《压力检测及仪表》PPT课件.ppt

1、第6章压力检测和仪器，6.1压力和压力检测方法6.2常用压力检测仪器6.3压力检测仪器的选择和校准6.4压力检测系统，6.1压力和压力检测方法、(1)压力的定义和单位1。压力的定义压力是指垂直均匀地作用在单位面积上的力。单位工程大气压力mmHg (mmH2O)，标准大气压力国际单位(SI)压力单位Pa (Pa) 1牛顿垂直均匀地作用在1平方米的面积上，产生1帕斯卡的压力，简称为Pa，符号为Pa。加上前缀是千帕和兆帕。(2)压力的表达方法(1)绝对压力作用在容器表面积上的被测介质的总压力称为绝对压力，用符号pAbsolute表示。(2)大气压力由地球表面空气柱的重量形成的压力称为大气压力。该值由

2、气压计测量，用符号p大气压力表示。(3)表压通常，如果压力测量仪器在大气中，测得的压力值等于绝对压力和大气压力之差，称为表压，用符号P表表示。P表=P绝对P大气压力(6-1)，普通压力测量仪器测得的压力值均为表压。(4)真空度当绝对压力小于大气压时，表压为负(负压)，其绝对值称为真空度，用符号表示。(6-2)用来测量真空度的仪器叫做真空计。(5)差压设备中两个位置之间的压差称为差压。在生产过程中，有时压差被直接用作工艺参数。压差的测量也可以用作流量和液位的间接测量。这些表达方法之间的关系如图6-1所示。(3)压力检测的主要方法和分类。重力平衡法。弹力平衡法。机械力平衡法。物理性能测量方法。6.

3、2常用压力检测仪器。(1)液柱压力表一般采用水银或水作为工作流体，用U形管、单管或斜管来测量压力，常用于低压、负压或压差检测。图6-2是U形玻璃管检验示意图。它的两个喷嘴分别与压力P1和P2相连。当P1=P2时，左右管中液体的高度相等，如图6-2(a)所示。当P2P1出现时，U型管的两个管内的液位会有高度差，如图6-2(b)所示。根据流体静力学原理，有，(6-3)、(6-4)，这表明U形管中液面两侧的高度差h与两个喷嘴处测得的压力差成正比。如果P1管通向大气，也就是说，P1=大气压，那么，(6-5)，其中P是P2的表压。可以看出，使用U形管可以检测两个测量压力(称为压差)或某个表压之间的差异。

4、压力检测用u型管具有结构简单、读数直观、精度高、价格低廉的优点。它不仅可以测量表压、压差，还可以测量侧负压。它是科学实验研究中常用的压力检测工具。(a) (b)图6-2 U形管压力表示意图，但U形管只能测量低压或差压(不可能使U形管很长)，测量上限不超过0.1-0.2兆帕。为方便阅读，U形管一般是玻璃制成，所以容易损坏，同时不能用于静压高的差压检测，另外只能给出现场指示。(2)活塞压力表活塞压力表是一种高精度的标准仪表，常用于校准标准压力表和普通压力表。其结构如图6-3所示，由压力产生部分和压力测量部分组成。1.压力发生器4拧入压力发生部分，手轮7转动螺钉8，推动工作活塞9挤压工作流体，压力传

5、递到测量活塞1当活塞1的下端面由于压力P的作用而产生的向上的力与活塞1本身、托盘和重物2有关时，图6-3:活塞压力表a、b、c、d截止阀示意图；1-测量活塞；2-重量；3活塞柱；4-螺旋压力发生器；5-工作流体；6-压力计；7-手轮；8-螺钉；9-工作活塞；10-油杯；11-当进油阀的重量相等时，活塞1将被提升并稳定在活塞柱3中的任何平衡位置。此时的力平衡关系如下：(6-6)、(6-7)。测量压力p的值可以从平衡过程中增加的重量和活塞本身的质量方便而准确地获得。如果将校准的压力计6上的指示值P与该精确压力进行比较，则可以知道校准的压力计的误差。或者，标准压力表可以连接到阀门的上部，压力发生器可

6、以改变工作流体的压力，并将校准后的压力表和标准压力表上显示的值进行比较以进行验证。此时，阀门应该关闭。(3)弹性压力表弹性压力检测是利用弹性元件作为压敏元件，将压力转化为弹性元件位移的检测方法。1.压力测量弹性元件弹性元件在弹性极限内被压缩后会变形，变形与测量的压力成正比。如图6-4所示，目前工业上压力测量常用的弹性元件主要有弹性膜片、波纹管和弹簧管等。1)弹性膜片是沿外缘固定的片状圆形薄板或薄膜。有时，两个膜片可以沿周边对接焊接形成一个薄膜盒，液体(如硅油)填充在两个膜片之间，这就是所谓的薄膜盒。平膜波纹管波纹管单环弹簧管多环弹簧管图6-4弹性元件示意图。当隔膜两侧的压力不相等时，隔膜会变形

7、和移位。当膜片的位移很小时，它们之间有很好的线性关系，这是膜片压力检测的基本原理。图6-5是单环弹簧管结构示意图。2)波纹管是一种带有同轴环形波纹的测压弹性元件，可沿轴向伸缩。当受到轴向力时，它会产生很大的伸长和收缩位移。通常，在其顶部安装一个传动机构来驱动指针直接读取。波纹管的特点是灵敏度高(特别是在低区域)，适用于检测低压信号(1MPa)，但波纹管的延时大，测量精度只能达到1.5。3)弹簧管弹簧管是弯曲成圆弧的空心管，其横截面是非圆形的。弹簧管的一端是开放的，另一端是封闭的，如图6-5所示。开口端作为固定端，被测压力从开口端连接到弹簧管的内腔；作为自由端，封闭端可以自由移动。当测量的压力从

8、弹簧管的固定端输入时，由于弹簧管的非圆形横截面，它趋向于圆形和直的，这导致自由端移位并改变中心角。因此，只要测量自由端的位移，就可以反映压力P，这就是弹簧管的压力测量原理。2弹簧管压力表弹簧管压力可以通过传动机构直接指示测得的压力，弹簧管自由端的位移也可以通过适当的转换元件转换成电信号输出。图6-6弹簧管压力表1示意图弹簧管；2-拉杆；3-扇形齿轮；4-太阳齿轮；五分球；6-小组；7-游丝；8-调节螺钉；9-连接器，弹簧管压力表是一种指示仪表，如图6-6所示。测得的压力由接头9输入，接头9使弹簧管1的自由端移动，扇形齿轮3被拉杆2逆时针偏转，因此指针5被同轴中心齿轮4驱动顺时针偏转，测得的压力

9、值显示在面板6的刻度上。游丝7用于克服扇形齿轮和太阳齿轮之间的间隙引起的仪器退化。通过改变调节器的位置3波纹管差压计，图6-7双波纹管差压计示意图1-高压波纹管；2-补偿波纹管；3-连杆；4-挡板；5-摆动杆；6-扭力管；7-心轴；8-保护阀；9-填充液体；10-低压波纹管；11档弹簧；12-阻尼阀；13-阻尼环；14轴承，可利用膜片、波纹管等弹性元件制成差压计。图6-7为广泛使用的直读仪表双波纹管差压计的结构示意图，其测量机构包括波纹管、量程弹簧组和扭力管组件等。仪器两侧的高压波纹管和低压波纹管是主要的测量体，感受引入的差压信号。两个波纹管通过连杆连接，内部充满液体以传递压力。引入压差信号后

10、，低压波纹管的自由端带动连杆位移，连杆上的挡板推动摆杆使扭力管机构偏转，扭力管芯轴的扭转角度发生变化，扭转角度的变化传递给仪器的显示机构，从而给出相应的测量压差值。使用差压计时应注意的问题是，由差压计引入的差压信号包含测量点的工作压力，也称为背景压力。因此，虽然待测的差压值不是很高，但差压计必须承受较高的工作压力，因此在使用差压计时有必要避免单向压力过载。普通差压计应配备平衡附件。例如，在图6-7所示的三个阀门的组合中，平衡阀安装在两个截止阀之间。平衡阀只在差压计测量时关闭，不工作时打开，以平衡正负压力侧的压力，避免单向过载。在新型差压计的结构中考虑了单向过载保护。4弹性压力计信号的远程传输模

11、式。图6-8电位器式电远程传输压力计示意图。弹性压力计可以现场指示，但在更多情况下，需要将信号远程传输到控制室。通常，信号的长距离传输可以通过在现有的弹性压力计结构中增加转换部件来实现。弹性压力表的信号大部分是通过电传递的，即弹性元件的变形或位移被转换成电信号输出。常见的转换方法包括电位计、霍尔元件、电感和差动变压器。图6-8显示了电位器式电遥控传输弹性压力表的结构原理。弹性元件的自由端安装有滑线电位器，滑线电位器的滑动触点与自由端相连并随其移动，自由端的位移转化为电位器的电信号输出。(4)压力传感器能够检测压力值并提供远程传输信号的设备统称为压力传感器。1应变压力传感器各种应变元件与弹性元件

12、配合构成应变压力传感器。应变元件的工作原理是基于导体和半导体的“应变效应”，即由金属导体或半导体材料制成的电阻。当它因外力而变形(拉伸或缩短)时，应变仪的电阻值也会相应改变。为了使应变元件在受压时变形，应变元件一般应与弹性元件一起使用，弹性元件可以是金属膜片、波纹管、弹簧管等弹性体；敏感元件(应变仪)由金属或合金线、箔等制成。并且可以制成细丝、薄片或主体。它们可以以粘合剂或非粘合剂的形式连接在一起。当弹性元件在压力下变形时，应变计也变形，其电阻值也改变。粘贴式压力表通常使用四个具有相同特性的应变元件，这些应变元件被粘贴在弹性元件的适当位置上，并分别连接到电桥的四个臂上，以便输出信号3、电容式差

13、压变送器电容式差压变送器采用差动电容作为检测元件。图6-10为电容式差压变送器测量元件示意图。图6-10是电容式差压变送器测量元件的原理。它主要通过中心压力传感膜片(活动电极)和左右弧形电容板(固定电极)将压差信号转换成差动电容信号。中央压力传感膜片和左右弧形电容器板分别形成电容器Ci1和Ci2。当正压和负压(压差)从正压室和负压室的压力引导口施加到波纹管两侧的隔离膜片时，它们通过腔室中的硅油被液压传递到中央压力传感膜片，并且中央压力传感膜片被移位，使得可移动电极和左、右固定电极之间的距离不再相等，从而形成差动电容器。差动电容的相对变化值与压差P呈线性对应关系，与腔体中硅油的介电常数无关，从原

14、理上消除了介电常数变化引起的测量误差。4-频率压力传感器振动频率压力传感器通过利用压力传感元件自身的谐振频率和压力之间的关系测量频率信号的变化来检测压力。5压电压力传感器压电压力传感器利用压电材料的压电效应将测量的压力转换成电信号。它是动态压力检测中常用的传感器，不适合测量缓慢变化的压力和静压。(5)力平衡差压(压力)变送器采用反馈力平衡原理，由测量部分(波纹管)、杠杆系统、放大器和反馈机构等组成。被测差压信号P由测量部分转换成相应的输入力F1，F1与反馈机构输出的反馈力Ff一起作用在杠杆系统上，使杠杆产生微小位移，然后由放大器转换成标准的统一信号输出。图6-11 ddz差压变送器结构示意图1

15、-低压室；2-高压室；3-测量元件(波纹管)；4轴密封隔膜；5-主杠杆；6-过载保护簧片；7-静压调节螺钉；八向量机制；9-零偏移弹簧；10-配重；11-范围调节螺钉；12-位移检测件(电枢)；13-差动变压器；14-辅助杠杆；15-放大器；16反馈动圈；17-永磁钢；18-电源；19-负载；20-零弹簧，当输入力和反馈力产生的扭矩Mi和Mf达到平衡时，杠杆系统达到稳定状态，变送器的输出信号y反映被测压力p。下面以DDZ型膜片式差压变送器为例进行讨论。DDZ型变送器为双线变送器，其结构示意图如图6-11所示。6.3压力检测仪表的选择和校准(1)压力检测仪表的选择(1)测量稳定压力时，最大工作压

16、力不得超过仪表上限值的2/3；(2)测量脉动压力(或压力波动)时，最大工作压力不得超过仪器上限值的1/2；(3)测量高压时，最大工作压力不得超过仪器上限值的3/5；最小工作压力不得低于仪器上限值的1/3。当测得的压力变化范围较大，最大和最小工作压力可能不能同时满足上述要求时，选择仪表量程时，应首先满足最大工作压力条件。根据测量的压力，仪器的上限和下限不能直接作为仪器的测量范围。目前，国内生产的压力(包括差压)测量仪表有统一的量程系列，即1kPa、1.6kPa、2.5kPa、4.0kPa、6.0kPa及其倍数(n为整数)。因此，在选择仪器范围时，应采用相应法规或标准中的值。2.塞莱茨一般工业等级1.5和2.5就够了。用于科研、精密测量和校准压力表，0级以上精密压力表。需要标准压力表或标准活塞压力表。3.仪表类型的选择仪表的材质仪表的