压力检测及仪表知识培训（工程师培训）

培训资料名称：压力检测及仪表知识培训（工程师培训）所属班组：xx汇报人：xx压力检测及仪表压力的表示方法检测方法的分类液柱式压力检测弹性式压力检测电气式压力检测智能式压力变送器压力检测仪表的选用和安装☆☆☆★★☆

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三种压力表示方法绝对压力pa表压力p负压或真空度ph3.2.1压力的表示方法pa绝对压力零线pphpa大气压p01.01325×105Pa绝对压力是指物体所受的实际压力。

表压是指一般压力表所测得的压力，它是高于大气压力的绝对压力与大气压力之差，即

真空度是指大气压与低于大气压的绝对压力之差，有时也称为负压，即由于各种工艺设备和检测仪表通常是处于大气之中，本身就承受着大气压力，因此工程上通常采用表压或者真空度来表示压力的大小，一般的压力检测仪表所指示的压力也是表压或者真空度。除特殊说明之外，以后所提及的压力均指表压。

3.2.2压力检测方法的分类

目前工业上常用的压力检测方法和压力检测仪表很多，根据敏感元件和转换原理的不同，一般分为四类：(1)液柱式压力检测

一般采用充有水或水银等液体的玻璃U形管或单管进行测量。(2)弹性式压力检测

它是根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移进行测量的。常用的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管等。(3)电气式压力检测

它是利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电量进行测量的仪表，如电阻、电荷量等。(4)活塞式压力检测

它是根据液压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量来进行测量。活塞式压力计的测量精度较高，允许误差可以小到0.05％～0.02％，它普遍被用作标准仪器对压力检测仪表进行检定。

3.2.3液柱式压力检测以液体静力学原理为基础，一般采用水银或水为工作液，用U型管进行测量，常用于较低压力、负压或压力差的检测。p1p2p1p2h(a)(b)特点：直观、可靠、准确度较高等，但U形管只能测量较低的压力或差压，为了便于读数，U形管一般是用玻璃做成，易破损，另外它只能进行现场指示。用U形管进行压力检测，其误差来源主要有：①温度误差——由使用环境温度的变化引起的测量误差，如工作液密度变化。例如水，当温度从10℃变到20℃时，其密度从999.8kg/m3减小到998.3kg/m3，相对变化量为0.15％。②安装误差——当U形管安装不垂直时将会产生安装误差。例如若倾斜5°，读数误差约0.38％。3.2.4弹性式压力检测弹性式压力检测是用弹性元件把压力转换成弹性元件位移的一种检测方法。

平薄膜波纹膜波纹管单圈弹簧管多圈弹簧管膜片受压力作用产生位移，可直接带动传动机构指示。但更多的是和其他转换元件合起来使用，通过膜片和转换元件把压力转换成电信号；波纹管的位移相对较大，一般可在其顶端安装传动机构，带动指针直接读数。其特点是灵敏高（特别是在低压区），常用于检测较低的压力（1.0～106Pa），但波纹管迟滞误差较大，精度一般只能达到1.5级；弹簧管结构简单、使用方便、价格低廉，它使用范围广，测量范围宽，可以测量负压、微压、低压、中压和高压，因此应用十分广泛。根据制造的要求，仪表精度最高可达0.15级。——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。被测压力介质从开口端进入并充满弹簧管的整个内腔，由于弹簧管的非圆横截面，使它有变成圆形并伴有伸直的趋势而产生力矩，其结果使弹簧管的自由端产生位移，同时改变其中心角。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；R为弹簧管弯曲圆弧的外半径；h为管壁厚度；a、b为弹簧管椭圆形截面的长、短半轴。1－弹簧管2－拉杆3－扇形齿轮4－中心齿轮5－指针6－－面板7－游丝8－调节螺钉9－接头图3-6弹簧管压力表弹簧管自由端B的位移量一般很小，需要通过放大机构才能指示出来,为了加大弹簧管自由端的位移量，也可采用多圈弹簧管，其原理与单圈弹簧管相似。

单圈弹簧管压力表是工业现场使用最普遍的就地指示式压力检测仪表（也有电接点输出的弹簧管压力表）

弹簧管压力表结构简单、使用方便、价格低廉、测量范围宽，可以测量负压、微压、低压、中压和高压一般的工业用弹簧管压力表的精度等级为1.5级或2.5级，但根据制造的要求，其精度等级最高可达0.15级。3.2.3电气式压力计

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常用电参数有：电阻、电感、电容、电压等。常见压力传感器有：霍尔片式压力传感器；应变式压力传感器；压阻式压力传感器；力矩平衡式压力传感器；电容式压力传感器。应变片式压力压变送器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。r1r2123P(a)传感器1－外壳2－弹性筒3－膜片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。

压阻式（扩散硅）压力差压变送器

因电阻率变化引起阻值变化称为压阻效应。半导体材料的压阻效应比较明显。用作压阻式传感器的基片材料主要为硅片和锗片，由于单晶硅材料纯、功耗小、滞后和蠕变极小、机械稳定性好，而且传感器的制造工艺和硅集成电路工艺有很好的兼容性，以扩散硅压阻传感器作为检测元件的压力检测仪表得到了广泛的使用。

测量部分——扩散硅压阻传感器——把被测差压ΔP成比例地转换为不平衡电压US

1.负压室2.正压室3.硅杯4.引线5.硅片Ri1Ri2Ri3Ri4测量部分——惠斯顿电桥Ri1Ri2Ri3Ri4USRi1Ri2Ri3Ri4US不受压时：Ri1＝Ri2＝Ri3＝Ri4＝RRi1Ri2Ri3Ri4

压阻式压力传感器的主要优点是体积小，结构简单，其核心部分就是一个既是弹性元件又是压敏元件的单晶硅膜片。扩散电阻的灵敏系数是金属应变片的几十倍，能直接测量出微小的压力变化。这种传感器的缺点则是扩散电阻存在温度效应，容易受环境温度的影响。结论：霍尔效应及霍尔元件霍尔效应置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。如后图所示，在垂直于外磁场B的方向上放置一导电板，导电板通以电流I，方向如图所示。导电板中的电流使金属中自由电子在电场作用下做定向运动。此时，每个电子受洛伦兹力fl的作用，fl的大小为fl=eBv霍尔效应原理图霍尔电势的计算公式式中,RH称为霍尔常数。由上式可见，霍尔电势正比于激励电流、磁感应强度及其霍尔常数RH。为了提高霍尔常数，霍尔元件常制成薄片形状。目前常用的霍尔元件材料有：锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材料。几种霍尔式转速传感器的结构应用实例：霍尔计数装置的工作示意图及电路图电容式差压变送器电容式差压变送器采用差动电容作为检测元件主要包括测量部件和转换放大电路两部分：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

电容式压力变送器，目前在工业生产中应用非常广泛，其输出信号也是标准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。

电容式差压变送器的原理图可见传感器有左右固定极板，在两个固定极板之间是弹性材料制成的测量膜片，作为电容的中央动极板，在测量膜片两侧的空腔中充满硅油。电容式差压变送器的结构可以有效地保护测量膜片，当差压过大并超过允许测量范围时，测量膜片将平滑地贴靠在玻璃凹球面上，因此不易损坏，与力矩平衡式相比，电容式没有杠杆传动机构，因而尺寸紧凑，密封性与抗振性好，测量精度相应提高，可达0.2级。

在普通压力或差压传感器的基础上增加微处理器电路而形成的智能检测仪表。特点：可进行远程通信。智能型压力变送器通过编制各种程序，使变送器具有自修正、自补偿、自诊断及错误方式告警等多种功能。AP-40放大器分离型压力传感器AP-40放大器分离型压力传感器规格参数主模组主模组型号AP-40A适用的感侧头AP-41AP-43AP-44反应时间2.5/5/100/500ms分辨率0.1kPa,1mmHg0.1inchHg,0.001bar0.001Mpa,0.01kgf/cm20.2Psi,0.01bar0.2kPa,2mmHg0.1inchHg,0.002bar控制输出NPN:最大100mA(最大40V),剩余电压:最大1V双输出(可选择N.O./N.C.)模拟输出1至5V电源12至24VDC±10%,起伏(p-p):最大10%环境温度0至50°C(32至122°F),无冻结相对湿度35至85%,无凝结抗振性10至55Hz,X,Y,及Z方向1.5mm双重振幅，分别2小时冲击X,Y,及Z方向100m/S2，分别3次材质前方外壳：聚酰胺，前方面板：PET,后方外壳：聚磺胺，线组：耐油橡胶绝缘线缆3.2.5压力检测仪表的选用和安装

选用＋安装其它仪表也基本适用——压力检测仪表的选用三个方面——选用时应根据生产工艺对压力检测的要求、被测介质的特性、现场使用的环境等条件本着节约的原则合理地考虑仪表的量程、精度、类型（材质）等。

仪表的量程是指该仪表可按规定的精确度对被测量进行测量的范围关键：根据被测参数的大小来确定，同时必须考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地。

测量稳定压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的2/3

测量脉动压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的1/2

测量高压压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的3/5

最小工作压力Pimin不低于上限值Pmax的1/3

在选用仪表量程时，应采用相应规程或者标准中的数值。

这只是一个一般经验要求，不是绝对的！！⑴量程

⑵仪表精度——根据生产允许的最大误差来确定，即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差。——在选择时应坚持节约的原则，只要测量精度能满足生产的要求，就不必追求用过高精度的