3压力检测技术及仪表.ppt

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1、3 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表过程检测技术及仪表过程检测技术及仪表3 3 3 3 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表13 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表3.1 概述概述 3.2 液柱式压力计液柱式压力计 3.3 弹性式压力计弹性式压力计 3.4 光纤压力计光纤压力计 3.5 差压变送器差压变送器 3.6 电阻应变式压力计电阻应变式压力计 3.7 振频式压力计振频式压力计 3.8 压力检测仪表的选用压力检测仪表的选用 内容安排：内容安排：23 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表3.1 3.1 概述概述 压力压力为均匀而垂直作用于单位面积上的

2、力。为均匀而垂直作用于单位面积上的力。表达式为：表达式为：式中，式中，P P压力；压力；F F作用力；作用力；A A作用面积。作用面积。在国际单位制在国际单位制(SI)(SI)和我国法定计量单位中，压力的单位和我国法定计量单位中，压力的单位是是“帕斯卡帕斯卡”，简称，简称“帕帕”，符号为，符号为“PaPa”。33 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表 过去采用的压力单位有：过去采用的压力单位有：“工程大气压工程大气压”（即（即kgf/cmkgf/cm2 2）、）、“毫米汞毫米汞柱柱”（即（即mmHgmmHg）、）、“毫米水柱毫米水柱”（即（即mmHmmH2 2O O）、）、“物理大气压物理大气

3、压”（即（即atmatm）等，均应改为法定计量单位等，均应改为法定计量单位“帕帕”。压力单位换算表压力单位换算表 43 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表几种不同的压力表示方法：几种不同的压力表示方法：(1)(1)绝对压力绝对压力:作用于物体表面积上的作用于物体表面积上的全部压力全部压力,(2)(2)大气压力大气压力:空气柱重量所产生的压力空气柱重量所产生的压力,(3)(3)表压力表压力:绝对压力与大气压力绝对压力与大气压力之差之差；当绝对压力小于大气压力；当绝对压力小于大气压力,则表压力为负压则表压力为负压,如测炉膛和烟道气体的压力均是负压。如测炉膛和烟道气体的压力均是负压。(4)差压差压

4、:任意两个压力之差称为差压。任意两个压力之差称为差压。绝对压力、表压、负压绝对压力、表压、负压(真空度真空度)的关系的关系53 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表原理与应用：原理与应用：以流体静力学原理来测量压力。采用水银或水为工作以流体静力学原理来测量压力。采用水银或水为工作 液液,用用U U型管或单管进行测量型管或单管进行测量,常用于低压、负压或压常用于低压、负压或压 力差的测量。力差的测量。3.2 液柱式压力计液柱式压力计 图图示示的的U形形管管内内装装有有一一定定数数量量的的液液体体,U形形管管一一侧侧通通压压力力p1,另另一一侧侧通通压压力力p2。当当p1=p2时时,左左右右两两管

5、管的的液液体体高高度度相相等等。当当p1 p2时时,两边管内液面便会产生高度差。两边管内液面便会产生高度差。根据液体静力学原理可知根据液体静力学原理可知:p=p2-p1=gh 为为U形管内液体的密度。形管内液体的密度。优点：优点：结构简单，使用方便，有相当高的准确度。结构简单，使用方便，有相当高的准确度。缺点：缺点：量程受液柱高度的限制，体积大，玻璃管容易损坏及读数不方便。量程受液柱高度的限制，体积大，玻璃管容易损坏及读数不方便。63 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表l如把压力如把压力p p1 1一侧改为通大气一侧改为通大气P P0 0,则上式可改写为则上式可改写为l单管或斜管，测压原理与

6、单管或斜管，测压原理与U U形管相同。形管相同。p2=gh 单管压力计单管压力计 斜管式压力计斜管式压力计 p=gh 73 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表83 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表 以弹性元件受压后产生弹性变形作为测量基础。以弹性元件受压后产生弹性变形作为测量基础。3.3.1 3.3.1 弹性元件弹性元件 弹性元件有弹簧管、波纹管和膜片等。弹性元件有弹簧管、波纹管和膜片等。3.3 弹性式压力计弹性式压力计 波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量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、低压和真空度的测量。单圈和多圈弹簧管可用于高、中、低压和真空度的

7、测量。93 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表 图图为为利利用用弹弹性性形形变变测测压压原原理理图图。当当通通入入被被测测压压力力p p时时,弹弹簧簧被被压压缩缩并并产产生生一一弹弹性性力力与与被被测测压压力力平平衡衡,弹弹簧簧被被压压缩缩后后产产生生的的弹弹性性位位移移量量x x与与被被测测压压力力p p的的关关系系符符合胡克定律合胡克定律,表示为表示为 测量压力就变为测量弹性元件的位移量测量压力就变为测量弹性元件的位移量x。金属弹性元件都具有不完全弹性，即在所加作用力去除后，金属弹性元件都具有不完全弹性，即在所加作用力去除后，弹性元件会表现残余变形、弹性后效和弹性滞后等现象，这将弹性元件

8、会表现残余变形、弹性后效和弹性滞后等现象，这将会造成测量误差。弹性元件特性与选用的材料和负载的最大值会造成测量误差。弹性元件特性与选用的材料和负载的最大值有关。若要减小这方面的误差，则应注意选用合适的材料，加有关。若要减小这方面的误差，则应注意选用合适的材料，加工成形后进行适当的热处理等。工成形后进行适当的热处理等。103 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表 当当开开口口端端通通入入被被测测压压力力后后,非非圆圆横横截截面面在在压压力力p p作作用用下下将将趋趋向向圆圆形形,使使弹弹簧簧管管有有伸伸直直的的趋趋势势而而产产生生力力矩矩,结结果果使使弹弹簧簧管管的的自自由由端端产产生生位位移移

9、,改改变变中中心心角角。中中心心角角的的相相对对变变化化量量与与被被测测压压力力有有如如下下的的函函数关系数关系:3.3.2 3.3.2 弹簧管压力表弹簧管压力表弹簧管压力表弹簧管压力表113 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表 如果如果a=b，则，则=0，这说明具有均匀壁厚的圆形弹簧，这说明具有均匀壁厚的圆形弹簧管不能用作测压敏感元件。管不能用作测压敏感元件。对于单圈弹簧管，中心角变化量对于单圈弹簧管，中心角变化量比较小，要提高比较小，要提高，可采用多圈弹簧管，可采用多圈弹簧管。123 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表弹簧管压力表弹簧管压力表弹簧管压力表弹簧管压力表 被被测测压压力力由

10、由接接头头9 9通通入入,迫迫使使弹弹簧簧管管1 1的的自自由由端端产产生生位位移移,通通过过拉拉杆杆2 2使使扇扇形形齿齿轮轮3 3作作逆逆时时针针偏偏转转,于于是是指指针针5 5通通过过同同轴轴的的中中心心齿齿轮轮4 4的的带带动动而而作作顺顺时时针针偏偏转转,在在面面板板6 6的刻度标尺上显示出被测压力的数值。的刻度标尺上显示出被测压力的数值。1-弹簧管；弹簧管；2-拉杆；拉杆；3-扇形齿轮；扇形齿轮；4-中心齿轮；中心齿轮；5-指针；指针；6-面板；面板；7-游丝；游丝；8-调节螺钉；调节螺钉；9-接头接头133 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表电接点信号压力表电接点信号压力表1

11、1，4 4 静触点；静触点；2 2 动触点；动触点；3 3 绿灯；绿灯；5 5 红灯红灯 压压力力表表指指针针上上有有动动触触点点2 2，表表盘盘上上另另有有两两根根可可调调节节指指针针，上上面面分分别别有有静静触触点点1 1和和4 4。当当压压力力超超过过上上限限给给定定数数值值时时，2 2和和4 4接接触触，红红色色信信号号灯灯5 5的的电电路路被被接接通通，红红灯灯发发亮亮。若若压压力力低低到到下下限限给给定定数数值值时时，2 2与与1 1接接触触，接接通通了了绿绿色色信信号号灯灯3 3的的电电路路。1 1、4 4的位置可根据需要灵活调节。的位置可根据需要灵活调节。143 压力检测技术及

12、仪表压力检测技术及仪表3.3.3 3.3.3 膜盒压力计膜盒压力计膜盒压力计膜盒压力计普通型膜盒压力计原理图普通型膜盒压力计原理图1-膜盒；膜盒；2-连杆；连杆；3-绞链块；绞链块；4-拉杆；拉杆；5-曲柄；曲柄；6-转轴；转轴；7-平衡片；平衡片；8-游丝；游丝；9-指针；指针；10-刻度盘刻度盘 其压力其压力-位移转换元件是位移转换元件是金属膜盒金属膜盒，常用来测量几百至几万帕以下的无腐蚀性气，常用来测量几百至几万帕以下的无腐蚀性气体的正压或负压体的正压或负压。被测压力被测压力p p经导压管引入膜盒经导压管引入膜盒1 1中，使膜盒产生弹性变形位移，此位移经一系列中，使膜盒产生弹性变形位移，

13、此位移经一系列传动后，使指针传动后，使指针7 7作相应的偏转，进而在刻度盘上显示出被测压力的数值。游丝作相应的偏转，进而在刻度盘上显示出被测压力的数值。游丝1010用以消除传动间隙的影响。因为膜盒产生的弹性变形位移与被测压力成正比，所以用以消除传动间隙的影响。因为膜盒产生的弹性变形位移与被测压力成正比，所以该仪表具有线性刻度。该仪表具有线性刻度。膜盒压力表膜盒压力表金属膜片金属膜片金属膜盒金属膜盒153 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表3.3.4 3.3.4 波纹管压力计波纹管压力计波纹管压力计波纹管压力计可实现信号远传的可实现信号远传的波纹管波纹管压力计压力计 波纹管波纹管163 压力检

14、测技术及仪表压力检测技术及仪表3.3.5 3.3.5 压阻式压力计压阻式压力计压阻式压力计压阻式压力计 压阻式压力计的压力敏感元件是压阻元件，它是压阻式压力计的压力敏感元件是压阻元件，它是基于压基于压阻效应工作阻效应工作的。所谓压阻元件，实际上就是指在半导体材料的。所谓压阻元件，实际上就是指在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻，当它受外力作用的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻，当它受外力作用时，其阻值由于电阻率的变化而改变。扩散电阻正常工作时时，其阻值由于电阻率的变化而改变。扩散电阻正常工作时需依附于弹性元件，常用的是单晶硅膜片。需依附于弹性元件，常用的是单晶硅膜片。u优点：优点

15、：体积小，结构简单，能直接反映微小的压力变体积小，结构简单，能直接反映微小的压力变 化，动态响应好。化，动态响应好。u缺点：缺点：敏感元件易受温度的影响，从而影响压阻系数敏感元件易受温度的影响，从而影响压阻系数 的大小。的大小。173 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表压阻式压力计的结构示意图压阻式压力计的结构示意图 内部结构内部结构 硅膜片示意图硅膜片示意图 在一块圆形的单晶硅膜片上，布置四个扩散电阻，两片位于受压应在一块圆形的单晶硅膜片上，布置四个扩散电阻，两片位于受压应力区，另外两片位于受拉应力区，它们组成一个全桥测量电路。力区，另外两片位于受拉应力区，它们组成一个全桥测量电路。当存在

16、压差时，膜片产生变形，使两对电阻的阻值发生变化，电桥当存在压差时，膜片产生变形，使两对电阻的阻值发生变化，电桥失去平衡，其输出电压反映膜片两边承受的压差大小失去平衡，其输出电压反映膜片两边承受的压差大小。183 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表3.3.6 3.3.6 变隙式差动电感压力计变隙式差动电感压力计变隙式差动电感压力计变隙式差动电感压力计 当被测压力进入当被测压力进入C C形形弹簧管时，弹簧管时，C C形弹簧管产形弹簧管产生变形，其自由端发生位生变形，其自由端发生位移，带动与自由端连接成移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动，使线圈一体的衔铁运动，使线圈1 1和线圈和线圈2 2中的电

17、感发生大中的电感发生大小相等、符号相反的变化。小相等、符号相反的变化。即一个电感量增大，另一即一个电感量增大，另一个电感量减小。电感的这个电感量减小。电感的这种变化通过电桥电路转换种变化通过电桥电路转换成电压输出。由于输出电成电压输出。由于输出电压与被测压力之间成比例压与被测压力之间成比例关系，所以只要用检测仪关系，所以只要用检测仪表测量出输出电压，即可表测量出输出电压，即可得知被测压力的大小。得知被测压力的大小。193 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表3.3.7 3.3.7 差动电容式压力计差动电容式压力计差动电容式压力计差动电容式压力计 通过弹性膜片的位移引起电容量的变化通过弹性膜片的

18、位移引起电容量的变化,从而测出从而测出压力（或差压）压力（或差压）.差动电容式压力计结构图差动电容式压力计结构图 203 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表3.3.8 3.3.8 压电式压力计压电式压力计压电式压力计压电式压力计l压电效应原理：压电效应原理：压电材料受压时会在其表面产生电荷，其电荷量压电材料受压时会在其表面产生电荷，其电荷量 与所受的压力成正比。与所受的压力成正比。l压电材料：压电材料：单晶体、多晶体。单晶体、多晶体。l特点：特点：结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可靠，线性度好，频率结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可靠，线性度好，频率 响应高，量程范围广。响应高，量程范围广。压电

19、元件夹于两个弹压电元件夹于两个弹性膜片之间，压电元件的性膜片之间，压电元件的一个侧面与下方弹性膜片一个侧面与下方弹性膜片接触并接地，另一个侧面接触并接地，另一个侧面与上方弹性膜片接触，并与上方弹性膜片接触，并通过金属箔和引线将电量通过金属箔和引线将电量引出。引出。213 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表 在弹性范围内，压电元件产生的电荷量与作用力在弹性范围内，压电元件产生的电荷量与作用力之间呈线性关系。压电元件输出的电荷量为之间呈线性关系。压电元件输出的电荷量为 q电荷量；电荷量；k压电系数；压电系数；S作用面积；作用面积；P被测压力被测压力 测得电荷量即可求出被测压力值。压电式压力计测得

20、电荷量即可求出被测压力值。压电式压力计不能用于静态测量，压电材料在交变力的作用下，电不能用于静态测量，压电材料在交变力的作用下，电荷可以得到不断补充，以供给测量回路一定的电流，荷可以得到不断补充，以供给测量回路一定的电流，适用于适用于动态测量动态测量。223 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表3.3.9 3.3.9 霍尔式压力计霍尔式压力计霍尔式压力计霍尔式压力计 由压力由压力-位移转换部分、位移位移转换部分、位移-电势转换部分和直流稳压电源等组成。电势转换部分和直流稳压电源等组成。压力先转换成位移，再应用霍尔电势与位移的关系测量压力压力先转换成位移，再应用霍尔电势与位移的关系测量压力。霍尔

21、电势霍尔电势UH的大小反映出霍尔元件与磁铁之间相对位置的变化量，的大小反映出霍尔元件与磁铁之间相对位置的变化量，从霍尔元件的输出电压的大小即可反映出压力的大小。从霍尔元件的输出电压的大小即可反映出压力的大小。233 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表3.3.10 弹性式压力计弹性式压力计的选用的选用 选选择择依依据据是是生生产产过过程程对对压压力力测测量量所所要要求求的的工工艺艺指指标标、测测压范围、允许误差、介质特性及生产安全压范围、允许误差、介质特性及生产安全等因素。等因素。l 最大压力值应不超过满量程的最大压力值应不超过满量程的3/4,在被测压力波动较在被测压力波动较 大的情况下大的情

22、况下,最大压力值应不超过满量程的最大压力值应不超过满量程的2/3。l 为了保证测量精度为了保证测量精度,被测压力最小值应不低于全量程被测压力最小值应不低于全量程 的的1/3。在选择弹性式压力计时，除仪表类型的选择之外，重点需在选择弹性式压力计时，除仪表类型的选择之外，重点需考虑的问题是仪表的考虑的问题是仪表的量程量程。为了保证弹性元件在弹性变形的安。为了保证弹性元件在弹性变形的安全范围内可靠地工作，在选择量程时必须全范围内可靠地工作，在选择量程时必须留有足够的余地留有足够的余地。243 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表3.4 光纤压力计光纤压力计 光纤传感器是研究光在调制区内，外界信号（温

23、度、压光纤传感器是研究光在调制区内，外界信号（温度、压力、应变、位移、力、应变、位移、振动、电场等）与光的相互作用，即研究振动、电场等）与光的相互作用，即研究光被外界参数的调制原理。光被外界参数的调制原理。外界信号可能引起光的强度、外界信号可能引起光的强度、波长、频率、相位、偏振波长、频率、相位、偏振态等光学性质的变化，从而形成不同的调制。调制后的光信态等光学性质的变化，从而形成不同的调制。调制后的光信号经接收光纤耦合到光探测器，将光信号转换为电信号，最号经接收光纤耦合到光探测器，将光信号转换为电信号，最后经信号处理得到所需要的被测量后经信号处理得到所需要的被测量。253 压力检测技术及仪表压

24、力检测技术及仪表 光纤微弯曲压力传感器由两块具有空间周期性的波形板光纤微弯曲压力传感器由两块具有空间周期性的波形板(变形器变形器)构成，其中一块是活动板，另一块是固定板。一根光构成，其中一块是活动板，另一块是固定板。一根光纤从一对波形板之间通过。纤从一对波形板之间通过。当有压力当有压力F F作用而使活动板产生位移时，光纤就会发生微小作用而使活动板产生位移时，光纤就会发生微小弯曲，这时，部分光线漏出包层，光纤芯的输出光强减小，光弯曲，这时，部分光线漏出包层，光纤芯的输出光强减小，光强受到调制。通过检测光纤芯透射光强度或泄漏出包层散射光强受到调制。通过检测光纤芯透射光强度或泄漏出包层散射光强度，即

25、可测出压力强度，即可测出压力(或位移或位移)的大小。的大小。光纤微弯对传播光的影响光纤微弯对传播光的影响 光纤微弯位移（压力）传感器光纤微弯位移（压力）传感器 263 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表作用：作用：用来将用来将压力、压力、差压、流量、液位等被测参数转换为统一标准的信号，差压、流量、液位等被测参数转换为统一标准的信号，以实现对这些参数的显示、记录或自动控制以实现对这些参数的显示、记录或自动控制。应用：应用：差压变送器差压变送器显示、记录或控制显示、记录或控制配电器配电器测压力：测压力：差压变送器差压变送器配电器配电器显示、记录控制显示、记录控制开方器开方器测流量：测流量：H 通

26、大气通大气测液位：测液位：3.5 差压变送器差压变送器类型：类型：电容式、压阻式、压电式。电容式、压阻式、压电式。273 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表电容式差压变送器方框图电容式差压变送器方框图 输入差压输入差压Pi作用于差动电容的动极板作用于差动电容的动极板,使其产生位移使其产生位移,从而使差动电容器的电容量从而使差动电容器的电容量发生变化。此电容变化量由电容发生变化。此电容变化量由电容-电流转换电路变换成直流电流信号电流转换电路变换成直流电流信号,此信号与反馈信此信号与反馈信号进行比较号进行比较,其差值送入放大电路其差值送入放大电路,经放大得到整机的输出电流经放大得到整机的输出电流

27、I0。3.5.1 电容式差压变送器电容式差压变送器283 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表293 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表3.5.1.1 3.5.1.1 差动电容传感器差动电容传感器差动电容传感器差动电容传感器1，2，3-电极引线；电极引线；4-负压管导入口；负压管导入口；5-硅油；硅油；6-负压侧隔离膜片；负压侧隔离膜片；7-负压室基座；负压室基座；8-负压侧固定电极；负压侧固定电极；9-可动电极；可动电极；10-正侧固定电极；正侧固定电极；11-正压室基座；正压室基座；12-正压侧隔离膜片；正压侧隔离膜片；13-正压管导入口正压管导入口303 压力检测技术及仪表压力检测技术

28、及仪表 当当pi0，将迫使硅油向右移动，进而使可动极板向右发生微小位移，将迫使硅油向右移动，进而使可动极板向右发生微小位移S 差动电容容量的相对变化值与被测差压差动电容容量的相对变化值与被测差压p pi i成线性关系；成线性关系；差动电容容量的相对变化值与介电常数无关，这可大大减小温度对变送器差动电容容量的相对变化值与介电常数无关，这可大大减小温度对变送器测量精度的影响；测量精度的影响；差动电容容量的相对变化值与差动电容容量的相对变化值与S S0 0 有关，有关，S S0 0 越小，灵敏度越高。越小，灵敏度越高。313 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表作用：作用：将差动电容的相对变化值，转

29、换成标准的电流输出信号。此外，将差动电容的相对变化值，转换成标准的电流输出信号。此外，还要实现零点调整、正负迁移、量程调整、阻尼调整等功能。还要实现零点调整、正负迁移、量程调整、阻尼调整等功能。电路包括电路包括电容电流转换电路电容电流转换电路及及放大电路放大电路两部分。两部分。3.5.1.2 3.5.1.2 转换放大电路转换放大电路转换放大电路转换放大电路323 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表 是一种变压器反是一种变压器反馈型振荡电路，其振馈型振荡电路，其振荡荡频率由检测电容频率由检测电容和变压器次级绕组的和变压器次级绕组的电感决定。电感决定。振荡器的输出幅振荡器的输出幅值值由由控制放大

30、器控制放大器 ICIC1 1 的输出电压决定。的输出电压决定。高频振荡器高频振荡器作用是向差动电容提供高频电流作用是向差动电容提供高频电流 333 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表 解调解调解调解调和振荡控制电路和振荡控制电路和振荡控制电路和振荡控制电路 只要设法使只要设法使I I1 1+I+I2 2保持不变，即可实现电流信号保持不变，即可实现电流信号I Ii i与电容相对变化值成线性关系。与电容相对变化值成线性关系。Ii=I2-I1=(I2+I1)Ci2-Ci1Ci2+Ci1=K3Ci2-Ci1Ci2+Ci1 解调器解调器 由由VD1VD1VD8VD8构成构成 振荡控制放大器振荡控制放大

31、器 主要包括放大器主要包括放大器 ICIC1 1，其作用是保持，其作用是保持I I1 1+I+I2 2不变不变 实现差动电容相对变化值与电流信号实现差动电容相对变化值与电流信号Ii之间的线性关系。之间的线性关系。343 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表 放大电路放大电路作用：作用：将电流信号将电流信号 Ii 放大，并输出放大，并输出4 20mA的直流电流。的直流电流。353 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表3.5.2 3.5.2 扩散硅式差压变送器扩散硅式差压变送器扩散硅式差压变送器扩散硅式差压变送器 采用硅杯压阻传感器作为敏感元件。采用硅杯压阻传感器作为敏感元件。硅杯是由两片研磨后胶

32、合成杯状的硅片组成硅杯是由两片研磨后胶合成杯状的硅片组成,它既是弹性元件它既是弹性元件,又是又是检测元件。检测元件。当硅杯受压时当硅杯受压时,压阻效应使其上的扩散电阻（应变电阻）阻值发生变化压阻效应使其上的扩散电阻（应变电阻）阻值发生变化,通过测量电路把电阻变化转换成电压变化。通过测量电路把电阻变化转换成电压变化。硅杯硅杯363 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表扩散硅差压变送器电路原理扩散硅差压变送器电路原理扩散硅差压变送器电路原理扩散硅差压变送器电路原理 ：硅杯的应变电阻通过不平衡电桥转换为电压变化硅杯的应变电阻通过不平衡电桥转换为电压变化。当变送器输入差压当变送器输入差压信号时，使硅杯

33、受压，信号时，使硅杯受压，电桥就有不平衡电压输电桥就有不平衡电压输出，运算放大器出，运算放大器A将此电将此电压放大，并控制晶体管压放大，并控制晶体管V使输出电流使输出电流Io增加增加。在在差压变化的量程范围内，差压变化的量程范围内，晶体管晶体管V的发射极电流的发射极电流Ie为为319 mA,故输出电故输出电流流Io便是便是420 mA。373 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表补充内容：智能式变送器补充内容：智能式变送器 智智智智能能能能型型型型压压压压力力力力或或或或差差差差压压压压变变变变送送送送器器器器是是在在普普通通压压力力或或差差压压传传感感器器的的基础上增加微处理器电路而形成的智

34、能检测仪表。基础上增加微处理器电路而形成的智能检测仪表。一、智能变送器的特点一、智能变送器的特点 性能稳定性能稳定,可靠性好可靠性好,测量精度高测量精度高,基本误差仅为基本误差仅为0.1%0.1%。量程范围可达量程范围可达1001,1001,时间常数可在时间常数可在0 036s36s内调整内调整,有较宽的零点迁有较宽的零点迁移范围。移范围。具有温度、静压的自动补偿功能具有温度、静压的自动补偿功能,在检测温度时在检测温度时,可对非线性进行自可对非线性进行自 动校正。动校正。具有数字、模拟两种输出方式具有数字、模拟两种输出方式,能够实现双向数据通讯能够实现双向数据通讯,可以与现场可以与现场总线网络

35、和上位计算机相连。总线网络和上位计算机相连。可以进行远程通讯可以进行远程通讯,通过现场通讯器通过现场通讯器,使变送器具有自修正、自补偿、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自诊断及错误方式告警等多种功能,简化了调整、校准与维护过程简化了调整、校准与维护过程,使维护和使用都十分方便。使维护和使用都十分方便。383 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表举例举例举例举例以美国费希尔以美国费希尔以美国费希尔以美国费希尔-罗斯蒙特公司的罗斯蒙特公司的罗斯蒙特公司的罗斯蒙特公司的3051C3051C型智能差压变型智能差压变型智能差压变型智能差压变送器为例介绍其工作原理。送器为例介绍其

36、工作原理。送器为例介绍其工作原理。送器为例介绍其工作原理。二、智能变送器的结构原理二、智能变送器的结构原理393 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表手持通信器手持通信器功能：功能：（1 1）组态）组态 （2 2）测量范围的变更）测量范围的变更 （3 3）变送器的校准）变送器的校准 （4 4）自诊断）自诊断403 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表3.6 电阻应变式压力计电阻应变式压力计基于电阻应变效应工作基于电阻应变效应工作。利用电阻应变片将被测试件的应变量转换为电利用电阻应变片将被测试件的应变量转换为电阻变化，然后再利用桥式电路将电阻变化转换为相阻变化，然后再利用桥式电路将电阻变化转换为

37、相应的电压信号，进而完成对压力的测量。应的电压信号，进而完成对压力的测量。可测量压力、荷重、位移、速度、加速度、扭可测量压力、荷重、位移、速度、加速度、扭矩等。矩等。413 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表各种电子秤各种电子秤广泛的应用广泛的应用423 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表高高 精精 度度 电电 子子 汽汽 车车 衡衡 动态电子秤动态电子秤电子天平电子天平433 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表机械秤包装机机械秤包装机吊秤吊秤平行双孔梁平行双孔梁443 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表l应应变变片片粘粘贴贴于于被被测测材材料料上上，被被测测材材料料受受到到外外力力的

38、的作作用用产产生生的的应应变变传传到到应应变变片片上上，使使应应变变片片的的电电阻阻值值发发生生变变化化，通通过过测测量量应应变变片片电电阻阻值值的的变变化化就就可可得得知知被被测测量量的的大小。大小。3.6.13.6.1电阻应变效应电阻应变效应电阻应变效应电阻应变效应l设设一一金金属属丝丝导导体体的的初初始始长长度度为为L L，截截面面半半径径为为r r，面面积积为为S S，电阻率为，电阻率为，则，则453 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表l电阻值当导体两端受外施轴向力作用时，几何尺寸、电阻电阻值当导体两端受外施轴向力作用时，几何尺寸、电阻率都将发生变化，引起电阻值的变化。用数学式来表述

39、其率都将发生变化，引起电阻值的变化。用数学式来表述其变化，将上式微分并整理后得：变化，将上式微分并整理后得：电阻应变片的电阻变化率是几何应变效应（电阻应变片的电阻变化率是几何应变效应（1+2）x项项和压电电阻效应项和压电电阻效应项 综合作用的结果。对于金属材料来说，综合作用的结果。对于金属材料来说，由于压电电阻效应极小，因此，电阻变化主要是由几何应变由于压电电阻效应极小，因此，电阻变化主要是由几何应变效应引起的；而对于半导体材料来说，则其压电电阻效应很效应引起的；而对于半导体材料来说，则其压电电阻效应很大，即大，即 （1+2）x，此时的几何应变效应可以忽略，此时的几何应变效应可以忽略不计，可认

40、为不计，可认为 。463 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表3.6.2 3.6.2 3.6.2 3.6.2 金属应变片结构金属应变片结构金属应变片结构金属应变片结构 网状敏感栅网状敏感栅网状敏感栅网状敏感栅高阻金属丝、金属箔高阻金属丝、金属箔高阻金属丝、金属箔高阻金属丝、金属箔 基基基基 片片片片绝缘材料绝缘材料绝缘材料绝缘材料 盖盖盖盖 片片片片保护层保护层保护层保护层473 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表3.6.33.6.3电阻应变式压力计电阻应变式压力计电阻应变式压力计电阻应变式压力计483 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表电阻应变计测量电路电阻应变计测量电路电阻应变计测量电

41、路电阻应变计测量电路-桥式测量电路桥式测量电路493 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表直流电桥直流电桥 单单单单 桥桥桥桥 半半半半 桥桥桥桥 全全全全 桥桥桥桥 503 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表电桥电路的温度补偿：电桥电路的温度补偿：l环境温度变化时会引起应变片的电阻变化，对测量造成误环境温度变化时会引起应变片的电阻变化，对测量造成误差。差。进行温度补偿消除这种误差。进行温度补偿消除这种误差。两种常用的温度补偿方法：两种常用的温度补偿方法：1.差动电路法差动电路法 利用双臂或四臂的工作方式，不仅可消除非线性误差，提高灵敏度，而利用双臂或四臂的工作方式，不仅可消除非线性误差，提

42、高灵敏度，而且可进行温度补偿，温度引起的电阻变化量不影响桥路的输出电压值，可消且可进行温度补偿，温度引起的电阻变化量不影响桥路的输出电压值，可消除由温度变化引起的零点漂移。除由温度变化引起的零点漂移。2.2.热敏电阻法热敏电阻法 在电路中串入或并入热敏电阻。在应变片在电路中串入或并入热敏电阻。在应变片的灵敏系数随温度升高而下降的情况下的灵敏系数随温度升高而下降的情况下,可采可采用热敏电阻用热敏电阻R Rt t进行补偿的方法进行补偿的方法,513 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表3.7 振频式压力计振频式压力计 利用感压元件本身的谐振频率与压力的关系，通过测量频利用感压元件本身的谐振频率与压

43、力的关系，通过测量频率信号的变化来检测压力率信号的变化来检测压力。有振筒、振弦、振膜、石英谐振等多种型式。有振筒、振弦、振膜、石英谐振等多种型式。感压元件是一个薄壁金属圆筒，圆柱筒本身具有一定的感压元件是一个薄壁金属圆筒，圆柱筒本身具有一定的固有频率，当筒壁受压张紧后，其刚度发生变化，固有频率相固有频率，当筒壁受压张紧后，其刚度发生变化，固有频率相应改变应改变。在一定的压力作用下，变化后的振筒频率可以近似表示为在一定的压力作用下，变化后的振筒频率可以近似表示为：fp为受压后的振筒频率；为受压后的振筒频率；f0为固有频率；为固有频率；为结构系数；为结构系数；p为被测压力。为被测压力。523 压力

44、检测技术及仪表压力检测技术及仪表压力计由振筒组件和激振电路组成。压力计由振筒组件和激振电路组成。1-激振线圈；激振线圈；2-支柱；支柱；3-底座底座 4-引线；引线；5-外壳；外壳；6-振动筒振动筒 7-检测线圈；检测线圈；8-压力入口压力入口 激振线圈使振筒按固有的频率振动，受压前后的频率激振线圈使振筒按固有的频率振动，受压前后的频率变化可由检测线圈检出。变化可由检测线圈检出。测量范围宽（测量范围宽（0 00.014 0.014 MPaMPa至至0 050MPa50MPa）。适用于气体压力测量。适用于气体压力测量。533 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表3.8 压力检测仪表的选用压力检测

45、仪表的选用3.8.1 3.8.1 压力检测仪表的选型压力检测仪表的选型压力检测仪表的选型压力检测仪表的选型合理地进行种类、型号、量程、精度等级等的选择合理地进行种类、型号、量程、精度等级等的选择。量程量程被测压力值在压力计全量程的被测压力值在压力计全量程的3070之间为宜之间为宜 精度精度 根据实际使用的需要合理选择压力计精度，以寻求性能价根据实际使用的需要合理选择压力计精度，以寻求性能价格比的最佳选择。格比的最佳选择。用途用途 压力检测信号是作为指示用还是要作为控制用，是否要求压力检测信号是作为指示用还是要作为控制用，是否要求与计算机或其它智能型仪表进行信息通讯等与计算机或其它智能型仪表进行

46、信息通讯等 。决定了所选用的压力计是无输出的还是标准电流决定了所选用的压力计是无输出的还是标准电流(电压电压)信信号输出，或者是带有计算机通讯接口输出的仪表号输出，或者是带有计算机通讯接口输出的仪表 。543 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表 使用环境使用环境 是正常干燥环境，还是高温、高湿、易燃易爆或振动环境，是正常干燥环境，还是高温、高湿、易燃易爆或振动环境，这些都牵涉到压力计种类、型号的选择。这些都牵涉到压力计种类、型号的选择。被测介质性质被测介质性质 被测介质是液体还是气体，对于液体，其粘度大小、脏污情被测介质是液体还是气体，对于液体，其粘度大小、脏污情况等要考虑，对于气体也要考虑

47、温度高低及是否为腐蚀性气体等况等要考虑，对于气体也要考虑温度高低及是否为腐蚀性气体等因素因素。553 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表 要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐 弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直，测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直，取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，不取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，不 应有凸出物或毛刺。应有凸出物或毛刺。测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部，测量液（

48、气）体压力时，取压点应在管道下（上）部，使导压管内不积存气（液）体。使导压管内不积存气（液）体。3.8.2 3.8.2 压力检测仪表的安装压力检测仪表的安装压力检测仪表的安装压力检测仪表的安装（1 1 1 1）测压点的选择：）测压点的选择：）测压点的选择：）测压点的选择：应能反映被测压力的真实大小。应能反映被测压力的真实大小。563 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表 测量蒸汽压力时，应加装测量蒸汽压力时，应加装 凝液管，以防止高温蒸汽凝液管，以防止高温蒸汽 直接与测压元件接触直接与测压元件接触 图图2-2-11 11（a a）；对于有腐蚀性）；对于有腐蚀性 介质的压力测量，应加装介质的压力

49、测量，应加装 有中性介质的隔离罐，右有中性介质的隔离罐，右 图（图（b b）表示了被测介质密）表示了被测介质密 度度2 2大于和小于隔离液密大于和小于隔离液密 度度1 1的两种情况。的两种情况。图图2-11 压力计安装示意图压力计安装示意图压力计；压力计；切断阀门；切断阀门；凝液管；凝液管；取压容器取压容器（2 2 2 2）压力计的安装）压力计的安装）压力计的安装）压力计的安装 压力计应安装在易观察和检修的地方。压力计应安装在易观察和检修的地方。安装地点应力求避免振动安装地点应力求避免振动 和高温影响。和高温影响。573 压力检测技术及仪表压力检测技术及仪表 压力计的连接处，应根据被测压力的高

50、低和介质性质，压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度 时，对由此高度而引起的测量误差应按时，对由此高度而引起的测量误差应按p pHgHg进进 行修正。式中行修正。式中H H为高度差，为高度差，为导压管中介质的密度，为导压管中介质的密度，g g 为重力加速度。为重力加速度。为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。安