第二章-检测仪表教案课件.doc

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1、第2章 检测仪表教学目的：了解基本概念：检测仪表的基本技术指标，四大参数的检测方法及常见仪表。教学重点：热电阻、热电偶的测温原理，压力、流量、物位的检测。教学难点：热电偶的工作原理和冷端温度补偿。要控制一个工艺指标，首先必须实时检测生产过程中的有关参数。例如温度、压力、流量、液位等。用来检测这些参数的工具称为检测仪表，其中包括测量指示仪表及将被测参数转换成标准信号输出的变送器。检测仪表种类繁多，但目的都是快速、准确地测量某种物理量。因此，对于检测仪表的性能有一套通用的评价指标。 2.1检测仪表的基本技术指标1. 绝对误差检测仪表的指示值X与被测量真值Xt之间存在的差值称为绝对误差表示为： =

2、XX t 由于真值是无法得到的理论值。实际计算时，可用精确度较高的标准表所测得的标准值X0代替真值X t，表示为： = XX0 仪表在其标尺范围内各点读数的绝对误差中最大的绝对误差称为最大绝对误差max。2基本误差基本误差是一种简化的相对误差，又称引用误差或相对百分误差。定义为：其中：仪表量程 = 测量上限测量下限仪表的基本误差表明了仪表在规定的工作条件下测量时，允许出现的最大误差。 3精确度（精度） 为了便于量值传递，国家规定了仪表的精确度（精度）等级系列。 如0.5级，1.0级，1.5级等。 仪表精度的确定方法：将仪表的基本误差去掉“”号及“”号，套入规定的仪表精度等级系列。例如:某台仪表

3、的基本误差为1.0，则确认该表的精确度等级符合1.0级。如果某台仪表的基本误差为1.3，则该表的精确度等级符合1.5级。例1 某台测温仪表的测量范围为 100700，校验该表时测得其最大绝对误差为5，试确定该仪表的精度等级。解： 该仪表的基本误差为： 将去掉“+”与“%”号，其数值为0.625。由于国家规定的仪表精度等级中没有0.625级，该仪表的误差介于0. 5级1.0级之间，超过了0.5仪表所允许的最大绝对误差，故这台测温仪表的精度等级为1.0级。例2 某台测压仪表的测压范围为 08MPa。根据工艺要求，测压示值的误差不允许超过0.05 MPa，问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？

4、 解： 根据工艺要求，仪表的允许基本误差为： 去掉“”和“”号后，0.625介于0.51.0之间。若选精度为1.0级的仪表，其允许的最大绝对误差为0.08 MPa 。超过了工艺允许的数值。故： 应选择0.5级的表。目前，我国生产的仪表常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5等。精度等级数值越小，表征该仪表的精确度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表，常用来作为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多为0.5级以下。仪表的精度等级一般用符号标志在仪表面板上。如 4、灵敏度和分辨率 灵敏度表示指针式测量仪表对被测参

5、数变化的敏感程度，常以仪表输出（如指示装置的直线位移或角位移）与引起此位移的被测参数变化量之比表示：其中， S 仪表灵敏度；Y 仪表指针位移的距离（或转角）；X 引起Y的被测参数变化量。灵敏限表示指针式仪表在量程起点处，能引起仪表指针动作的最小被测参数变化值。 对于数字式仪表，则用分辨率和分辨力表示灵敏度和灵敏限。分辨率表示仪表显示值的精细程度。如一台仪表的显示位数为四位，其分辨率便为千分之一。数字仪表的显示位数越多，分辨率越高。 分辨力是指仪表能够显示的、最小被测值。 如一台温度指示仪，最末一位数字表示的温度值为0.1，即该表的分辨力为0.1 。5、 变差在外界条件不变的情况下，同一仪表对被

6、测量进行往返测量时（正行程和反行程），产生的最大差值与测量范围之比称为变差。变差 =量程正反行程最大差值100% ymaxyxmin xmaxOxxmax 造成变差的原因是传动机构间存在的间隙和摩擦力; 弹性元件的弹性滞后等。6、响应时间当用仪表对被测量进行测量时，被测量突然变化以后，仪表指示值总是要经过一段时间后才能准确地显示出来。这段时间称为响应时间。 响应时间的计算：从输入一个阶跃信号开始，到仪表的输出信号（即指示值）变化到新稳态值的95所用的时间。即下图中的tp txytp0以上是检测仪表常用的性能指标。2.2温度检测及仪表温度是表征物体冷热程度的物理量。是工业生产中最普遍而重要的操作

7、参数。2.2.1温度检测方法一般利用物体的某些物理性质随温度变化的特性来感知、测量温度。有接触式测温和非接触式测温。接触式测温通过测温元件与被测物体的接触而感知物体的温度。非接触式测温通过接受被测物体发出的热辐射热来感知温度。接触式测温仪表有：1、膨胀式温度计，是指基于物体受热时体积膨胀的性质而制成的温度计，他有液体和固体两种。液体膨胀式温度计，利用液体（水银、酒精）受热时体积膨胀的特性测温。固体膨胀式温度计，用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊接在一起制成双金属片。受热后，由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲。若将双金属片制成螺旋形，当温度变化时，螺旋的自由端便围绕着中心轴偏转，带动指针在刻度盘

8、上指示出相应温度值。双金属片常用来做温度报警或控制如图是一双金属温控器。双金属片调节螺钉绝缘柱 继电器随着温度上升，双金属片逐渐弯曲，当其触点接触到固定触点时，报警灯和继电器回路被接通。 调节螺钉用来调整固定触点的位置，以调整报警温度。2、压力式温度计压力式温度计是利用封闭容器中的介质压力随温度变化的现象来测温。原理: 封闭容器中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽，受热后体积膨胀，压力增大，使弹簧管变形 ，连杆机构带动指针指示温度。如下图就是一个压力式温度计的结构图。 3、热电偶温度计利用物体的热电性质测温。4、热电阻温度计利用金属电阻值或半导体电阻值随温度变化的性质测温。5、半导体温度计利用

9、半导体PN结的结电压随温度变化的特性，通过测量感温器元件（结）电压变化来测量温度。非接触式测温的具体方法有：1、 辐射式温度计通过测量物体热辐射功率来测量温度。2、 红外式温度计通过测量物体红外波段热辐射功率来测量温度。2.2.2 热电偶热电偶是以热电效应为原理的测温元件，能将温度信号转换成电势信号（mV） 。特点：结构简单、测温准确可靠、信号便于远传。一般用于测量5001600之间的温度。2.2.2.1 热电偶的测温原理将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，若两个连接点温度不同，回路中会产生电势。此电势称为热电势。1、接触电势 当不同导体A、B接触时，两边的自由电子密度不同，在交界面上产生

10、电子的相互扩散，致使在接触处产生接触电势。 其大小取决于两种材料的种类和接触点的温度。 ，自由电子密度； e 单位电荷 2、温差电势对于同一金属A（或B），其两端温度不同，自由电子所具有的动能不同，也会产生相应的电势，称为温差电势。热电势由两部分组成：接触电势和温差电势。但温差电势值远小于接触电势，常忽略不计。3、回路总电势热电偶回路总电势由接触电势和温差电势叠加而成，称热电势。由于温差电势很小，热电势基本由接触电势构成： 据此可以得出基本结论：对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温度有关。当冷端温度固定时， E（t，t0）是热端温度 t 的单值函数。上式无法实用，实际中用实测标定热电势。镍

11、铬镍硅热电偶分度表（简表）分度号 K t0=0，E/mV/0010203040506070809000.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.7372008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.79330012.20712.63213.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66

12、418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28828.70970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.04232.45532.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.92590037.32537

13、.72438.12238.51938.91539.31039.70340.09640.48840.897100041.26941.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.729110045.10845.48645.86346.23846.61246.98547.35647.72648.05948.462120048.82849.19249.55549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.049130052.3982.2.2.2 热电偶的基本定律据可导出：1、均质导体定律由一种均质导体或半导体组成的闭合回

14、路中，不论其截面和长度如何，以及沿长度方向上各处的温度分布如何，都不能产生热电势。因此，热电偶必须由两种不同材料的均质导体或半导体组成。但其截面和长度不限。2、中间导体定律在热电偶回路中接入另一种中间导体后，只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路的热电势没有影响。设将热电偶AB一端打开，接入第三种导体C ：有 （1）当时，有即代入（1）式，则 由中间导体定律可知：热电偶在使用时，只要接入第三种导体的两个连接点温度相等，它的接入对回路电势毫无影响。这一结论可以推广至接入多种导体。因为热电偶在使用时，必须将热电偶回路打开，接入测量仪表，即插入多种导体。 3、中间温度定律一支热电偶在两

15、接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、0和0、t0时的热电势之代数和。即据此，只要给出冷端为0时的热电势关系，便可求出冷端任意温度时的热电势。 tot0mV =符合分度表要求ABt0t AB0t AB0t0 2.2.2.3热电偶的构造热电偶是用两种不同材料的偶丝或薄膜一端焊接而成。其构造分普通型、铠装型、簿膜型等。普通型铠装型普通热电偶2.2.2.4 热电偶类型理论上任何两种导体或半导体都可以组成热电偶，但考虑有良好的应用性能，必须对热电偶材料加以选择。选取原则：在测温范围内具有稳定的化学及物理性质，热电势要大，且与温度接近线性关系。国际电工委员会（简称I

16、EC）规定了热电偶材料的取材标准。用分度号命名不同取材的热电偶，并给出了标准的热电势分度表。几种常用的标准型热电偶简介热电偶名称分度号测温范围（）平均灵敏度特 点铂铑30铂铑6B0+180010V/稳定性好,精度高,可在氧化气氛使用铂铑10铂 S0+160010V/同上，线性度优于B镍铬镍硅K0+100040V/价廉,，可在氧化及中性气氛中使用镍铬康铜E-200+90080V/灵敏,价廉,可在氧化及弱还原气氛中使用铜康铜T-200+40050V/价廉,但铜易氧化,常用于150以下温度测量 不同材质的热电偶，其热电势与热端温度的特性关系不同。铂及其合金（B、S）属于贵重金属，价格很贵，但其热电势

17、非常稳定，主要用做标准热电偶及测量1100以上的高温。 镍铬镍硅（K）线性度最好 镍铬康铜（E）灵敏度最高 铜康铜（T）价格最便宜2.2.2.5 热电偶冷端温度补偿 热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关，还与冷端温度有关。所以使用时，需保持热电偶冷端温度恒定。但热电偶的冷端和热端离得很近，使用时冷端温度较高且变化较大。为此应将热电偶冷端延至温度稳定处。 为了节约，工业上选用在低温区与所用热电偶的热电特性相近的廉价金属，作为热偶丝在低温区的替代品来延长热电偶，称为补偿导线。 tot0mV 补偿导线热偶根据中间温度定律，补偿导线和热电偶相连后，其总的热电势等于两支热电偶产生的热电势的代数和。 E

18、(t, t 0) = E偶 (t , t n) E补(tn ,t 0) 用补偿导线延长热电偶的必须条件是：补偿导线的热电特性在低温段与所配热电偶相同。因此，不同的热电偶配不同的补偿导线。常用热电偶的补偿导线见表2.2。 使用补偿导线只是将热电偶的冷端延长到温度比较稳定的地方，而标准热电势要求冷端温度为零度，为此还要采取进一步的补偿措施。1查表法（计算法） 如果某介质的温度为t，用热电偶进行测量，其冷端温度为t0，测得的热电势为EAB（t,t0）。根据中间温度定律，有 EAB（t ,0）EAB（t ,t0） EAB（t 0,0） 得出标准热电势EAB（t ,0），再查分度表就可得出被测温度。例

19、用K型(镍铬镍硅)热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电势E（t，t0）36.122mV，而自由端的温度t030，求被测的实际温度。解 由分度表可以查得 E（30，0）1.203mV则 E（t，0） E（t，30）+ E（30，0） 36.122+1.20337.325mV再查分度表可以查得37.325mV对应的温度为900 。计算法适用于实验或临时测温。2、仪表零点调整法 如果热电偶冷端温度比较稳定，与之相接的显示仪表又可以调整零点，那么在测试前，将仪表指针就调整到冷端温度处，再开始测量。 此法比较简单，但由于冷端温度（室温）也有波动，所以只能在测温要求不太高的场合下应用。3、冰浴法 把热电偶

20、的冷端插入盛有绝缘油的试管中，然后将试管放入装有冰水混合物的容器中，保持冷端为0。这种方法多数用于热电偶的检定。 4、 补偿电桥法补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的电势，来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。E(t,t0)E(t0, 0)E(t,0)电桥补偿导线 E(t,0)E(t,t0)E(t0 ,0) 5半导体PN結补偿法 利用半导体PN結电压随温度升高而降低的特性自动补偿热电偶的冷端温度引起的误差。 图中半导体三极管基极结电压Vbe随温度升高而降低。将Vbe放大后即可输出。 只要保持三极管集电极电流 Ic 恒定，冷端补偿电压e0 即与冷端温度成正比。2.2.3热电阻对于500以下

21、的中、低温，热电偶输出的热电势很小，容易受到干扰而测不准。一般使用热电阻温度计来进行中低温度的测量。热电阻有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。2.2.3.1金属热电阻金属热电阻测温精度高。大多数金属电阻阻值随温度升高而增大。具有正温度系数。温度系数作为工业用热电阻的材料要求：(1)电阻温度系数大，电阻率大； (2) 在测温范围内物理化学性能稳定； (3) 温度特性的线性度好。工业中用得最多的是铂电阻和铜电阻，也有镍电阻、铟电阻、锰电阻及碳电阻等用于低温及超低温测量。1.铂电阻 铂材料容易提纯，其化学、物理性能稳定；测温复现性好、精度高。被国际电工委员会规定为-259+630 间的基准器，但线性度

22、稍差，常用于-200+600 温度测量。电阻温度关系： R t =R0 1+At+Bt2+C(t-100)t3 (-2000) R t =R0 (1+At+Bt2) ( 0850)铂电阻有两种分度号：Pt10 , Pt1002.铜电阻铜电阻价格便宜，线性度好，但温度稍高易氧化，常用于-50+100 温度测量。铜电阻有两种分度号：Cu50 ，Cu100 。电阻温度关系： R t = R0 (1 +a t) (-50150) 热电阻的结构型式常见有普通型热电阻、铠装热电阻。其结构是：以云母片或石英玻璃柱作骨架，将金属丝用双线法绕在骨架上，以消除电感。此外，还有薄膜型热电阻。普通热电阻结构3.热电阻

23、的三线制接法电阻测温信号一般通过电桥转换成电压，如用两线接法接热电阻，接线电阻随温度变化会给电桥输出带来较大误差，而三线接法可以消除此误差。RtR3rrR1R2 所以，电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻必须用三线制接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。 2.2.3.2 热敏电阻有些半导体材料的电阻值具有负温度系数，可以作温度传感元件，特点是：(1) 电阻率大电阻体积小，响应快；(2) 温度系数大灵敏度高；(3) 非线性严重影响精度。(4) 温度特性分散互换性差 温度()1081061041021001601208040电阻()负温度系数热敏电阻特性2.2.4 集成温度传感器集成温度

24、传感器将温敏晶体管和外围电路集成在一个芯片上构成，相当于一个测温集成器件。特点：体积小、反应快、线性较好、价格便宜，测温范围一般为-50150。 集成温度传感器利用晶体管的b-e结压降的不饱和值VBE与热力学温度T和通过发射极电流I的下述关系实现对温度的检测：VBEebcI , 式中:K波尔兹常数；q电子电荷绝对值。通过对VBE的放大及线性化处理，实现温度信号的线性输出。集成温度传感器按输出信号形式不同，分为电压型、电流型和数字型三类。1、电压输出型电压输出型的灵敏度一般为10mV/K，温度0时输出为0，温度25时输出2.982V。常见的有LM135系列。2、电流输出型电流输出型的灵敏度一般为

25、1mA/K。最典型的是美国模拟器件公司生产的AD590 。AD590是单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：(1) 流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文），即：IT=TIT流过器件的电流，单位为mA；T热力学温度，单位为K。(2) 测温范围为-55+150(3) 电源电压范围为4V30V(4) 输出电阻为710MW3、数字输出型最典型的数字输出型集成温度传感器是DS1820。其外形如一只三极管，三个引脚分别是电源、地、数据线 ，测温范围为-55+125，分辨率为0.5 。2.2.5温度显示与记录 热电偶、热电阻等传感元件的测温信号必须经后级仪表处理，将温度显示出来或记

26、录保存。2.2.5.1动圈式指示仪表 动圈式指示仪表可分别与热电偶、热电阻配套指示温度，是最简单的模拟指示仪表。动圈式仪表的驱动部件是动圈测量机构，其本质是一个磁电式毫安表。信号电流流过动圈时，动圈受磁场力作用而偏转，带动指针偏转。同时张丝被扭转产生反作用力矩，当与磁场力矩平衡时，动圈就停留在某一位置上，指针指示出被测参数值。动圈测量机构原理图动圈测量机构配接不同的测温元件时电路有所不同2.2.5.2 数字式指示仪表 数字式指示仪表是以数字电压表为主体而构成的测量仪表。其原理框图如下： 检测变送 寄存器 模/数转换 脉冲计数脉冲信号 数字译码器 显示器例：配热电偶的数字式测温仪表原理框图标准电

27、势经过滤波，放大和线性化处理后，再经过相应的标度变换，就能够得到实测数据。2.2.5.3自动记录仪表 自动记录仪能实时记录被测参数。记录的方式有纸记录和无纸记录两类。1.自动平衡电桥式记录仪配接热电阻的测温记录仪。利用电桥的平衡动作进行测量记录。RpRtR3r自动平衡电桥原理图R0R2R1平衡电桥测温原理Rt是测温电阻，Rp是滑线电阻，触点B由电机带动可左右移动，电机由电桥的不平衡电压驱动。到达平衡点时，电桥输出为零，电机停止。 B的位置可以反映Rt，即反映了温度的变化；触点位移与Rt呈比例关系。 电桥测温关系当被测温度为下限时，Rt有最小值Rt0，滑动触点应在Rp的左端，此时电桥平衡，条件是

28、: R2R4R3（Rt0+Rp）被测温度升高时，电桥不平衡输出驱动电机，带动触点向右移动，直至新的平衡点: R2(R4+ r1 ) R3(Rt0+ Rt+Rp-r1)两式相减得：2.自动电位差计式记录仪 自动电位差计式记录仪是配接热电偶的测温记录仪。和自动平衡电桥式记录仪相比，放大、驱动、走纸机构都相同，仅测量电路不同。图2.23中，测量电桥产生不平衡电压与热电偶，输出相平衡。同时为了冷端补偿，将R2换成铜电阻，和热电偶的冷端置于同一温度下。当冷端温度升高时，设计使电压VR2的增加量恰好弥补热电势的减少值VR2 =E(t0,0)E(t,t0)数字式记录仪表 形式多样，内装CPU，无纸记录被测参

29、数。可实时显示，也可随时调出历史曲线。可多通道记录2.2.6温度变送器检测信号要进入控制系统，必须符合控制系统的信号标准。变送器的任务就是将不标准的检测信号，如热电偶、热电阻的输出信号转换成标准信号输出。 模拟控制系统的信号标准是： 型：010mA、010V 型：420mA、15V 数字控制系统的信号标准有：FF协议、 HART协议等2.2.6.1模拟式温度变送器模拟式温度变送器有多个品种、规格，以配合不同的传感元件和不同的量程需要，但结构基本相同。 温度变送器原理框图+-电量传感元件被测温度输入电路放大电路反馈电路输出电流输出电路以DDZ-III型热电偶温度变送器为例：Et放大电路 电源输入

30、电路输出电路电路原理分析：1输入电路 热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥。在电桥中实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。Ei=Et + VRcu VR4Ei零点调整温度补偿Ei = Et + VRcuVR4 = Et + VRcut0 + VRcu0 VR4标准热电势零点调整冷端补偿设计：VRcut0=E(t0 ,0) 调R4实现量程调整。VRcu0 0时Rcu上压降，VRcut0t 0时Rcu上压降增量2、放大电路热电偶输出的热电势为毫伏信号，而测量现场很容易引入干扰，因此放大电路必须是高增益低漂移的运放，深度反馈，同时还要采取抗干扰措施。例如用热电偶测量电炉温度时，

31、放大电路要浮空。 耐火砖的漏电阻、漏电容eAB如果不接地，则eab= 03、反馈电路在反馈电路中需要完成量程调整和非线性校正两个功能。量程调整实质上是调整放大电路的闭环放大倍数，通过调节反馈电阻的大小就可实现。而非线性校正则需要一个校正网络来实现。 IoEt-Et热电偶被测温度T输入电路放大电路非线性反馈输出电流loTIoVfT+4，供电电源变送器的供电电源是+24V。为了提高变送器的抗共模干扰能力和安全防爆，放大器需要在电路上与电源隔离。24V直流电源经调制解调后，供电路使用。近年来，已推出小型固态化温度变送器和一体化温度变送器，它将传感元件与测量电路一体化，电路高度集成，自带冷端补偿功能，

32、 24VDC供电。 2.3 压力检测及仪表 压力是工业生产中的重要工艺参数之一。如在化工、炼油等生产工艺中，经常会遇到高压、超高压和真空度（负压）的测量。 2.3.1压力检测的方法 工程上习惯把垂直作用于作用单位面积上的力称为 “压力”。即 P = F/S SF压力的单位是“帕斯卡”1Pa =1N/m2 1MPa =106Pa1工程大气压 = 1kg /cm2 = 9.80665104Pa 0.1MPap被测压力1工程中压力的表示方式有：表压、负压（真空度）、 差压、绝对压力。 工业中所用仪表的压力指示值，大多数为表压和差压。p被测压力2表压 、绝对压力、负压（真空度）、差压之间的关系： p表

33、压 = p绝对压力 p大气压力 p真空镀 = p大气压力 p绝对压力p差压 = p被测压力1 p被测压力2压力测量仪表品种很多，按照其转换原理的不同，大致可分为四大类。 1、液柱式压力计利用液体静力学原理测压，如U型管压力计，当被测压力P大于大气压力B时，液柱会产生高度差。 2、弹性式压力计将被测压力转换成弹性元件的变形位移后测量位移，如弹簧管压力表。3电气式压力计通过传感元件及电路，将被测压力转换成电量输出或指示，如电容式压力变送器。4活塞式压力计 根据液体均匀传递压力的原理，将被测压力与活塞上所加的砝码质量进行平衡来测量压力，它的测量精度很高，主要用于压力表的检定。 2.3.2 弹性式压力

34、计利用弹性元件受压产生变形可以测量压力。由于其产生的位移或力易转化为电量，且构造简单，价格便宜，测压范围宽，被广泛使用。常用的弹性元件有5种：1）单圈弹簧管 将截面为椭圆形的金属空心管弯成270圆弧形，顶端封口，当通入压力 p 后，它的自由端就会产生位移。单圈弹簧管测压范围较宽，可高达1000MPa。2）多圈弹簧管 为了在测低压时增加位移，可以将弹簧管制成多圈状。3） 膜片用金属或非金属材料做成的具有弹性的圆片（有平膜片和波纹膜片）。在压力作用下，其中心产生变形位移。可测低压。 4） 膜盒将两张金属膜片沿周口对焊，内充硅油。使膜片增加强度。5 ) 波纹管位移最大，可测微压（1MPa)。1）单圈

35、弹簧管 2）多圈弹簧管 3） 膜片4） 膜盒 5 ) 波纹管2.3.2.2弹簧管压力表弹簧管压力表的品种规格繁多。按其用途不同，有普通弹簧管压力表、耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。它们的外形与结构基本相同，只是所用的弹簧管材料有所不同。弹簧管压力表的结构原理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 调整螺钉 9 接头弹簧管是一根弯成270圆弧的椭圆截面的空心金属管，管子的自由端B封闭，并连接拉杆及扇形齿轮，带动中心齿轮及指针。2.3.3电气式压力计电气式压力计是指将压力转换成电信号进行显示的仪表。电气式压力变送器是指将压力转换成标准

36、电信号输出的仪表。电气式压力计一般由压力传感元件、测量电路和信号处理电路所组成。信号输出电量被测压力传感元件测量线路显示器2.3.3.1电容式差压（压力）变送器电容式差压变送器是20世纪70年代初由美国公司研发。结构简单、过载能力强、可靠性好、精度高、体积小。一个被测压力是大气压时，就成为压力变送器。电容式差压变送器先将差压的变化转换为电容量的变化，然后用电路测电容。 输出信号范围是DC420mA。如图是利用测电容充放电流的转换电路。正弦波电压E加于差动电容C1、C2上，因R1R4的阻抗比C1、C2的阻抗小得多，流过C1、C2的半周期电流有效值近似为：V4V1V2要测I1、I2的变化，可间接测

37、R1、R2上的压降。令V1、V2、V4分别为R1、R2、R4上的压降，则：V1=I1R1、V2=I2R2、V4=I4R4、R1=R2=R4 因即 当V4=I0R4不变时，测出V2V1，可得P。在实际测量中，差动电容Cl、C2变化会引起电流I0变化，若要保持V4不变，必须设监控电路。通过监测V4自动调节E的幅度，使V4保持恒定。2.3.3.2 应变式压力传感器 应变式压力传感器是利用电阻应变原理构成的。电阻应变片有金属应变片（金属丝或金属箔）和半导体应变片两类。如金属丝应变片的结构：纵向R=L/S电阻应变原理： 当应变片产生纵向拉伸变形时，L变大、S变小，其阻值增加；当应变片产生纵向压缩变形时，

38、S 变大、 L变小，其阻值减小。应变片电阻的变化可用电桥测出。 r1和r2的变化，使桥路失去平衡，有不平衡电压U输出。 r1、r2设置在相邻桥臂构成半桥，既可以提高灵敏度，又有温度补偿作用。温度升高引起的r1、r2阻值升高部分，压降相减。应变片r1 应变片r22.3.3.3压阻式压力传感器利用半导体的压阻效应将压力转换为电信号。压阻效应受压时电阻率发生变化。2.3.3.4 压电式压力传感器利用某些材料的压电效应原理制成。具有这种效应的材料如压电陶瓷、压电晶体称为压电材料。压电效应：压电材料在一定方向受外力作用产生形变时，内部将产生极化现象，在其表面上产生电荷。当去掉外力时，又重新返回不带电的状

39、态。这种机械能转变成电能的现象，称之为压电效应。2.3.4智能式差压变送器智能式差压变送器内部电路装有CPU芯片，有很强的数字处理能力。除检测功能外，还具有静压补偿、计算、显示、报警、控制、诊断等功能。与智能式执行器配合使用，可就地构成控制回路，并随时与上位机通讯。 2.3.4.1 3051C HART变送器3051型差压变送器是美国罗斯蒙特公司的一种智能型两线制变送器，有电容式和压电式两种。图2.44是 3051C 电容式变送器的原理框图。传感器部分与模拟仪表一样，测量信号经AD转换后送微处理器处理。输出符合HART协议的数字信号叠加在420mA的输出信号线上。3051型差压变送器可同时用于数字控制系统和模拟控制系统。将数据设定器跨接在信号线上，可以读取变送器的输出信号，并对变送器进行组态。2.4 流量检测及仪表流量是生产控制及经济核算中的重要检测参数。2.4.1流量的基本概念流量指单位时间内流过某一截面的流体数量。即瞬时流量。表示方法有：q 质量流量Qm （t/h、 kg/h 、 kg/s ）q 体积流量Qv （m3/h、 L/h、 L/min ）二者的关系：Qm =Qv 流体的密度 总量指一定时间内流过某截面的流体流量的总和。 即累计流量。以 t 表示时间，则总量和流量之间的关系是：流