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Chap3Chap3Chap3Chap3检测仪表与传感器§2压力检测及仪表一、概述二、弹性式压力计★三、电气式压力计★四、压力计的选用★三、电气式压力计1.霍尔片式压力传感器★2.应变片式压力传感器★3.压阻式压力传感器★4.4.4.4.力矩平衡式压力变送器★5.5.5.5.电容式压力变送器6.6.6.6.智能型压力变送器4.4.4.4.力矩平衡式压力变送器（1111）结构（2222）差动变压器（3333）原理4.4.4.4.力矩平衡式压力变送器（1111）结构：具有杠杆传动机构，尺寸较大。•0.5级，输出4~20mADC，两线制•右图是DDZ-Ⅲ型电动力矩平衡压力变送器示意图。4.4.4.4.力矩平衡式压力变送器（1111）结构：•1—测量膜片•2-轴封膜片•3-主杠杆•4-矢量机构•5-量程调整螺钉•6-连杆•7-副杠杆•8-检测片（衔铁）•9-差动变压器•10-反馈动圈•11-放大器•12-调零弹簧•13-永久磁钢4.4.4.4.力矩平衡式压力变送器（2222）差动变压器：把衔铁位移量x的大小和方向转换成差动变压器输出电动势u的大小和相位。120120120ueeueeueeu=−=⎧⎪=−⎨⎪=−⎩电动势的大小和相位由铁芯相对铁芯居中时，铁于线圈中心移动芯上移的距离时，铁芯下和方向移时，来决定。4.4.4.4.力矩平衡式压力变送器（3333）工作原理：按力矩平衡原理工作。采用反馈力平衡的原理，反馈力的平衡方式可以是弹性力平衡或电磁力平衡等。4.4.4.4.力矩平衡式压力变送器（3333）工作原理：按力矩平衡原理工作。I0=4~20mA主杠杆Fi矢量机构反馈动圈U差动变压器p（显示）测量膜片Fi=fpF1Fil1=F1l2F2副杠杆F2=F1tanθ位移Δx检测放大器Ff=K2I0F2l3=Ffl4?相等则副杠杆平衡00tantanpIIKpKpθθθ=⇒=确定后，（与）成正比。4.4.4.4.力矩平衡式压力变送器•量程调整：通过调节量程调整螺钉5，来改变θ值。（θ↑则量程↓）；•调零：通过调零弹簧12；•反馈环节的作用：为了保证在量程一定时，变送器的比例系数为常数，即使输出信号I0与输入信号p呈线性关系。5.5.5.5.电容式压力变送器（1111）结构（2222）工作原理（3333）性能5.5.5.5.电容式压力变送器（1111）结构：0.2级，输出4~20mADC，开环检测仪表。•将左右对称的不锈钢底座的外侧加工成环状波纹沟槽，并焊上波纹隔离膜片。•基座内侧有玻璃层，基座和玻璃层中央有孔道相通。玻璃层内表面磨成凹球面，球面上镀有金属膜，此金属膜层有导线通往外部，构成电容的左右固定极板。两固定极板之间是弹性材料制成的测量膜片，作为电容的中央动极板。测量膜片两侧的空腔中充满硅油。5.5.5.5.电容式压力变送器（1111）结构：I0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测量部分包括电容膜盒、高低压室及法兰组件等.5.5.5.5.电容式压力变送器（2222）工作原理：电容元件00AdAdεε---平行极板覆盖的面积；---极板间距离（定值）；---极板常数，与材料等有关。则电容大小：C=5.5.5.5.电容式压力变送器（2222）工作原理：21121221212100212001120-030100,)2pppAACCddpKpAAddKKKpdpCCCCCCKpCCεεεε∆====∆∆∆∆=∆∆∆∆==∆==+∆=∆−∆+1201020当（即）时，d=d=d，,，当时，d=d+d，d=d-d，dC=C=+d-dd差动电容d当时。）），可类推。定极板定极板动极板d1d2A5.5.5.5.电容式压力变送器（2222）工作原理：先将压力变化转换为电容量的变化，然后进行测量。被测压力p1，p2隔离膜片差压Δp测量膜片位移Δd动静极板4~20mADC差动电容检测、放大电路定极板弹性元件动极板被测压力5.5.5.5.电容式压力变送器（3333）性能：•可有效保护测量膜片•过载承受能力强•尺寸紧凑，密封性与抗振性好•测量精度高在普通压力传感器上增加微处理器。特点有：•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，其组成：•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6.6.6.6.智能差压（压力）变送器6.6.6.6.智能差压（压力）变送器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四、压力计的选用1.1.1.1.类型的选择；2.2.2.2.测量范围的选择；★3.3.3.3.精度等级的选择。★1.1.1.1.类型的选择1.1.1.1.类型：满足生产工艺的要求。•工艺要求现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信号报警•介质性质温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性•现场环境温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性•如：是否要远传？有无报警要求？被测介质的物理、化学性能有否特殊要求？现场环境条件要求？•例：氨用压力计，其弹簧管都用碳钢，不可用铜合金。氧用压力计，则要禁油。2.2.2.2.测量范围的选择2.2.2.2.测量范围：•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。•一般按操作中需要测量的参数的大小来确定该仪表的测量范围。1/21/32/3p下限p上限化工自控设计技术规定：被测压力较稳定的情况，最大压力值应不超过满量程的2/3；被测压力波动较大的情况，最大压力值应不超过满量程的1/2被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3。2.2.2.2.测量范围的选择2.2.2.2.测量范围：1/21/32/3p下限p上限23321223553ppppppp⎧≤≥⎪⎪⎪≤≥⎨⎪⎪≤≥⎪⎩测最大上限上限测最大测最大上限上上限测最大测最大上限上限最大大限测最测：令-被测压力最大值压力波动小，p，即p压力波动大，p，即p高压时，p1）测量范围上限p的选择，即p2.2.2.2.测量范围的选择2.2.2.2.测量范围：1/21/32/3p下限p上限13p下限测最小测最小：令-被测压力最小值一般地，p不2低于满量）测量范围下限的选程的为p择宜。选择仪表的标尺极限值，需在产品目录或标准中查找合适数值。3.3.3.3.精度等级的选择3.3.3.3.精度等级：由工艺上所允许的最大测量误差来定。（价廉耐用即可）Eg.p∆≤允有一台空压机，压力最大不超过12MPa，要求0.4MPa，请选择一台就地指示的压力仪表。3.3.3.3.精度等级的选择解.221224P93)0.4=100%=100%=1.6%251.523-251.5MppMPaAPaδ==×=∆××测上限允1）类型：）测量范围：）精用弹簧管式（能用就行、经济）查表（教度：综上，应选择Y-100，0，级的材，选择。∴测量范围为。∴精度等级选择级。仪表。25MPa0~25MPa3.3.3.3.精度等级的选择例....有一台空压机的缓冲罐，其工作压力变化范围为13.5～16MPa，工艺要求最大测量误差为0.8MPa，并可就地观察及高低限报警。试选一合适的压力表（包括测量范围、精度等级）。3.3.3.3.精度等级的选择解....仪表量程选择：空压机的缓冲罐的压力视为脉动压力。PaPPΜ=×=×=322162max根据就地观察及能进行高低报警的要求，可选用YX-150型电接点压力表，测量范围为0～40MPa。检验测量范围下限：31405.13ΜΜPaPa被测压力的最小值不低于满量程的1/3，符合要求。工艺允许误差：%2%100408.0=×所以选择测量范围为0～40Mpa，精度等级为1.5级的YX-150型电接点压力表。回顾1.液柱式压力计的原理2.弹性式压力计、电接点信号压力表的原理★3.霍尔片式压力传感器的原理4.应变片式压力传感器的原理★5.压阻式压力传感器的原理★6.力矩平衡式压力变送器的原理★7.电容式压力变送器的原理8.压力计的选择（类型、测量范围上下限、精度等级）★作业Ex.23Ex.23Ex.23Ex.23Ex.24Ex.24Ex.24Ex.24Ex.26Ex.26Ex.26Ex.26习题Ex.7Ex.7Ex.7Ex.7•压力指垂直均匀地作用于单位面积上的力。•关系：p表压=p绝对压力－p大气压力p真空度=p大气压力－p绝对压力Ex.Ex.Ex.Ex.8888•通常，由于各种工艺设备和检测仪表本身就处于大气压力之下，因此工程上常采用表压和真空度来表示压力的大小，一般仪表所指的压力也是表压或真空度。习题Ex.9Ex.9Ex.9Ex.9测压仪表按其转换原理不同，主要分为四大类：•液柱式压力计：它是将被测压力转换成液柱高度来进行测量的；•弹性式压力计：它是将被测压力转换成弹性元件的位移来进行测量的；•电气式压力计：它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量来进行测量的；•活塞式压力计：它是根据液压原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。习题Ex.Ex.Ex.Ex.10101010主要的弹性元件有：•弹簧管：可分为单圈弹簧管与多圈弹簧管，它们的测压范围较宽，最高可测量高达1000MPa的压力；•膜片：可分为平薄膜、波纹膜、膜盒等，它的测压范围较弹簧管式的为低，通常可与其他转换环节结合起来，组成相应的变送器；•波纹管：这种弹性元件易变形，常用于微压与低压的测量。习题Ex.Ex.Ex.Ex.11111111•测压原理：将被测压力转换成弹簧管自由端的位移来进行测量的。•主要组成：弹簧管、放大机构、指针、面板及压力接头。•测压过程：当被测压力通入弹簧管后，由于弹簧管在压力作用下产生变形，使其自由端产生位移，经放大后就可以由指针在面板上指示出相应的压力值。习题Ex.Ex.Ex.Ex.12121212•控制线路图：p下限p上限220V~绿灯红灯警笛习题Ex.Ex.Ex.Ex.13131313•将霍尔元件与弹簧管配合，可组成霍尔片式弹簧管压力传感器。当被测压力引入后，弹簧管自由端产生位移，因而改变了霍尔片在磁场中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例，利用这一电势就可实现压力的测量。Ex.Ex.Ex.Ex.14141414•应变片式压力传感器：测压元件是电阻应变片。利用金属导体的电阻应变效应制成的。•压阻式压力传感器：测压元件是单晶硅片。利用半导体的压阻效应制成的。习题Ex.Ex.Ex.Ex.15151515•基本原理：按力矩平衡原理工作。I0=4~20mA主杠杆Fi矢量机构反馈动圈U差动变压器p（显示）测量膜片Fi=fpF1Fil1=F1l2F2副杠杆F2=F1tanθ位移Δx检测放大器Ff=K2I0F2l3=Ffl4?相等则副杠杆平衡00tantanpIIKpKpθθθ=⇒=确定后，（与）成正比。•当电流I0流过反馈线圈时，产生电磁反馈力施加于副杠杆上，使副杠杆以支点O2顺时针转动，直到与驱动力矩相平衡为止。习题Ex.Ex.Ex.Ex.16161616•工作原理：将弹性元件的位移转换为电容量的变化。将测压膜片作为电容器的可动极板，它与固定极板组成可变电容器。当被测压力变化时，由于测压膜片的弹性变形产生位移改变了两块极板之间的距离，造成电容量发生变化。•特点：结构紧凑、灵敏度高、过载能力大、测量精度可达0.2级、可以测量压力和差压。习题Ex.Ex.Ex.Ex.21212121maxmax1100%1%1%101%0.010.0120.50.5080.008AAMPaMPaxxMPaδ∆=±×=±⇒∆=×=−×=⇒∆=−=−=−∆允允允测标）（）（）允许的最大绝对误差为。）（）∵-0.010.01∴在这一点符合1级精度。习题Ex24.Ex24.Ex24.Ex