第三章 压力检测仪表.pptx

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1、第三章第三章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器 检测仪表检测仪表：用来检测生产过程中的诸如温度、压力、流量等工艺参数的技术工具。 传感器传感器：能够检测工艺参数并且将其转换为一定的便于传送的信号（如：电信号、气压信号）的仪表称为传感器。 变送器：当传感器的输出为单元组合仪表中规定的标准信号时，可将这样的传感器称为变送器。了解检测仪表的作用3.1 概概 述述一、测量过程与测量误差1.测量过程：不论检测方法和仪表结构多么不同，测量的实质都是将被测参数与其所对应的测量单位进行比较的过程，而测量仪表是实现这种比较的工具。尽管测量原理各式各样，但都是将被测参数经过一次或多次能量的转换，最终获得一种便于显

2、示和传递的信号形式的过程。例如：采用热电偶进行温度的测量 （温度电流信号毫伏测量表指针偏转与温度标尺进行比较）2.测量误差（测量结果不可能绝对准确） 测量误差:由仪表读得的被测值与被测参数的真值之间的差值。 测量误差的两种表示：绝对误差、相对误差 绝对误差在理论上是指仪表指示值和被测量的真值之差，即：Xi-Xt （Xt 被测物理量客观存在的真实数值，是无法得到的理论值） 实际采用办法： 被校表读数（X）标准表读数（X0） 相对误差等于某一点的绝对误差与该点处标准表的指示值之比，即：Y= / X0=(X-X0)/X0二、检测仪表的性能指标二、检测仪表的性能指标1. 准确度与允许误差 准确度（精度

3、）：反映测量值与其真值的接近程度； 仪表的精度不仅与绝对误差（通常指各测量点绝对误差中的最大值）有关，而且与仪表的测量范围有关，因此，工业中不是用绝对误差来表示精度，而是用相对百分误差或者允许误差允来表示， 允越大，精度越低，反之，精度越高。范围下限值测量范围上限值测量100max范围下限值测量范围上限值测量允允100max 仪表精度等级的确定 国家根据仪表的允许误差来统一规定仪表的精度等级（0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0），具体办法：将仪表允许相对百分误差中的“”及“”去掉便可确定仪表的精度等级。等级的标志符号 确定仪表精度等级

4、的例子：P35 例1、例2 确定仪表精度等级与选择仪表精度等级的差别： 当允许误差与规定的精度等级不对应时，对于确定仪表精度等级的情况，应取临近较低的精度等级；对于选择仪表精度等级的情况，应取临近较高的精度等级。0.20.52.变差变差 变差：指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对相同的被测量在仪表的全部测量范围内进行正、反行程的测量时，被测量值正反行程所得到的两条特性曲线间的最大差值。 变差的大小可用最大差值的绝对值与仪表量程比值的百分数来表示，即：仪表的量程最大绝对差值变差100最大差值的绝对值被测变量仪表示值注意：变差不能超过仪表的允许误差，否则应检修。3. 灵敏度、灵敏限（适用于指针式

5、仪表）灵敏度、灵敏限（适用于指针式仪表） 灵敏度（ S ）： 指仪表指针位移（角位移或线位移）的变化量与引起该位移的被测参数变化量的比值。 灵敏限：指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常：灵敏限允许绝对误差的1/2xaS4. 分辨力与分辨率（适用于数字式仪表）分辨力与分辨率（适用于数字式仪表） 分辨力：测试仪表数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量。不同量程的分辨力不同，相应于最低量程的分辨力称为该表的最高分辨力，也叫灵敏度。例：01.0000V的数字电压表。分辨力是？ 分辨率（数字式仪表的灵敏度）：分辨力与分辨率的关系 最高分辨力/量程1005. 线性度线性度 线性度

6、：是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。通常用实际测得的输入输出特性曲线与理论直线之间的最大误差与测量仪表的量程比值的百分数来表示。 即：仪表量程100maxff被测变量仪表显示值maxf6. 反应时间反应时间 反应时间：用来衡量仪表能不能尽快反映出被测参数变化的品质指标，是显示值变化相对于实际值变化的滞后时间。 例如：电子称 反应时间反映了仪表动态性能的好坏，可用时间常数T（新的稳定值的63.2）或3T（新稳定值的95）来表示仪表的反应时间。 通常反应时间越小越好，当反应时间较长时则不能用来测量频繁变化的参数。三、工业仪表的分类三、工业仪表的分类 仪表的种类繁

7、多，形式结构各异，按照不同的分类原则可进行以下分类： 1.按照使用能源分类：电动、气动、液动 电动仪表的优点：信号联系方便、可远距离传输和控制、便于与计算机联用、防火、防爆等。 缺点：结构复杂、易受温湿度、电磁场等因素的影响 2.按照信息的获取、传递、反映和处理过程分类： 检测仪表、显示仪表、集中控制装置、控制仪表、执行器 3.按照仪表的组成形式分类： 基地式仪表、单元组合式仪表（DDZ、QDZ）检测系统的构成被测参数敏感元件信号变换信号传输信号测量显示记录控制+-A/DPLC3.2 压力检测及仪表压力检测及仪表压力的表示： 绝对压力 单位面积所受到的力 表压（相对压力） 绝对压力与大气压之差

8、 真空度（负压） 大气压与绝对压力之差绝对压力绝对压力真空度表压标准大气压压力（压强）的单位 压强（俗称压力）：单位面积所受到的垂直作用力。 工程上的“压力”与力学中的“压力”不表示同一个概念。帕 PaN/m2毫米汞柱mm兆帕 MPa106N/m2水柱m工程大气压10mH2O巴dyn/cm2物理大气压 20C海平面psilb/in2常见压力传感器外形常见压力传感器外形 工业压力变送器数字压力变送器通用压力变送器隔离压力变送器高温压力变送器隔离压差变送器隔离液位变送器微压变送器电容压力变送器隔膜压力变送器绝压变送器双膜压差变送器微型探针压力计暖风空调压力计湿式压力变送器本安压力变送器OEM血压计

9、OEM压力芯片压力计的分类与工作原理工业压力计通常按敏感元件的类型及转换原理的不同进行分类： 液柱式压力计 活塞式压力计 弹性式压力计 电气式压力计1. 液柱式压力计液柱式压力计测量原理： 根据流体静力学原理，将被测压力转换为液柱高度的 测量。 即：P=gh 所以 ： h=P / g优点：构造简单、使用方便，能测微小压差，测量准确，制作容 易，价格低廉。缺点：测量范围小，示值与工作液密度有关。它的结构不牢固， 耐压程度较差。单管压力计U型管压力计斜管压力计2. 活塞式压力计活塞式压力计 测量原理： 根据液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞上所加的平衡砝码的质量。 P=G/S 所以 G=PS

10、 精确度高 常用作标准仪表，检验其它压力计3、弹性式压力计、弹性式压力计 工作原理：采用弹性元件将压力的大小转换为弹性变形元件的位移量，再通过机械传动和放大，推动指针偏移。 根据敏感元件形式的不同可以分为以下3类： 弹簧管式压力计 薄膜式压力计 波纹管式压力计4、电气式压力计、电气式压力计 电气式压力计：利用机械或电气元件将被测压力转换成电量（电压、电流、频率）来进行压力的测量。实际上是将弹性元件、液柱式压力计所产生的微小位移或活塞式压力计所产生的力转换为电信号输出的一类压力计。 电气式压力计通常两部分组成：一次仪表（压力探头）：将压力转换为微弱电参数；二次仪表：将微弱电参数转换为标准电信号。

11、利用各种形式的弹性元件，在被测压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成。l1.几种常用的弹性元件（1）弹簧管（2）薄膜式弹性元件（3）波纹管P 弹簧管式弹性元件P 膜片式弹性元件波纹管弹性元件弹簧管压力表弹簧管压力表压力检测方法及仪表压力检测方法及仪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l2.1 弹簧管压力表弹簧管压力表l2.2具有报警功能的弹簧管压力表214这类仪表将压力转换成电信号进行传输及显示，测量范围广，测量精度高，并可以实现远距离传送信号，便于实现自动控制及报警功能。 常用电参数有：电阻、电感、电容、电压等。 常见压力传感器有：霍尔片式压力传感器；应变式

12、压力传感器；压阻式压力传感器；电容式压力传感器。3.1 霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器 原理：根据霍尔效应制成，将由压力引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势输出。 霍尔效应：把一块霍尔元件置于磁场中，并使霍尔片与磁感应强度B的方向垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵向端面上通入恒定的控制电流I，则会在霍尔片的两个横向端面之间形成电位差VH，此电位差称为霍尔电势。BIRUHH压力检测仪表压力检测仪表霍尔式压力表霍尔式压力表压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表弹簧管霍尔片KxVHK霍尔式压力传感器输出系数自由端霍尔元件的位移量磁钢霍尔片 + 弹簧管霍尔片处于非均匀磁场中，所处位置不同，B不同，霍尔电

13、势不同，从而实现了压力位移电势的转换。该类传感器利用电阻应变原理构成。（金属、半导体应变片两类）（1）当应变片产生压缩应变时，其阻值减小；（2）当应变片产生拉伸应变时，其阻值增加。应变片式压力计将应变片阻值的变化，通过桥式电路转换成相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他仪表显示出被测压力的大小。3.2 应变片压力传感器应变片压力传感器直流电桥简介直流电桥简介（一）电桥的输出电压设电桥中四个桥臂电阻为 （其中任一个电阻可以是应变片）。1234RRRR、AC两端为输入接直流电源，用 表示ACU从ABC半个桥看，流经 的电流1RAC112UIRR两端压降：1R1AB11AC12RUI RURR两端压

14、降：3R3ADAC34RUURR电桥输出电压：14230ABADAC1234R RR RU =UUU(RR )(RR )电桥输出电压：14230ABADAC1234R RR RU =UUU(RR )(RR )由上式知，当 时，则电桥输出电压 则称电桥处于平衡状态。1423R R =R R0U0设处于平衡状态的电桥各桥臂由电阻增量为 则电桥的输出电压为：1234R , R , R , R114422330AC11223344(RR )(RR )(RR )(RR )UU(RRRR )(RRRR )（精确公式）若将平衡条件 代入上式，并考虑 略去高阶微量，则电桥的输出电压为：1423R R =R R

15、iiRR设处于平衡状态的电桥各桥臂由电阻增量为 则电桥的输出电压为：1234R , R , R , R114422330AC11223344(RR )(RR ) (RR )(RR )UU(RRRR )(RRRR )（精确公式）3121240AC2121234RR RRRRUU()(RR )RRRR（近似公式） 3.3 压阻式压力传感器压阻式压力传感器压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应构成。工作原理：利用集成工艺在单晶硅膜片的特定方向扩散一组等值电阻，将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内，当压力变化时、单晶硅产生应变，使应变电阻产生与被测压力成比例的变化，由桥式电路转换成相应的电压输出。特点

16、：精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单、可在恶劣环境中工作。电测压力法电测压力法压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表电容式测压原理电容式测压原理采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量，然后通过测量电容量容器的电容量，然后通过测量电容量C C便可以知道被测便可以知道被测压力的大小，从而实现压力压力的大小，从而实现压力- -电容转换的。电容转换的。dC定极板弹性元件动极板被测压力测量原理电容器极板间绝缘介质的介电电容器极板间绝缘介质的介电常数，常数，F/mA电容器两平行板覆盖的面积，电容器两平行板覆盖的

17、面积，m2d两平行板之间的距离，两平行板之间的距离，mC电容量，电容量，F 3.5 电容式压力变送器压力检测仪表压力检测仪表微位移式变送器微位移式变送器压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表I0（1）测量部分测量部分测量部分包括电容膜盒、高低压室及法兰组件等.测量原理: 将被测压力的变化转换成电容量的变化。填充液（硅油）固定电极可动电极P1转换放大单元P2电容式压力传感器隔离膜片不锈钢基座玻璃层波纹沟槽特点：过载能强。尺寸紧凑，密封性与抗振性好，测量精度可达0.2级。压力检测仪表压力检测仪表智能差压（压力）变送器智能差压（压力）变送器压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表在普通压力传感器上增加微处

18、理器特点：具有远程通讯的功能依靠手操通信器，用户可在现场或控制室设定变送器各种参数使用维护方便长期稳定工作，每5年才需校检一次。以3051C 为例：组成：传感膜头：被测压力-A/D转换-数字信号电子线路板：对信号进行修正，线性化处理-D/A转换- 420mA信号四、压力计的选用及安装四、压力计的选用及安装 (1)仪表类型的选用 仪表类型的选用必须满足工艺生产的要求。例如是否需要远传、自动记录或报警，被测介质的物理化学性能(诸如腐蚀性、温度高低、粘度大小、脏污程度、易燃易爆性能等）是否对测量仪表提出特殊要求；现场环境条件(诸如高温、电磁场、振动等)对仪表类型有否特殊要求等等。如：氨用压力计、氧气

19、压力计。(2) 仪表测量范围的确定仪表的测量范围是指该仪表可按规定的精确度对被测量进行测量的范围，它是根据操作中需要测量的参数的大小来确定的。 1压力计的选用（类型、量程、精度等级）压力计的选用（类型、量程、精度等级）在测量压力时，为了延长仪表使用寿命，避免弹性元件因受力过大而损怀，压力计上限值应该高于工艺生产中可能的最大压力值。 根据“化工自控设计技术规定”： 在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的2/3； 在测量脉动压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的1/2； 在测最高压压力时，最大工作压力不应越过测量上限值的3/5。 为了保证测量值的准确度，所测的压力值不能太接近于仪表的

20、下限值，亦即仪表的量程不能选得太大，一般被测压力的最小值不低于仪表满量程的1/3为宜。 根据被测参数的最大值和最小值计算出仪表的上、下限后，应根据国家主管部门的规程或标淮规定进行圆整。因此，选用仪表的标尺极限值时，也只能采用相应的规程或标准中的数值(一般可在相应的产品目录中找到)。 (3) 仪表精度级的选取 仪表精度是根据工艺生产上所允许的最大测量误差来确定的。 2压力计的安装压力计的安装 压力计的安装正确与否，直接影响到测量结果的准确性和压力计的使用寿命。 (1)测压点的选择 所选择的测压点应能反映被测压力的真实大小, 为此，必须注意以下几点： 要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路

21、拐弯、 分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。 测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直，取压 管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，不应有凸出物 或毛刺。 测量液体压力时，取压点应在管道下部，使导压管内不积存 气体；测量气体压力时，取压点应在管道上方，使导压管内不 积存液体。(2)导压管铺设导压管铺设管粗细要合适，一般内径力6-10mm，长度应尽可能短，最长不得超过50m，以减少压力指示的迟缓。导压管水平安装时应保证有1:10-1:20的倾斜度，以利于积存于其中之液体（或气体）的排出。当被测介质易冷凝或冻结时，须加设保温伴热管线。取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时使用。(3)压力计的安装压力计的安装 压力计应安装在易观察和检修的地方。 安装地点应力求避免振动和高温影响。 当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由此高度而引起的测量误差应按Hg进行修正。 为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触见图3-l 7(a)；对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中性介质的隔离罐，图3-17(b)表示了被测介质密度2大于和小于隔离液密度1的两种情况。 压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。