檢測(cè)儀表與傳感器壓力

檢測(cè)儀表與傳感器壓力第1頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月進(jìn)料口執(zhí)行器變送器控制器液位控制器液體儲(chǔ)槽液位變送器+－SP執(zhí)行器正反正正第2頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三章

檢測(cè)儀表與傳感器第一節(jié)測(cè)量?jī)x表基本知識(shí)第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表第3頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、測(cè)量過程與測(cè)量誤差

1.測(cè)量過程參數(shù)檢測(cè)：專門的技術(shù)工具

被測(cè)

變量傳感器參數(shù)檢測(cè)的基本過程被測(cè)對(duì)象變送環(huán)節(jié)顯示裝置

傳感器又稱為檢測(cè)元件或敏感元件，它直接響應(yīng)被測(cè)變量，經(jīng)能量轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)化成一個(gè)與被測(cè)變量成對(duì)應(yīng)關(guān)系的便于傳送的輸出信號(hào)，如mV、V、mA、Ω、Hz、位移、力等等。

變送器：傳感器的輸出0～10mA、4～20mA等標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)。有些時(shí)候，傳感器可以不經(jīng)過變送環(huán)節(jié)，直接通過顯示裝置把被測(cè)量顯示出來。第一節(jié)測(cè)量?jī)x表的基本知識(shí)－依靠能量的變換、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算－被測(cè)量的值。第4頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.測(cè)量誤差測(cè)量誤差——儀表測(cè)得的測(cè)量值與被測(cè)真值之差

由于真值在理論上是無法真正獲取，因此，測(cè)量誤差就是指檢測(cè)儀表（精度較低）和標(biāo)準(zhǔn)表（精度較高）在同一時(shí)刻對(duì)同一被測(cè)變量進(jìn)行測(cè)量所得到的2個(gè)讀數(shù)之差。即：x0

——

標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)

測(cè)量誤差幾種表示形式：絕對(duì)誤差:實(shí)際相對(duì)誤差:標(biāo)稱相對(duì)誤差:相對(duì)百分誤差:第5頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、測(cè)量?jī)x表的性能指標(biāo)1、測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確度（精度）一臺(tái)測(cè)量范圍0～1000kPa的壓力測(cè)量?jī)x表，其最大絕對(duì)誤差10kPa(在整個(gè)量程范圍內(nèi))，另一臺(tái)測(cè)量范圍0～400kPa的壓力測(cè)量?jī)x表，其最大絕對(duì)誤差5kPa，請(qǐng)問哪一臺(tái)壓力檢測(cè)儀表的精度更高？在儀表中，通常以最大相對(duì)百分誤差來衡量?jī)x表的精確度、精度等級(jí)。把最大絕對(duì)誤差折合成測(cè)量范圍的百分?jǐn)?shù)表示，稱為最大相對(duì)百分誤差:儀表的精度等級(jí)（精確度等級(jí)）是指儀表在規(guī)定的工作條件下允許的最大相對(duì)百分誤差。例：第6頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月☆☆儀表的精確度等級(jí)☆☆儀表的精度等級(jí)是指儀表在規(guī)定的工作條件下允許的最大相對(duì)百分誤差去掉“±”、“％”號(hào)，即可確定儀表精度等級(jí)。目前，按照國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定所劃分的儀表精度等級(jí)有：

0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。精度等級(jí)一般用一定的符號(hào)形式表示在儀表面板上：1.51.0儀表的精度等級(jí)是衡量?jī)x表質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一。精度等級(jí)數(shù)值越小，表示儀表的精確度越高。精度等級(jí)數(shù)值小于等于0.05的儀表通常用來作為標(biāo)準(zhǔn)表，而工業(yè)用表的精度等級(jí)數(shù)值一般大于等于0.5。第7頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月☆☆儀表的精確度等級(jí)☆☆例1：某壓力變送器測(cè)量范圍為0～400kPa，在校驗(yàn)該變送器時(shí)測(cè)得的最大絕對(duì)誤差為-5kPa，請(qǐng)確定該儀表的精度等級(jí)。解：先求最大相對(duì)百分誤差去掉

和%為1.25，因此該變送器精度等級(jí)為1.5級(jí)例2：根據(jù)工藝要求選擇一測(cè)量范圍為0~40m3/h的流量計(jì)，要求測(cè)量誤差不超過

0.5m3/h，請(qǐng)確定該儀表的精度等級(jí)。解：同樣，先求最大相對(duì)百分誤差因此該流量計(jì)必須選擇1.0級(jí)的流量計(jì)結(jié)論：工藝要求的允許誤差≥儀表的允許誤差≥校驗(yàn)所得到的相對(duì)百分誤差

例2例1第8頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、非線性誤差(線性度)測(cè)量?jī)x表的非線性誤差就是用來表征儀表的輸出量和輸入量的實(shí)際對(duì)應(yīng)關(guān)系與理論直線的吻合程度。

非線性誤差用實(shí)際測(cè)得的輸入－輸出特性曲線（校準(zhǔn)曲線）與理論直線的之間的最大偏差和測(cè)量?jī)x表量程之比的百分?jǐn)?shù)來表示：被測(cè)變量?jī)x表輸出理論實(shí)際第9頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、變差在外界條件不變的情況下，使用同一儀表對(duì)被測(cè)變量在全量程范圍內(nèi)正反行程測(cè)量時(shí)，對(duì)應(yīng)于同一被測(cè)值的儀表輸出可能不等，二者之差的絕對(duì)值即為變差。變差的大小，根據(jù)在同一被測(cè)值下正反特性間儀表輸出的最大絕對(duì)誤差和測(cè)量?jī)x表量程之比的百分?jǐn)?shù)來表示：被測(cè)變量?jī)x表輸出下行程上行程第10頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、靈敏度和分辨力靈敏度是表征檢測(cè)儀表對(duì)被測(cè)量變化的靈敏程度，它是指儀表輸出變化量和輸入變化量之比，即靈敏度＝Δy/Δx

分辨力又稱為靈敏限，是儀表輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入變化量，它也是靈敏度的一種反映。對(duì)數(shù)字式儀表來說，分辨力就是數(shù)字顯示儀表變化一個(gè)LSB（二進(jìn)制最低有效位）時(shí)輸入的最小變化量。第11頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、反應(yīng)時(shí)間

反應(yīng)時(shí)間就是用來衡量?jī)x表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo)。反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，說明儀表需要較長(zhǎng)時(shí)間才能給出準(zhǔn)確的指示值，那就不宜用來測(cè)量變化頻繁的參數(shù)。儀表的輸出信號(hào)（即指示值）由開始變化到新穩(wěn)態(tài)值的63.2％所用的時(shí)間，可用來表示反應(yīng)時(shí)間，也有用變化到新穩(wěn)態(tài)值的95％所用的時(shí)間來表示反應(yīng)時(shí)間的。第12頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、測(cè)量系統(tǒng)中的常見信號(hào)類型作用于輸入端的被測(cè)信號(hào)，要轉(zhuǎn)換成便于傳輸和顯示的信號(hào)類型：1.位移信號(hào)：是一種機(jī)械信號(hào)，包括直線位移和角位移。如在測(cè)量力、壓力、質(zhì)量、振動(dòng)等物理量時(shí)，要先把它們轉(zhuǎn)換成位移量再處理。2.壓力信號(hào)：包括氣壓信號(hào)和液壓信號(hào)，工業(yè)檢測(cè)中主要應(yīng)用氣壓信號(hào)。3.電氣信號(hào)：有電壓信號(hào)、電流信號(hào)、阻抗信號(hào)和頻率信號(hào)等。傳送快、滯后小、可遠(yuǎn)距離傳遞、便于和電子計(jì)算機(jī)聯(lián)接。4.光信號(hào)：包括光通量信號(hào)、干涉條紋信號(hào)、衍射條紋信號(hào)、莫爾條紋信號(hào)等?？墒沁B續(xù)的，也可是斷續(xù)（脈沖）式的。第13頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、測(cè)量系統(tǒng)中信號(hào)的傳遞形式從傳遞信號(hào)的連續(xù)性的觀點(diǎn)來分：

1、模擬信號(hào)：

在時(shí)間上是連續(xù)變化的，在任何瞬時(shí)都可以確定其數(shù)值的信號(hào)?？梢宰儞Q為電信號(hào)，即是平滑地、連續(xù)地變化的電壓或電流信號(hào)。例如：連續(xù)變化的溫度信號(hào)可以利用熱電偶轉(zhuǎn)換為與之成比例的連續(xù)變化的電勢(shì)信號(hào)。

2、數(shù)字信號(hào)：

是一種以離散形式出現(xiàn)的不連續(xù)信號(hào)，通常用二進(jìn)制數(shù)

“0”和“1”組合的代碼序列來表示。數(shù)字信號(hào)變換成電信號(hào)是一連串的窄脈沖和高低電平交替變化的電壓信號(hào)。

第14頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、開關(guān)信號(hào)：

開關(guān)信號(hào)：用兩種狀態(tài)或用兩個(gè)數(shù)值范圍表示的不連續(xù)信號(hào)。

例如：用水銀觸點(diǎn)溫度計(jì)來檢測(cè)溫度的變化時(shí)，可利用水銀觸點(diǎn)的“斷開”與“閉合”來判斷溫度是否達(dá)到給定值。

在自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)中，利用開關(guān)式傳感器（如干簧管、電觸點(diǎn)式傳感器）可以將模擬信號(hào)變換成開關(guān)信號(hào)。第15頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、測(cè)量?jī)x表的分類1、按儀表使用的能源分類（1）電動(dòng)儀表：便于遠(yuǎn)傳/集控/聯(lián)機(jī)。復(fù)雜/干擾。

（2）氣動(dòng)儀表：簡(jiǎn)單/可靠/抗干擾。傳遞慢/短。2、按信息的獲得、傳遞、反映和處理的過程分類（1）檢測(cè)儀表：獲取、轉(zhuǎn)換

（2）顯示儀表：（3）集中控制裝置：

（4）控制儀表：運(yùn)算（5）執(zhí)行器：操作3、按儀表的組成形式分類（1）基地式儀表：適于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)/控制

（2）單元組合儀表：靈活性高第16頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、根據(jù)所測(cè)參數(shù)的不同

（1）壓力測(cè)量?jī)x表（2）流量測(cè)量?jī)x表（3）物位（液位）測(cè)量?jī)x表（4）溫度測(cè)量?jī)x表（5）物質(zhì)成分分析儀表及物性檢測(cè)儀表等。5、按表達(dá)示數(shù)的方式不同

指示型、記錄型、訊號(hào)型、遠(yuǎn)傳指示型、累積型等。6、按精度等級(jí)及使用場(chǎng)合的不同

實(shí)用儀表、范型儀表和標(biāo)準(zhǔn)儀表，分別用在現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室、標(biāo)定室。第17頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題分析例:某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為200~1000oC，工藝上要求測(cè)溫誤差不能大于±5oC，試確定應(yīng)選儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)。解：工藝上允許的相對(duì)百分誤差為：

δ允=±5/（1000-200）×100%=±0.625%要求所選儀表δ不能大于工藝上δ允，才能保證測(cè)溫誤差不大于±5oC，所以所選儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)應(yīng)為0.5級(jí)。儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)越高，能使測(cè)溫誤差越小，但為了不增加投資費(fèi)用，不宜選用過高準(zhǔn)確度的儀表。第18頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表壓力：氣體或液體均勻垂直地作用于單位面積上的力。化工生產(chǎn)中，通常遇到壓力和真空度的測(cè)量。若壓力不符合要求，影響生產(chǎn)效率/產(chǎn)品質(zhì)量，還會(huì)造成嚴(yán)重生產(chǎn)事故?；瘜W(xué)反應(yīng)中，壓力既影響物料平衡關(guān)系，也影響化學(xué)反應(yīng)速度。還用于其它參數(shù)的測(cè)量。所以，壓力的測(cè)量與控制，對(duì)保證生產(chǎn)過程正常進(jìn)行，達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗和安全是十分重要的.第19頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月壓力單位及測(cè)壓儀表

垂直作用在單位面積上的力稱壓力。在國(guó)際單位制（SI）和我國(guó)法定計(jì)量單位中，壓力的單位是“帕斯卡”，簡(jiǎn)稱“帕”，符號(hào)為“Pa”。即1N的力垂直均勻作用在1m2的面積上所形成的壓力值為1Pa。

第20頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

壓力單位及測(cè)壓儀表

過去采用的壓力單位“工程大氣壓力”kgf/cm2）、“毫米汞柱”（mmHg）、“毫米水柱”（mmH2O）、“物理大氣壓”（atm）、“巴”（bar）、“PSI”等均應(yīng)改成法定計(jì)量單位帕。

1kgf/cm2=0.9807×105Pa1mmH2O=0.9807×10Pa1mmHg=1.332×102Pa1atm=1.01325×105Pa

1bar=105Pa1PSI=6.89×103Pa第21頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三種壓力表示方法絕對(duì)壓力

pa表壓力

p負(fù)壓/真空度

ph

壓力單位及測(cè)壓儀表pa絕對(duì)壓力零線pphpa大氣壓p01.01325×105Pa

絕對(duì)壓力是指物體所受的實(shí)際壓力。

表壓是指壓力表所測(cè)得的壓力，絕對(duì)壓力-大氣壓力，即

真空度=指大氣壓-低于大氣壓的絕對(duì)壓力，也稱負(fù)壓，即工程上通常采用表壓或者真空度來表示壓力的大小，一般的壓力檢測(cè)儀表所指示的壓力也是表壓或者真空度。

除特殊說明之外，以后所提及的壓力均指表壓或真空度。

第22頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月壓力檢測(cè)儀表的分類根據(jù)敏感元件和轉(zhuǎn)換原理的不同，一般分為四類：(1)液柱式壓力檢測(cè)一般采用充有水或水銀等液體的玻璃U形管或單管進(jìn)行測(cè)量。(2)彈性式壓力檢測(cè)根據(jù)彈性元件受力變形的位移進(jìn)行測(cè)量。彈簧管/膜片/波紋管(3)電氣式壓力檢測(cè)利用敏感元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電量進(jìn)行測(cè)量的。電勢(shì)、電阻。(4)活塞式壓力檢測(cè)根據(jù)液壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞面積上所加平衡砝碼的質(zhì)量來進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量精度很高，允許誤差可以小到0.05％～0.02％。標(biāo)準(zhǔn)儀表。第23頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用U形管進(jìn)行壓力檢測(cè)，其誤差來源主要有：①溫度誤差——由使用環(huán)境溫度的變化引起的測(cè)量誤差。例如水，溫度從10℃變到20℃，其密度從999.8kg/m3減小到

998.3kg/m3。相對(duì)變化量為0.15％。

②安裝誤差——安裝不垂直將產(chǎn)生安裝誤差。例如若傾斜5°，讀數(shù)誤差約0.38％。一、液柱式壓力檢測(cè)以液體靜力學(xué)原理為基礎(chǔ)，常用于較低壓力、負(fù)壓或壓差的檢測(cè)。

p1p2p1p2h(a)(b)特點(diǎn)：直觀、可靠、準(zhǔn)確度較高。

U形管只能測(cè)量較低的壓力或差壓。易破損，只能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指示。第24頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、液柱式壓力檢測(cè)被廣泛用于實(shí)驗(yàn)室壓力測(cè)量或現(xiàn)場(chǎng)鍋爐煙、風(fēng)道各段壓力、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)各段壓力的測(cè)量.△P=P1－P2=ρg(h1+h2)提高工作液密度將增加壓力的測(cè)量范圍，但靈敏度要降低。第25頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、液柱式壓力檢測(cè)單管壓力計(jì)由于U形管壓力計(jì)需兩次讀取液面，為使用方便，設(shè)計(jì)出一次讀取液面高度的單管壓力計(jì)。第26頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、液柱式壓力檢測(cè)斜管壓力計(jì)主要用于測(cè)量微小壓力、負(fù)壓和壓差，將單管液柱壓力計(jì)的測(cè)量管傾斜放置，這樣可以提高靈敏度，減少讀數(shù)相對(duì)誤差。傾斜角度越小，l越長(zhǎng)，測(cè)量靈敏度就越高；但不可太小，否則液柱易沖散。這種傾斜管液柱式壓力計(jì)可以測(cè)量到0.98Pa的微壓。為了進(jìn)一步提高微壓計(jì)的精確度，應(yīng)選用密度小的酒精作為工作液體。

第27頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、彈性式壓力計(jì)用彈性元件把壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件位移的一種檢測(cè)方法。

平薄膜波紋膜波紋管單圈彈簧管多圈彈簧管膜片：受壓力作用產(chǎn)生位移，可直接帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)指示。膜片的位移較小，靈敏度低。2.5級(jí)。波紋管：位移相對(duì)較大，可在頂端安裝傳動(dòng)機(jī)構(gòu),帶動(dòng)指針直接讀數(shù)。特點(diǎn)是靈敏高（低壓區(qū)），用于檢測(cè)<1MPa的較低的壓力。彈簧管：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉，測(cè)量范圍寬，可以測(cè)量負(fù)壓—高壓(1000MPa)，應(yīng)用十分廣泛。精度最高可達(dá)0.15級(jí)。P

膜片式彈性元件P

彈簧管式彈性元件第28頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月彈性元件結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)第29頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月——彈簧管和彈簧管壓力表彈簧管橫截面呈橢圓形或扁圓形，彎成圓弧狀（中心角常為270°）的空心管子。管子的一端為封閉作為自由端，另一端為開口作為固定端。被測(cè)壓力介質(zhì)從開口端進(jìn)入，使自由端產(chǎn)生位移，同時(shí)改變其中心角。位移量（中心角改變量）和所加壓力有如下的函數(shù)關(guān)系：

式中θ0為彈簧管中心角的初始角；Δθ為受壓后中心角的改變量；R為彈簧管彎曲圓弧的外半徑；h為管壁厚度；a、b為彈簧管橢圓形截面的長(zhǎng)、短半軸。第30頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月位移量一般很小，需要通過放大機(jī)構(gòu)。為了加大位移量，可采用多圈彈簧管，其原理與單圈彈簧管相似。

單圈彈簧管壓力表是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用最普遍的就地指示式壓力檢測(cè)儀表。

彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉、測(cè)量范圍寬:負(fù)壓－>高壓。1000MPa.

一般的工業(yè)用彈簧管壓力表的精度等級(jí)為1.5級(jí)或2.5級(jí)，但根據(jù)制造的要求，其精度等級(jí)最高可達(dá)0.15級(jí)。

彈簧管壓力表

彈簧管拉桿指針中心齒輪扇形齒輪接頭游絲刻度盤調(diào)整螺釘?shù)?1頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、電氣式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)=壓力電信號(hào)(傳輸顯示)測(cè)量范圍廣：7×10-5Pa~500MPa;誤差0.2%；遠(yuǎn)傳；聯(lián)機(jī)。1.霍爾片式壓力傳感器2.應(yīng)變片式壓力傳感器3.壓阻式壓力傳感器4.力矩平衡式壓力傳感器5.電容式壓力傳感器5種類型：第32頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)霍爾效應(yīng)制成，將壓力所引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成霍爾電勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量。Z軸：磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的恒磁場(chǎng)Y軸：加一外電場(chǎng)。電子在霍爾片中運(yùn)動(dòng)（逆Y軸）在霍爾片的X軸方向上出現(xiàn)電位差，這電位差稱為霍爾電勢(shì)，這種現(xiàn)象為“霍爾效應(yīng)”。1.霍爾片式壓力傳感器霍爾電勢(shì)的大小與半導(dǎo)體材料、所通過的電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B以及霍爾片的幾何尺寸等因素有關(guān)，表示為：UH=RHBI第33頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月霍爾元件+彈簧管=霍爾片式彈簧管壓力傳感器?；魻栯妱?shì)與被測(cè)壓力成比例。利用這一電勢(shì)即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離顯示和自動(dòng)控制。1.霍爾片式壓力傳感器壓力-位移-電勢(shì)第34頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月外力作用被測(cè)對(duì)象表面產(chǎn)生微小機(jī)械變形應(yīng)變片敏感柵隨同變形電阻值發(fā)生相應(yīng)變化

應(yīng)變片利用金屬或半導(dǎo)體材料制成的電阻體的阻值可表示為：

當(dāng)電阻體受外力作用時(shí)，其長(zhǎng)度、截面積或電阻率會(huì)發(fā)生變化，其阻值也會(huì)發(fā)生變化。這種因尺寸變化引起阻值變化稱為應(yīng)變效應(yīng)（l/s）

。電阻應(yīng)變片多以金屬材料為主，一般和彈性元件一起使用。r1r2123P(a)傳感器1－外殼2－彈性筒3－密封膜片r1沿應(yīng)變筒軸向貼放，作為測(cè)量片；r2沿徑向貼放，作為溫度補(bǔ)償片。r1、r2的靜態(tài)性能完全相同。膜片受到外力，r1產(chǎn)生軸向應(yīng)變，阻值變??；r2受到徑向拉伸，阻值變大。r2的變化量比r1的變化量要小。2.應(yīng)變片式壓力傳感器第35頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)變片r1,r2，兩個(gè)阻值相等的精密固定阻R3,R4UiE－＋＋－r1r2R3R4AB(b)測(cè)量電橋不受壓時(shí)r1=r2=r0R3=R4=r

受壓，則：r1=r0+Δr1；r2=r0+Δr2(Δr1≠Δr2)第36頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月UiE－＋＋－r1r2R3R4AB(b)測(cè)量電橋由壓力作用時(shí)，r1和r2一減一增，使電橋由較大的輸出；當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，r1、r2同時(shí)增減，不影響電橋的平衡。如果把Ui轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，即為應(yīng)變式壓力變送器。

結(jié)論：應(yīng)變片式壓力檢測(cè)儀表具有較大的測(cè)量范圍，被測(cè)壓力可達(dá)幾百M(fèi)Pa；并具有良好的動(dòng)態(tài)性能，適用于快速變化的壓力測(cè)量。應(yīng)變片式壓力檢測(cè)儀表仍有比較明顯的溫漂和時(shí)漂，因此，該表較多用于一般要求的動(dòng)態(tài)壓力檢測(cè)，測(cè)量精度一般在0.5～1.0％左右。第37頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用：

氣動(dòng)壓力監(jiān)測(cè)；氣象觀察室控制；汽車剎車系統(tǒng)監(jiān)測(cè)；軍用和商用航行器。第38頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.壓阻式壓力傳感器電阻率變化引起阻值變化稱為壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)明顯。1.負(fù)壓室2.正壓室3.硅杯4.引線5.單晶硅片Ri1Ri2Ri3Ri4壓力變化時(shí)，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測(cè)壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信號(hào)。第39頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量部分——擴(kuò)散硅壓阻傳感器——把被測(cè)差壓ΔP成比例地轉(zhuǎn)換為不平衡電壓US

p2p1硅杯壓阻式傳感器示意圖正壓側(cè)隔離膜片引出線負(fù)壓側(cè)隔離膜片硅油第40頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量部分——惠斯頓電橋Ri1Ri2Ri3Ri4USRi1Ri2Ri3Ri4IS不受壓時(shí)：Ri1＝Ri4＝RRi2＝Ri3＝R第41頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量部分——電壓轉(zhuǎn)換＋US－Ri1Ri2Ri3Ri4IS受壓時(shí)：△Ri1＝△Ri4＝r1

△Ri2＝△Ri3＝r2受壓時(shí)，流經(jīng)兩橋臂的電流始終相等第42頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月TO-8封裝型壓阻式壓力傳感器

第43頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月MB16系列硅壓阻式壓力傳感器

產(chǎn)品特點(diǎn)：測(cè)量范圍：0～5kPa～60MPa

材料：316L不銹鋼隔離膜片恒壓供電：10~15VDC恒流供電：1.5mA~4mA工作方式：表壓、絕壓、密封壓綜合精度：0.1%FS，0.3%FS，0.5%FS級(jí)可選零點(diǎn)溫度飄移：±0.02%FS/℃靈敏度溫度飄移：±0.02%FS/℃過載壓力：200%FS第44頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月壓阻式壓力傳感器結(jié)論：主要優(yōu)點(diǎn)是體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；核心：既是彈性元件又是壓敏元件的單晶硅膜片;擴(kuò)散電阻的靈敏系數(shù)是金屬應(yīng)變片的幾十倍，能直接測(cè)量出微小的壓力;具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，遲滯小，可測(cè)量幾千赫茲乃至更高的脈動(dòng)壓力;應(yīng)用十分廣泛的一類壓力傳感器。缺點(diǎn)：擴(kuò)散電阻存在溫度效應(yīng)，易受環(huán)境溫度的影響.第45頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.力矩平衡式壓力變送器是一種典型的自平衡檢測(cè)儀表，利用負(fù)反饋的工作原理，測(cè)量精度0.5級(jí)。PFiF1F2F3FfI01—測(cè)量元件（膜盒、膜片）2—軸封膜片3—主杠桿4—矢量機(jī)構(gòu)5—量程調(diào)整螺釘6—連桿7—副杠桿8—檢測(cè)片（銜鐵）9—差動(dòng)變壓器10—反饋動(dòng)圈11—放大器12—調(diào)零彈簧13—永久磁鋼第46頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月l1l4l3l0lfl2F1F3F2FfF0HMFiθθ主杠桿：副杠桿平衡：

當(dāng)變送器結(jié)構(gòu)及電磁特性確定后，K為一常數(shù)。說明當(dāng)矢量機(jī)構(gòu)的θ確定后，變送器的輸出電流I0與輸入壓力P成對(duì)應(yīng)關(guān)系。-(1)-(2)-(3)-(4)-(5)第47頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.電容式壓力變送器電容式差壓變送器采用差動(dòng)電容作為檢測(cè)元件主要包括測(cè)量部件和轉(zhuǎn)換放大電路兩部分：差壓電容膜盒電容-電流轉(zhuǎn)換電路調(diào)零、零遷電路電流放大器反饋電路ΔpΔCIiIf＋＋I(xiàn)z－Io測(cè)量部分轉(zhuǎn)換放大部分電容式壓力變送器是目前最受歡迎的壓力、壓差變送器第48頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ΔP=0Ci1=Ci2=15pF

ΔP＞0Ci1的電容量減小

Ci2的電容量增大

——差動(dòng)電容測(cè)量原理電容式差壓變送器測(cè)量原理電容變化通過轉(zhuǎn)換/放大，輸出4～20mA的直流電信號(hào)。第49頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月該結(jié)構(gòu)可以有效地保護(hù)測(cè)量膜片不易損壞，與力矩平衡式相比，電容式?jīng)]有杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而尺寸緊湊，密封性與抗振性好，測(cè)量精度相應(yīng)提高，可達(dá)0.2級(jí)。傳感器有左右固定極板；在兩個(gè)固定極板之間是彈性材料制成的測(cè)量膜片，作為電容的中央動(dòng)極板；在兩側(cè)的空腔中充滿硅油。第50頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.智能型壓力變送器具有好的總體性能及長(zhǎng)期穩(wěn)定工作能力，所以每五年才需檢驗(yàn)一次。是在普通壓力/壓差傳感器的基礎(chǔ)上增加微處理器電路而形成的智能檢測(cè)儀表。特點(diǎn)是可進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。第51頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量工業(yè)過程流體壓力，并將其轉(zhuǎn)化成4～20mADC信號(hào)輸出。同時(shí)通過標(biāo)準(zhǔn)串行接口或現(xiàn)場(chǎng)總線HART協(xié)議通信輸出，可進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、遠(yuǎn)程控制、自診斷等功能。亦可采用紅外遙控設(shè)定參數(shù)。人工智能化的管理能使自動(dòng)化控制系統(tǒng)達(dá)到一種新的更高的層次。

智能型壓力變送器第52頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、壓力計(jì)的選用和安裝

選用＋安裝其它儀表也基本適應(yīng)第53頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.

壓力計(jì)的選用三個(gè)方面：選用時(shí)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝對(duì)壓力檢測(cè)的要求、被測(cè)介質(zhì)的特性、現(xiàn)場(chǎng)使用的環(huán)境等條件本著節(jié)約的原則合理地考慮儀表的量程、精度、類型（材質(zhì)）。第54頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⑴量程

測(cè)量穩(wěn)定壓力：最大工作壓力Pimax不超過上限值Pmax的2/3測(cè)量脈動(dòng)壓力：最大工作壓力Pimax不超過上限值Pmax的1/2測(cè)量高壓壓力：最大工作壓力Pimax不超過上限值Pmax的3/5最小工作壓力Pimin不低于儀表滿量程的1/3在選用儀表量程時(shí)，應(yīng)采用相應(yīng)規(guī)程或者標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)值。

指該儀表可按規(guī)定的精確度對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量的范圍。關(guān)鍵：根據(jù)操作中需要測(cè)量的參數(shù)的大小來確定?？紤]可能的異常超壓，對(duì)儀表的量程留有足夠的余地。這只是一個(gè)一般經(jīng)驗(yàn)要求，不是絕對(duì)的??！第55頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⑴量程

0min1max1/31/23/52/3高壓壓力脈動(dòng)壓力穩(wěn)定壓力第56頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⑵儀表精度——根據(jù)生產(chǎn)允許的最大誤差來確定，即要求實(shí)際被測(cè)壓力允許的最大絕對(duì)誤差應(yīng)小于儀表的基本誤差?！谶x擇時(shí)應(yīng)堅(jiān)持節(jié)約的原則，只要測(cè)量精度能滿足生產(chǎn)的要求，就不必追求用過高精度的儀表。第57頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1：有一壓力容器在正常工作時(shí)壓力范圍為0.4～0.6MPa，要求使用彈簧管壓力表進(jìn)行檢測(cè)，并使測(cè)量誤差不大于被測(cè)壓力的±4％，試確定該表的量程和精度等級(jí)。

解：

由題意可知，被測(cè)對(duì)象的壓力比較穩(wěn)定，則根據(jù)工作壓力的要求：根據(jù)儀表的量程系列，可選用量程范圍為0～1.0MPa的彈簧管壓力表。由題意，被測(cè)壓力的允許最大絕對(duì)誤差為：

Δmax=±0.6*4%=±0.024MPa這就要求所選儀表的相對(duì)百分誤差為：0.024/（1-0）*100%=2.4%按照儀表的精度等級(jí)，可選擇1.5級(jí)的壓力表。

由于

故被測(cè)壓力最小值不低于滿量程的1/3，允許。

第58頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有一臺(tái)空壓機(jī)的緩沖罐，其工作壓力變化范圍為13.5～16MPa，工藝要求最大測(cè)量誤差為0.8MPa，并可就地觀察及高低限報(bào)警。試選一合適的壓力表（包括測(cè)量范圍、精度等級(jí)）。例題2解:空壓機(jī)的緩沖罐的壓力視為脈動(dòng)壓力根據(jù)就地觀察及能進(jìn)行高低報(bào)警的要求，可選用YX-150

型電接點(diǎn)壓力表，測(cè)量范圍為0～40MPa。檢驗(yàn)量程下限：被測(cè)壓力的最小值不低于滿量程的1/3，符合要求。儀表量程選擇：最大相對(duì)百分誤差：所以選擇測(cè)量范圍為0～40Mpa，精度等級(jí)為1.5級(jí)的

YX-150型電接點(diǎn)壓力表。第59頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⑶儀表類型正確選用儀表類型是保證儀表正常工作及安全生產(chǎn)的前提。應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面:①儀表的材料壓力檢測(cè)的特點(diǎn)是壓力敏感元件與被測(cè)介質(zhì)直接接觸。例如：①對(duì)腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)應(yīng)使用像不銹鋼之類的彈性/敏感元件；

②氨用壓力表則不允許采用銅或銅合金；

③氧用壓力表在結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上與普通壓力表相同，但要禁油。上述選型原則也適用于差壓、流量、液位等其它檢測(cè)儀表的選型第60頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②輸出信號(hào)類型只需觀察壓力變化：可選如需將壓力信號(hào)遠(yuǎn)傳：檢測(cè)快速變化的壓力信號(hào)：如控制系統(tǒng)要求能進(jìn)行數(shù)字量通信：③使用環(huán)境對(duì)爆炸性較強(qiáng)的環(huán)境，在使用電氣壓力儀表時(shí)，應(yīng)選擇防爆型；對(duì)溫度特別高或特別低的環(huán)境，應(yīng)選擇溫度系數(shù)小的敏感元件。上述選型原則也適用于差壓、流量、液位等其它檢測(cè)儀表的選型彈簧管壓力表、液柱式壓力計(jì)等直接指示型；可選電氣式壓力檢測(cè)儀表；選電氣式壓力檢測(cè)儀表，如壓阻式壓力傳感器；可選用智能式壓力檢測(cè)儀表。第61頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.

壓力計(jì)的安裝分三種情況介紹：(1)一般壓力檢測(cè)儀表的安裝(2)特殊壓力檢測(cè)儀表的安裝(3)壓力變送器的安裝第62頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)一般壓力測(cè)量?jī)x表的安裝無論選用何種壓力儀表和何種安裝方式，安裝應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

壓力儀表必須經(jīng)檢驗(yàn)合格后才能安裝；②壓力儀表的連接處，應(yīng)根據(jù)壓力的高低和被測(cè)介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧献鳛槊芊鈮|圈，以防泄漏；③壓力儀表盡可能安裝在室溫，相對(duì)濕度小于80％，振動(dòng)小，灰塵少，沒有腐蝕性物質(zhì)的地方,對(duì)于電氣式壓力儀表應(yīng)盡可能避免受到電磁干擾；第63頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)一般壓力測(cè)量?jī)x表的安裝④壓力儀表應(yīng)垂直安裝。安裝高度應(yīng)與人的視線齊平，對(duì)于高壓壓力儀表，其安裝高度應(yīng)高于人的頭部；⑤測(cè)量液體或蒸汽介質(zhì)壓力時(shí)，應(yīng)避免液柱產(chǎn)生的誤差，壓力儀表應(yīng)安裝在與取壓口同一水平的