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1、第第5 5章章 压力检测及仪表压力检测及仪表 压力是工业生产中常见的过程主要参数之一，压力是工业生产中常见的过程主要参数之一，它直接影响产品的质量，又是生产过程中的它直接影响产品的质量，又是生产过程中的一个重要的安全指标。火电厂中为设备的安一个重要的安全指标。火电厂中为设备的安全经济运行，需测量压力。全经济运行，需测量压力。另外，一些不易直接测量的参数，例如，流另外，一些不易直接测量的参数，例如，流量、液位等，往往通过压力或压差间接获得。量、液位等，往往通过压力或压差间接获得。所以，压力测量在自动化中具有特殊地位。所以，压力测量在自动化中具有特殊地位。压力计和差压计主要是压力计和差压计主要是弹
2、性弹性的，低压和试验的，低压和试验时用时用液柱式液柱式；另外压力和差压的测量受管路；另外压力和差压的测量受管路限制，一般用压力或差压变送器将信号转换限制，一般用压力或差压变送器将信号转换成成电信号电信号进行进行远传远传。一、基本概念一、基本概念1 1、定义：压力是指均匀而垂直作用于单位面、定义：压力是指均匀而垂直作用于单位面积上的，物理学中也称之为积上的，物理学中也称之为“压强压强”。在。在国际单位制中，压力的单位为帕斯卡国际单位制中，压力的单位为帕斯卡(Pa)(Pa)，简称简称“帕帕(Pa)(Pa)。过去采用毫米汞柱，毫米过去采用毫米汞柱，毫米水柱，工程大气压（公斤力水柱，工程大气压（公斤力
3、/厘米厘米2 2）。）。压力用P表示：即 P=F/A 式中P压力，PaPa；F-垂直作用力，垂直作用力，N N；A-受力面积，m2 1Pa=1N/Pa=1N/m2;1kPa=10Pa=103 3Pa;Pa;1MPa=10Pa=106 6PaPa5.1 5.1 压力测量的基本知识压力测量的基本知识二、压力的表示方法二、压力的表示方法1 1、大气压力：指地球表面的空气因自重所产生的压力。大大气压力：指地球表面的空气因自重所产生的压力。大气压力用气压力用Pb b表示表示。2 2、绝对压力：以绝对真空为参考零点的压力。绝对压力：以绝对真空为参考零点的压力。绝对压力是绝对压力是指物体所受的实际压力。绝对
4、压力用指物体所受的实际压力。绝对压力用pa表示表示。3 3：表压力：表压力：表压力是指用一般压力检测仪表所测得的压力，表压力是指用一般压力检测仪表所测得的压力，以以大气压力大气压力为参考零点的压力，用为参考零点的压力，用p p表示。表示。三者之间的关系：三者之间的关系：见教材见教材p95p95 绝对压力表压力大气压力绝对压力表压力大气压力 表压力绝对压力大气压力表压力绝对压力大气压力 P=P=Pa a-Pb b 高于大气压的表压力叫正压，反之叫负压，负压的绝对高于大气压的表压力叫正压，反之叫负压，负压的绝对值也称真空。值也称真空。一般的压力检测仪表所指示的压力是表压或真空度。因一般的压力检测仪
5、表所指示的压力是表压或真空度。因此，以后所提压力，均指表压力。此，以后所提压力，均指表压力。4、压差：、压差：过去采用的压力单位过去采用的压力单位“工程大气压力工程大气压力”（kgf/cmkgf/cm2 2）、）、“毫米汞柱毫米汞柱”（mmHgmmHg）、）、“毫米水柱毫米水柱”（mmHmmH2 2O O）、）、“物理大气压物理大气压”（atmatm）、）、“巴巴”（barbar）、）、“PSI”PSI”等均等均应改成法定计量单位帕。见教材应改成法定计量单位帕。见教材p96p96表表5-15-11 kgf/cm1 kgf/cm2 2=0.980710=0.9807105 5PaPa1 mmH1
6、 mmH2 2O=0.980710PaO=0.980710Pa1 mmHg=1.332101 mmHg=1.332102 2PaPa1 1 atmatm=1.0132510=1.01325105 5PaPa1 bar=101 bar=105 5PaPa1 PSI=6.89101 PSI=6.89103 3PaPa三、压力单位三、压力单位1.1.平衡法：平衡法：通过仪表使液柱高度的重力或砝码通过仪表使液柱高度的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理测量压力的重量与被测压力相平衡的原理测量压力2.2.弹性法：弹性法：利用各种形式的弹性元件，在被测利用各种形式的弹性元件，在被测介质的表压力或负压力作
7、用下产生的弹性变形介质的表压力或负压力作用下产生的弹性变形来反映被测压力的大小来反映被测压力的大小3.3.电气式：电气式：用压力敏感元件直接将压力转换成用压力敏感元件直接将压力转换成电阻、电荷量等电量的变化电阻、电荷量等电量的变化四、压力检测方法u压力传感器从其原理及结构来看可分为压力传感器从其原理及结构来看可分为：液柱式、液柱式、机械式及电气式机械式及电气式u测量压力的仪表，按信号原理不同，大致可分为四测量压力的仪表，按信号原理不同，大致可分为四类：类：液柱式液柱式：根据流体静力学原理，把被测压力转换成根据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度。液柱高度。机械式机械式：根据弹性元件受力变形
8、的原理，将被测压根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移。力转换成位移。电气式电气式：将被测压力转换成各种电量，如电感、电将被测压力转换成各种电量，如电感、电容、电阻、电位差等，依据电量的大小实现压力的容、电阻、电位差等，依据电量的大小实现压力的间接测量。间接测量。活塞式活塞式：根据水压机液体传送压力的原理，将被测根据水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。压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量。五、压力测量仪表的分类5.2 5.2 液体压力计液体压力计利用液柱对液柱底面产生的静压力与被测压力利用液柱对液柱底面产生的静压力与被测压力相平衡的原理，相平衡的
9、原理，通过液柱高度来反映被测压力通过液柱高度来反映被测压力的大小的大小优点：结构简单，使用方便，有相当高的准确优点：结构简单，使用方便，有相当高的准确度，在本专业中应用很广泛度，在本专业中应用很广泛缺点：量程受液柱高度的限制，体积大，玻璃缺点：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管容易损坏及读数不方便液体压力计种类：液体压力计种类：U型管压力计、型管压力计、杯型压力计、杯型压力计、斜管式微压计等。斜管式微压计等。一、一、U U型管压力计型管压力计采用水银或水为工作液，用U形管或单管进行测量，常用于低压、负压或压力差的检测被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、风道各段压力、通
10、风空调系统各段压力的测量肘管、封液U型管压力计两端差压与液柱高度型管压力计两端差压与液柱高度h间有如下关间有如下关系系:p=p1-p2=h(-1)g =(h1+h2)(-1)g 式中式中 1封液密度和封封液密度和封液上面的介质密度液上面的介质密度 h两侧封液的高度两侧封液的高度差差h=(h1+h2)g重力加进度。重力加进度。P=P1P2 =g(h1+h2)提高工作液密度将提高工作液密度将增加压力的测量范增加压力的测量范围，但灵敏度要降围，但灵敏度要降低。低。当当 1注意事项注意事项为减小毛细现象，为减小毛细现象，U型管的型管的内径一般为内径一般为5-20mm,，内径最好不小于内径最好不小于10
11、mm使用时保持垂直使用时保持垂直减小两次读数误差，读数时眼睛与液面平齐，减小两次读数误差，读数时眼睛与液面平齐，以封液弯月面顶部切线为准读取液面高度。以封液弯月面顶部切线为准读取液面高度。应选择密度小的封液，以增大左右管液体的高应选择密度小的封液，以增大左右管液体的高度差，减小读数误差。（水，汞，四氯化碳）。度差，减小读数误差。（水，汞，四氯化碳）。当测量较大的压力时，可采用密度较大的封液；当测量较大的压力时，可采用密度较大的封液；当测量较小的压力时，可采用密度较小的封液；当测量较小的压力时，可采用密度较小的封液；二、单管式压力计（杯型压力计）二、单管式压力计（杯型压力计）U形管压力计要读两次
12、数增大了读数误差，也不形管压力计要读两次数增大了读数误差，也不方便。将一边的肘管换成大截面容器构成单管方便。将一边的肘管换成大截面容器构成单管式压力计。式压力计。原理：原理：大容器中封液的减少等大容器中封液的减少等于管中封液的增加于管中封液的增加 h2A2=h1A1（A1，A2,分别为管子截面积和分别为管子截面积和大容器的截面积大容器的截面积)若若肘管内径远小于杯容器内径，则：肘管内径远小于杯容器内径，则：P=P1P2 =g(-1)h2单管压力计的应用：单管压力计的应用：将数根肘管连至同一个大截面容器，则成为多将数根肘管连至同一个大截面容器，则成为多管压力计，电厂用它测炉膛和烟道各处的负压。管
13、压力计，电厂用它测炉膛和烟道各处的负压。大容器内通大气，各肘管连至烟道各测点，此大容器内通大气，各肘管连至烟道各测点，此时各肘管中的液体高度即代表各处负压。时各肘管中的液体高度即代表各处负压。三、斜管式微压计三、斜管式微压计热力实验中用斜管式微压计测微小压力、负热力实验中用斜管式微压计测微小压力、负压、差压。压、差压。测正压，被测压力送入大容器测正压，被测压力送入大容器测负压，被测压力送入肘管测负压，被测压力送入肘管测差压，将较高压力送入大容器，较低压测差压，将较高压力送入大容器，较低压力送入肘管。力送入肘管。则则 p=p1-p2=(h1+h2)(-1)g且且 h2=Lsin;h1=L A2/
14、A1=L(d2/D2)由于被测介质通常为气体，所以由于被测介质通常为气体，所以1可忽略可忽略，整整理得理得 pL(sin+d2/D2)g=kL 其中其中k为为系数，系数，若若一定，则为一定，则为k常数，常数，则读取则读取L数值表示被测差压数值表示被测差压 p。优点：优点：v因为因为L比比h2放大了放大了1/sin倍，所以读数得相对倍，所以读数得相对误差小误差小v改变改变可改变可改变k值，但不得小于值，但不得小于150v 微微压计测压计测量范量范围围，灵敏度。，灵敏度。？斜管式微压计应用范围：一般斜管式微压计应用范围：一般1002500pa斜管式微压计应用范围：一般斜管式微压计应用范围：一般10
15、02500pa倾倾斜斜角角度度越越小小，l越越长长，测测量量灵灵敏敏度度就就越越高高；但但不不可可太太小小，否否则则液液柱柱易易冲冲散散，读读数数较较困困难难，误误差增大。差增大。这这种种倾倾斜斜管管液液柱柱式式压压力力计计可可以以测测量量到到0.98Pa的的微微压压。为为了了进进一一步步提提高高微微压压计计的的精精确确度度，应应选选用密度小的酒精作为工作液体。用密度小的酒精作为工作液体。四、液体压力计的测量误差分析及其修正四、液体压力计的测量误差分析及其修正1、毛细现象。、毛细现象。由于毛细现象，管内的液柱可产生附加升高或降低，其由于毛细现象，管内的液柱可产生附加升高或降低，其大小与封液的性
16、质和管内径等因素有关。大小与封液的性质和管内径等因素有关。修正方法：以修正方法：以U形管为例：形管为例：当封液是水，修正值当封液是水，修正值-30/d（mm）;当封液是水银，修正值当封液是水银，修正值+14/d（mm）2、温度、温度指由于液体压力计所处环境温度的变化引起的指由于液体压力计所处环境温度的变化引起的测量误差。测量误差。v一是标尺长度随温度的变化，一般要求标尺所用的材一是标尺长度随温度的变化，一般要求标尺所用的材料的温度系数极小；料的温度系数极小；v二是工作液密度随温度的变化二是工作液密度随温度的变化。如：水当温度从。如：水当温度从10变到变到20时，其密度从时，其密度从9998kg
17、m3减小到减小到9983kgm3，相对变化量为，相对变化量为0.15。修正方法：修正方法：3、重力加速度误差、重力加速度误差 当对压力检测精度要求比较高时，需要准确测出当当对压力检测精度要求比较高时，需要准确测出当地的重力加速度地的重力加速度修正方法：修正方法：读数值读数值修正后修正后测量值测量值标准重力加速度4、安装误差、安装误差 当当U形管安装不垂直时将会产生安装误差。形管安装不垂直时将会产生安装误差。例如例如U形管倾斜形管倾斜5时，液面高度差时，液面高度差h的读数相对于实际的读数相对于实际值要偏大约值要偏大约0.38。5.3 弹性式压力计弹性式压力计根据弹性元件受压后产生变形和压力大小有
18、确根据弹性元件受压后产生变形和压力大小有确定关系的原理制成。定关系的原理制成。适用范围（适用范围（0-103Mpa),结构简单，广泛应用。结构简单，广泛应用。包括：金属膜片式（包括膜片式）、波纹管式包括：金属膜片式（包括膜片式）、波纹管式和弹簧管式。和弹簧管式。一、弹性元件的特性一、弹性元件的特性三、膜片和膜盒三、膜片和膜盒四、波纹管四、波纹管五、弹簧管五、弹簧管一、弹性元件一、弹性元件 弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形，变形弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形，变形大小与被测压力成正比关系。常用的弹性元件有弹簧大小与被测压力成正比关系。常用的弹性元件有弹簧管、膜片、膜盒和波纹管。管、膜片
19、、膜盒和波纹管。弹簧管式弹簧管式波纹管波纹管式式弹性膜式弹性膜式单圈弹簧管单圈弹簧管多圈弹簧管多圈弹簧管波纹管波纹管平薄膜平薄膜波纹膜波纹膜挠性膜挠性膜0 010106 6kPakPa0 010105 5kPakPa0 010103 3kPakPa0 010105 5 kPakPa0 010103 3kPakPa0 010102 2kPakPa弹性元件的结构和压力测量范围弹性元件的结构和压力测量范围 弹簧管结构示意图弹簧管结构示意图 波纹管波纹管(筒筒)结构示意图结构示意图 (a)(a)单圈弹簧管；单圈弹簧管；(b)(b)盘旋形弹簧盘旋形弹簧 (a)(a)波纹筒结构示意；波纹筒结构示意；(c)
20、(c)螺旋形弹簧管；螺旋形弹簧管；(d)(d)组合弹簧管组合弹簧管 (b)(b)与弹簧组合使用的波纹筒与弹簧组合使用的波纹筒膜片结构示意膜片结构示意（a）平面膜片；（）平面膜片；（b）波纹膜片；）波纹膜片；（c）挠性膜片）挠性膜片 膜盒结构示意图膜盒结构示意图 1 1、弹性元件基本特性、弹性元件基本特性1）弹性特性弹性特性 变形与所加载荷的关系变形与所加载荷的关系2）刚度刚度产生单位位移所需载荷量产生单位位移所需载荷量和和灵敏度灵敏度单位载荷产生的位移量单位载荷产生的位移量 3）蠕变蠕变持续承受载荷，作用消失后不能恢复原来尺寸持续承受载荷，作用消失后不能恢复原来尺寸和和疲劳形疲劳形变变 频繁交
21、变载荷作用下，载荷消失后不能恢复原来形态。频繁交变载荷作用下，载荷消失后不能恢复原来形态。4）弹性迟滞弹性迟滞 正反行程载荷作用下，形变不重合正反行程载荷作用下，形变不重合和和弹性后效弹性后效 载载荷停止变化或消失时，形变不是立即完成，而需经过一段时间。荷停止变化或消失时，形变不是立即完成，而需经过一段时间。安全系数安全系数：k=p比比/pmax 1.52.55）温度特性）温度特性1 1、膜片和膜盒膜片和膜盒1）膜片膜片 膜片是用金属或者非金属制成的圆形薄片；膜片是用金属或者非金属制成的圆形薄片；按工作面形状分为：平膜片和波纹膜片。按工作面形状分为：平膜片和波纹膜片。常用的材料：锡锌青铜、磷青
22、铜、铍青铜、高常用的材料：锡锌青铜、磷青铜、铍青铜、高弹性合金、恒弹性合金、碳素铜、不锈钢等。弹性合金、恒弹性合金、碳素铜、不锈钢等。膜片的厚度一般在膜片的厚度一般在0.050.3mm。膜片受压力作用产生位移，可直接带动传动机膜片受压力作用产生位移，可直接带动传动机构指示，由于膜片的位移较小，灵敏度低，指构指示，由于膜片的位移较小，灵敏度低，指示精度也不高，一般为示精度也不高，一般为2.5级。级。注：注：平膜片测量压力时位移很小，常用来测量高平膜片测量压力时位移很小，常用来测量高压。波纹膜片常用来测量低压。见教材压。波纹膜片常用来测量低压。见教材p104 表表5-2膜片膜盒2 2）膜盒）膜盒膜
23、盒分为开口膜盒、闭口膜盒。膜盒分为开口膜盒、闭口膜盒。开口膜盒用于表压测量。开口膜盒用于表压测量。闭口膜盒用于绝对压力测量。闭口膜盒用于绝对压力测量。膜盒组膜盒组2 2、弹簧管、弹簧管(波登管波登管)弹簧管是弹簧管是横截面呈横截面呈非圆形非圆形(椭圆形或椭圆形或扁圆形扁圆形)，弯成圆，弯成圆弧状弧状(中心角常为中心角常为270)的空心管子。的空心管子。管子的一端为封闭，管子的一端为封闭，另一端为开口。闭另一端为开口。闭口端作为自由端，口端作为自由端，开口端作为固定端。开口端作为固定端。单圈弹簧管是弯成单圈弹簧管是弯成270270度圆弧的空心金度圆弧的空心金属管，其截面为扁属管，其截面为扁圆形或
24、椭圆形等。圆形或椭圆形等。弹簧管的各种横截面图弹簧管的各种横截面图扁圆形扁圆形椭圆形椭圆形扁圆形扁圆形半圆形半圆形双圆形双圆形八字形八字形厚壁扁圆形厚壁扁圆形弹簧管是弹簧管压力计的主要元件各种形式的弹弹簧管是弹簧管压力计的主要元件各种形式的弹簧管如图所示簧管如图所示工作原理：弯曲的弹簧管是一根空心的管子，其工作原理：弯曲的弹簧管是一根空心的管子，其自由端是封闭的，固定端焊在仪表的外壳上，自由端是封闭的，固定端焊在仪表的外壳上，弹簧管及其横截面弹簧管及其横截面扁圆扁圆椭圆椭圆单圈单圈平面螺旋型平面螺旋型空间螺旋形空间螺旋形位移量位移量(中心角改变量中心角改变量)和所加和所加压力有如下的函数关系：
25、压力有如下的函数关系：自由端位移量L不能太大，25mm3 3、波纹管、波纹管由于波纹管的位移相对较大，故一般可在由于波纹管的位移相对较大，故一般可在其顶端安装传动机构，带动指针直接读数。其顶端安装传动机构，带动指针直接读数。一般压缩使用。一般压缩使用。线性好线性好特点：灵敏度高特点：灵敏度高(特别是在低压区特别是在低压区)，常用，常用于检测较低的压力于检测较低的压力(1.0106Pa)，但波纹，但波纹管迟滞误差较大，精度一般只能达到管迟滞误差较大，精度一般只能达到1.5级级一个周围为波纹状一个周围为波纹状的薄壁金属筒体的薄壁金属筒体二、弹性压力表二、弹性压力表1、膜片压力表、膜片压力表见教材见
26、教材p109图图5-19膜片压力表准确度低，测量范围：膜片压力表准确度低，测量范围：06Mpa 膜盒压力表是用于生产过程的工业仪表，它适用于测量膜盒压力表是用于生产过程的工业仪表，它适用于测量微小压力和真空。测量范围一般在一微小压力和真空。测量范围一般在一20004000Pa，精确度等级一般为精确度等级一般为2.5级。膜盒压力表的结构主要由膜盒、级。膜盒压力表的结构主要由膜盒、传动机构、调整机构、游丝指针、表盘等构成，传动机构、调整机构、游丝指针、表盘等构成，2、膜盒压力表膜盒压力表 膜式压力计有膜片压力计膜片压力计和膜盒压力计膜盒压力计两种。前者主要用于测量腐蚀性介质或非凝固、非结晶的粘性介
27、质的压力，后者常用于测量气体微压和负压。原理：原理：膜片四周固定，当通入压力后，两侧面存在压差时，膜片将向压力低的一侧弯曲，膜片中心产生一定的位移，通过传动机构带动指针转动，指示出被测压力。膜盒式压力计3 3、弹簧管压力表、弹簧管压力表 弹弹簧簧管管压压力力表表是是生生产产过过程程中中和和实实验验室室应应用用非非常常普普遍遍的的测测压压仪仪表表。它它可可以以测测量量压压力力，也也可可以以测测量量真真空空。按按照照使使用的弹簧管的种类可分为单圈和多圈弹簧管压力表用的弹簧管的种类可分为单圈和多圈弹簧管压力表 1 1）.单圈弹分管压力表的结构及工作原理单圈弹分管压力表的结构及工作原理 结构组成如图所
28、示，主要由结构组成如图所示，主要由弹簧管、齿轮传动系统（包括弹簧管、齿轮传动系统（包括拉杆、扇形齿轮、中心齿轮等）拉杆、扇形齿轮、中心齿轮等）、指针、刻度盘和外壳等。、指针、刻度盘和外壳等。弹簧管压力表弹簧管压力表 弹簧管拉杆指针中心齿轮扇形齿轮接头游丝刻度盘调整螺钉（量程调节）注意注意注意注意：弹簧管自由端弹簧管自由端B的位移量一般很小，直接显示有困难，的位移量一般很小，直接显示有困难，所以必须通过放大机构才能指示出来。所以必须通过放大机构才能指示出来。用用途途：弹弹簧簧管管压压力力表表是是生生产产过过程程中中和和实实验验室室应应用用非非常常普普遍遍的的测测压压仪仪表表。它它可可以以测测量量
29、压压力力，也也可以测量真空。可以测量真空。种种类类：按按照照使使用用的的弹弹簧簧管管的的种种类类可可分分为为单单圈圈和和多圈弹簧管压力表。多圈弹簧管压力表。型型号号：按按照照适适用用的的条条件件可可分分为为耐耐振振型型、耐耐热热型型、耐耐腐腐蚀蚀型型、抗抗冲冲击击防防爆爆型型以以及及专专用用压压力力表表等等。它们的工作原理是相同的。它们的工作原理是相同的。3 3）多圈弹簧管压力表）多圈弹簧管压力表4 4）电电接接点点压压力力表表 加加装装上上下下限限触触点点机机构构，压压力力偏偏离离给给定定范范围围时时发出报警信号。发出报警信号。4 4、波纹管差压计、波纹管差压计 双双波波纹纹管管差差压压计计
30、在在火火力力发发电电厂厂中中主主要要用用于于流流量量和和水水位位测测量量指指示示记记录录的的二二次次仪仪表表。如如果果用用于于流流量量测测量量，差差压压计计往往往往还还带带有有积积算算装装置置。测测量量的的差差压压值值上上限限可可达达0.4MPa0.4MPa，耐耐工工作作压压力力上上限限可可达达40MPa40MPa，精确度可达精确度可达1.01.01.51.5级。级。1-连接轴；2-保护阀；3-阻尼环；4-推板；5-扭力管；6-心轴；7-量程弹簧；8-平衡阀；9-低压波纹管；10-摆杆；11-阻尼阀；12-中心基座；13-高压波纹管；14-填充液注：主要用于微压、低压的测量5.弹性压力计信号远
31、传方式弹性压力计信号远传方式弹性压力计一般为直读式仪表，也可以将弹性元件的变形转换为电信号输出，下图给出了几种弹性压力计信号电远传方式原理。图(a)为电位器式电位器式。在弹簧管压力计内安装滑线电位器，滑动触点和电阻的任意一端之间的电压将取决于滑动触点位置，即取决于被测压力。特点：特点：比较简单，有很好的线性输出，可靠性较差。3.2.3弹性压力计弹性压力计图(b)为霍尔式霍尔式。其转换原理基于半导体材料的霍尔效应。压力越大，两面积差越大，则在霍尔元件垂直于磁场和电流方向的另两侧产生的霍尔电势也越大。特点：特点：结构简单，灵敏度高，寿命长，对外部磁场敏感，耐振性差。3.2.3弹性压力计弹性压力计
32、图(c)差动变压器式。差动变压器式。可移动的铁芯与弹性元件的自由端相连并处于差动变压器的线圈中，被测压力越大则铁芯偏离越多，输出交流电压越高，从而可测出压力值。特点：特点：性好、附加力小、位移范围较大，处于中央位置时输出不为零。3.2.3弹性压力计弹性压力计5.4 压力变送器压力变送器压力传感器：能够感受压力（压差）并能按一压力传感器：能够感受压力（压差）并能按一定规律将压力（压差）转换成同种或别种性质定规律将压力（压差）转换成同种或别种性质输出量的仪表。输出量的仪表。弹性元件检测压力的输出只是机械位移信号，弹性元件检测压力的输出只是机械位移信号，该信号可以就地显示，也可以变换为电信号以该信号
33、可以就地显示，也可以变换为电信号以供远传。这种变换一般称为电变送。其方法很供远传。这种变换一般称为电变送。其方法很多，如电阻式、多，如电阻式、电感式电感式、电容式电容式、应变式应变式、力、力平衡式、霍尔式、振弦式、光纤式等。目前工平衡式、霍尔式、振弦式、光纤式等。目前工业生产使用的电变送后的压力信号都是业生产使用的电变送后的压力信号都是标准化标准化的电流或电压信号的电流或电压信号，其变送器都是定型的产品。，其变送器都是定型的产品。一、电容式压力变送器一、电容式压力变送器1、工作原理：、工作原理：以弹性元件膜片为电容器的可动极板，以弹性元件膜片为电容器的可动极板，它与固定极板之间形成一可变电容。
34、随被测压力它与固定极板之间形成一可变电容。随被测压力的变化，膜片产生位移，使电容器的可动极板与的变化，膜片产生位移，使电容器的可动极板与固定极板之间的固定极板之间的距离改变距离改变，从而改变了电容器的，从而改变了电容器的电容量，完成压力信号与电容量之间的变化。电容量，完成压力信号与电容量之间的变化。将激励电压加于电容器，产生交变电流，经整将激励电压加于电容器，产生交变电流，经整流、控制、放大，流、控制、放大，输出输出420mA标准信号标准信号。电容器的电容量由它的两个电容器的电容量由它的两个极板的大小、形状、相对位置和极板的大小、形状、相对位置和电介质的介电常数决定电介质的介电常数决定2 2、
35、组组成成：变变送送器器由由两两部部分分组组成成：差差动动式式压压力力(差差压压)电容转换电容转换和和测量电路测量电路。差差动动式式压压力力(差差压压)电电容容转转换换是是将将被被测测压压力力(差差压压)转转换换成成差差动动变变化化的的电电容容C CL L、C CH H，其其结结构构如图所示。如图所示。P1P2 感感压压元元件件是是膜膜片片，两两电电容容的的固固定定极极板板为为球球面面形形结结构构。测测量量膜膜片片位位于于两两固固定定极极板板的的中中央央，它它与与固固定定极极板板构构成成两两个个小小室室，两两室室结结构构对对称称。固固定定极极板板是是将将玻玻璃璃绝绝缘缘体体磨磨成成球球形形凹凹面
36、面，并并在在该该表表面面镀镀上上一一层层金金属属薄薄膜膜而而成成。金金属属薄薄膜膜和和弹弹性性膜膜片片都都接接有有输输出出引引线线。测测量量膜膜片片与与固固定定极极板板形形成成的的电电容容在在3030150pf150pf范范围围内内。室室通通孔孔与与自自己己一一侧侧隔隔离离膜膜片片腔腔室室连连通通，室室和和隔隔离离腔腔室室内内充有硅油。充有硅油。被测压力作用于隔离膜片，通过硅油使测量膜片被测压力作用于隔离膜片，通过硅油使测量膜片产生与压力成正比的位移，从而改变了可动极产生与压力成正比的位移，从而改变了可动极板与固定极板间的距离，引起电容的变化，此板与固定极板间的距离，引起电容的变化，此电容变化
37、通过引线传给测量显示电路。电容变化通过引线传给测量显示电路。工作原理工作原理差压差压位移位移电容电容电流电流放大放大输出输出传感部分传感部分 pC?显示电路部分显示电路部分线性关系线性关系（1 1）差压位移转换）差压位移转换d=K1p 线线性关系性关系(2)位移电容转换位移电容转换 线线性关系性关系p=0时时，有初始，有初始电电容容3 3 差压转换成电容差压转换成电容为为提高灵敏度和改善非提高灵敏度和改善非线性，采用差动形式线性，采用差动形式（3）当）当p=0（p1p2)时，时，C2增加增加,C1减少减少为什么采用电容之差与电容之和的为什么采用电容之差与电容之和的比值：比值：4 转换放大部分转
38、换放大部分为方便得到电流与差压的关系，使为方便得到电流与差压的关系，使KP1比值比值C2-C1/C2+C1与压力成正比。与压力成正比。2比值比值C2-C1/C2+C1介电常数介电常数无关，无关，如与如与有关有关就会产生很大误差就会产生很大误差,如如 是是温度的函数温度的函数。3如果差动电容的结构完全对称，则可得到良好如果差动电容的结构完全对称，则可得到良好的稳定性。的稳定性。二、应变式压力变送器二、应变式压力变送器应变式压力传感器利用金属应变片或半导体应应变式压力传感器利用金属应变片或半导体应变片将测压弹性元件的应变转换成电阻变化。变片将测压弹性元件的应变转换成电阻变化。弹性元件的应变转换成电
39、阻值的大小是由金属弹性元件的应变转换成电阻值的大小是由金属或半导体材料制成的电阻体（即应变片）完成。或半导体材料制成的电阻体（即应变片）完成。常用的金属应变片：金属丝式、箔式、薄膜式，常用的金属应变片：金属丝式、箔式、薄膜式，基于金属丝的应变效应工作，基于金属丝的应变效应工作，半导体应变片：体式、薄膜式、扩散式，基于半导体应变片：体式、薄膜式、扩散式，基于半导体压阻效应工作半导体压阻效应工作1 1 1 1金属电阻应变片金属电阻应变片金属电阻应变片金属电阻应变片:丝式、箔式、薄膜式。丝式、箔式、薄膜式。丝式、箔式、薄膜式。丝式、箔式、薄膜式。(1)(1)(1)(1)金属丝式应变片金属丝式应变片金
40、属丝式应变片金属丝式应变片：将将将将金金金金属属属属电电电电阻阻阻阻丝丝丝丝（一一一一般般般般是是是是合合合合金金金金，电电电电阻阻阻阻率率率率较较较较高高高高，电电电电阻阻阻阻约约约约为为为为120120120120，直直直直径径径径约约约约0.025mm0.025mm0.025mm0.025mm）粘粘粘粘贴贴贴贴在在在在绝绝绝绝缘缘缘缘基基基基片片片片上上上上，上上上上面面面面覆覆覆覆盖盖盖盖一一一一层层层层薄薄薄薄膜膜膜膜，使使使使它们变成一个整体。它们变成一个整体。它们变成一个整体。它们变成一个整体。（2 2）金属箔式应变片）金属箔式应变片 利用利用利用利用光刻、腐蚀光刻、腐蚀光刻、腐
41、蚀光刻、腐蚀等工艺制成一种很薄的金属箔栅，厚度等工艺制成一种很薄的金属箔栅，厚度等工艺制成一种很薄的金属箔栅，厚度等工艺制成一种很薄的金属箔栅，厚度一般在一般在一般在一般在0.0030.0030.0030.0030.010 mm0.010 mm0.010 mm0.010 mm，粘贴在基片上，上面再覆盖一层薄粘贴在基片上，上面再覆盖一层薄粘贴在基片上，上面再覆盖一层薄粘贴在基片上，上面再覆盖一层薄膜而制成。其优点是表面积和截面积之比大，散热条件好，膜而制成。其优点是表面积和截面积之比大，散热条件好，膜而制成。其优点是表面积和截面积之比大，散热条件好，膜而制成。其优点是表面积和截面积之比大，散热条
42、件好，允许通过的电流较大，可制成各种需要的形状，便于批量生允许通过的电流较大，可制成各种需要的形状，便于批量生允许通过的电流较大，可制成各种需要的形状，便于批量生允许通过的电流较大，可制成各种需要的形状，便于批量生产。产。产。产。电阻应变片的分类电阻应变片的分类电阻应变片的分类电阻应变片的分类金属电阻应变片金属电阻应变片金属电阻应变片金属电阻应变片半导体电阻应变片半导体电阻应变片半导体电阻应变片半导体电阻应变片 箔式应变片箔式应变片（3 3）金属薄膜应变片）金属薄膜应变片 金属薄膜应变片是采用金属薄膜应变片是采用真空蒸镀或溅射真空蒸镀或溅射等方法，在薄的等方法，在薄的基底材料上制成一层金属电阻
43、材料薄膜以形成应变片。厚度基底材料上制成一层金属电阻材料薄膜以形成应变片。厚度在在0.1mm0.1mm以下。将产生应变的金属或合金直接沉淀在弹性元以下。将产生应变的金属或合金直接沉淀在弹性元件上而不用粘合剂，应变片的滞后和蠕变都很小，灵敏度高。件上而不用粘合剂，应变片的滞后和蠕变都很小，灵敏度高。(4)(4)(4)(4)半导体应变片半导体应变片半导体应变片半导体应变片 半半半半导导导导体体体体应应应应变变变变片片片片的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理是是是是基基基基于于于于半半半半导导导导体体体体材材材材料料料料的的的的压压压压阻阻阻阻效效效效应应应应而制成的一种纯电阻性元件而制成的一种
44、纯电阻性元件而制成的一种纯电阻性元件而制成的一种纯电阻性元件。当当当当半半半半导导导导体体体体材材材材料料料料某某某某一一一一轴轴轴轴向向向向受受受受外外外外力力力力作作作作用用用用时时时时，其其其其电电电电阻阻阻阻率率率率会会会会发发发发生生生生变化。变化。变化。变化。半半半半导导导导体体体体应应应应变变变变片片片片比比比比金金金金属属属属应应应应变变变变片片片片灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度大大大大50505050100100100100倍倍倍倍，但但但但电电电电阻阻阻阻温度系数大，非线性也大。温度系数大，非线性也大。温度系数大，非线性也大。温度系数大，非线性也大。常用应变片的形式1原理：原理：
45、利用金属应变片或半导体应变片将测压弹利用金属应变片或半导体应变片将测压弹性元件的应变转换成电阻变化性元件的应变转换成电阻变化。2应变式压力变送器应变式压力变送器1）组成：两部分，）组成：两部分，感压弹性元件，应变片。也感压弹性元件，应变片。也可将二者结合成一体。可将二者结合成一体。2）测量电路的工作：将应变片电阻的变化转换成）测量电路的工作：将应变片电阻的变化转换成电流或电压输出是由测量电路完成的。电流或电压输出是由测量电路完成的。电桥分类(补充)应变式传感器应用举例应变式传感器应用举例 (补充补充)力（荷重）传感器力（荷重）传感器 柱式力传感器柱式力传感器柱式力传感器柱式力传感器柱式力传感器
46、柱式力传感器F FF F面积面积面积面积S S-1 1+2 2-2 2+1 1截面积截面积截面积截面积S SF F(a)(a)实心圆柱实心圆柱(b)(b)空心圆柱空心圆柱F F轴向布置一个或几个应轴向布置一个或几个应轴向布置一个或几个应轴向布置一个或几个应变片，在圆周方向布置变片，在圆周方向布置变片，在圆周方向布置变片，在圆周方向布置同样数目的应变片，后同样数目的应变片，后同样数目的应变片，后同样数目的应变片，后者取符号相反的应变，者取符号相反的应变，者取符号相反的应变，者取符号相反的应变，以构成差动对。以构成差动对。以构成差动对。以构成差动对。弹性元件上应变片的粘贴和电桥连接，应尽可能消除偏
47、弹性元件上应变片的粘贴和电桥连接，应尽可能消除偏弹性元件上应变片的粘贴和电桥连接，应尽可能消除偏弹性元件上应变片的粘贴和电桥连接，应尽可能消除偏心和弯矩的影响，一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱心和弯矩的影响，一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱心和弯矩的影响，一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱心和弯矩的影响，一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱表面中部，构成差动对表面中部，构成差动对表面中部，构成差动对表面中部，构成差动对,且处于对臂位置，以减小弯矩的影且处于对臂位置，以减小弯矩的影且处于对臂位置，以减小弯矩的影且处于对臂位置，以减小弯矩的影响响响响 。u u0 0U0R1R3R5R7R
48、6R8R2R4R6R7R8R2R3R4R5柱式力传感器柱式力传感器柱式力传感器柱式力传感器应变片的粘贴与桥路连接应变片的粘贴与桥路连接应变片的粘贴与桥路连接应变片的粘贴与桥路连接R1(a)(a)圆柱面展开图圆柱面展开图圆柱面展开图圆柱面展开图(b)(b)桥路连接桥路连接桥路连接桥路连接r0，r、t达达最大值最大值r=0.58r0，r=0r=r0，r达达负的最大值负的最大值r=r0，t=0（1）应变片的贴法：两片在膜片中心感受）应变片的贴法：两片在膜片中心感受正的轴向应力，两片在边缘感受负的轴向正的轴向应力，两片在边缘感受负的轴向应变。应变。（2）测量）测量桥路桥路(3)测量桥路的输出测量桥路的
49、输出一、压力表的选择一、压力表的选择一、压力表的选择一、压力表的选择1 1、类别选择：、类别选择：、类别选择：、类别选择：压力仪表包括普通压力表、氧压表、乙炔表、真压力仪表包括普通压力表、氧压表、乙炔表、真压力仪表包括普通压力表、氧压表、乙炔表、真压力仪表包括普通压力表、氧压表、乙炔表、真空表、压力真空表、防震压力表、耐腐蚀压力表、空表、压力真空表、防震压力表、耐腐蚀压力表、空表、压力真空表、防震压力表、耐腐蚀压力表、空表、压力真空表、防震压力表、耐腐蚀压力表、电接点压力表或带有指示、记录、调节、报警、远电接点压力表或带有指示、记录、调节、报警、远电接点压力表或带有指示、记录、调节、报警、远电
50、接点压力表或带有指示、记录、调节、报警、远传等特殊功能的压力表。传等特殊功能的压力表。传等特殊功能的压力表。传等特殊功能的压力表。1 1）、一般根据被测介质的性质，比如状态）、一般根据被测介质的性质，比如状态）、一般根据被测介质的性质，比如状态）、一般根据被测介质的性质，比如状态(气体、气体、气体、气体、液体液体液体液体)、温度、粘度、腐蚀性、玷污程度、易燃和、温度、粘度、腐蚀性、玷污程度、易燃和、温度、粘度、腐蚀性、玷污程度、易燃和、温度、粘度、腐蚀性、玷污程度、易燃和易爆程度等来选择压力仪表的类别。比如用来测量易爆程度等来选择压力仪表的类别。比如用来测量易爆程度等来选择压力仪表的类别。比如