压力检测及仪表

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

3、（公斤力/ /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

4、受的实际压力。绝对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

5、压或真空度。一般的压力检测仪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。因此，以后所提压力，均指表压力。 4、压差：、压差：21ppp 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”等均应等均应改成法定计量单位帕。见教材改成法定计量单位帕。见教材p96p96表表5-15-11 kgf/cm1 kgf/cm2 2 = 0.9807

6、 = 0.980710105 5PaPa1 mmH1 mmH2 2O = 0.9807O = 0.980710Pa10Pa1 mmHg = 1.3321 mmHg = 1.33210102 2PaPa1 atm = 1.013251 atm = 1.0132510105 5PaPa1 bar=101 bar=105 5PaPa1 PSI=6.891 PSI=6.8910103 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

7、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，大致可分为测量压力的仪表，按信号原理不同，大致可分为四类：四类：液柱式液柱式：根据流体静力学原理，把被测压力转换根据流体静力学原

8、理，把被测压力转换成液柱高度。成液柱高度。机械式机械式：根据弹性元件受力变形的原理，将被测根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移。压力转换成位移。电气式电气式：将被测压力转换成各种电量，如电感、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电容、电阻、电位差等，依据电量的大小实现压力的间接测量。力的间接测量。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。测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

9、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

10、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

11、细现象，U型管的内径一般为型管的内径一般为5-20mm, ，内径最好不小于内径最好不小于10mm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

12、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

13、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。

14、力送入肘管。221221 sinAdhllhlAD2A1A则则 p=p1-p2=(h1+h2)(- 1)g且且 h2=Lsin; h1=L A2 /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，整可忽略，整理得理得 pL (sin+ d2/D2) g = kL 其中其中k为系数，若为系数，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 微压计测量范围，

15、灵敏度。微压计测量范围，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1002500pa倾斜角度越小，倾斜角度越小，l越长，测量灵敏度就越高；但越长，测量灵敏度就越高；但不可太小，否则液柱易冲散，读数较困难，误不可太小，否则液柱易冲散，读数较困难，误差增大。差增大。这种倾斜管液柱式压力计可以测量到这种倾斜管液柱式压力计可以测量到0.98Pa的的微压。为了进一步提高微压计的精确度，应选微压。为了进一步提高微压计的精确度，应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

16、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一是标尺长度随温度的变化，一般要求标尺

17、所用的材料的温度系数极小；材料的温度系数极小； 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9998kgm3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：)hh(hh220t2113、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当地的重力加速度修正方法：修正方法：)hh(gghh2n211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

18、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的读数相对于实的读数相对于实际值要偏大约际值要偏大约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

19、、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。簧管、膜片、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 kPa kPa0 010103 3kPakPa0 010102 2kPakPa弹性元件的

20、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)(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

21、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。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。 安全系数安全系数：k=p比比/pm

22、ax 1.52.55）温度特性）温度特性温度变化量弹性模量的温度系数温度变化引起的误差ttEE1 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

23、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：平膜片测量压力时位移很小，常用来测量高注：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(椭圆形或扁椭圆形或扁圆形圆形

24、)，弯成圆弧状，弯成圆弧状(中心角常为中心角常为270)的空心管子。管子的空心管子。管子的一端为封闭，另的一端为封闭，另一端为开口。闭口一端为开口。闭口端作为自由端，开端作为自由端，开口端作为固定端。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

25、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2222221RbRP(1); x=aEbax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：压力有如下的函数关系：自由端位移量L不能太大，25mmCPRl58. 03 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

26、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。

27、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

28、3、弹簧管压力表、弹簧管压力表 弹簧管压力表是生产过程中和实验室应用非常普遍的弹簧管压力表是生产过程中和实验室应用非常普遍的测压仪表。它可以测量压力，也可以测量真空。按照使测压仪表。它可以测量压力，也可以测量真空。按照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

29、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）：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。 用途：用途：弹簧管压力表是生产过程中和实验室应弹簧管压力表是生产过程中和实验室应用非常普遍的测压仪表。它可以测量压力，也用非常普遍的测压仪表。它可以测量压力，也可以测量真空。可以测量真空。 种类：种类：按照使用的弹簧管的种类可分为单圈和按照使用的弹簧管的种类可分为单圈和多圈弹簧管压力表。多圈弹簧管压力表。 型号：型号：按照适用的条件可分为耐振型、

30、耐热型、按照适用的条件可分为耐振型、耐热型、耐腐蚀型、抗冲击防爆型以及专用压力表等。耐腐蚀型、抗冲击防爆型以及专用压力表等。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）电接点压力表）电接点压力表 加装上下限触点机构，压力偏离给定范围时加装上下限触点机构，压力偏离给定范围时发出报警信号。发出报警信号。4 4、波纹管差压计、波纹管差压计 双波纹管差压计在火力发电厂中主要用于流量和水位测量指示双波纹管差压计在火力发电厂中主要用于流量和水位测量指示记录的二次仪表。如果用于流量测量，差压计往往还带有积算装记录的二次仪表。如果用于流量测量，差压计往往还

31、带有积算装置。测量的差压值上限可达置。测量的差压值上限可达0.4MPa0.4MPa，耐工作压力上限可达，耐工作压力上限可达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

32、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 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：

33、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

34、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。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

35、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、组成：、组成： 变送器由两部分组成：变送器由两部分组成：差动式压力差动式压力( (差差压压)电容转换电容转换和和测量电路测量电路。 差动式压力差动式压力( (差压

36、差压)电容转换是将被测压电容转换是将被测压力力( (差压差压) )转换成差动变化的电容转换成差动变化的电容C CL L、C CH H，其结构，其结构如图所示。如图所示。P1P2 感压元件是膜片，两电容感压元件是膜片，两电容的固定极板为球面形结构。的固定极板为球面形结构。测量膜片位于两固定极板的测量膜片位于两固定极板的中央，它与固定极板构成两中央，它与固定极板构成两个小室，两室结构对称。固个小室，两室结构对称。固定极板是将玻璃绝缘体磨成定极板是将玻璃绝缘体磨成球形凹面，并在该表面镀上球形凹面，并在该表面镀上一层金属薄膜而成。金属薄一层金属薄膜而成。金属薄膜和弹性膜片都接有输出引膜和弹性膜片都接有

37、输出引线。测量膜片与固定极板形线。测量膜片与固定极板形成的电容在成的电容在3030150pf150pf范围范围内。室通孔与自己一侧隔离内。室通孔与自己一侧隔离膜片腔室连通，室和隔离腔膜片腔室连通，室和隔离腔室内充有硅油。室内充有硅油。 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

38、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 线性关系线性关系(2) 位移电容转换位移电容转换 线性关系线性关系p=0时，有初始电容时，有初始电容0210CCdAKC3 3 差压转换成电容差压转换成电容为提高灵敏度和改善非为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dC02dAK2121i2=2 i1=112- 1ii21 ii210CCeCeCK ICCe CCIPCCd（）=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

39、值：比值：dC01dAK4 转换放大部分转换放大部分1121()00CCCK Adddd 212101CCdCCddKP2112210CCKPKPCCd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i2i1=( 12)()Ce CCI常数KP比值比值C2-C1/C2+C1与压力成正比。与压力成正比。比值比值C2-C1/C2+C1介电常数介电常数无关，如与无关，如与有关有关就会产生很大误差就会产生很大误差,如如 是温度的函数。是温度的函数。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

40、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（2 2）金属箔式应变片

41、）金属箔式应变片 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。 常用应变片的形式1原理：原理：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

42、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。130-04231234113U0110(-) , 12134U41113U011 0(-) ,112234U211133U010(-) ,11223344URRUUR RRRRRRRRRRRUURRRRRRRRRRUURRRR

43、RRRRRRRRUURRRRRRRRR平衡电桥：() 即 1单臂电桥：双臂电桥：全差动电桥：1电桥分类(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(a)(a)实心圆柱实心圆柱(b)(b)空心圆柱空心圆柱U0R1R3R5R7R6R8R2R4R6R7R8R2R3R4R5R1r0，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）测量桥路）测量桥路(3)测量桥路的输出测

44、量桥路的输出 5.5 压力仪表的选用与安装压力仪表的选用与安装2）对仪表输出信号的要求）对仪表输出信号的要求 对于只需要观察压力变化的情况对于只需要观察压力变化的情况，应选用如弹簧，应选用如弹簧管压力表那样的直接指示型的仪表；管压力表那样的直接指示型的仪表；如需将压力如需将压力信号远传到控制室或其他电动仪表信号远传到控制室或其他电动仪表，则可选用电，则可选用电气式压力检测仪表或其他具有电信号输出的仪表气式压力检测仪表或其他具有电信号输出的仪表；如果要检测快速变化的压力信号如果要检测快速变化的压力信号，则可选用电，则可选用电气式压力检测仪表，较常用的是压阻式压力传感气式压力检测仪表，较常用的是压

45、阻式压力传感器。器。3）使用的环境）使用的环境 对爆炸性较强的环境，在使用电气压力仪表时对爆炸性较强的环境，在使用电气压力仪表时，应选择防爆型压力仪表；对于温度特别高或，应选择防爆型压力仪表；对于温度特别高或特别低的环境，应选择温度系数小的敏感元件特别低的环境，应选择温度系数小的敏感元件以及相应的变换元件。以及相应的变换元件。一般在被测压力较稳定的情况下，最大工作压力一般在被测压力较稳定的情况下，最大工作压力不应超过仪表满量程的不应超过仪表满量程的23；在被测压力波动较大或测脉动压力时，最大工作在被测压力波动较大或测脉动压力时，最大工作压力不应超过仪表满量程的压力不应超过仪表满量程的12。为了

46、保证测量准确度最小工作压力不应低于满为了保证测量准确度最小工作压力不应低于满量程的量程的13。当被测压力变化范围大，最大和最小工作压力可当被测压力变化范围大，最大和最小工作压力可能不能同时满足上述要求时，选择仪表量程应首能不能同时满足上述要求时，选择仪表量程应首先要满足最大工作压力条件。先要满足最大工作压力条件。 压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误差来确定，即要求差来确定，即要求仪表的基本误差应小于实际被测压仪表的基本误差应小于实际被测压力允许的最大绝对误差力允许的最大绝对误差。另外，在选择时应坚持节约。另外，在选择时应坚持节约的原则，只要测量

47、精度能满足生产的要求，就不必追的原则，只要测量精度能满足生产的要求，就不必追求用过高精度的仪表。求用过高精度的仪表。1 1）取压口应与工质流速方向垂直，与设备内壁平齐）取压口应与工质流速方向垂直，与设备内壁平齐 2 2）防止仪表感受件与高温和有害的被测介质接触。）防止仪表感受件与高温和有害的被测介质接触。高温介质要冷凝，含尘气体要设灰尘捕集器；腐蚀介高温介质要冷凝，含尘气体要设灰尘捕集器；腐蚀介质应加装隔离容器质应加装隔离容器 3 3）仪表与取压口如不在同一水平上，应注意校正由）仪表与取压口如不在同一水平上，应注意校正由于高度差对仪表造成的额外的读数误差。于高度差对仪表造成的额外的读数误差。 4 4）压力取出口位置，测量气体介质应在工艺管道的）压力取出口位置，测量气体介质应在工艺管道的上部，测量蒸汽应在工艺管道的两侧，测量液体压力上部，测量蒸汽应在工艺管道的两侧，测量液体压力应在工艺管道的下部。应在工艺管道的下部。 取压口的选择 在管道或烟道上取压 测量流动介质的压力 测量液体介质的管道上取压2. 导压管的铺设 导压管是传递压力、压差信号的。5.6 5.6 工业压力表的校验与调整工业压力表的校验与调整 电厂中校验测压仪表的标准器有两类：一类是电厂中校验测压仪表的标准器有两类：一类是活塞式压