器（续）压电锡式压同力传辨感器熟体积乘小，糊结构顾简单禾，工趴作可边靠；举测量保范围脆宽，栗可测舱10薯0MP冠a以下纱的压贫力；塞测量讯精度费较高妇；频览率响盘应高菊，可袖达3址0kH闸z，是动扁态压回力检置测中坝常用棒的传叠感器光，但醉由于造压电墓元件银存在岛电荷皱泄漏钢，故出不适宰宜测服量缓州慢变屿化的管压力轮和静右态压治力。更换显压电竟元件桑可以恼改变繁压力功的测龙量范竿围；仔在配钉用电站荷放晒大器差时，谨可以装用将第多个踪蝶压电眼元件归并联形的方概式提按高传尾感器坝的灵哀敏度恳；在颠配用落电压搞放大麻器时猛，可旦以用庙将多直个压永电元祝件串邻联的遥方式牲提高大传感烘器的繁灵敏派度。32六、活塞见式压边力计活塞援式压银力计旬常简旁称活妇塞压仇力计血或压买力计类，也庸有称宁之为叫压力晒天平朗。主要辈用于绘计量誓室、绢实验纺室以独及生征产或腹科学独实验点环节恶作为邮压力湖基准朴器使妙用，果也有甲将活平塞式兔压力淹计直办接应驼用于刻高可边靠性刺监测储环节愉对当久地其脱它仪虚表的扬表决车监测肢。活塞愧式压减力计功是基于棵帕斯娘卡定羊律及胀流体孤静力触学平努衡原理感产生腊的一脖种高柔准确永度、航高复甩现性少和高损可信抖度的胁标准董压力相计量泡仪器倦。活塔塞式污压力疤计是耀通过评将专越用砝压码加捆载在表已知鼻有效棋面积寒的活旦塞上薪所产仓生的承压强让来表签达精轰确压洗力量煤值的引。由于翠活塞亮式压外力计算较其虹它压宿力量喊仪其兼测量羞结果缸极具淘真值赠可信武、性践能更弄显稳霜定，浇因此除，活看塞式铃压力旅计在坦其领厚域内置有着蜜相当指广泛掠的应枪用。歪国际璃上常虫将活吓塞式姐压力阻计作幼为国勺家基聋准和昆工作宗基准明或压帅力计卡量标打准器莲。33活塞暑式压绕力计实物34七、压力柿检测庸仪表吉的使椅用1．甜压力蹈计的化选用(1铲)仪表商类型的选夸用：仪表迫类型冰应根伟据被聚测介谈质情佣况、缸现场庸环境巴及生咸产过机程对慰仪表腹的要忽求，探如信驾号是装否需会要远君传、国控制吩、记练录或谊报警接等，鬼结合打各类辨压力御仪表级的特遇点选孟择。(2常)仪表测量律范围的确挨定：要根穷据被既测压至力的厕大小叨及其冬在测窗量过炮程中逮变化糕的情翻况来桥选取朗。在节测量肃稳定免压力你、脉动够压力和高缠压时者，最休大工庭作压革力应骑分别厚不超缠过仪拾表测秆量上安限值畏的2杏/3帐、1/蛛2和3假/5侧；被茄测压抓力的轰最小框值不恐应低束于仪初表测笼量上蛮限值傅的1培/3键，以个保证夫仪表渡的线条性和妖测量壤结果折的准族确性帆。具狗体选厅择应迷在国追家规细定的其标准仪系列撒中选闷取。(3陷)仪表精度叔级的选业取：仪表继的精稳度应仔根据灾工艺患生产型的要熄求在献规定辞的精姓度等仗级中娘选择扣确定搅。所黄选精狂度等被级应胜小于骂或至倍少等肃于工御艺要鼻求的叶仪表梦允许爬最大骗误差香。352．压含力计量的安丸装2．炕压力她计的站安装(1磁)测歇压点纺的选浙择(2扎)导激压管付敷设(3劣)压魂力计户的安密装压力脱测量坐系统玩(包宽括测奋取压摄力的脂取压慰口、焰传递该压力数的引瓦压管对路和鬼测量或仪表倚)松安装鉴的正伸确与何否直滚接影亩响测捏量结羡果的磁准确作性。境应根蜘据具软体被死测介纠质、跃管路美和环耕境条永件，谅选取唇适当碰的取遇压口霸位置妹、正椒确安驶装引依压管诉路和匹测量银仪表咏。36例：某台练往复缩慧式压睁缩机糖的出痕口压梦力范酷围为25俭~2原8M晨Pa，测量仰误差筋不得闭大于1M复Pa。工艺灶上要掩求就抗地观隆察