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1、第二章压力本讲稿第一页，共二十四页压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表压力检测方法压力检测方法l液柱测压法液柱测压法l弹性变形法弹性变形法l电测压力法电测压力法压力检测仪表压力检测仪表v弹簧管压力表弹簧管压力表v霍尔式压力表霍尔式压力表力平衡式压力变送器力平衡式压力变送器微位移式变送器微位移式变送器智能差压（压力）变送器智能差压（压力）变送器主要内容差压（压力）差压（压力）变送器变送器本讲稿第二页，共二十四页压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表压力的基本概念压力的基本概念垂直而均匀地作用在单位面积上的力垂直而均匀地作用在单位面积上的力 式中式中压力（压力（Pa）均匀垂直作用力（均匀垂直作用力（
2、N）受力面积（受力面积（m2）1Pa =110-3KPa =110-6MPa单位单位:牛顿牛顿/米米2（N/m2），简称），简称“帕帕”，用符号，用符号“Pa”本讲稿第三页，共二十四页压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表压力的几种表示形式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）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）表压（正压）绝对压力的零线绝对压力的零线大气压力线大气压力线绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力真空度真空度三者之间的关系三者之间的关系 本讲稿第四页，共二十四页压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表液柱测压法液柱测压法 根根据据流流
3、体体静静力力学学原原理理，将将被被测测压压力力转转换换成成液液柱柱高高度度进进行行测量测量hh12211p1p2h2P0h1h211p200 常用的压力表有常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、斜管压力表和形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞式压力表等。活塞式压力表等。测量原理测量原理（动画）（动画）U U管压差计；管压差计；本讲稿第五页，共二十四页弹性变形法弹性变形法 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表 将被测压力转换成将被测压力转换成弹性元件弹性元件变形的位移变形的位移 测量原理测量原理P 弹簧管式弹性元件弹簧管式弹性元件P 膜片式弹性元件膜片式弹性元件本讲稿第六页，共二十四页压力
4、检测方法及仪表压力检测方法及仪表弹弹性性元元件件结结构构和和特特点点本讲稿第七页，共二十四页压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表当弹性元件在轴向受到外力作用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，即时，就会产生拉伸或压缩位移，即 式中式中 F轴向外力轴向外力 x位移位移 C弹性元件的刚度系数弹性元件的刚度系数 式中式中 A弹性元件承受压力的有效面积弹性元件承受压力的有效面积 p被测压力被测压力 测量原理测量原理x p本讲稿第八页，共二十四页 弹簧管压力表弹簧管压力表 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表接头弹簧管拉杆指针中心齿轮扇形齿轮游丝刻度盘调整螺钉测压原理测压原理【播放
5、动画】弹簧管压力仪表【播放动画】弹簧管压力仪表组成组成弹簧管、齿轮弹簧管、齿轮传动机构、指针、刻度传动机构、指针、刻度盘及外壳。盘及外壳。本讲稿第九页，共二十四页电测压力法电测压力法 利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被测压力变利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被测压力变换为电信号来进行测量的。换为电信号来进行测量的。压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表 测量原理测量原理1.1.弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成相应的电信号，如电阻式、电感式、相应的电信号，如电阻式、电感式、电容式电容式、霍尔片式霍尔
6、片式、应变式、应变式、振弦式等；振弦式等；2.2.非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理性质与压力有关，如理性质与压力有关，如压电式压电式、压阻式、压磁式等、压阻式、压磁式等。本讲稿第十页，共二十四页电测压力法电测压力法 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表v电容式测压原理电容式测压原理 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的电容量，然后通过测量电容量C C便可以知道被测压力的大小，便可以知道被测压力的大小，从而实现压力从而实现
7、压力-电容转换的。电容转换的。定极板定极板弹性元件弹性元件动极板动极板被测压力被测压力 测量原理测量原理 电容器极板间绝缘介质的介电电容器极板间绝缘介质的介电 常数，常数，F/m A电容器两平行板覆盖的面积，电容器两平行板覆盖的面积，m2 d两平行板之间的距离，两平行板之间的距离，m C电容量，电容量，F1本讲稿第十一页，共二十四页电测压力法电测压力法 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表v压电式测压原理压电式测压原理 根据根据“压电效应压电效应”把被测压力变换为电信号的。把被测压力变换为电信号的。（a）单晶体）单晶体（b）剖面图）剖面图（c）X截割的石英片截割的石英片 受力面积受力面积 作用
8、在受力面积上的压力作用在受力面积上的压力压电常数压电常数 电荷数电荷数本讲稿第十二页，共二十四页【播放视频】霍尔传感器【播放视频】霍尔传感器 压力检测仪表压力检测仪表 v霍尔式压力表霍尔式压力表 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表 （）结构原理图（）结构原理图 霍尔式压力表由单圈弹簧管的自霍尔式压力表由单圈弹簧管的自由端安装在半导体霍尔元件上构由端安装在半导体霍尔元件上构成的，成的，测压原理：利用霍尔片式传感器测压原理：利用霍尔片式传感器（根据半导体材料的霍尔效应的（根据半导体材料的霍尔效应的原理）实现原理）实现压力压力-位移位移-霍尔电势的霍尔电势的转换。转换。【播放视频】霍尔传感器【播放
9、视频】霍尔传感器 霍尔片：是一种半导体或化合物霍尔片：是一种半导体或化合物半导体转换元件。半导体转换元件。霍尔片霍尔片+弹簧管弹簧管本讲稿第十三页，共二十四页压力检测仪表压力检测仪表 v霍尔式压力表霍尔式压力表 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表霍尔效应霍尔效应：把一块霍尔元件置于均匀磁：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场中，并使霍尔片与磁感应强度B的方的方向垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵向向垂直，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端面上通入恒定的控制电流I，则会在霍，则会在霍尔片的两个横向端面之间形成电位差尔片的两个横向端面之间形成电位差VH，此电位差称
10、为霍尔电势。，此电位差称为霍尔电势。（c）线性非均匀磁场）线性非均匀磁场 （）霍尔效应示意图（）霍尔效应示意图 本讲稿第十四页，共二十四页压力检测仪表压力检测仪表 v霍尔式压力表霍尔式压力表 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表 K霍尔式压力传感器输出系数霍尔式压力传感器输出系数 自由端霍尔元件的位移量自由端霍尔元件的位移量在测量过程中，当控制电流在测量过程中，当控制电流I恒定，把被测压力恒定，把被测压力p通入弹簧管，弹通入弹簧管，弹簧管自由端与霍尔片便一起在磁场中移动时，便可得到与弹簧管簧管自由端与霍尔片便一起在磁场中移动时，便可得到与弹簧管自由端位移成比例的霍尔电势，即自由端位移成比例的霍
11、尔电势，即本讲稿第十五页，共二十四页压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表电动单元组合仪表（简称为电动单元组合仪表（简称为DDZDDZ仪表）仪表）差压（压力）变送器差压（压力）变送器 作用作用：将各种物理量转换成统一的标准信号：将各种物理量转换成统一的标准信号差压变送器差压变送器 力平衡式变送器力平衡式变送器 位移平衡式变送器位移平衡式变送器气动单元组合仪表（简称为气动单元组合仪表（简称为QDZQDZ仪表）仪表）DDZ-型仪表为型仪表为010mADC DDZ-型仪表为型仪表为420mADC20100KPa本讲稿第十六页，共二十四页差压差压(压力压力)变送器变送器 压力检测方法及仪表压力检测方法及
12、仪表力力平平衡衡式式压压力力变变送送器器 1低压室低压室 2高压室高压室 3测量元件（膜盒、膜片）测量元件（膜盒、膜片）4轴封膜片轴封膜片 5主杠杆主杠杆 6过载保护片过载保护片 7静压调整螺钉静压调整螺钉 8矢量机构矢量机构 9零点迁移弹簧零点迁移弹簧 10平衡锤平衡锤 11量程调整螺钉量程调整螺钉 12检测片（衔铁）检测片（衔铁）13差动变压器差动变压器 14副杠杆副杠杆 15放大器放大器 16反馈动圈反馈动圈 17永久磁钢永久磁钢 18电源电源 19负载负载 20调零弹簧调零弹簧 测量机构测量机构杠杆机构杠杆机构检测放大检测放大 机构机构反馈反馈 机构机构【播放动画】【播放动画】本讲稿第
13、十七页，共二十四页压力检测仪表压力检测仪表 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表主杠杆主杠杆 矢量机构将矢量机构将F1分解成分解成F2和和F3，副杠杆平衡：副杠杆平衡：l1l4l3l0lfl2F1F3F2FfF0HMFi5481214本讲稿第十八页，共二十四页压力检测仪表压力检测仪表 v微位移式变送器（自学微位移式变送器（自学）压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表I0（1）测量部分测量部分 测量部分包括电容膜盒、高低压室及法兰组件等测量部分包括电容膜盒、高低压室及法兰组件等.测量原理测量原理:将被测压力的变化转换成电容量的变化。将被测压力的变化转换成电容量的变化。填充液（硅油）填充液（硅油）固
14、定电极固定电极可动电极可动电极P1转换放大单元转换放大单元 P2电容式压力传感器电容式压力传感器隔离膜片隔离膜片本讲稿第十九页，共二十四页压力检测仪表压力检测仪表 v智能差压（压力）变送器智能差压（压力）变送器 （自学）（自学）压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表 在普通压力传感器上增加微处理器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特点：具有远程通讯的功能 依依靠靠手手操操通通信信器器，用用户户可可在在现现场场或或控控制制室室设设定定变变送送器器各各种种参参数数 使用维护方便使用维护方便 长期稳定工作，每长期稳定工作，每5 5年才需校检一次年才需校检一次。以以3051C 为例
15、：为例：组成：传感膜头：被测压力组成：传感膜头：被测压力-A/D转换转换-数字信号数字信号 电子线路板：对信号进行修正，线性化处理电子线路板：对信号进行修正，线性化处理-D/A转换转换-420mA信号信号本讲稿第二十页，共二十四页压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表A/D转换器转换器 温度温度传感器传感器 电容电容传感器传感器传感膜头内存传感膜头内存 修正系数修正系数 膜头信号膜头信号微处理器微处理器传感器线性化传感器线性化重设量程重设量程诊断诊断工程单位工程单位通信通信电子板内存电子板内存量程值量程值变送器组态信息变送器组态信息D/A转换转换数字数字通信通信本机量程和本机量程和零点调整零点调
16、整手手操操器器传感膜头传感膜头电子线路板电子线路板 420mA3051C3051C型智能变送器原理图型智能变送器原理图本讲稿第二十一页，共二十四页压力测量仪表的选用压力测量仪表的选用 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表仪表种类和型号的选择仪表种类和型号的选择 工艺要求工艺要求 现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信号现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信号报警报警 介质性质介质性质 温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性 现场环境现场环境 温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性 仪表量程的确定仪表量程的确定 化工自控设计技术
17、规定：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被测压力较稳定的情况，最大压力值应不超过满量程的2/32/3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1/21/2被测压被测压力的最小值也不应低于全量程的力的最小值也不应低于全量程的1/31/3 仪表精度等级的选择仪表精度等级的选择 本讲稿第二十二页，共二十四页压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表有一台空压机的缓冲罐，其工作压力变化范围为有一台空压机的缓冲罐，其工作压力变化范围为13.513.516 MPa 16 MPa，工艺要求最大，工艺要求最大测量误差为测量
18、误差为0.8 MPa0.8 MPa，并可就地观察及高低限报警。试选一合适的压力表（包括，并可就地观察及高低限报警。试选一合适的压力表（包括测量范围、精度等级）。测量范围、精度等级）。例题例题解解空压机的缓冲罐的压力视为脉动压力空压机的缓冲罐的压力视为脉动压力根据就地观察及能进行高低报警的要求，可选用根据就地观察及能进行高低报警的要求，可选用YX-150YX-150型电接点压力表，测型电接点压力表，测量范围为量范围为0 0 40MPa40MPa。检验量程下限检验量程下限被测压力的最小值不低于满量程的被测压力的最小值不低于满量程的1/31/3，符合要求。，符合要求。仪表量程选择仪表量程选择最大引用
19、误差最大引用误差所以选择测量范围为所以选择测量范围为0 0 40 Mpa40 Mpa，精度等级为，精度等级为1.51.5级的级的YX-150YX-150型电接点压力表。型电接点压力表。本讲稿第二十三页，共二十四页压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表作业作业P91:13、16补充题：补充题：1 简述弹簧管压力表的工作原理简述弹簧管压力表的工作原理选做选做2、压力表的精度等级是如何表示的？如何计算工业用压力、压力表的精度等级是如何表示的？如何计算工业用压力表的允许绝对误差？（提示：分三种情况：具有单向标尺的压力表的允许绝对误差？（提示：分三种情况：具有单向标尺的压力表（表（0刻度为起始点）；具有双向标尺的压力表；具有无零位标刻度为起始点）；具有双向标尺的压力表；具有无零位标尺的压力表进行回答。）尺的压力表进行回答。）本讲稿第二十四页，共二十四页