第八压力仪表课件

第八压力仪表第八压力仪表1.1.平衡法：通过仪表使液柱高度的重力或砝码的平衡法：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重量与被测压力相平衡的原理测量压力2.2.弹性法：利用各种形式的弹性元件，在被测介弹性法：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来反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映被测压力的大小3.3.电气式：用压力敏感元件直接将压力转换成电电气式：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阻、电荷量等电量的变化压力检测方法压力检测方法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压力测量仪表的分类压力测量仪表的分类压力测量仪表的分类压力测量仪表的分类电气式电气式：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电容、电阻、电位差等，依据电量的大小实现压力的间接测量压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：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被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量量第一节液柱式压力计第一节液柱式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，通过液柱高度来反映被测压力相平衡的原理，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一、一、U U型管压力计型管压力计采用水银或水为工作采用水银或水为工作液，用液，用U形管或单管进形管或单管进行测量，常用于低压、行测量，常用于低压、负压或压力差的检测负压或压力差的检测被广泛用于实验室压被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、力测量或现场锅炉烟、风道各段压力、通风风道各段压力、通风空调系统各段压力的空调系统各段压力的测量测量讨论：讨论：U形形压压差差计计可可测测系系统统内内两两点点的的压压力力差差，当当将将U形形管管一一端端与与被被测测点点连连接接、另另一一端端与与大大气气相相通通时时，也也可可测测得得流流体体的表压或真空度；的表压或真空度；表压表压真空度真空度p1p0p1p0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，以封减小两次读数误差，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。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度差，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）减小读数误差。（水，汞，四氯化碳）环境温度变化环境温度变化重力加速度变化重力加速度变化二、单管式压力计二、单管式压力计单管压力计的应用：单管压力计的应用：将数根肘管连至同一个大截将数根肘管连至同一个大截面容器，则成为多管压力计，面容器，则成为多管压力计，电厂用它测炉膛和烟道各处电厂用它测炉膛和烟道各处的负压。大容器内通大气，的负压。大容器内通大气，各肘管连至烟道各测点，此各肘管连至烟道各测点，此时各肘管中的液体高度即代时各肘管中的液体高度即代表各处负压。表各处负压。三、斜管式微压计三、斜管式微压计 pL(sin+d2/D2)1 g=kL优点：优点：因为因为L比比h2放大了放大了1/sin倍，所以读数得相对误倍，所以读数得相对误差小差小改变改变可改变可改变k值，但不得小于值，但不得小于150热力实验中用斜管式热力实验中用斜管式微压计测微小压力、微压计测微小压力、负压、差压。负压、差压。三、斜管式微压计三、斜管式微压计第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计 用弹性传感器（又称弹性元件）组成的压力用弹性传感器（又称弹性元件）组成的压力测量仪表称为弹性式压力计。弹性元件受压后产测量仪表称为弹性式压力计。弹性元件受压后产生的形变输出（力或位移），可以通过传动机构生的形变输出（力或位移），可以通过传动机构直接带动指针指示压力（或压差），也可以通过直接带动指针指示压力（或压差），也可以通过某种电气元件组成变送器，实现压力（或压差）某种电气元件组成变送器，实现压力（或压差）信号的远传。信号的远传。第二节第二节 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。适用范围（有确定关系的原理制成。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）、波纹包括：金属膜片式（包括膜片式）、波纹管式和弹簧管式。管式和弹簧管式。第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计 弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形，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。变形大小与被测压力成正比关系。以变形或应变响应以变形或应变响应弹簧管弹簧管截面为非圆形（椭圆形截面为非圆形（椭圆形或扁圆形），并弯成圆或扁圆形），并弯成圆弧状的空心管子弧状的空心管子一端为封闭（自由端），一端为封闭（自由端），一端为开口（固定端）一端为开口（固定端）最常用的指示式压力检测仪表最常用的指示式压力检测仪表刻度标尺：线性刻度标尺：线性弹簧管压力表结构简单、使用弹簧管压力表结构简单、使用方便、价格低廉、测量范围宽。方便、价格低廉、测量范围宽。应用广泛。应用广泛。当当p20MPa时，弹簧管采用不锈钢或合金钢；时，弹簧管采用不锈钢或合金钢；普通介质：普通介质：腐蚀性介质：腐蚀性介质：可采用隔离膜和隔离液；可采用隔离膜和隔离液；弹簧管可采用耐腐蚀；弹簧管可采用耐腐蚀；弹弹簧管簧管压压力表力表拆拆除除表表盖盖后后的的压压力力表表弹簧管压力表的误差分析弹簧管压力表的误差分析 1、压力表受温度的影响、压力表受温度的影响在温度较高或较低的环境中，压力仪表的弹性元件在温度较高或较低的环境中，压力仪表的弹性元件会在温度的作用下发生变形，特别是长期工作在高会在温度的作用下发生变形，特别是长期工作在高温介质中的压力表，弹性元件可能会发生永久变形，温介质中的压力表，弹性元件可能会发生永久变形，也就会造成压力仪表的显示出现误差。也就会造成压力仪表的显示出现误差。防温度影响的措施防温度影响的措施：避免压力仪表在异常温度环境下避免压力仪表在异常温度环境下工作，如果无法避免则应当对压力表做防高温或防寒工作，如果无法避免则应当对压力表做防高温或防寒处理，例如为压力表安装冷凝装置或保温装置等。处理，例如为压力表安装冷凝装置或保温装置等。2、压力表受振动的影响、压力表受振动的影响压力表在振动的环境下也会出现指示不准的情况，压力表在振动的环境下也会出现指示不准的情况，剧烈的振动会直接引起压力表弹性元件的变形，影剧烈的振动会直接引起压力表弹性元件的变形，影响压力表的灵敏度、准确度及使用者对压力表指示响压力表的灵敏度、准确度及使用者对压力表指示值的读取。值的读取。防振动的措施：防振动的措施：安装缓冲装置和减震装置。安装缓冲装置和减震装置。3、压力表受超负荷的影响、压力表受超负荷的影响压力表的超负荷运行并不是仅仅指压力表指示值达到压力表的超负荷运行并不是仅仅指压力表指示值达到刻度盘最大，实际上超过满刻度刻度盘最大，实际上超过满刻度2/3的位置时，压力的位置时，压力表的弹性元件已经是处于近极限状态。压力表在超负表的弹性元件已经是处于近极限状态。压力表在超负荷的状态下长期工作，其内部的弹性元件如弹簧管、荷的状态下长期工作，其内部的弹性元件如弹簧管、膜片就会因为长期处于极限或近极限的变形状态而弹膜片就会因为长期处于极限或近极限的变形状态而弹性减弱乃至弹性丧失，最终发生永久的变形。性减弱乃至弹性丧失，最终发生永久的变形。防范措施防范措施：合理选择仪表量程，避免超负荷。合理选择仪表量程，避免超负荷。第第三三节节 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）转换成同种或别种一定规律将压力（压差）转换成同种或别种性质输出量的仪表。性质输出量的仪表。其方法很多，如电阻式、其方法很多，如电阻式、电感式电感式、电容式电容式、应变式应变式、力平衡式、霍尔式、振弦式、光纤、力平衡式、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式等。目前工业生产使用的电变送后的压力信号都是标准化的电流或电压信号，其变送信号都是标准化的电流或电压信号，其变送器都是定型的产品。器都是定型的产品。一、一、膜片反射式光纤压力传感器膜片反射式光纤压力传感器光源光源光源光源接收接收接收接收Y Y形光纤束形光纤束形光纤束形光纤束壳体壳体壳体壳体P P弹性膜片弹性膜片弹性膜片弹性膜片Y形光纤束的膜片反射型光纤压力传感器如图。在形光纤束的膜片反射型光纤压力传感器如图。在Y形形光纤束前端放置一感压膜片，当膜片受压变形时，使光纤束前端放置一感压膜片，当膜片受压变形时，使光纤束与膜片间的距离发生变化，从而使输出光强受光纤束与膜片间的距离发生变化，从而使输出光强受到调制。到调制。二、二、电感式压力传感器电感式压力传感器P129 变气隙式结构变气隙式结构变气隙式结构变气隙式结构F F变气隙式差动压力传感器变气隙式差动压力传感器变气隙式差动压力传感器变气隙式差动压力传感器被测压力被测压力弹性元件弹性元件弹性元件位移弹性元件位移电学电学自感或互感系数的变化自感或互感系数的变化三、三、霍尔压力传感器霍尔压力传感器P131霍尔元件的结构及工作原理霍尔元件的结构及工作原理 半导体薄片置于磁感应强度为半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，磁场方向的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流垂直于薄片，当有电流I 流过薄片时，在垂直于电流和磁流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应。，这种现象称为霍尔效应。磁感应强度磁感应强度B B为零时的情况为零时的情况c cd da ab b磁感应强度磁感应强度B B 较大时的情况较大时的情况 作作用用在在半半导导体体薄薄片片上上的的磁磁场场强强度度B越越强强，霍尔电势也就越高。霍尔电势霍尔电势也就越高。霍尔电势EH可用下式表示：可用下式表示：EH=KH IB霍尔效应演示霍尔效应演示 当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片向内侧偏移，在半导体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。方向的端面之间建立起霍尔电势。c cd da ab bNSNS敏感元件敏感元件xxB实现位移电压的转换实现位移电压的转换霍尔元件的位移霍尔元件的位移x改变了所受改变了所受磁场强度磁场强度B的大小，导致了霍的大小，导致了霍尔电势的变化尔电势的变化霍尔压力传感器霍尔压力传感器被测压力越大，霍尔元被测压力越大，霍尔元件的位移越大，输出的件的位移越大，输出的霍尔电势也越高。霍尔电势也越高。霍尔元件输出的霍尔电势一般为霍尔元件输出的霍尔电势一般为毫伏毫伏信号，信号，实际使用时需要进行电压放大。实际使用时需要进行电压放大。霍尔压力传感器霍尔压力传感器DDZ-型差型差压变压变送器送器结结构原理构原理1.存在差存在差压压，对对主杠杆主杠杆5下端下端产产生力生力Fi，Fi=Ad p2.Fi产产生生F1F1=Fil1/l23.矢量机构将矢量机构将F1分解成分解成F2和和F34.F2和和带动带动副杠杆偏副杠杆偏转转，使位移，使位移检测检测片片与差与差动变压动变压器的距离改器的距离改变变，输输出出电电流流Io动画演示四、力平衡式压力（差压）变送器四、力平衡式压力（差压）变送器单只变间隙型单只变间隙型单只变间隙型单只变间隙型差动式差动式差动式差动式五、五、电电容式容式压压力力（差（差压）变变送器送器电容式差压变送器电容式差压变送器检测部分和信号转换部分检测部分和信号转换部分p CCIDDZ-型和型和DDZ-型型输出都为输出都为420mA二、电容式差压变送器二、电容式差压变送器 高压侧高压侧进气口进气口低压侧低压侧进气口进气口电子电子线路线路位置位置内部不锈钢膜片的位置内部不锈钢膜片的位置各种电容式差压变送器外形 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放大输出输出传感部分传感部分显示电路部分显示电路部分好处好处1比值比值CL-CH/CL+CH与压力成正比。与压力成正比。2比值比值CL-CH/CL+CH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。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。实际中，为什么采用电容之差与电容之和的比值：实际中，为什么采用电容之差与电容之和的比值：为什么采用差动平板电容？为什么采用差动平板电容？与非差动相比，灵敏性有所提高和非线性程度减与非差动相比，灵敏性有所提高和非线性程度减小，但非线性仍不满足高精度要求小，但非线性仍不满足高精度要求11511151系列电容式压力系列电容式压力(差压差压)变送器变送器11511151系系列列电电容容式式压压力力(压压差差)变变送送器器是是我我国国引引进进美美国国罗罗斯斯蒙蒙特特公公司司技技术术并并自自己己开开发发生生产产的的一一类类新新型型压压力力(差差压压)变变送送器。器。特特点点：它它具具有有精精确确度度高高，性性能能稳稳定定，单单向向过过载载保保护护性性能好，调整方便，体积小，重量轻等一系列优点。能好，调整方便，体积小，重量轻等一系列优点。应应用用：使使用用在在电电力力、石石油油、化化工工等等各各领领域域的的生生产产过过程程中中。在在火火力力发发电电厂厂使使用用11511151电电容容式式压压力力(差差压压)变变送送器器几几乎有一种替代其他种类压力乎有一种替代其他种类压力(差压差压)变送器的趋势。变送器的趋势。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)电电容转换和测量电路。容转换和测量电路。41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。阿卜日法拉兹42、只有在人群中间，才能认识自己。德国43、重复别人所说的话，只需要教育；而要挑战别人所说的话，则需要头脑。玛丽佩蒂博恩普尔44、卓越的人一大优点是：在不利与艰难的遭遇里百折不饶。贝多芬45、自己的饭量自己知道。苏联