压力检测及仪表ppt课件

1、 压力检测及仪表压力检测及仪表 一、概述一、概述 在工业消费过程中，经常要对压力进展检测，如熔炼炉、在工业消费过程中，经常要对压力进展检测，如熔炼炉、加热炉就要适当的控制炉膛压力及烟道压力，来获得良好的加热炉就要适当的控制炉膛压力及烟道压力，来获得良好的热工效果。又如许多冶金物化反响，对反响空间的压力有一热工效果。又如许多冶金物化反响，对反响空间的压力有一定的要求，某些在常压下不能发生反响，需求高压或一定的定的要求，某些在常压下不能发生反响，需求高压或一定的真空度下才干反响等等。另外，要丈量某些流体的流量，也真空度下才干反响等等。另外，要丈量某些流体的流量，也是经过压力来丈量的，如孔板流量计。

2、因次，对压力的检测是经过压力来丈量的，如孔板流量计。因次，对压力的检测是常见而非常重要的。是常见而非常重要的。 压力检测的根本知识压力检测的根本知识压力的单位这里的压力指压强：单位面积所受的力压力的单位这里的压力指压强：单位面积所受的力压力表示方法：压力表示方法： 绝对压力绝对压力 ；表压力相对压力；负压力；表压力相对压力；负压力真空度真空度压力表分类：压力表分类： 按信号转换原理不同分为以下四类：按信号转换原理不同分为以下四类：液柱式压力计液柱式压力计将被检测压力转换成液柱高度差进展丈量的压将被检测压力转换成液柱高度差进展丈量的压力计力计如：形管压力计，斜管压力计等如：形管压力计，斜管压力计

3、等弹性式压力计弹性式压力计将被测压力转换成弹性元件变形所引起的位移而将被测压力转换成弹性元件变形所引起的位移而进展丈量的压力计进展丈量的压力计如：弹簧管压力计，波纹管压力计，膜盒压力如：弹簧管压力计，波纹管压力计，膜盒压力计计电气式压力计电气式压力计 将被测压力转换成电量进展压力丈量的压力计。将被测压力转换成电量进展压力丈量的压力计。 如：压电式压力计、应变片式压力计、霍尔压力如：压电式压力计、应变片式压力计、霍尔压力计。计。 4活塞式压力计活塞式压力计 将被测压力转换成活塞上所加砝码分量进展丈将被测压力转换成活塞上所加砝码分量进展丈量的压力计。它是一种规范型压力计，对其它类量的压力计。它是一

4、种规范型压力计，对其它类型的压力计进展校验。型的压力计进展校验。一霍尔压力传感器一霍尔压力传感器 属于位移式压力传感器，是利用霍尔效应，属于位移式压力传感器，是利用霍尔效应，是将是将P作用下所产生的弹作用下所产生的弹性元件的位移信号转变成电势信号来丈量压性元件的位移信号转变成电势信号来丈量压力。力。 P弹性元件变形弹性元件变形霍尔效应霍尔效应Vmv显示显示1霍尔效应霍尔效应 霍尔片是一块锗半导体薄片。霍尔片是一块锗半导体薄片。 当霍尔片中流过电流时，电子受磁场力当霍尔片中流过电流时，电子受磁场力方向可由左手定那么确定的方向可由左手定那么确定的作用，其运动方向与电流方向相反将发作用，其运动方向与

5、电流方向相反将发生偏移，使得在生偏移，使得在“X轴方向的轴方向的一个端面上呵斥电子积累而构成负的外表电一个端面上呵斥电子积累而构成负的外表电荷，而在另一端面上那么正电荷，而在另一端面上那么正电荷过剩，于是在荷过剩，于是在“X轴方向出现了电场。由于轴方向出现了电场。由于电场的建立，产生了电场电场的建立，产生了电场力，电场力阻止电子的偏移。当磁场力与电力，电场力阻止电子的偏移。当磁场力与电场力相平衡时，电子积累达场力相平衡时，电子积累达到了动态平衡，这时就建立了稳定的霍尔电到了动态平衡，这时就建立了稳定的霍尔电势：势： 式中：式中：RH霍尔常数视霍尔片资料、构造霍尔常数视霍尔片资料、构造而定而定I

6、BRUHH2霍尔压力传感器霍尔压力传感器 根本构造如图根本构造如图 a压力压力位移转换部分位移转换部分 霍尔片、弹簧管组成霍尔片、弹簧管组成 b位移位移电势转换部分电势转换部分 霍尔片、磁钢及引出线霍尔片、磁钢及引出线 c稳压电源稳压电源二压电式压力传感器二压电式压力传感器利用压电资料功能资料的压电效应做成的传感器利用压电资料功能资料的压电效应做成的传感器1压电效应压电效应压电资料在沿一定方向遭到压力或拉力作用时发生变性，并在压电资料在沿一定方向遭到压力或拉力作用时发生变性，并在其外表上产生电荷，去掉力时，又回到原不带电的形状。在蛋其外表上产生电荷，去掉力时，又回到原不带电的形状。在蛋形范围内

7、，电荷为：形范围内，电荷为： 式中：式中：S作用面积；作用面积； K压电常数压电常数 常用压电资料：石英晶体、压电陶瓷钛酸钡陶瓷；钛酸鉛系常用压电资料：石英晶体、压电陶瓷钛酸钡陶瓷；钛酸鉛系列陶瓷列陶瓷2压电式压力传感器压电式压力传感器 构造：如图构造：如图 压电元件夹于两弹性片之间，一膜片接地，另一膜片经过金属压电元件夹于两弹性片之间，一膜片接地，另一膜片经过金属箔和引出线箔和引出线 将电量引出。将电量引出。 特点：特点： 体积小，构造简单，任务可靠；动态质量小，固有频率高，体积小，构造简单，任务可靠；动态质量小，固有频率高，不需外加电源；顺应任务频率高的压力丈量，范围不需外加电源；顺应任务

8、频率高的压力丈量，范围070MPa;输输出阻抗高；温度效应较大，环境顺应有限。出阻抗高；温度效应较大，环境顺应有限。pSkq三电容式压力传感器三电容式压力传感器 1、原理、原理将被测压力经过弹性膜片的位移转换为平行板电容器的电容将被测压力经过弹性膜片的位移转换为平行板电容器的电容量量 平行板电容器电容量为平行板电容器电容量为式中式中: 平行极板间的介电常数；平行极板间的介电常数； s极板的面积；极板的面积； d平行极板间的间隔平行极板间的间隔电容变换器通常有：电容变换器通常有： a变间隙式变间隙式d b变面积式变面积式s c变介电常数变介电常数EdSC2、变间隙式电容压力传感构造：、变间隙式电

9、容压力传感构造：差动电容的活动极板差动电容的活动极板 感压元件：弹性膜片弹性稳定性好特殊合金制成，如合氏感压元件：弹性膜片弹性稳定性好特殊合金制成，如合氏合金、蒙耐尔合金等可左右挪动约合金、蒙耐尔合金等可左右挪动约0.1 mm的间隔。的间隔。固定电极供极板固定电极供极板 在弹性膜片左右有两个用玻璃绝缘体磨成的球形凹面，采在弹性膜片左右有两个用玻璃绝缘体磨成的球形凹面，采用真空渡膜法在该外表镀上一层金属薄膜，作为差动电容的固用真空渡膜法在该外表镀上一层金属薄膜，作为差动电容的固定极板。定极板。 弹性膜片位于两固定极板的中央，它与固定极板构成两个测压弹性膜片位于两固定极板的中央，它与固定极板构成两

10、个测压室，压室填充硅油。室，压室填充硅油。三、压阻式压力传感器三、压阻式压力传感器 1、原理、原理 基于单晶硅半导体的压阻效应而构成的。基于单晶硅半导体的压阻效应而构成的。 采用单晶硅平膜片为弹性元件，在单晶硅平膜片上采用单晶硅平膜片为弹性元件，在单晶硅平膜片上利用集成电路工艺，利用集成电路工艺，在单晶硅的特定方向制成分散压敏电阻。在单晶硅的特定方向制成分散压敏电阻。 单晶硅平膜片在微小变形时有良好的弹性特性。当单晶硅平膜片在微小变形时有良好的弹性特性。当硅片受压后，膜片的硅片受压后，膜片的变形使分散电阻的阻值发生变化。变形使分散电阻的阻值发生变化。相对电阻变化为：相对电阻变化为： 式中式中

11、Ke 压阻系数；压阻系数； 应力应力 eRKR 2、压阻式压力传感器的构造、压阻式压力传感器的构造 单晶硅平膜片的分散电阻通常做成桥式丈量电路，相对单晶硅平膜片的分散电阻通常做成桥式丈量电路，相对的桥臂电阻对称布量，电阻变化时，电桥输出电压与膜片所的桥臂电阻对称布量，电阻变化时，电桥输出电压与膜片所受压力成对应关系。受压力成对应关系。 平膜片在圆形硅杯的底部，硅杯内外两侧分别感受被测压平膜片在圆形硅杯的底部，硅杯内外两侧分别感受被测压力与参考压力，压差使膜片变形，膜片上的两对电阻的阻值力与参考压力，压差使膜片变形，膜片上的两对电阻的阻值发生变化。发生变化。 温度效应的影响，普通还可在膜片上沿对

12、压力不敏感的晶温度效应的影响，普通还可在膜片上沿对压力不敏感的晶向生成一个电阻，这个电阻只感受温度向生成一个电阻，这个电阻只感受温度 变化，可接人桥路作变化，可接人桥路作为温度补偿电阻以提高丈量精度。为温度补偿电阻以提高丈量精度。3、特点：、特点： 精度高，任务可靠，频率呼应高，构造简单；可运用在精度高，任务可靠，频率呼应高，构造简单；可运用在环境恶劣的条件下，便于实现显示数字化。压阻式压力传感环境恶劣的条件下，便于实现显示数字化。压阻式压力传感器不仅可以用来丈量器不仅可以用来丈量 压力，稍加改动也可用来丈量差压、高压力，稍加改动也可用来丈量差压、高度、速度、加速度等参数。度、速度、加速度等参

13、数。 智能型压力差压变送器智能型压力差压变送器 为满足集散控制系统和现场总线控制系统的运用要为满足集散控制系统和现场总线控制系统的运用要求，近年来出现了采用求，近年来出现了采用先进传感器技术和微处置器的智能差压变送器。先进传感器技术和微处置器的智能差压变送器。 智能差压变送器的精度、可靠性、稳定性均优越于模智能差压变送器的精度、可靠性、稳定性均优越于模拟式差压变送器，它拟式差压变送器，它可以输出模拟和数字信号，经过现场总线网络可与上位可以输出模拟和数字信号，经过现场总线网络可与上位计算机相连。计算机相连。 特点：特点：1丈量精度高丈量精度高 根本误差仅为根本误差仅为0.075或或0.1，且性能

14、稳定、可靠、，且性能稳定、可靠、呼应快；呼应快；2具有温度、静压补偿功能；具有温度、静压补偿功能； 3量程比大、零点迁移范围较宽；量程比大、零点迁移范围较宽；4输出模拟、数字混合信号或全数字信号；输出模拟、数字混合信号或全数字信号；5功能多功能多 除有检测功能外，智能变送器还具有计算、显示、除有检测功能外，智能变送器还具有计算、显示、报警、控制、诊断等功能，与智能执行器配合运用可就报警、控制、诊断等功能，与智能执行器配合运用可就地构成控制回路。地构成控制回路。6对信号进展各种方式的传输对信号进展各种方式的传输 利用手操器或其他组态工具对变送器进展就地或远利用手操器或其他组态工具对变送器进展就地

15、或远程组态、传输、读取、显示丈量数据、自诊断等信，程组态、传输、读取、显示丈量数据、自诊断等信， 目前智能差压变送器的种类较多，构造也各有差别，目前智能差压变送器的种类较多，构造也各有差别，从整体上看，是由硬从整体上看，是由硬件和软件两大部分组成，从电路构造看，智能差压变送件和软件两大部分组成，从电路构造看，智能差压变送器包括传感器部件和器包括传感器部件和电子部件两部分。下面引见几种有代表性的智能差压变电子部件两部分。下面引见几种有代表性的智能差压变送器。送器。 ST3000差压变送器 SB000差压变送器是由Honeywe11研制开发出的二线制变送器，它将输人的差压信号转换成420 mA直流

16、电流或数字信号输出，其原理框图如图315所示，它的检测元件是采用分散硅压阻传感器。但与模拟式分散硅差压变送器不同的是，SB000差压变送器所采用的是复合型传感器，该传感器在单个芯片上集成了丈量差压、温度、静压用的三种感温元件。 1任务原理。狡测差压挥翊守正且扭戥啷鼬觐曳迕且洼叟莼液簋递到复金篮累邂H酗勤芟瞅陂，蜘检出这垫蛆塑坐墼跳与此同时，复合传感器上的两种辅助传感器温度传感器和静压传感器检出环境温度和静压参数，也经AD转换送人微处置器。微处置器从EEPRoM中取出在变送器消费时存人的各种补偿数据如差压、温度、静压特性参数和输入输出特性等，对三种数字信号进展运算处置，得到一个与输人差压对应的4

17、20 mA直流信号和数字信号，作为变送器的输出。 EEPRoM在变送器也起后备存储器的作用。它在仪表任务时存储着与HAM中同样的数据；当似表因缺点停电后恢复供电时，EEPRoM中的数据会自动传送到RAM9因此该变送器不需求后备电池。 ST3000差压变送器中的RAM用来存储由现场数据通讯器sC设定的变送器各种参数，如编号、丈量范围、线性平方根输出的选定、阻尼时间常数、零点和量程的校准等。SFC可接在输出回路中的恣意位置，读取变送器的输出数字信号，并对变送器进展组态。 丨 半导体复合传感器是一种在单个芯片上构成差压丈量用、温度丈量用和静压丈量用三种敏感元件的复合型传感器。ST3000差压变送器采

18、用复合型传感器和综合误差补偿技术，有效抑制了分散硅压阻传感器对温度和静压变化敏感以及存在非线性的缺陷，提高了变送器的丈量精度，拓宽了量程范围。 2组态设定。由现场数据通讯器对变送器进展组态，输人变送器编号、输出方式、丈量范围罡冕圪间晏君灵薷g圣詈位051C型智能差压变送器型智能差压变送器是美是美pisherRosemount公司开发消费的另一公司开发消费的另一种二线制变送器，种二线制变送器，图图L6为其原理框图，它由传感组件和电子组件两为其原理框图，它由传感组件和电子组件两部分组成，采用公用集成电路部分组成，采用公用集成电路AsIC和外表安和外表安 1任务原理。任务原理。3051C型智能差压变

19、送器的检测型智能差压变送器的检测元件采用高精度的曳元件采用高精度的曳 其任务原理与模拟式电容差压变送器一样。但其任务原理与模拟式电容差压变送器一样。但3051C差压变送器除了电容式压力传感器之外，还差压变送器除了电容式压力传感器之外，还配置了温度传感器，配置了温度传感器，用来补偿热效应带来的误差。两个传感器的信号经用来补偿热效应带来的误差。两个传感器的信号经过允过允D转换器转换为数字信号送到电子组件，转换器转换为数字信号送到电子组件，微处置器完成对输人信号的线性化、温度补偿、数微处置器完成对输人信号的线性化、温度补偿、数字通讯、自诊断等处置后，字通讯、自诊断等处置后，得到一个与输人差压对应的得

20、到一个与输人差压对应的420 mA直流电流或直流电流或数字信号作为变送器的输出。数字信号作为变送器的输出。 在电子组件的在电子组件的EEPROM存储器中存有变送器的组存储器中存有变送器的组态数据，当遏到不测停电，其中数据依然保管，所态数据，当遏到不测停电，其中数据依然保管，所以恢复供电之后，以恢复供电之后，变送器能立刻任务。变送器能立刻任务。 3051C型智能差压变送器所用的手持通讯器为型智能差压变送器所用的手持通讯器为275型，其上带有键盘及液晶显示器。它可以接在现场型，其上带有键盘及液晶显示器。它可以接在现场变送器的信号端子上，就地设定或检测，也可以在变送器的信号端子上，就地设定或检测，也

21、可以在远离现场的控制室中，接在某个变送器的信号线上远离现场的控制室中，接在某个变送器的信号线上进展远程设定及检测。为了通讯方便，信号回路必进展远程设定及检测。为了通讯方便，信号回路必需有不小于需有不小于250的负载电阻。的负载电阻。 2组态。对3051C变送器的组态可以经过数据设定器或任何支持HART通讯协议的上位机来完成。组态可分为两部分。 首先，设定变送器的任务参数，包括丈量范围、线性或平方根输出、阻尼时间常数、 工程单位选择；其次，可向变送器输入信口息性数据，以便对变送器进展识别与物理描画， 包括给变送器指定工位号、 描画符等。1151智能式差压变送器智能式差压变送器 51智能式差压变送器是在模拟的电容式差压变送器根底上，智能式差压变送器是在模拟的电容式差压变送器根底上，结合结合HART通讯技术开发的一种智能式变送器，通讯技术开发的一种智能式变送器，具有数字微调、数