第一章第二节压力测量第一讲

表压力是以当地大气压作为零标准的压力。通常，所谓压力就是指表压 力。 差压是用两个压力之差表示的压力，也就是以大气压以外的任意压力作零 标准的压力。
测压仪表的分类
液柱式压力计
依据重力与被测压力平衡的原理制成的，可将 被测压力转换为液柱的高度差进行测量
U型管压力计、单管压力计以及斜管压力计
测压仪表
动态特性好。 电容传感器活动零件少，而且质量很好，本身具有很高的自振频率，
所以动态特性好。
能量损耗小。 电容式传感器的工作是变化极板的间距，而电容变化并不产生热量。
结构简单，适应性好。 电容式传感器的主要结构是两块金属极板和绝缘层，结构很简单，在
振动、辐射环境下仍能正常工作。
主要缺点：
非线性大。 对于极距变化型电容式传感器，从位移变为电容变化是非线性的，
压力传感器
1、霍尔片压力传感器
霍尔式压力传感器是利用霍尔效应把压力引起的弹性元件的位移转换 成电势输出的装置。
霍尔效应
把一半导体单晶薄片放在磁感应 强度为B的磁场中，在它的两个端 面上通以电流I，则在它的另两个 端面上产生电势UH，这种物理现 象称为霍尔效应。电势UH称为霍 尔电势；电流I称为控制电流；能 产生霍尔效应的片子称为霍尔元 件。
弹簧管压力计
当被测压力从输入端通入 后，由于椭圆形截面在压 力 p 的作用下将趋于圆 形，因而弯成弧形的弹簧 管随之产生向外挺直的扩 张变形。其自由端就从 B 移到 B ’。从而将压力 变化转换成位移量，压力 越大，位移量越大。
弹簧管式压力计的自由端位移量一般不超过2~5mm，测压范围为 0.03~1GPa，也可用来测真空度。
活动电极由弹性稳定性好的特殊合金薄片制成，在压差作用下，通过 内充的硅油使测量膜片产生于差压成正比的可以左右移动的微小位移， 从而引起测量膜片与两侧固定极板间的电容产生差动变化。差动变化 的两电容由引线接到测量电路。再转换成二线制的直流输出信号输出， 达到测量目的。
主要优点：
输入能量小而灵敏度高。 极距变化型电容式传感器只需要很小的能量就能改变电容极板的位置。
如一对直径为1.27cm的圆形电容极板上施加10V电压，极板间隙为 2.54*10-3cm，只需3*10-5N的力就能使极板产生位移。因此电容传感器可 以测量很小的力、振动加速度，而且很灵敏。
电参量相对变化大。 电容式压力传感器电容的相对变化dC/C>100%，有的甚至可达到200%，
说明传感器的稳定性好。
膜盒：
为增大膜片中心的位移量、提高灵敏度，把两片金属膜片周边焊接 起来，成为膜盒。
波纹管
优点：灵敏高，可测较低压力
x
缺点：迟滞误差较大，精度一般只
有1.5级。
在波纹管中引入压力时，其自由端
产生伸缩变形，可以得到较大的线
位移，但压力--位移特性的线性不
如弹簧管。
弹性式压力计的误差
1．迟滞误差 相同压力下，同一弹性元件正反行程的变形量不一样， 产生迟滞误差。
霍尔电势可表示为
UH

RH IB d

KH IB
式中：RH为霍尔系数；d为霍尔元件厚度；KH为霍尔元件的灵敏度。
霍尔压力传感器结构
当被测压力为零时，霍尔元件
处于非均匀磁场的正中，其输
出电势为零；当被测压力不为
零的时候，霍尔元位移的电势输出。若弹性
元件的位移与被测压力成正比，
一般所说，所选用仪表的准确度越高，则测量结果越准确，但不 应盲目追求高准确度的仪表，因为仪表准确度越高，价格也越高， 不易操作及维护，应在满足生产过程要求的前提下，尽可能选用 价廉的仪表。
压力计的安装 1、压力点的选择
测压点要选在被测介质作直线流动的直管段上，不可选在管路拐弯、 分岔、死角或易形成漩涡的地方。
弹簧管压力计优点
弹簧管压力计结构简单,使用方便，价格低廉，测压范围宽，应 用十分广泛。一般弹簧管压力计的测压范围为-105～109Pa； 精确度最高可达±0.1％。
可测负压、微压、低压、中压和高压
一般压力表适用于测量无爆炸危险，不结晶，不凝固及对钢及铜 合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等介质的压力。
弹性式压力计
依据弹性力与被测压力平衡的原理制成，弹性 元件变形的多少反映了被测压力的大小。
弹簧管压力计、波纹管压力计以及膜盒式压力计
电气式压力计
利用一些物质与压力有关的物理性质进行测压。
电阻应变片式、电容式、压电式、电感式、霍 尔式
U型管压力计
单管压力计
2.2 弹性压力计
弹性式压力计是以各种形式的弹性元件受压后产生的弹性变形作为测 量的基础。常用的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管，相应的有弹簧 管压力计、膜式压力计和波纹管式压差计。
则传感器的输出电势也与被测
1-弹簧管； 2-磁铁； 3-霍尔元件
压力成正比。
2、电容式压力传感器
工作原理
电容器的电容量由它的两个极板的大小、形状、相对位置和电介质的介电 常数决定。如果一个极板固定不动，另一个极板感受压力，并随着压力的 变化而改变极板间的相对位置，电容量的变化就反映了被测压力的变化。
2、压力（差压）测量
2.1概述
压力（压差）是指垂直作用在单位面积上的力。
对于运动流体，根据测量所取的面不同，可分为总压力、静压力、动压 力。 根据测量要求，按零标准的方法，可分为绝对压力、表压力、差压力等。
绝对压力是以完全真空作为零标准的压力。在用绝对压力表示低于大气压 时，把该绝对压力称为真空度（负压力）。
压力计的选择
1、仪表类型的选用
原则：仪表类型的选用必须满足工艺对生产的要求
例如：压力表按安装场合，分就地指示型和远传型
特殊用途压力表：氧用压力表、氨用压力表，耐氯压力表等。
2、仪表量程的选择
原则：选量程时，应尽量让被测工艺变量处于仪表量程的中间区域 。
当压力波动不大时，被测压力的变化应在1／3～3／4量程范围内。 压力计上限值应为被测最大压力的4/3倍。 当压力波动大时，被测压力的变化应在1／3～2／3量程范围内。压 力计上限值应为被测压力最大值的3/2倍。 为了保证测量精确度，所测压力的数值不应太接近仪表的下限；一 般被测压力的最小值，应不低于仪表量程的1/3(提高精度)。 最后确定仪表的量程时还应查相应的规格，选规格中有的量程范围。
弹性式压力计误差的改善途径
1．用无迟滞误差或迟滞误差极小的“全弹性”材料和 温度误差很小的“恒弹性”材料制造弹性元件。
2．采用新的转换技术，减少或取消中间传动机构，以 减少间隙误差和磨擦误差。
3．限制弹性元件的位移量，采用无干磨擦的弹性支承 或磁悬浮支承等。
4．采用合适的制造工艺，使材料的优良性能得到充分 的发挥。
平板电容器的电容量C为 C

S
d
若电容的动极板感受压力产生位移Δd，则 电容量将随之改变，其变化量ΔC为
C

d
S d

S d

C
1
d / d d /
d
当ε、S确定之后，可以通过测量电容量的变化得到动极板的位移量，进
而求得被测压力的变化。
ε ——平行极板间的介电常数
由上式可以看出，只要保持式中任何两个参数为常数，电容就是另一个 参数的函数，故电容变换器有变间隙式、变面积式、和变介电常数式三 种。而电容式压力变送器常采用变间隙式，如下图所示。
利用测量电路电容转换为电压变化也是非线性的，采用差动式结构非 线性可以得到改善，但不能完全消除。除非采用专门的测量电路，如 运算放大器等。
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水平管道：①测量液体时，取压点方位应在管道中、下侧部；
②测量气体时，取压点应在管道上部； ③测量蒸气时，取压点在管道两侧中部； 测量流动介质时，导压管应与介质流动方向垂直，管口与管壁应平齐， 并不能有毛刺。
气体（上部） 蒸汽（中部）
液体（中、下侧部）
取压点示意图
2、测量蒸汽压力时，应加装冷凝管，以避高温蒸汽与测 压元件接触。如图所示，对于有腐蚀性或黏度大、有结 晶、沉淀等的介质，可安装适当的葛丽冠，罐中充中性 隔离液，防腐蚀或导管堵塞压力表。
2．后效误差 弹性元件的变形落后于被测压力的变化，引起弹性后 效误差。
3．间隙误差 仪表的各种活动部件之间有间隙，示值与弹性元件的 变形不可能完全对应，引起间隙误差。
4．摩擦误差 仪表的活动部件运动时，相互间存在摩擦力，产生摩 擦误差。
5．温度误差 环境温度的变化会引起金属材料弹性模量的变化，造 成温度误差。
3、仪表精度等级的选择
精度

仪表允许误差 仪表的量程 100%
（x a
x） 0 max
-b
100%
根据工艺中所允许的最大测量误差和前面确定的仪表量程，可以计算 出仪表的精度，但计算出的精度不一定正好是精度系列中的数字。 那么我们该怎么选呢？
选取仪表时，精度的确定原则：选比计算出的数字小一点的值， 即选取精度等级稍高一点的仪表。
为了提高弹簧管的灵敏度，增加自由端的位移量，可采用盘旋形弹 簧管或螺旋形弹簧管。
为了保证弹簧管压力表的指示正确和长期使用，应使仪表在允许的 压力范围内工作，被测压力波动较大的场合，仪表的示值应控制在 量程的1／2附近；被测压力波动小时，仪表示值可在量程的2／3左 右，但被测压力值一般不应低于量程的1／3。
3、取压口到压力表之间应装有切断阀，如上图所示，以 备检修压力表时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地 方。需要进行现场校验或经常冲洗导压管的地方，切断 阀可改用二通阀。