HG第三章检测仪表与传感器(压力检测)-位图.ppt

1、1，2节压力检测，1，概述2，液体柱式压力检测3，弹性压力检测4，传记压力检测5，活塞压力表6，压力检测仪表的选择和安装，2，1，概述，概念：这里说的压力，是实际工业生产中重要的热工参数之一，以确保生产正常运行例如：生产过程中各种冶炼炉、炉、化学反应炉的炉压、烟袋压力的测量和控制，不仅对生产过程有必要，对节约能源、安全生产也有重要意义。1 .压力单位国际单位帕斯卡、缩写波(Pa)、1Pa=1N/m2、波表示的压力较小，在工程中使用兆帕(MPa)表示压力。目前，工程和技术部门仍在使用的压力单位工程大气压、物理大气压、杆、毫米水柱、毫米汞柱等。3，压力单位转换表(继续)，4，压力单位转换表，5，2

2、，压力表达，P表压力=p绝对压力-p大气压力P真空=p大气压力-p绝对压力，各种工艺设备和仪器通常将大气中任意两个压力P1，p2的差值称为差压，6，3，压力检测的主要方法，压力检测一般根据敏感因素和转换原理分类不同。液体柱式压力表弹性压力表传记压力表活塞压力表，7，2，液体柱式压力检测，液体柱式压力表利用固定高度的液体柱平衡底部产生的静态压力和测量压力的原理，通过液体柱高度测量压力大小。U形管压力计、常用的工作液体包括水、汞、酒精、四氯化碳等。1，工作原理，单管压力计，倾斜管微压力计，8，2，U型管压力计压力测量原理，A-A等压表面平衡方程式：P 1G (H H1)=P00G (H-H2) G

3、(，9，3安装错误：倾斜时(例如5的倾斜，0.38%)，重力加速度错误传递介质错误：读数错误：管道内工作液的毛细作用(例如，管道内径大于10mm时，单管道读数的最大绝对误差通常为1mm)。10，4，U形管压力计的特点是直观、结构简单、数据可靠、准确度高。可测量的表压力，差压，负压。范围受液体柱高度的限制，通常只能测量低压力。静压也不能高(玻璃管容易损坏)；只能进行现场指示，不能传得很远。11，3，弹性压力检测，12，1膜片，13，2波纹管，波纹管是压力测量弹性元件，具有相同间距的环波纹，可以沿轴向扩展。压力作用位移相对较大，可以在顶部直接安装传动机构，以驱动指针直接读数。常用于高灵敏度低压测量

4、(1.0106pa)。延迟误差大，精度一般只能达到1.5级。位移和压力之间的线性关系。波纹管，14，3弹簧管，15，2弹簧管压力计-直接读数弹性压力计，在相同压力下按结构，按材料弹性元件徐璐产生其他弹性变形。波纹膜片和波纹管主要用于微压力和低压测量。单环和多环弹簧管可用于高、中、低压或真空度测量。弹性压力计块图表、弹性元件常用的材料分别应用于铜合金、弹性合金、不锈钢等不同的压力测量范围和测试的介质。最近半导体硅材料应用得更多。各种弹性元件构成各种类型的弹性压力计，直接表示通过各种传动放大机构测量的压力值。这种直读式压力计有弹簧管压力计、波纹管差压计、膜盒压力计等。，16，弹簧管压力计，经测试的

5、压力将自由端位移从接头延伸到弹簧管变形自由端右上方，显示通过杠杆通过同轴中心齿轮顺时针偏转面板刻度测量的压力大小。有线用于克服风扇形状的齿轮和中央齿轮之间的传输间隔引起的仪表变化。通过直接更改指针在旋转轴上的角度，可以调整仪表的机械原点。弹簧管压力计结构图1-弹簧管；2-连杆；3-扇形齿轮；4-底座：5-中心齿轮；6-丝7-拨8-指针9-连接器10-断面11-灵敏度曹征槽，17，弹性压力表实物图，弹簧管压力表膜片压力表薄膜盒压力表，18，4，电动压力表，电动压力表是将压力转换为传记信号来传输和显示的仪器。一般包括压力传感器、测量电路和信号处理设备，当传感器输出的传记信号进一步转换为标准信号时，

6、压力传感器也称为压力变送器。标准传记信号：15VDC、420mADC或010mADC标准气压信号：0.02MPa0.1MPa，主要说明：霍尔筹码压力传感器、应变筹码压力传感器、压力电阻压力传感器、转矩平衡压力变送器、电容式压力变送器、19，1，霍尔压力霍尔元件被自由团在非均匀磁场中运动时，会感受到不同的磁场强度。提供与结果孔电势(即自由端位移)相对应的测量压力值。这种仪器结构简单，灵敏度高，寿命长，但对外部磁场敏感，抗震性差。霍尔电位与实测压力的线性关系。UH=RHBI=KP，21，2，电容式压力传感器，平行板块电容器的容量表示法：介电常数；A:两个平行板块相对面积；D:两个平行板块间距。更改

7、a、D、参数之一可能会更改传记容量。实际测量中，大多数方法都使用只更改一个A或D参数的方法，而保留其中两个参数不变。将参数变化转换为传记容量的变化。微分电容法：改变电容两个平行板块间隔D的测量方法灵敏度高，但位移大，非线性状态严重。采用差分电容方法，可以提高非线性度，提高灵敏度，减少受温度影响的不稳定性。对于差分板电容器，电容变化与板间距离变化的关系可以用C0 :初始电容值来表示。D0 :平板之间的初始距离；D :距离变更量。22，2，电容式压力传感器(继续)，差压电阻膜变形差动电容测量电路。结构坚固，灵敏度高，过载能力大。准确度高，准确度可达0.250.05。可以测量压力和压差。采用差分电容

8、方法，可以提高非线性度，提高灵敏度，减少受温度影响的不稳定性。牙齿容量的变化可以转换为反映适当转换器电路后测量的差压的标准传记信号输出。(420mADC)，23，3，应变计压力传感器，原理：金属导体或半导体受外力影响时会发生相应的变形，电阻也会发生变化。(主要是金属)原因：与金属导体或半导体的电阻电阻率和几何尺寸(长度、面积)有关，受外力影响时会发生此类参数变化，从而引起电阻变化。(主要是几何尺寸)，变形压力传感器是通过测量各种弹性元件的变形间接测量压力的传感器。格式中：材料的变形；k:材料的电阻变形系数，即单位变形引起的电阻相对变化量。24，金属电阻应变计结构，主要为丝应变计和箔应变计结构。

9、线应变计由线浇口(也称为敏感浇口)、底座、引线、保护膜等组成。敏感浇口直径：0.0150.05mm，用胶水固定在厚0.020.04mm的纸或胶片底座上。引线由直径0.10.2mm低电阻镀锡铜线制成，用于将敏感格栅连接到测量电路。箔应变计的敏感格栅在光刻、腐蚀和其他工艺后由厚度为0.0030.0lmm的金属箔制成。优点是表面积和截面面积的比例大，冷却条件好，能承受大电流和高电压，因此输出灵敏度高，以各种必要的形状制造，便于批量生产。它逐渐取代了丝绸应变计。25，应变计和弹性元件的装配，应变计和弹性元件的装配：粘贴或非粘贴。弹性元件在压力下变形时也会发生变形，阻力值会相应地发生变化。使用具有1、2

10、或4个相同属性的变形分量，可以将其粘贴到弹性分量的适当位置，并单独访问桥的桥臂。为了提高测量灵敏度，相对桥臂的应变计通常位于拉伸应力和压缩应力的位置。变形型压力传感器中使用的弹性分量可以根据测量的介质和测量范围采取多种形式。一般有圆形隔膜、弹性梁、变形筒等。多种弹性元件和应变压力传感器的结构和桥梁测量电路图。26，4，压力电阻式压力传感器，固体受力后电阻率发生变化的现象称为压阻效应。材料：半导体(单晶硅)。利用集成电路工艺，在硅薄膜上直接进行一定定向的扩散压力检测电阻时，在硅薄膜牙齿压力下，膜的变形会使扩散电阻的电阻值牙齿发生变化。一般来说，桥测量电路、相对桥臂电阻对称布置、电阻变更时桥输出电

11、压对应于膜片所受的压力。图：压力电阻压力传感器，27，压力电阻压力传感器(继续)，特征：灵敏度高，频率响应速度快。测量范围宽度，10Pa至60Mpa；可靠的工作，高精度：0 . 20 . 02；小型化很容易，目前国内生产了直径1.82毫米的压电压力传感器。硅扁平膜片位于圆形硅杯底部，两侧有两个压力钢，压力钢测量压力，低压腔与大气连接或受到参考压力。膜片中两对电阻中的一对位于压缩应力区，另一对位于拉伸应力区，如果压力差使膜片变形，膜片中两对电阻阻力就会发生变化，从而导致电桥输出相应压力变化的信号。为了补偿温度效果的影响，可以沿通常对膜片对压力不敏感的结晶方向生成一个电阻。牙齿电阻只感觉到温度变化

12、，可以通过访问桥梁道路上的温度修正电阻来提高测量精度。28，5，力矩平衡压力变送器，力矩平衡压力变送器利用负反馈工作原理克服元件材料、加工工艺等不利因素的影响，为仪表提供高测量精度(一般为0.5级)、稳定可靠的工作、线性、不敏感区域等多种优点。以DDZ类型传记力矩平衡压力变送器为例，DDZ类型系列包括DC 24V供电、输出4-20mA(DC)、双线制、本质安全防爆。29，5，力矩平衡压力变送器，30，6，压电压力传感器-补充，压电效应外力被移除后，再次回到无电状态。常用压电材料：两种茄子主要类别：天然压电郑秀晶(如石英郑秀晶)和压电陶瓷(如钛酸钡)，压电机制不同。压电陶瓷是人工多晶体，压电常数

13、高于石英晶体，但其机械特性和稳定性不如石英晶体。它们都有比较好的特性，都是比较理想的压电材料。压电压力传感器利用压电材料的压电效应将测量压力转换为传记信号。结果电荷量和作用力之间存在线性关系。其中Q是电荷。k是压电常数。s是作用面积。p是压力。通过测量电荷量，可以知道测量的压力大小。31，压电压力传感器(继续)，如下图所示，压电元件夹在两个弹性膜片之间，压电元件的一侧与膜片接触并接地，另一侧通过引线引导电荷。测量的压力均匀作用于膜片，压电元件受力产生电荷。电荷通常放大到电荷放大器或电压放大器，转换为电压或电流输出，输出信号对应于测量的压力值。除了在校准用标准压力传感器或高精度压力传感器中使用石

14、英晶体作为压电元件外，普通压电压力传感器中的压电元件材料主要是压电陶瓷，聚合物材料(例如聚氟二氟乙烯稀释)或复合材料合成薄膜也很有用。图：压电压力传感器结构图表，32，压电压力传感器(继续)，压电压力传感器小大小，简单结构，可靠工作测量范围宽度，可测量100MPa以下的压力；测量精度高。高频率响应，最大30kHz是动态压力检测中常用的传感器，但由于压电元件中有电荷泄漏，因此测量缓慢变化的压力和静态压力是不合适的。更换压电元件可改变压力测量范围；配有电荷放大器时，可以并行多个压电元件，提高传感器的灵敏度。使用电压放大器时，可以连接多个压电元件，提高传感器的灵敏度。33，6，活塞压力表，活塞压力表

15、通常称为活塞压力表或压力表，也称为压力表。主要使用测量室、实验室、生产或科学实验链接作为压力基准，并将活塞压力计直接应用于高可靠性监控链接，还对当地其他仪表进行投票监控。活塞压力计是基于帕斯卡定律和流体静力学平衡原理的高精度、高再现性、高可靠性标准压力计。活塞压力计将特殊重量加载到已知有效区域的活塞中所产生的压力，以表示准确的压力量。活塞压力计算了其他压力计，测量结果非常可靠，性能更稳定，因此活塞压力计在该领域应用相当广泛。国际上经常使用活塞压力表作为国家标准和工作标准或压力测量标准装置。34，活塞压力表物理，35，7，使用压力表，选择1压力表(1)仪表类型：仪表类型根据测试介质情况、现场环境

16、和生产过程对仪表的要求(例如，信号是否需要远距离传输、控制、记录或报警等)(2)确定仪表测量范围：应根据测量压力的大小和测量过程中变化的情况进行选择。在测量稳定压力、脉动压力和高压时，最大工作压力应分别不超过仪表测量上限的2/3、1/2和3/5。测量压力的最小值必须小于仪表测量上限的三分之一，以确保仪表的线性和测量结果的准确性。具体选择必须从国家规定的标准系列中选择。(3)仪表精度水平的选择：仪表的精度应根据工艺生产的要求在规定的精度水平上确定。选定的细节级别必须小于或等于工艺要求的仪表公差最大值。安装36，2压力表、安装2压力表(1)选择压力表(2)压力管道布置(3)压力表安装压力测量系统根据特定测试介质、管道和环境条件选择适当的裂口位置，并正确安装压力管道和测量仪。37，如往复式压缩机的出口压力范围为2528MPa，测量误差不能大于1MPa。在工艺上需要现场观察，通过高低限制警报，可以准确地选择表示模型、精度和测量范围的压力计。由于往复压