压力测量及测压仪表4

2020/1/221压力检测方法及仪表压力检测方法液柱测压法弹性变形法电测压力法压力检测仪表弹簧管压力表霍尔式压力表差压（压力）变送器力平衡式压力变送器微位移式变送器智能差压（压力）变送器主要内容第二节压力测量2020/1/222压力的基本概念垂直而均匀地作用在单位面积上的力式中Ｐ——压力（Pa）Ｆ——均匀垂直作用力（N）Ｓ——受力面积（m2）SF1Pa=1*10-3KPa=1*10-6MPa单位:牛顿/米2（N/m2），简称“帕”，用符号“Pa”2020/1/223压力的几种表示形式被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压（或真空度）表压（正压）绝对压力的零线大气压力线绝对压力绝对压力真空度2020/1/224压力检测方法及仪表1、利用液体压力平衡原理根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量hh12211p1p2h2P0h1h211p200常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞式压力表等。测量原理2020/1/225U形管压力计2020/1/2262、利用弹性变形原理压力检测方法及仪表将被测压力转换成弹性元件变形的位移测量原理P弹簧管式弹性元件P膜片式弹性元件2020/1/227当弹性元件在轴向受到外力作用时，就会产生拉伸或压缩位移，即CSF式中F——轴向外力S——位移C——弹性元件的刚度系数APF式中A——弹性元件承受压力的有效面积P——被测压力PCAS测量原理S~P2020/1/228压力检测方法及仪表弹性元件结构和特点2020/1/2293、电测压力法利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被测压力变换为电信号来进行测量的。压力检测方法及仪表测量原理1.弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成相应的电信号，如电阻式、电感式、电容式、霍尔片式、应变式、振弦式等；2.非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理性质与压力有关，如压电式、压阻式、压磁式等。2020/1/2210一、弹簧管压力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1、结构2、使用3、安装2020/1/2211变送器(传感器)这一词是指将被测的某一物理量按照一定转换规律转换成另一种已知的物理量的一种转换装置。它是一个用于检测控制变量(信息)的器件,它具有检测,转换,传输信息的功能。二、差压（压力）变送器2020/1/2212（一）变送器的基本原理•变送器的基本原理是基于负反馈原理工作的，包括测量（输入转换）、放大和反馈三个部分。其结构方框图如下。测量部分D放大器K反馈部分F调零、零点迁移xzi+-zfεy变送器的构成原理图z0yymaxymin0xminxmaxx变送器输出输入关系2020/1/2213•测量部分作用是检测被测参数x，并将其转换成电压（或电流、位移、力矩、作用力等）信号Zi送到放大器输入端。•反馈部分作用是将变送器的输出信号y转换成反馈信号送回放大器的输入端。Zi与调零信号Z0的代数和与反馈信号Zf进行比较，其差值ε送入放大器进行放大，并转换成标准信号。yx2020/1/221414变送器的构成原理测量部分D放大器K反馈部分F调零、零点迁移xzi+-zfεy变送器的构成原理图z0变送器输出与输入关系为:)(10zDxKFKY式中D——测量部分的转换系数；K——放大器放大系数；F——反馈部分的反馈系数。当放大器的放大系数足够大，且满足KF＞＞1时，上式变为)(10zDxFY变送器的输出与输入之间的关系仅取决于测量部分和反馈部分的特性，而与放大器的特性几乎无关。2020/1/2215如果转换系统C和反馈系统F是常数，则变送器的输出与输入将保持良好的线性关系。如右图所示。图中，Xmax、Xmin分别是被测参数的上、下限值，也即变送器测量范围的上、下限值（图中Xmin＝0）；Ymax、Ymin分别是输出信号的上、下限值，与统一信号的上、下限值相对应。yymaxymin0xminxmaxx变送器输出输入关系2020/1/221616量程调整yymaxymin0xmaxxxmax——量程调整的目的是使变送器的输出信号的上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。量程调整的方法，通常是改变反馈部分的反馈系数F。F愈大，量程就愈大；F愈小，量程就愈小。2020/1/221717零点调整和零点迁移——零点调整和零点迁移的目的，是使变送器输出信号的下限值ymin与测量信号的下限值xmin相对应。yymaxymin0xminxmaxxyymaxymin0xminxmaxxyymaxymin0xminxmaxx零点调整正迁移负迁移实现零点调整和零点迁移的方法，是在负反馈放大器的输入端加上一个零点调整信号z0。当z0为负值时可实现正迁移；而当z0为正值时则可实现负迁移。2020/1/2218（二）电容式压力、差压变送器压力检测方法及仪表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容器的电容量，然后通过测量电容量C便可以知道被测压力的大小，从而实现压力-电容转换的。dC定极板弹性元件动极板被测压力测量原理ε——电容器极板间绝缘介质的介电常数，F/mA——电容器两平行板覆盖的面积，m2d——两平行板之间的距离，mC——电容量，F2020/1/2219测量部分压力检测方法及仪表I0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2020/1/2220电容式压力、差压变送器特点压力检测方法及仪表•结构简单、体积小、动态性能好，电容相对变化大、灵敏度高•在普通压力传感器上增加微处理器•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--4～20mA信号2020/1/2221压力检测方法及仪表A/D转换器温度传感器电容传感器传感膜头内存修正系数膜头信号微处理器传感器线性化重设量程诊断工程单位通信电子板内存量程值变送器组态信息D/A转换数字通信本机量程和零点调整手操器传感膜头电子线路板4～20mA3051C型智能变送器原理图2020/1/2222（三）扩散硅式压力、差压变送器变送器外型尺寸扩散硅式压力、差压变送器采用硅杯压阻式传感器为敏感元件，具有体积小、质量轻结构简单和稳定性好的特点。2020/1/2223测量部分的工作原理变送器的测量部分如右图所示。敏感元件由两片研磨后胶合成杯状的硅片组成。当硅杯受压时，压阻效应使杯上的扩散电阻阻值发生变化，从而使由这些电阻组成的电桥产生不平衡电压。硅杯两面浸有硅油，硅油和被测介质之间用金属膜片分开。当被测量差压输入到测量室内作用于隔离膜片上时，膜片将驱使硅油移动，并把压力传递给硅杯压阻传感器。于是，传感器上的不平衡电桥就有电压信号输出给放大器，经放大器处理，输出4～20mA直流电流信号。