第3章 压力检测与仪表
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第三章第二节压力检测及仪表
(4).力矩平衡式压力变送器 工作原理:是一种典型的自平衡检测仪表,利用力矩平衡 和负反馈的工作原理。 结构:测量部分、杠杆系统、位移检测放大器、波纹管 反馈机构（气动压力变送器）或电磁反馈机构（电动 压力变送器）。 特点:测量精度高、工作稳定可靠、线性好、不灵敏区 小等。
DDZ-Ⅲ型电动力矩平衡压力变送器 直流电源24V,输出4-20mA (DC),两线制,安全防暴。 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; 9.差动变压器; 10.反馈线圈 11.放大器; 12.调零弹簧; 13.永久磁钢;
第二节 压力检测及仪表
一、压力单位及测压仪表 1.压力:指均匀垂直地作用在单位面积上的力。 单位(SI):帕斯卡,简称帕(Pa)。 F p 1Pa=1N/m2 1MPa=1X106Pa S
2.几种压力表示法 在压力测量中,常有表压.绝对压力.负压或真空度。 表压:是绝对压力和大气压力之差, 即 P表压 = P绝对压力 -P大气压力 真空度(负压):当被测压力低 于大气压力时,大气压力和 绝对压力之差,即 P真空度 =P大气压力 -P绝对压力
三、电气式压力计 1.定义:把压力转换为电信号进行传输及显示的仪表。 2.组成:压力传感器、测量电路和信号处理装置。 3.测量范围:7×10-5Pa---5×102MPa,测量范围广。 4.压力传感器作用:把压力信号检测出来,并转换成电信 号进行输出。当输出的电信号转换成标准信号时,压 力传感器称为压力变送器。 标准信号:是指物理量的形式和数值范围都符合国际标 准的信号。如直流电流4-20mA (0-10mA),空气压力 0.02-0.1MPa都为标准信号。 5.压力传感器分类:霍尔片式、应变片式、压阻式压力 传感器和力平衡式 、电容式压力变送器。
《压力测量及仪表》课件
六、常见故障及应对措施
压力测量与仪表的常见故障
常见故障包括零点漂移、量程溢出、传感器失效等， 需要及时识别问题并采取相应的应对措施。
应对措施
故障排除的应对措施包括重新校准、更换故障元件 或设备，以及进行仪表检修和维护。
七、结语
1 压力测量及仪表的重要性
压力测量及仪表在工业领域中起着至关重要 的作用，为工艺控制和设备运行提供了关键 数据。
压力测量技术根据原理和应用领域的不同，可以分 为直接测量和间接测量两大类。
推荐的压力测量技术
电阻应变式传感器和压电传感器是常用的推荐压力 测量技术，具有高精度和可靠性。
三、压力仪表
1 压力仪表分类
压力仪表可以分为指示仪表和控制仪表，用 于显示和控制压力参数。
2 压力变送器
压力变送器是一种常用的压力测量仪表，将 被测压力转换为电信号输出。
3 压力开关
压力开关是一种自动控制仪表，用于根据压 力变化实现设定值的开关动作。
4 压力表
压力表是一种指示仪表，用于直接显示被测 压力数值，通常以刻度盘形式出现。
四、压力传感器
压力传感器的工作பைடு நூலகம் 理
压力传感器利用压力对传感器 内部敏感元件（如应变片或压 电元件）产生的变形进行测量。
压力传感器的种类
常见的压力传感器包括电阻应 变式传感器、压电传感器和压 力微振式传感器等。
压力传感器的应用
压力传感器广泛应用于工业自 动化、汽车制造、医疗仪器等 领域，实现对压力的精准测量。
五、压力控制及保护
1 压力控制
压力控制通过对压力信号进行反馈控制，实 现对被控对象压力的准确控制。
2 压力保护
压力保护是为了防止压力超出安全范围，采 取的预警和保护措施，保护设备和人员的安 全。
化工常用仪表类型及原理-
感谢老师们的辛勤 付出和无私奉献， 为我们的成长保驾 护航。
THANKS
感谢观看
决学习中遇到的困难。
促进个性发展
02
鼓励同学们发挥特长和兴趣，提供个性化的发展空间和机会，
促进个人全面发展。
培养自主学习能力
03
引导同学们树立正确的学习观念和方法，培养自主学习的能力
和习惯。
对学校、老师、家长的责任与承诺
沟通与协调
加强与学校、老师、家长的沟 通联系，及时反馈同学们的学 习情况和生活状态，促进学校 、老师、家长之间的合作与交
丰富学生的课余生活，增强学生的社会责任感
通过参与学习活动，学生可以感受到学习的乐趣和收获，同时也可以让学生了解社会的需 求和发展趋势，从而增强学生的社会责任感和使命感。
参与学习辅导班、夏令营等活动的效果
提高学生的学习成绩和学习能力
参与学习辅导班、夏令营等活动可以让学生更加系统地学习知识和技能，同时也可以让学生了解自己的优势和不足之处，从 而更加有针对性地提高自己的学习成绩和学习能力。
促进学习交流与合作
搭建学习交流平台，鼓励同学们分享学习经验和方法，促进互相 学习、共同进步。
营造良好的学习氛围
通过加强与各班级、年级的联系，了解同学们的学习需求和困难 ，积极协调资源，营造良好的学习氛围。
对同学们的承诺与责任担当
提供学习支持与帮助
01
关注同学们的学习情况，提供必要的学习支持和辅导，帮助解
策划学习活动的效果
提升学生的学习能力和综合素质
通过策划学习活动，可以锻炼学生的组织能力、协调能力和沟通能力，同时也可以让学生 在活动中学习到更多的知识和技能，提高其综合素质。
增强学生的学习动力和自信心
第3章_压力检测-王威立
⑶ 电路补偿法
电桥补偿法要达到全补偿，需满足下列三个条件：
①R1和R2须属于同一批号的，即它们的电阻温度系
数 α 、线膨胀系数 β 、应变灵敏系数 K 都相同，两片的初 始电阻值也要求相同； ②用于粘贴补偿片的构件和粘贴工作片的试件二者 材料必须相同，即要求两者线膨胀系数相等； ③两应变片处于同一温度环境中。
2、半导体电阻应变片
基于半导体的“压阻效应” 体积小、灵敏度高、机械滞后小 温度稳定性差、非线性严重
三、电阻应变片的粘贴
应变片用粘结剂粘贴到试件表面上，粘结剂形成的胶
层必须准确迅速地将被测试件的应变传到敏感栅上。
选择粘结剂必须适合应变片材料和被测试件材料，不
仅要求粘接力强，粘结后机械性能可靠，而且黏合层要
的热输出相等，则电桥的输出电压为：
U 0 AR1 R1t R4 R2 R2t R3 AR R1t r R R2t r ARr rR1t Rr rR2t ArR1t R2t 0
⑶ 电路补偿法
1
电桥的平衡条件
2
电桥电压的灵敏度
3
非线性误差及补偿条件
1、电桥的平衡条件
当RL→∞时，电桥输出电压:
R1 R3 U0 U ） （3 24 R1 R2 R3 R4
R1 R2 RL U0
R3
U
R4
当电桥平衡时,U0=0，所以:R1 R4 = R2 R3 或 R1/R2 =R3/R4 (3-25)
l
2r 2(r-dr) F
l+ dl
金属丝的应变效应
2、金属丝应变效应
dL x — —金属的轴向应变 L dr y — —金属的径向应变 r
第三章第五节温度检测及仪表
(2).插入第三种导线的问题 用热电偶测温时,需接仪表来测热电势,而仪表要远 离测温点,这就需接第三种导线C。热电偶回路中接 入连接导线C,就构成新的接点,但不影响热电偶的 总热电势。
(2).插入第三种导线的问题: 如右(a)图:新的接点为3点和4点,两点的温度相同为
t1,则总热电势E(t,t0)为： E(t,t0)=eAB(t)+eBC(t1)+eCB(t1)+eBA(t0) = eAB(t)+eBC(t1)- eBC (t1)+ eBA(t0) = eAB(t)+ eBA(t0) = eAB(t)- eAB(t0) 可见,与没有接入第三种导线时 总热电势相等。
三、热电阻温度计
原理: 利用金属导体的电阻随温度的变化而变化 的原理来测温。
特点:在300℃下的灵敏度高于热电偶,在中、低温 (-200℃~650℃)的测量中得到了广泛应用。 组成:热电阻(感温元件).显示仪表(不平衡电桥或 平衡电桥).连接导线。连接导线采用三线制接法。 1.测温原理:测温元件(金属导体)的电阻随温度的 变化而变化的特性来测温的,电阻值与温度关系：
解:查表得:E(30,0)=1801µV, 则:E(t,0)= E(t,30)+ E(30,0)= 66982+1801=68783µV 查表得: E(900,0)= 68783µV, 即实际温度为t=900 ℃。 而不是66982µV对应的温度t’再加上30℃。
E(870,0)=66473µV, E(880,0)=67245µV 66982µV对应的温度t’→ t’ =870+(66982-66473)/(67245-66473)×10=876.6℃
温度相同。同理,如果回路中串接多 种导线,只要引线两端的温度相同, 就不影响热电偶所产生的热电势值。
压力检测及仪表的内容培训资料
•。显然：
α 为中心齿轮产生的角位移
•β 为扇形齿轮的圆心角
•c 为中心齿轮的半径
•
•α= β
• 将 β= Δ X 代入α= β
•调整a 即可调 整放大系统的 放大倍数。
•则
路漫漫其悠远
•三、电接点压力表
• 电接点压力表就是在普通弹簧管压力表的基础 上，增加了一个动触点，两个静触点。常用于压力 测量、压力报警和压力控制。
•PA＝0
路漫漫其悠远
•（3）斜管式压力计
•因为L>h •因此提高了仪 表的灵敏度。 •一般我们可以用斜管式压力计测微压。
路漫漫其悠远
•液柱式压力计在读数时应当注意：
•对于侵润型工作液（水、酒精等）应在最低 点读数（切线） •对于非侵润型工作液（水银）应在最高点读 数（切线）
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•二、弹性式压力计
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•压力检测仪表的内 容 •一、压力单位及测压仪表
•二、弹性式压力表 •三、电气式压力表 •四、压力变送器 •五、压力表的选择与安装
路漫漫其悠远
•一、压力单位及测压仪表
•压力是指垂直作用在单位面积上的力
•P 表示压力 •F 表示垂直作用力 •S 表示受力面积
•1MPa= 103 KPa •1KPa= 103 Pa
•另外还可用测量范围分类 压力表、微压计、真空表
。•用精度等级分类 精密表、标准表、工业用表
•用安装及指示特点分类 基地式（现场）压力表、远传
•
压力表、 指示型压力表、记录
•
型压力表等。
路漫漫其悠远
•1、液柱式压力计
• 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。 •结构形式：U型管压力计、单管压力计、斜管压 力计等。 • 特点：结构简单、使用方便。 • 缺点：精度受工作液的毛细管作用、密度及视 差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测量 校低压力、真空度或压力差。
《压力检测及仪表》课件
调整零点、量程，检查传感器是否损坏
压力仪表无法通讯
检查通讯线路、接口是否正常，协议是否匹 配
CHAPTER
05
新型压力检测技术及发展趋势
新型压力检测技术的特点与应用
特点
高精度、快速响应、低成本、智能化
应用领域
工业自动化、航空航天、医疗设备、科研实验等
新型压力检测技术的发展趋势与展望
发展趋势
集成化、微型化、网络化、智能化
压力检测是利用各种传感器和测 量仪表来测量气体或液体的压力
，以了解其压力状态的过程。
压力检测在工业生产、航空航天 、医疗等领域具有重要意义，是 保证设备和系统安全、稳定运行
的关键。
压力检测的原理与分类
01
总结词：压力检测的原理与分类
02
压力检测的原理主要是基于压力传感器的物理效应，如压阻效
应、压电效应等。
《压力检测及仪表》 PPT课件
CONTENTS
目录
• 压力检测技术概述 • 压力仪表的种类与特点 • 压力检测系统的设计与应用 • 压力仪表的校准与维护 • 新型压力检测技术及发展趋势 • 压力检测及仪表行业的发展前景
CHAPTER
01
压力检测技术概述
压力检测的定义与重要性
总结词：压力检测的定义与重要 性
电容式压力传感器
利用电容效应，将压力转换为 电容量变化，再通过电子测量 电路转换为电压或电流信号输 出。
压阻式压力传感器
利用半导体材料的压阻效应， 将压力转换为电阻值变化，再 通过测量电路转换为电压或电
流信号输出。
压力仪表的特点与应用
弹簧管压力表
膜片压力表
结构简单、价格低廉、使用方便，适用于 一般工业气体、液体和蒸汽的压力检测。
压力仪表无法通讯
检查通讯线路、接口是否正常，协议是否匹 配
CHAPTER
05
新型压力检测技术及发展趋势
新型压力检测技术的特点与应用
特点
高精度、快速响应、低成本、智能化
应用领域
工业自动化、航空航天、医疗设备、科研实验等
新型压力检测技术的发展趋势与展望
发展趋势
集成化、微型化、网络化、智能化
压力检测是利用各种传感器和测 量仪表来测量气体或液体的压力
，以了解其压力状态的过程。
压力检测在工业生产、航空航天 、医疗等领域具有重要意义，是 保证设备和系统安全、稳定运行
的关键。
压力检测的原理与分类
01
总结词：压力检测的原理与分类
02
压力检测的原理主要是基于压力传感器的物理效应，如压阻效
应、压电效应等。
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CONTENTS
目录
• 压力检测技术概述 • 压力仪表的种类与特点 • 压力检测系统的设计与应用 • 压力仪表的校准与维护 • 新型压力检测技术及发展趋势 • 压力检测及仪表行业的发展前景
CHAPTER
01
压力检测技术概述
压力检测的定义与重要性
总结词：压力检测的定义与重要 性
电容式压力传感器
利用电容效应，将压力转换为 电容量变化，再通过电子测量 电路转换为电压或电流信号输 出。
压阻式压力传感器
利用半导体材料的压阻效应， 将压力转换为电阻值变化，再 通过测量电路转换为电压或电
流信号输出。
压力仪表的特点与应用
弹簧管压力表
膜片压力表
结构简单、价格低廉、使用方便，适用于 一般工业气体、液体和蒸汽的压力检测。
新版精品第三章-压力检测
压电陶瓷外形
3 、 高分子压电材料
典型的高分子压电材料有聚偏二氟乙烯（PVF2或 PVDF）、聚氟乙烯（PVF）、改性聚氯乙烯（PVC）等。 它是一种柔软的压电材料，可根据需要制成薄膜或电缆套 管等形状。它不易破碎，具有防水性，可以大量连续拉制， 制成较大面积或较长的尺度，价格便宜，频率响应范围较 宽，测量动态范围可达80dB。
p1进气管
小型压阻式固态压力传感器 p1进气表管压压力传感器
《传感器与自动检测技术》
2、应变式力传感器
《传感器与自动检测技术》
《传感器与自动检测技术》
称重计
F
F
F
F
应变式力传感器
《传感器与自动检测技术》
各种悬臂梁
《传感器与自动检测技术》
各种悬臂梁
F
F
固定点
固定点
《传感器与自动检测技术》
电缆
第三章 压力及力的检测
第一节 压力的概念及单位 绝对压力 表压力 负压力 真空度
第二节 应变式压力计
一 应变效应 导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生
机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象 称为应变效应。
由电工学可知，设有一长度为l、截面积为a、半 径为r、电阻率为的金属单丝工作原理:
R
jCx1 jCx2
《传感器与自动检测技术》
可得：
•
•
Uo
U
•
C
2 C0
对于变间隙式差分电容传感器经分析推导可得：
•
• U d Uo •
(3)交通监测
将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分 类信息（包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎）、车速 监测、收费站地磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交 通数据信息采集（道路监控）及机场滑行道等。
过程装备与控制工程--压力检测及仪表
第三章 检测技术 a、弹簧管： 、弹簧管：
——压力传感器 是一根弯成2700圆弧的椭圆 形截面的空心金属管子。 固定端 O：输入压力P 自由端 Q：产生位移△X Q： △ P → △X △ X = K1P 或 △ γ = K1P
《过程设备控制技术》
△γ
△X
γ = 2700 O
Q
P
第三章 检测技术 b、传送放大机构： 、传送放大机构：
第三章 检测技术
§2 压力检测及仪表 一、概述： 概述： 概述 压力定义：单位面积所受的作用力。 压力定义 F 标准单位：Pa ( N/m2 ) 公式： 公式 P = S kPa MPa 绝对压力 P绝 P绝＞ P大 压力表示方法： 表压力 P表 压力表示方法 负压力 P负 P绝＜ P大 （真空度） 压力仪表可分为四大类: 压力仪表可分为四大类: 液柱式压力计 弹性式压力计 电气式压力计 活塞式压力计 P
1×106 9.807× 104 1.0133× 105 1.3332× 102 9.806× 103 6.895× 103 1×105
1 9.807× 10-2 0.10133 1.3332× 10-4 9.806× 10-3 6.895× 10-3 0.1
10.197
9.869
1.450×102
《过程设备控制技术》
1/3～2/3 ～ 需要确定： 需要确定： （1）仪表量程 仪表量程：根据被测压力的大小。 仪表量程 Pmax≤2/3（ P刻max － P刻min ）＋ P刻min P min ≥1/3（ P刻max － P刻min ）＋ P刻min （2）仪表精度 仪表精度：根据生产允许的最大检测误差。 仪表精度 （3）仪表种类、型号：根据被测介质性质、现场环境条件。 仪表种类、型号 仪表种类 P刻min P刻max
《压力测量及仪表》课件
跨界融合
新型压力测量技术及仪表 将与其他领域的技术和产 业融合发展，拓展应用领 域，推动产业升级。
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更换配件 如发现配件磨损或损坏，应及时 更换，以确保压力表的正常工作 和测量精度。
03
压力表的校准与检定
压力表的校准方法
线性校准
通过调整压力表的读数 ，使其与实际压力值保 持线性关系，以减小误
差。
温度补偿校准
考虑到温度对压力表读 数的影响，通过校准消 除温度变化带来的误差
。
重复性校准
确保压力表在多次重复 测量中具有一致的读数 ，以提高测量的可靠性
03
压力敏感元件可以是弹性膜片、应变片、电容等，它们将压力转换成 电信号或数字信号，再通过电子测量仪表进行显示或传输。
04
压力测量的精度和稳定性取决于敏感元件的特性、测量电路的设计和 环境因素的影响。
压力测量仪表的分类
总结词：压力测量仪表的分类
光学式压力测量仪表利用光学原理进行 压力测量，具有精度高、稳定性好等优 点，但成本较高。
在使用过程中，注意观察压力表的工作状 态，如发现异常应及时处理和维修。
压力表的维护与保养
清洁维护 定期清洁压力表表面，保持清洁 卫生，避免污垢和杂质的干扰。
储存保管 在储存和保管过程中，注意避免 潮湿、阳光直射和高温等不利因 素的影响，以免影响压力表的使 用寿命和测量精度。
校准调整 根据需要定期进行校准和调整， 以确保测量精度和使用效果。
新型压力测量技术及仪表的应用前景
工业自动化
新型压力测量技术及仪表在工业自动化领域具有广泛的应 用前景，能够实现生产过程中的压力参数监测和控制。
能源行业
在能源行业中，新型压力测量技术及仪表可用于石油、天 然气等资源的压力监测，保障生产安全和效率。
化工仪表第3章1压力检测
“表压力”（又叫相对压力），“表压力”以大气压力为 起点，符号为Pg。
第二节 压力检测及仪表
在压力测量中，常有:表压、绝对压力、负压或真空 度之分。
p表 大气压力线
p表压 p绝对压力 p大气压力
P绝
P真 P绝 零线
图3-4 绝对压力、表压、负 压（真空度）的关系
当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度 来表示。
0～100℃的温度测量仪表才满足本题的测量要求。
检测仪表的主要性能指标
二、变差
在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对被测变量在全量程 范围内进行正反行程（即逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量 时，对应于同一被测值的仪表输出可能不等，二者之差的绝对 值即为变差。 变差的大小，根据在同一被测值下正反特性间仪表输出的最大 绝对误差和测量仪表量程之比的百分数来表示：
变差
最大绝对差值 测量范围上限值 测量范围下限值
100%
检测仪表的主要性能指标
三、灵敏度和灵敏限
仪表的灵敏度是表征仪表指针的线位移或角位移与引起这个
位移的被测参数的变化量的比值，即
灵敏度＝Δy/Δx
仪表的灵敏度-在数值上等于单位被测参数变化量所引起的 仪表的灵敏限-引起仪表指针发生动作的被测参量的最小变
慢常采用时间常数T和传递滞后时间（纯滞后时
间）τ两个参数表示（这两个参数的含义与上
一章中对象数学模型中的时间常数T和纯滞后时
间τ的数学含义是一致的）。 它们的存在会降低检测过程的动态性能，其中 纯滞后时间τ的不利影响远远超过时间常数T的 影响。
工业仪表的分类
1、按仪表使用的能源分类： 气动仪表、电动仪表、液动仪表
检测仪表的主要性能指标
第二节 压力检测及仪表
在压力测量中，常有:表压、绝对压力、负压或真空 度之分。
p表 大气压力线
p表压 p绝对压力 p大气压力
P绝
P真 P绝 零线
图3-4 绝对压力、表压、负 压（真空度）的关系
当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度 来表示。
0～100℃的温度测量仪表才满足本题的测量要求。
检测仪表的主要性能指标
二、变差
在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对被测变量在全量程 范围内进行正反行程（即逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量 时，对应于同一被测值的仪表输出可能不等，二者之差的绝对 值即为变差。 变差的大小，根据在同一被测值下正反特性间仪表输出的最大 绝对误差和测量仪表量程之比的百分数来表示：
变差
最大绝对差值 测量范围上限值 测量范围下限值
100%
检测仪表的主要性能指标
三、灵敏度和灵敏限
仪表的灵敏度是表征仪表指针的线位移或角位移与引起这个
位移的被测参数的变化量的比值，即
灵敏度＝Δy/Δx
仪表的灵敏度-在数值上等于单位被测参数变化量所引起的 仪表的灵敏限-引起仪表指针发生动作的被测参量的最小变
慢常采用时间常数T和传递滞后时间（纯滞后时
间）τ两个参数表示（这两个参数的含义与上
一章中对象数学模型中的时间常数T和纯滞后时
间τ的数学含义是一致的）。 它们的存在会降低检测过程的动态性能，其中 纯滞后时间τ的不利影响远远超过时间常数T的 影响。
工业仪表的分类
1、按仪表使用的能源分类： 气动仪表、电动仪表、液动仪表
检测仪表的主要性能指标
第3章_压力检测-王威立20140320
有足够大的剪切弹性模量，良好的电绝缘性，蠕变和滞 后小，耐湿、耐油、耐老化，动态应力测量时耐疲劳等。
四、电阻应变片的温度补偿
1
温度误差 温度补偿 热敏电阻补偿
2
3
1、温度误差
由于环境温度变化引起的电阻变化与试件应变所造成 的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产生很大的测量误 差，称为应变片的温度误差，又称热输出。 因环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素： 应变片的电阻丝(敏感栅)具有一定温度系数； 电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。
直流测量电桥
欲使电桥达到平衡，直流电桥其相邻两臂的电阻比值 应该相等。
2、电桥电压灵敏度
若R1由应变片替代，当电桥开路时，不平衡电桥输出
的电压为:
R3 R1 R4 R2 R3 RR4 R1 R1 U0 U ( ) U R1 R1 R2 R3 R4 ( R1 R1 R2 )( R3 R4 ) R`1 R4 R1 R3 R1 R4 U U R R R ( R1 R1 R2 )( R3 R4 ) 1 (1 2 )(1 4 ) R1 R1 R3
⑶ 电路补偿法
F
R1
F R1 R2
F
R2
构件受弯曲应力
构件受单向应力
梁受弯曲应变时，应变片R1和R2的变形方向相反，上面受拉，下 面受压，应变绝对值相等，符号相反，将它们接入电桥的相邻臂后， 可使输出电压增加一倍。当温度变化时，应变片R1和R2阻值变化的符 号相同，大小相等，电桥不产生输出，达到了补偿的目的。
1、温度误差
设环境引起的构件温度变化为Δt（℃）时，粘贴在 试件表面的应变片敏感栅材料的电阻温度系数为αt ，则 应变片产生的电阻相对变化为: 由于敏感栅材料和被测构件材料两者线膨胀系数不同 ，当Δt 存在时，引起应变片的附加应变，相应的电阻 相对变化为:
四、电阻应变片的温度补偿
1
温度误差 温度补偿 热敏电阻补偿
2
3
1、温度误差
由于环境温度变化引起的电阻变化与试件应变所造成 的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产生很大的测量误 差，称为应变片的温度误差，又称热输出。 因环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素： 应变片的电阻丝(敏感栅)具有一定温度系数； 电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。
直流测量电桥
欲使电桥达到平衡，直流电桥其相邻两臂的电阻比值 应该相等。
2、电桥电压灵敏度
若R1由应变片替代，当电桥开路时，不平衡电桥输出
的电压为:
R3 R1 R4 R2 R3 RR4 R1 R1 U0 U ( ) U R1 R1 R2 R3 R4 ( R1 R1 R2 )( R3 R4 ) R`1 R4 R1 R3 R1 R4 U U R R R ( R1 R1 R2 )( R3 R4 ) 1 (1 2 )(1 4 ) R1 R1 R3
⑶ 电路补偿法
F
R1
F R1 R2
F
R2
构件受弯曲应力
构件受单向应力
梁受弯曲应变时，应变片R1和R2的变形方向相反，上面受拉，下 面受压，应变绝对值相等，符号相反，将它们接入电桥的相邻臂后， 可使输出电压增加一倍。当温度变化时，应变片R1和R2阻值变化的符 号相同，大小相等，电桥不产生输出，达到了补偿的目的。
1、温度误差
设环境引起的构件温度变化为Δt（℃）时，粘贴在 试件表面的应变片敏感栅材料的电阻温度系数为αt ，则 应变片产生的电阻相对变化为: 由于敏感栅材料和被测构件材料两者线膨胀系数不同 ，当Δt 存在时，引起应变片的附加应变，相应的电阻 相对变化为:
中国石油大学化工检测仪表第三章 压力测量
当绝对压力大于大气压时，一般用表压表示； 绝对压力小于大气压时，一般用真空度表示。
基本概念
三、压力仪表分类：根据信号传输方式 1. 就地指示式：液柱式、弹管压力表 2. 远传信号式：电阻式、电容式、霍尔式、电感式等
第二节 就地指示压力测量仪表
3.2.1 液柱式压力计 3.2.2 弹性式压力计
3.2.1 液柱式压力计
四、 液柱式压力计特点 （1） 就地指示，简单直观 （2） 测量低压（差压）
（3）常用于实验室，因不能耐高温、易碎，现场很少用
（4）因工作液不同，液柱表面会出现弯月现象，正确的读数方法： 浸润性工作液:读取凹月 面的最低点；
非浸润性工作液:读取凸 月面的最高点。
3.3.2 弹性式压力计
ห้องสมุดไป่ตู้
三、电接点压力表 在普通弹簧管压力表的基础 上附加两个静触点1和2，触点 位置可根据要求的压力上、下 限数值设定。 指针3为测量值，是动触点， 在动、静触点之间接入电源。 压力超限时，动、静触点闭 合，报警回路接通，信号灯亮 （蜂鸣器响）发出报警信号。 还可经中间继电器实现某种信号联锁控制或位式控制。
3.2.1 液柱式压力计
一、U型管压力计
根据静力平衡原理可知，在U形管2-2截面上 左右压力平衡
被测介质 ρ´
教材是力平衡：PA ghA ghA PA A 有问题
P gh gh PA
g — 重力加速度； PA — 相对较低的压力或大气压； P — 相对较高的压力。
结论：
x k1 P
k1 ↑ →量程↓
K1由若弹簧管横截面几何形状、刚度决定，则 P↑→ x↑ 可据位移x变化测量压力P。
刚度↑→ k1↓→量程↑ 弹簧管长度↑→ k1 ↑ →量程↓ 用于小量程（多圈弹簧管）
《自动化仪表与过程控制》课件2.1 压力的检测及仪表
2.1.3 电气式压力计
定义 电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。
优点
1. 该仪表的测量范围较广，分别可测7×10-5Pa至5×102MPa的 压力，允许误差可至0.2％；
2. 由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过程中可以 实现压力自动控制和报警，并可与工业控制机联用。
② 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。
③ 测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部， 使导压管内不积存气（液）体。
（2）导压管铺设
① 导压管粗细要合适，一般内径为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 。 如 超 过 50m，应选用能远距离传送的压力计。
图3-5 弹性元件示意图
弹簧管式弹性元件如图(a)和(b)所示，波纹管式弹性元 件如图(e)所示，薄膜式弹性元件如图(c)和(d)所示。
2.弹簧管压力表
使用的测压元件
单圈弹簧管压力表与多圈
分
弹簧管压力表。
类
用途
普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用
压力表、禁油的氧气压力表等。
1—弹簧管；2 —拉 杆；3 —扇形齿轮； 4 —中心齿轮；5 — 指针；6 —面板； 7 —游丝；8 —调整 螺丝；9 —接头
5
3
1.0332
1
760
1.3332×10 1.3332 1.3595×10 1.3158×10 1
2
×10-4
-3
-3
1.0197 ×10-4 1.0197 ×102 10.00
10.33
第压力检测与仪表
可以测量气体和蒸汽的压强， 测量上限通常为13.33mPa(即10－4 mmHg)。
形 成的离子数，正比于气体的压强：
1-灯丝;2-阴极; 3-加速极;4-收集极
P 1 i S ie
式中P—真空度，Pa；i+—离子电流，μA； ie—发射电流，mA；S—规管常数。
刘玉长圆筒形应变压力传感器及应变检测桥路
五、压阻式压力检测
压阻元件是基于压阻效应工作的一种压力 敏感元件。它实际上就是在半导体材料的基片上 利用集成电路工艺制成的扩散电阻。
由于单晶硅平膜片在微小变形时有良好的 弹性特性，因此常作为弹性元件使用。
它具有精度高、工作可靠、动态响应好、 迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单等特点，可 在恶劣的环境条件下工作，便于实现显示数字化。
(K2-比例系数)
(3) Δd很小，满足d02-Δd 2≈d02 ，则电容的变化量
与压差ΔP成正比：
ΔC=C2-C1=K3ΔP (K3=2K1K2/d02)
刘玉长
三、压电式压力传感器
压电式压力传感器是利用压电材料的压电 效应将被测压力转换为电信号。输出的大小与输 入压力成正比例关系，按压力指示。
特点：结构简单、紧凑，小巧轻便，工作 可靠，线性度好，频率响应高，量程范围广。
P πd 2 H 2 4V
P与测量管段上的高 度差H的平方成正比。
刘玉长
二、热电偶式真空计
利用发热丝周围气体的导热率与气体的 稀薄程度(真空度)间的关系。
刘玉长
一组是加热丝，一般用铂丝 或钨丝，通入恒定的加热电流；
另一组是热电偶的热电极，
其工作端焊在加热丝上，用来测量 加热丝表面温度的变化，一般用镍 铬—康铜热电偶。
指针 扇形齿轮
形 成的离子数，正比于气体的压强：
1-灯丝;2-阴极; 3-加速极;4-收集极
P 1 i S ie
式中P—真空度，Pa；i+—离子电流，μA； ie—发射电流，mA；S—规管常数。
刘玉长圆筒形应变压力传感器及应变检测桥路
五、压阻式压力检测
压阻元件是基于压阻效应工作的一种压力 敏感元件。它实际上就是在半导体材料的基片上 利用集成电路工艺制成的扩散电阻。
由于单晶硅平膜片在微小变形时有良好的 弹性特性，因此常作为弹性元件使用。
它具有精度高、工作可靠、动态响应好、 迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单等特点，可 在恶劣的环境条件下工作，便于实现显示数字化。
(K2-比例系数)
(3) Δd很小，满足d02-Δd 2≈d02 ，则电容的变化量
与压差ΔP成正比：
ΔC=C2-C1=K3ΔP (K3=2K1K2/d02)
刘玉长
三、压电式压力传感器
压电式压力传感器是利用压电材料的压电 效应将被测压力转换为电信号。输出的大小与输 入压力成正比例关系，按压力指示。
特点：结构简单、紧凑，小巧轻便，工作 可靠，线性度好，频率响应高，量程范围广。
P πd 2 H 2 4V
P与测量管段上的高 度差H的平方成正比。
刘玉长
二、热电偶式真空计
利用发热丝周围气体的导热率与气体的 稀薄程度(真空度)间的关系。
刘玉长
一组是加热丝，一般用铂丝 或钨丝，通入恒定的加热电流；
另一组是热电偶的热电极，
其工作端焊在加热丝上，用来测量 加热丝表面温度的变化，一般用镍 铬—康铜热电偶。
指针 扇形齿轮
仪表基础知识——压力检测及仪表
2 压力检测及仪表2.1 压力概念及其单位压力的定义是垂直而均匀的作用在物体单位面积上的力称为压力。
在物理学中，将气或液相的介质，垂直作用于单位面积上的压力称为“压强”。
因而，在物理学中压力是作用力的概念，所以，工程技术中的压力与物理学中的压强概念相同。
根据压力的定义，压力P的基本公式是： P=S F（1）式中：P—压力F—垂直作用力，力的单位是具有专门名称的导出单位N（牛顿），其定义为：当1千克（kg）质量的物体产生1m/s 2加速度的力，为1N（牛顿）。
s—受力作用的面积从式（3-1）可知，压力与所承受力的面积成反比，而与所受的作用力成正比。
压力的单位根据国际单位制（代号为SI）的规定，压力单位名称是帕斯卡，简称帕（Pa），用符号“Pa”表示。
它是具有专门名称的导出单位。
1984年我国也规定将帕斯卡作为法定的压力计量单位。
1帕为1牛顿每平方米，即1Pa=1N/m 2 （2）压力的常用单位还有：标准大气压、工程大气压、毫米水柱、毫米汞柱，以及巴、磅力每平方英寸等。
这些单位属于非法定计量单位，应尽量少用。
如确要使用，要掌握与法定计量单位的转换方法。
各种压力计量单位和转换关系如表1所示，表中数据取4位有效数字。
具体应用时要根据各自需要选用适当的有效数字进行有关计算。
1.标准大气压大气压是围绕地球表面上大气层空气重量所产生的压力，它不仅与地理位置如海拔高度、纬度有关，而且还与时间、气候等条件有关，常用P 大气压表示。
国际上把在纬度为 45°海平面上大气压定为标准大气压，它相当于温度为0℃、760mm汞柱在1cm 2面积上所产生的压力，常用atm或P 标准表示，也称为物理大气压。
取重力加速度g=9.807m/s 2、汞密度为 13.60g/cm 3时，有： Paatm 53310014.110760807.91060.131×=××××=−（3）现在，国际标准化组织（ISO）直接采用105Pa作为1个标准大气压。
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S
刘玉长
ε
d
转换放大单元
I0
固定电极
P1 P2
填充液 (硅油)
可动电极
隔离膜片
电容式压力传感器结构与检测原理图
Δd=K1ΔP ΔC=C2-C1=K3ΔP
刘玉长
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；再将电容 的变化通过电容/电流转换电路，即可得到与压力成正比 的4~20mADC输出信号。
刘玉长
三、电离式真空计
在一定条件下，电子在单位距离上所形成的离 子数，正比于气体的压强：
1 i P S ie
式中，P—真空度，Pa；i+—离子电流， μA；ie—发射电流，mA；S—规管常数。 由于有灼热的灯丝，在气压较高时会 吸收气体，影响被测真空度，但在 0.1333～1.333μPa(即10-3～10-8mmHg)的范 围内能进行准确的测量。
刘玉长
第一节
一、压力定义与单位
概 述
垂直作用在单位面积上的力称压力。 在国际单位制(SI)和我国法定计量单位中， 压力的单位是“帕斯卡”，简称“帕”，符 号为“Pa”。 由于历史原因，其它一些压力单位还在 使用，表3-1给出了各种压力单位之间的换算 关系。
刘玉长
表3-1 常用压力换算表
单位
帕斯卡(Pa) 标准大气压 (atm) 毫米汞柱 (mmHg) 毫米水柱 (mmH2O) 千克力/厘米2 (工程大气压) (kgf/cm2) 巴 (bar) 磅/寸2 (Psi)
1-灯丝;2-阴极; 3-加速极;4-收集极
刘玉长
可用热电偶式真空计与电离式真空计组装成复合真空计。
第五节压力检测仪表的选用
一、压力计的选择
选择压力仪表应根据被测压力的种类(压力、负压或压差)、 被测介质性质、用途(标准、指示、记录和远传等)以及生产过程 所提的技术要求，同时应本着既满足测量准确度、又经济的原则， 合理地选择压力仪表的型号、量程和精度等。
51.715
703.072
7.031玉长
二、压力的表示方法
压力有三种表示方法，即绝对压力、表压 力、负压力或真空度，它们的关系如下图所示。
P表压 大气压力线 P绝对压力 P真空度 P绝对压力 绝对压力的零线
绝对压力、表压、负压(真空度)的关系
刘玉长
三、压力检测方法
刘玉长
(三)压力计的安装
测压仪表安装时应注意： (1)仪表应垂直于水平面安装，且仪表应安装在取压口同一水平 位置，否则需考虑附加高度误差的修正； (2)仪表安装处与测定点之间的距离应尽量短，以免指示迟缓； (3)保证密封性，不应有泄漏现象出现，尤其是易燃易爆气体介 质和有毒有害介质； (4)当测量蒸汽压力时，应加装冷凝管，以避高温蒸汽与测温元 件接触； (5)对于有腐蚀性或粘度较大、有结晶、沉淀等介质，可安装适 当的隔离罐，罐中充以中性的隔离液，以防腐蚀或堵塞导 压管和压力表； (6)为了保证仪表不受被测介质的急剧变化或脉动压力的影响， 加装缓冲器、减振装置及固定装置。
Pa
1
atm
9.869×10-6
mmHg
7.501×10-3
mmH2O
0.102
kgf/cm2
1.02×10-5
bar
10-5
Psi
1.450×10-4
101325
1
760
1.033×104
1.033
1.013
14.696
133.3
1.316×10-3
1
13.595
1.360×10-3
1.333×10-3
第三章 压力检测与仪表
压力(真空度)是工业生产过程中一种常 见而又重要的检测参数，正确的检测和控制 压力是保证工业生产过程良好地运行，达到 高产、优质、低耗及安全生产的重要环节。 此外，生产过程的一些其它参数，如物位、 流量等也可以通过测量压力或差压的测量而 获得。 刘玉长
第一节 概述 第二节 弹性式压力计 第三节 压力(差压)传感器 第四节 真空计 第五节 压力检测仪表的选用
刘玉长
第二节 弹性式压力计
用弹性传感器(又称弹性元件)组成的 压力测量仪表称为弹性式压力计。弹性元 件受压后产生的形变输出(力或位移)，可 以通过传动机构直接带动指针指示压力(或 压差)，也可以通过某种电气元件组成变送 器，实现压力(或压差)信号的远传。 刘玉长
一、 测量原理
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x，即 x=pA/C
刘玉长
一、霍尔压力传感器
霍尔压力传感器属于位移式压力(差压)传 感器。它是利用霍尔效应，把压力作用所产生 的弹性元件的位移转变成电势信号，实现压力 信号的远传。
(一)霍尔效应
把半导体单晶薄片(霍尔片)置于磁场B中， 当在晶片的y轴方向上通以一定大小的电流I时， 在晶片的x轴方向的两个端面上将出现电势， 这种现象称霍尔效应，所产生的电势称为霍尔 电势UH。 刘玉长
三、压电式压力传感器
压电式压力传感器是利用压电材料的压电 效应将被测压力转换为电信号。输出的大小与 输入压力成正比例关系，按压力指示。 压电材料在沿一定方向受到压力或拉力作 用时而发生变形，并在其表面上产生电荷；而 且在去掉外力后，它们又重新回到原来的不带 电状态，这种现象就称为压电效应。
刘玉长
压电式压力传感器结构示意图
刘玉长 圆筒形应变压力传感器及应变检测桥路
五、压阻式压力检测
压阻元件是基于压阻效应工作的一种压力敏感元件。 它实际上就是在半导体材料的基片上利用集成电路工艺 制成的扩散电阻。 由于单晶硅平膜片在微小变形时有良好的弹性特性， 因此常作为弹性元件使用。 它具有精度高、工作可靠、动态响应好、迟滞小、 尺寸小、重量轻、结构简单等特点，可在恶劣的环境条 件下工作，便于实现显示数字化。 当单晶半导体受到应力作用，其载流子的迁移率 发生变化，而改变其电阻率ρ，从而引起电阻值的相 对变化，这种现象称为半导体的压阻效应。 刘玉长
(一)仪表量程的选择
选择原则：安全、可靠： (1)被测压力较稳定场合：最大工作压力不应超过仪表满量程的 3/4； (2)被测压力波动较大或测脉动压力：最大工作压力不应超过仪 表满量程的2/3； (3)为保证测量准确度，最小工作压力不应低于满量程的1/3； (4)优先满足最大工作压力条件； (5)实际量程符合国家标准规定值。我国出厂的压力(差压)仪表的 刘玉长 量程系列：(1.0、1.6、2.5、4.0、6.0)×10nPa。
二、电容式压力传感器
电容式压力传感器是通过弹性膜片位移引起电容量 的变化从而测出压力(或差压)的。平行极板电容器的电 容量C与极板间介质的介电常数ε 、极板面积S以及极板 间距d的关系为： C=εS/d 只要保持上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。电容式压力(差压)传感器器常采 用变间隙式。
二、压力计的安装
压力计的安装正确是否，直接影响到测量结果的正确性 与仪表的寿命，一般要注意以下事项：
刘玉长
(一) 取压点的选择 选择原则：取压点必须真正反映被测介质的压力，应该取在被测介质流动的 直线管道上，而不应取在管路急弯、阀门、死角、分叉及流束形成涡流的区域。
取压点选择
(1)当管路中有突出物体(如测温元件)时，取 压口应取在其前面； (2)当必须在控制阀门附近取压时，若取压 口在其前，则与阀门距离应不小于2倍管 径，若取压口在其后，则与阀门距离应 不小于3倍管径； (3)测量流动介质压力时，取压管与流动方 向应垂直； (4)在测量液体介质的管道上取压时，宜在 水平及其以下45º 间取压，可使导压管内 不积存气体；在测量气体介质的管道上 取压时，宜在水平及其以上45º 间取压， 可使导压管内不积存液体，如右图。
B′ B r R A p O
2a 2b
刘玉长
弹簧管压力表
刻度盘 中心齿轮 弹簧管 游丝 指针 扇形齿轮
拉杆 调整螺钉 接头
刘玉长
螺旋弹簧管、盘簧管
(二)波纹管差压计
波纹管的特点是灵敏度高(特别是在低 压)，但是迟滞误差较大，波纹管压力表的测 量范围较小，一般为0～0.4MPa，仪表的准 确度等级为1.5～2.5级。
(二)仪表精度的选择
压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误差来确定， 即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差。
(三)仪表类型的选择
(1)从被测介质压力大小来考虑：稳定、波动； (2)被测介质的性质：如腐蚀性、温度、黏度、易燃易爆等； (3)对仪表输出信号的要求：直接显示或远传、记录、报警等； (4)使用的环境：爆炸性、高温、低温场所。
霍尔电势UH与电流I以及磁场强度B的关系 如下： UH=RHIB 式中，RH为霍尔系数，与霍尔片材料、结构尺 寸有关。改变磁场强度B或电流I都可使UH发生 变化。
刘玉长
霍尔效应原理
(二)霍尔式压力传感器
它由压力-位移转换部分、位移-电势转换部分和稳 压电源等三部分组成。
刘玉长
霍尔片式压力传感器结构原理图 1－弹簧管； 2－磁钢； 3－霍尔片
一、压缩式真空计
在温度不变的条件下， 根据气体压缩前、后的压力 与体积的关系来测量真空度。 刘玉长
二、热电偶式真空计
利用发热丝周围气体的导热率与气体的稀薄 程度(真空度)间的关系。
一组是加热丝，一般用铂丝 或钨丝，通入恒定的加热电流； 另一组是热电偶的热电极， 其工作端焊在加热丝上，用来测 量加热丝表面温度的变化，一般 用镍铬—康铜热电偶。 可以测量气体和蒸汽的压强， 测量上限通常为13.33mPa(即10－4 mmHg)。
刘玉长
(二)导压管的铺设
导压管的长度一般为3~50m，内径为6~8mm， 连接导管的水平段应保持1:10~1:20的坡度，以利于 排除冷凝液体或气体，测液体介质时下坡，测气体 介质时上坡。 (1)当被测介质为易冷凝或冻结时，应加伴热管 再行保温。 (2)在取压口与测压仪表之间，应靠近取压口装 切断阀。 (3)对液体测压管道，应靠近压力表处装排污。