自动化仪表及压力检测仪表

1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级13自动化仪表与过程控制上篇 自动化仪表下篇 过程控制系统上篇 自动化仪表绪论第一章 检测仪表第二章 调节仪表第三章 执行器及防爆栅上篇 自动化仪表绪论0-1 自动化仪表及发展概括自动化仪表是工业企业实现自动化的必要手段和技术工具，任何一个工业控制系统都必然应用到自动化仪表控制单元，各种控制方案和算法都必须借助自动化工具才能实现。生产自动化中，特别是连续生产过程自动化中必需的一类专门的仪器仪表。其中包括对工艺参数进行测量的检测仪表、根据测量值对给定值的偏差按一定的调节规律发出调节命令的调节仪表以及根据调节仪表的命令对进出生

2、产装置的物料或能量进行控制的执行器等 如图为一加热温度控制系统。原料通过加热炉内炉管加热，要求其出口温度保持一定，以满足生产需要；加热炉以燃料油作为燃料。图中温度变送器、控制器和执行器构成了一个单回路控制系统。炉出口温度经测温元件和温度变送器转换成相应的标准统一信号送到控制器，与给定值SP相比较，控制器按照比较后得到的偏差，以一定的控制规律发出控制信号，控制执行器的动作，改变燃料油的流量，从而使出口温度T保持在于给定值基本相等的数值上。 为了提高控制系统的功能，还可以增加一些仪表，如显示器、手操器等。而为了改善控制质量，还可以采用串级控制等其他更复杂的控制方案，显然，这将需要用到更多的仪表。

3、实际所采用的仪表，可以是电动仪表，气动仪表等各种系列的仪表，也可以是各种控制装置，所有这些仪表或装置都属于自动化仪表范畴。显而易见，如果没有这些仪表或装置，就不可能实现自动控制。过程控制系统一般指工业生产过程中自动控制系统的被控变量是温度、压力、流量、液位成份等这样一些变量的系统。 自动化仪表的发展，大致经历了以下几个阶段仪表化与局部自动化(20 世纪5060 年代)阶段综合自动化(20 世纪6070 年代中期)阶段全盘自动化(20 世纪70年代中期至今)阶段当前，自动化仪表控制已进入了计算机时代，进入了所谓计算机集成过程控制系统(Computer Integrated Process Sys

4、tem，CIPS)的时代。CIPS 利用计算机技术，对整个企业的运作过程进行综合管理和控制，包括市场营销、生产计划调度、原材料选择、产品分配、成本管理，以及工艺过程的控制、优化和管理等全过程。 分布式控制系统，先进过程控制策略以及网络技术、数据库技术等将是实现CIPS 的重要基础0.2 电动单元组合自动化仪表及其控制系统的组成仪表按功能划分，制成若干种能独立完成一定职能的标准单元，各单元之间以规定的标准信号相互联系，这种积木式的仪表就成为-单元组合自动化仪表。据能源的种类，可划分为电动、气动等仪表。用电动单元组合仪表构成的调节系统 我国的DDZ型仪表规定，现场传输信号用DC4mA20mA，控制

5、室内各仪表间的联络信号用DC1V5V。这两种标准都以直流电流作为联络信号。 采用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区别，且不存在相移问题，可不受传输线中电感、电容和负载性质的限制 采用电流制的优点首先可以不受传输线及负载电阻变 化的影响，适于信号的远距离传送；其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成的，使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力 电流制的优点首先可以不受传输线及负载电阻变化的影响，适于信号的远距离传送。0-3 自动化仪表测控系统典型的检测仪表控制系统，以化学工业中用天然气做原料生产合成氨的控制系统为例，此系统如图3.1 所示为脱硫塔控制流程图。天然气

6、在经过脱硫塔时，需要进行控制的参数分别为压力、液位和流量，这将构成PC、LC 和FC 3 个单参数调节控制系统。图0.3 脱硫塔控制流程图图0.4 天然气压力控制系统结构框图图0.5 脱硫塔流量控制子系统结构框图典型工业检测仪表控制系统结构图一、 测量过程与测量误差 1、测量过程参数检测就是用专门的技术工具，依靠能量的变换、实验和计算找到被测量的值。被测变量传感器参数检测的基本过程被测对象变送器显示装置 传感器又称为检测元件或敏感元件，它直接响应被测变量，经能量转换并转化成一个与被测变量成对应关系的便于传送的输出信号，如mV、V、mA、Hz、位移、力等等。 由于传感器的输出信号种类很多，而且信

7、号往往很微弱，一般都需要经过变送环节的进一步处理，把传感器的输出转换成如010mA、420mA等标准统一的模拟量信号或者满足特定标准的数字量信号，这种检测仪表称为变送器。 有些时候，传感器可以不经过变送环节，直接通过显示装置把被测量显示出来。 测量仪表基本知识2、测量误差测量误差仪表测得的测量值 与被测真值 之差 由于真值在理论上是无法真正被获取的，因此，测量误差就是指检测仪表（精度较低）和标准表（精度较高）在同一时刻对同一被测变量进行测量所得到的2个读数之差。 即：x0标准表读数测量误差的几种表示形式：绝对误差实际相对误差标称相对误差相对百分误差二、测量仪表的品质指标1、测量仪表的准确度（精

8、确度）一台测量范围01000kPa的压力测量仪表，其最大绝对误差10kPa(在整个量程范围内)，另一台测量范围0400kPa的压力测量仪表，其最大绝对误差5kPa， 请问哪一台压力检测仪表的精度更高？虽然后者的最大绝对误差较小，但这并不说明后者较前者精度高。在自动化仪表中，通常是以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。 由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的，因此在工业上通常将绝对误差中的最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差:仪表的精度等级（精确度等级）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。 仪表的精确度等级仪表的精度

9、等级（精确度等级）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。把仪表允许的最大相对百分误差去掉“”号和“”号，便可以用来确定仪表的精度等级。目前，按照国家统一规定所划分的仪表精度等级有： ，等。所谓的级仪表，表示该仪表允许的最大相对百分误差为，以此类推。精度等级一般用一定的符号形式表示在仪表面板上：1.0仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。精度等级数值越小，表示仪表的精确度越高。精度等级数值小于等于的仪表通常用来作为标准表，而工业用表的精度等级数值一般大于等于。 仪表的精确度等级例：某压力变送器测量范围为0400kPa，在校验该变送器时测得的最大绝对误差为5kPa，请确定该仪

10、表的精度等级。 解：先求最大相对百分误差去掉和%为，因此该变送器精度等级为级 例：根据工艺要求选择一测量范围为040m3/h的流量计，要求测量误差不超过0.5 m3/h，请确定该仪表的精度等级。 解：同样，先求最大相对百分误差因此该流量计必须选择级的流量计 结论： 工艺要求的允许误差 仪表的允许误差 校验所得到的相对百分误差 2、非线性误差在通常情况下，总是希望测量仪表的输出量和输入量之间呈线性对应关系。测量仪表的非线性误差就是用来表征仪表的输出量和输入量的实际对应关系与理论直线的吻合程度。 通常非线性误差用实际测得的输入输出特性曲线（也称为校准曲线）与理论直线的之间的最大偏差和测量仪表量程之

11、比的百分数来表示：被测变量仪表输出理论实际3、变 差在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对被测变量在全量程范围内进行正反行程（即逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，对应于同一被测值的仪表输出可能不等，二者之差的绝对值即为变差。变差的大小，根据在同一被测值下正反特性间仪表输出的最大绝对误差和测量仪表量程之比的百分数来表示 ：被测变量仪表输出下行程上行程4、灵敏度和分辨力灵敏度是表征检测仪表对被测量变化的灵敏程度，它是指仪表输出变化量和输入变化量之比，即 灵敏度y/x 分辨力又称为灵敏限，是仪表输出能响应和分辨的最小输入变化量，它也是灵敏度的一种反映。对数字式仪表来说，分辨力就是数字显示仪表变化一

12、个LSB（二进制最低有效位）时输入的最小变化量。 5、动态误差相对百分误差、非线性误差、变差都是稳态（静态）误差。动态误差是指检测系统受外扰动作用后，被测变量处于变动状态下仪表示值与参数实际值之间的差异。引起该误差的原因是由于检测元件和检测系统中各种运动惯性以及能量形式转换需要时间所造成的。衡量各种运动惯性的大小，以及能量传递的快慢常采用时间常数T和传递滞后时间（纯滞后时间）两个参数表示（这两个参数的含义与上一章中对象数学模型中的时间常数T和纯滞后时间的数学含义是一致的）它们的存在会降低检测过程的动态性能，其中纯滞后时间的不利影响会远远超过时间常数T的影响。 三、测量系统中的常见信号类型作用于

13、测量装置输入端的被测信号，要转换成以下几种便于传输和显示的信号类型：1、 位移信号：是一种机械信号，包括直线位移和角位移。在测量力、压力、质量、振动等物理量时，要先把它们转换成位移量再处理。2、 压力信号：包括气压信号和液压信号，工业检测中主要应用气压信号。3、 电气信号：有电压信号、电流信号、阻抗信号和频率信号等。传送快、滞后小、可远距离传递、便于和电子计算机联接。4、 光信号：包括光通量信号、干涉条纹信号、衍射条纹信号、莫尔条纹信号等。可是连续得，也可是断续（脉冲）式的。四、测量系统中信号的传递形式从传递信号的连续性的观点来分，在检测系统中传递信号的形式可以分为模拟信号、数字信号和开关信号

14、：1、 模拟信号： 模拟信号：在时间上是连续变化的，在任何瞬时都可以确定其数值的信号。 可以变换为电信号，即是平滑地、连续地变化的电压或电流信号。 例如：连续变化的温度信号可以利用热电偶转换为与之成比例的连续变化的电势信号。 2、 数字信号： 数字信号：是一种以离散形式出现的不连续信号，通常用二进制数“0”和“1”组合的代码序列来表示。数字信号变换成电信号就是一连串的窄脉冲和高低电平交替变化的电压信号。 连续变化的工艺参数（模拟信号）可以通过数字式传感器直接转换成数字信号。然而，大多数情况是首先把这些参数变换成电形式的模拟信号，然后再利用模拟-数字（A/D）转换技术把电模拟量转换成数字量。将一

15、个模拟信号转换为数字信号时，必须用一定的计量单位使连续参数整量化，即用最接近的离散值（数字量）来近似表示连续量的大小。由于数字量只能增大或减小一个单位，所以，计量单位越小，整量化所造成的误差也就越小。3、 开关信号： 开关信号：用两种状态或用两个数值范围表示的不连续信号。 例如：用水银触点温度计来检测温度的变化时，可利用水银触点的“断开”与“闭合”来判断温度是否达到给定值。 在自动检测技术中，利用开关式传感器（如干簧管、电触点式传感器）可以将模拟信号变换成开关信号。五、测量仪表的分类1、根据所测参数的不同，分成压力（差压、负压）测量仪表、流量测量仪表、物位（液位）测量仪表、温度测量仪表、物质成

16、分分析仪表及物性检测仪表等。2、按表达示数的方式不同，分成指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型等。3、按精度等级及使用场合的不同，分成实用仪表、范型仪表和标准仪表，分别使用在现场、实验室、标定室。例题分析2、某台测温仪表的测温范围为2001000C，工艺上要求测温误差不能大于5C，试确定应选仪表的准确度等级。解：工艺上允许的相对百分误差为：允=5/（1000-200）100%=0.625%要求所选的仪表相对百分误差不能大于工艺上的允，才能保证测温误差不大于5C，所以所选仪表的准确度等级应为级。仪表的准确度等级越高，能使测温误差越小，但为了不增加投资费用，不宜选用过高准确度的仪表。课后习题

17、P70-1,0-2,0-4. 第1章 测量仪表 1.2 压力测量压力：化工生产中，由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。 化工生产中，通常遇到压力和真空度的测量。若压力不符合要求，不仅会影响生产效率，降低产品质量，还会造成严重生产事故。化学反应中，压力既影响物料平衡关系，也影响化学反应速度。所以，压力的测量与控制，对保证生产过程正常进行，达到高产、优质、低消耗和安全是十分重要的三种压力表示方法绝对压力 pa表压力 p负压或真空度 ph1.2.1 压力单位及测压仪表pa绝对压力零线pphpa大气压p01.01325105Pa绝对压力是指物体所受的实际压力。 表压是指一般压力表所测得的压力，

18、它是高于大气压力的绝对压力与大气压力之差，即 真空度是指大气压与低于大气压的绝对压力之差，有时也称为负压，即 由于各种工艺设备和检测仪表通常是处于大气之中，本身就承受着大气压力，因此工程上通常采用表压或者真空度来表示压力的大小，一般的压力检测仪表所指示的压力也是表压或者真空度。除特殊说明之外，以后所提及的压力均指表压。 压力检测仪表的分类 目前工业上常用的压力检测方法和压力检测仪表很多，根据敏感元件和转换原理的不同，一般分为四类：(1)液柱式压力检测 一般采用充有水或水银等液体的玻璃U形管或单管进行测量。(2)弹性式压力检测 它是根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移进行测量的。常用

19、的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管等。(3)电气式压力检测 它是利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电量进行测量的仪表，如电阻、电荷量等。(4)活塞式压力检测 它是根据液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来进行测量。 活塞式压力计的测量精度较高，允许误差可以小到，它普遍被用作标准仪器对压力检测仪表进行检定。 液柱式压力检测 液柱式压力检测是以液体静力学原理为基础的，它们一般采用水银或水为工作液，用U型管进行测量，常用于较低压力、负压或压力差的检测。 p1 p2p1 p2h(a)(b) 特点：直观、可靠、准确度较高等，但U形管只能测量较低的压力或差压，为了便于读数

20、，U形管一般是用玻璃做成，易破损，另外它只能进行现场指示。 用U形管进行压力检测，其误差来源主要有：温度误差由使用环境温度的变化引起的测量误差。 它主要包括两个方面：一是标尺长度随温度的变化（要求U形管材料的温度系数极小）；二是工作液密度随温度的变化。例如水，当温度从10变到20时，其密度从3减小到3，相对变化量为。安装误差当U形管安装不垂直时将会产生安装误差。例如 若倾斜5，读数误差约。 1.2.2 弹性式压力计弹性式压力检测是用弹性元件把压力转换成弹性元件位移的一种检测方法。 平薄膜 波纹膜 波纹管 单圈弹簧管 多圈弹簧管膜 片受压力作用产生位移，可直接带动传动机构指示。但是膜片的位移较小

21、，灵敏度低，指示精度不高，一般为级。膜片更多的是和其他转换元件合起来使用，通过膜片和转换元件把压力转换成电信号；波纹管的位移相对较大，一般可在其顶端安装传动机构，带动指针直接读数。其特点是灵敏高（特别是在低压区），常用于检测较低的压力（106Pa），但波纹管迟滞误差较大，精度一般只能达到级；弹簧管结构简单、使用方便、价格低廉，它使用范围广，测量范围宽，可以测量负压、微压、低压、中压和高压，因此应用十分广泛。根据制造的要求，仪表精度最高可达级。弹簧管和弹簧管压力表弹簧管是横截面呈非圆形（椭圆形或扁圆形），弯成圆弧状（中心角常为270）的空心管子。管子的一端为封闭，另一端为开口。闭口端作为自由端，

22、开口端作为固定端。被测压力介质从开口端进入并充满弹簧管的整个内腔，由于弹簧管的非圆横截面，使它有变成圆形并伴有伸直的趋势而产生力矩，其结果使弹簧管的自由端产生位移，同时改变其中心角。位移量（中心角改变量）和所加压力有如下的函数关系： 式中0为弹簧管中心角的初始角；为受压后中心角的改变量；R为弹簧管弯曲圆弧的外半径；h为管壁厚度；a、b为弹簧管椭圆形截面的长、短半轴。 1弹簧管 2拉杆 3扇形齿轮4中心齿轮 5指针 6面板7游丝 8调节螺钉 9接头图3-18 弹簧管压力表弹簧管自由端B的位移量一般很小，需要通过放大机构才能指示出来,为了加大弹簧管自由端的位移量，也可采用多圈弹簧管，其原理与单圈弹

23、簧管相似。 单圈弹簧管压力表是工业现场使用最普遍的就地指示式压力检测仪表（也有电接点输出的弹簧管压力表） 弹簧管压力表结构简单、使用方便、价格低廉、测量范围宽，可以测量负压、微压、低压、中压和高压一般的工业用弹簧管压力表的精度等级为级或级，但根据制造的要求，其精度等级最高可达级。 1.2.4 电气式压力仪表电气式压力仪表是利用某些机械或电气元件将压力转换成电信号，如频率、电压、电流等信号来进行测量的仪表，如霍尔式压力变送器、应变片式压力计、电阻式压力表等。这类压力计因其检测元件动态性能好、耐高温，因而适用于测快速变化，脉动压力和超高压等场合。应变片式压力计 应变片式压力计由弹性元件、电阻应变片

24、和测量电路组成。弹性元件用来感受被测压力的变化，并将被测压力的变化转换为弹性元件表面的应变。 电阻应变片粘贴在弹性元件上，将弹性元件的表面应变转换为应变片电阻值的变化，然后通过测量电路将应变片电阻值的变化转换为便于输出测量的电量，从而实现被测压力的测量。目前工程上使用最广泛的电阻应变片有金属电阻应变片和半导体应变片2. 压电式压力计 压电效应 压电式压力计的工作原理是基于某些物质的压电效应。某些物质(物体)，如石英、铁酸钡等，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部也会被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种由外电场作用导致物质 (物体)产生机械变形的现象，称

25、为逆压电效应或电致伸缩效应。具有压电效应的物质(物体)称为压电材料(或称为压电元件)，常见的压电材料可分为两类，即压电单晶体和多晶体压电陶瓷。3. 霍尔式压力计霍尔式压力计是利用霍尔元件基于霍尔效应原理实现压力位移霍尔电势。霍尔式压力计的结构如图所示，它是由单圈弹簧管的自由端安装在半导体霍尔元件上构成的。在霍尔元件片上的上下方向分别安装两对极性相反、呈靴形的磁钢，使霍尔无件片置于一个非均匀的磁场中，该磁场强度随单圈弹簧管的位移呈线性变化。在测量过程中，直流稳压电源给霍尔元件提供恒定的控制电流I，当被测压力P 进入弹簧管后，弹簧管的自由端与霍尔元件一起在线性非均匀的梯度磁场中移动(对应着不同的磁

26、感应强度B)时，便可以得到与弹簧管自由端位移成正比关系的霍尔电势，如前所述，弹簧管自由端位移与被测压力成正比关系，因此只要测量出霍尔电势的大小，就可以得知被测压力P的大小。一、电容式差压变送器电容式差压变送器采用差动电容作为检测元件主要包括测量部件和转换放大电路两部分： 差压电容膜盒电容-电流转换电路调零、零迁电路电流放大器反馈电路pCIiIfIzIo测量部分转换放大部分1.2.5 压力压差变送器P=0 Ci1=Ci2=15pF P0 Ci1的电容量减小 Ci2的电容量增大 差动电容测量原理电容式差压变送器测量原理 电容式压力变送器，目前在工业生产中应用非常广泛，其输出信号也是标准4 20mA

27、DC电流信号。电容式压力变送器是先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量的。电容式差压变送器的原理图可见传感器有左右固定极板，在两个固定极板之间是弹性材料制成的测量膜片，作为电容的中央动极板，在测量膜片两侧的空腔中充满硅油。电容式差压变送器的结构可以有效地保护测量膜片，当差压过大并超过允许测量范围时，测量膜片将平滑地贴靠在玻璃凹球面上，因此不易损坏，与力矩平衡式相比，电容式没有杠杆传动机构，因而尺寸紧凑，密封性与抗振性好，测量精度相应提高，可达级。 当正负压力(差压)由正负压导压口加到膜盒两边的隔离膜片上时，通过腔室内硅油液体传递到中心测量膜片上，中心感压膜片产生位移，使可动极板和左右两

28、个极板之间的间距不相对，形成差动电容，若不考虑边缘电场影响，该差动电容可看作平板电容。设中心测量膜片产生位移为，则电容CH 减少， CL 增加设差动电容的相对变化值为两电容之差与两电容之和的比值，则差动电容的相对变化值与被测压力成正比，与填充液的介电常数无关，从原理上消除了介电常数的变化给测量带来的误差差动电容式压力变送器的电容-电流转换放大电路的作用是将差动电容的相对变化值提取出来，并转化为DC4mADC20mA 输出。二膜盒式差压变送器工作原理：力矩平衡 检测元件膜盒或膜片 杠杆系统则有单杠杆、双杠杆和矢量机构 膜盒式差压变送器构成 P测量部分Fi杠杆系统M放大器反馈部分FfIo DDZ型

29、差压(压力)变送器工作原理示意图1高压室；2低压室；3膜片或膜盒；4密封膜片；5主杠杆；6过载保护簧片；7静压调整；8矢量机构；9零点迁移弹簧；10平衡锤；11量程调整螺钉；12检测片；13差动变压；14副杠杆；15放大器；16反馈线圈；17永久磁；18调零弹簧图1.2.9 主、副杠杆和矢量机构的受力分析图以H为支点的杠杆系统的力矩平衡关系为 F1 按矢量方向分解的垂直方向的分力F2 为以M点为支点的力矩平衡关系为式中， F0 零点调整作用力。电磁反馈力与变送器的输出电流之间存在以下关系：式中，D线圈的平均直径；线圈的匝数；B磁感应强度； 力反馈系数。改变反馈线圈的匝数，可以改变Kf 的大小。

30、根据上式可以计算出输出电流与被测压力之间的关系为由式可以得出以下结论：(1) DDZ型差压(压力)变送器的输出电流 I 与被测差压之间 p 成线性关系。(2) 式中第二项为调零弹簧所产生的输出电流的大小。当p = 0 ，调整调零弹簧使该项输出为 I o = 4mA ，或者用于零点迁移。(3) 式中第一项用于调整量程的上限。当 p = max p 时，使该项对应的输出电流 I o = 20mA 。由于 K p 与膜片的有效面积A、反馈线圈匝数和矢量机构的夹角有关，因此，可以改变A 和进行量程粗调，改变进行量程细调。(4) 调整量程项和调零项都与f K 有关，所以二者相互影响，必须反复调整，才能满

31、足精度要求。二、 应变片压力/差压变送器利用金属或半导体材料制成的电阻体的阻值可表示为： 当电阻体受外力作用时，电阻体的长度、截面积或电阻率会发生变化，即其阻值也会发生变化。这种因尺寸变化引起阻值变化称为应变效应。应变片多以金属材料为主，一般和弹性元件一起使用。r1r2123P(a)传感器1外壳 2弹性筒 3膜片应变筒的上端与外壳固定在一起，下端与不锈钢密封膜片3紧密接触，应变片r1和r2用胶合剂贴紧在应变筒的外壁，与筒体之间不发生相对滑动。r1沿应变筒轴向贴放，作为测量片；r2沿径向贴放，作为温度补偿片。 图中应变片r1、r2的静态性能完全相同。当膜片受到外力作用时，弹性筒轴向受压，使应变片

32、r1产生轴向应变，阻值变小；而应变片r2受到轴向压缩，引起径向拉伸，阻值变大。实际上，r2的变化量比r1的变化量要小，r2的主要作用是温度补偿。 是应变片阻值变化量的测量电桥，图中R3和R4是两个阻值相等的精密固定电阻。UiEr1r2R3R4AB(b)测量电桥不受压时 r1= r2=r0 R3=R4=r 若应变片受压，则：r1= r0+r1；r2= r0+r2 (r1r2)由此可见，由压力作用时，r1和r2一减一增，使电桥由较大的输出；当环境温度发生变化时，r1、r2同时增减，不影响电桥的平衡。如果仪表能把电桥输出电压Ui进一步转换为标准信号输出，则该仪表即可称为应变式压力变送器。 结论：应变

33、片式压检测仪表具有较大的测量范围，被测压力可达几百MPa，并具有良好的动态性能，适用于快速变化的压力测量。但是，尽管测量电桥具有一定的温度补偿的作用，应变片式压力检测仪表仍有比较明显的温漂和时漂，因此，这种压力检测仪表较多地用于一般要求的动态压力检测，测量精度一般在左右。 三、压阻式（扩散硅）压力/差压变送器 因电阻率变化引起阻值变化称为压阻效应。半导体材料的压阻效应比较明显。用作压阻式传感器的基片材料主要为硅片和锗片，由于单晶硅材料纯、功耗小、滞后和蠕变极小、机械稳定性好，而且传感器的制造工艺和硅集成电路工艺有很好的兼容性，以扩散硅压阻传感器作为检测元件的压力检测仪表得到了广泛的使用。 p2

34、p1硅杯图3-30 压阻式传感器示意图正压侧隔离膜片引出线负压侧隔离膜片硅油构成框图：扩散硅压阻传感器前置放大器调零电路VI转换PUSU01UZIO检测部分电磁放大部分测量部分扩散硅压阻传感器把被测差压P成比例地转换为不平衡电压US 1.负压室 2.正压室 3.硅杯4.引线 5.硅片Ri1Ri2Ri3Ri4测量部分惠斯顿电桥Ri1Ri2Ri3Ri4USRi1Ri2Ri3Ri4IS不受压时：Ri1Ri2Ri3Ri4R测量部分电压转换 US Ri1Ri2Ri3Ri4IS受压时：Ri1Ri4r1Ri2Ri3r2受压时，流经2桥臂的电流始终相等结论：压阻式压力传感器的主要优点是体积小，结构简单，其核心

35、部分就是一个既是弹性元件又是压敏元件的单晶硅膜片。扩散电阻的灵敏系数是金属应变片的几十倍，能直接测量出微小的压力变化。此外，压阻式压力传感器还具有良好的动态响应，迟滞小，可用来测量几千赫兹乃至更高的脉动压力。因此，这是一种发展比较迅速，应用十分广泛的一类压力传感器。 这种传感器的缺点则是扩散电阻存在温度效应，容易受环境温度的影响，有些厂家在传感器组件中提供了若干校正用的温度补偿电路，甚至把放大转换等电路集成在同一块单晶硅膜片上，从而可以大大提高传感器的基本性能。第四节 压力计的选用和安装 选用安装其它仪表也基本适应一、压力计的选用 三个方面选用时应根据生产工艺对压力检测的要求、被测介质的特性、

36、现场使用的环境等条件本着节约的原则合理地考虑仪表的量程、精度、类型（材质）等。 量程 仪表的量程是指该仪表可按规定的精确度对被测量进行测量的范围关键：根据操作中需要测量的参数的大小来确定。同时必须考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地。 测量稳定压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的3/4 测量脉动压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的2/3 测量高压压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的3/5 最小工作压力Pimin不低于上限值Pmax的1/3 仪表的量程等级：1、以及它们10n倍。 在选用仪表量程时，应采用相应规程或者标

37、准中的数值。 这只是一个一般经验要求，不是绝对的！仪表精度 根据生产允许的最大误差来确定，即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差。在选择时应坚持节约的原则，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。 例：有一压力容器在正常工作时压力范围为，要求使用弹簧管压力表进行检测，并使测量误差不大于被测压力的4，试确定该表的量程和精度等级。 解： 由题意可知，被测对象的压力比较稳定，设仪表量程为 0AMPa ，则 根据工作压力的要求： 根据仪表的量程系列，可选用量程范围为0的弹簧管压力表。 由题意，被测压力的允许最大绝对误差为：max=0.4*4%=0.016 MPa这就

38、要求所选仪表的相对百分误差为： （1-0）*100%=1.6%按照仪表的精度等级，可选择15级的压力表。 仪表类型正确选用仪表类型是保证仪表正常工作及安全生产的前提。主要应考虑以下几个方面:仪表的材料 压力检测(检测仪表)的特点是压力敏感元件往往要与被测介质直接接触，因此在选择仪表材料的时候要综合考虑仪表的工作条件。输出信号类型只需观察压力变化的，可选如弹簧管压力表、液柱式压力计那样的直接指示型的仪表；如需将压力信号远传到控制室或其他电动仪表，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；如果要检测快速变化的压力信号，则可选用电气式压力检测仪表，如压阻式压力传感器；如果控制系统要求能进

39、行数字量通信，则可选用智能式压力检测仪表。 例如：对腐蚀性较强的介质应使用像不锈钢之类的弹性元件或敏感元件； 氨用压力表则要求仪表的材料不允许采用铜或铜合金，因为氨气对铜的腐蚀性极强； 又如氧用压力表在结构和材质上可以与普通压力表完全相同，但要禁油，因为油进入氧气系统极易引起爆炸。 使用环境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；对于温度特别高或特别低的环境，应选择温度系数小的敏感元件以及其他变换元件。 上述选型原则也适用于差压、流量、液位等其它检测仪表的选型二、压力计的安装 分三种情况介绍：一般压力检测仪表的安装特殊压力检测仪表的安装（高温、高压、腐蚀等）压力变送器的

40、安装 一般压力测量仪表的安装无论选用何种压力仪表和采用何种安装方式，在安装过程中都应注意以下几点：压力仪表必须经检验合格后才能安装压力仪表的连接处，应根据被测压力的高低和被测介质性质，选择适当的材料作为密封垫圈，以防泄漏压力仪表尽可能安装在室温，相对湿度小于80，振动小，灰尘少，没有腐蚀性物质的地方，对于电气式压力仪表应尽可能避免受到电磁干扰压力仪表应垂直安装。一般情况下，安装高度应与人的视线齐平，对于高压压力仪表，其安装高度应高于一般人的头部测量液体或蒸汽介质压力时，应避免液柱产生的误差，压力仪表应安装在与取压口同一水平的位置上，否则必须对压力仪表的示值进行修正导压管的粗细合适，一般为610mm，长度尽可能短，否则会引起测量迟缓压力仪表与取压口之间应安装切断阀，以便维修测量特殊介质时的压力测量仪表安装测量高温（60以上）流体介质的压力时，为防止热介质与弹性元件直接接触，压力仪表之前应加装U形管或盘旋管等形式的冷凝器，避免因温度变化对测量精度和弹性元件产生的影响。如图(a)、(b) (a)(b)测量高压流体介质的压力时，安装时压力仪表表