压力仪表培训资料

1—应变筒； 2—外壳； 3—密封膜片 图3-11 应变片压力传感器示意图
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3.压阻式压力传感器
工作原理 压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成。 采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集 成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻， 并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。 当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散 在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由 桥式电路获得相应的电压输出信号。
1—弹簧管；2 —磁钢；3 —霍尔片
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2.应变片压力传感器 应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片 有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当 应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通 过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记 录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。
图2.4 常见弹簧管截面形状
2.弹簧管压力表
分 类
使用的测压元件 弹簧管压力表。
单圈弹簧管压力表与多圈
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
弹簧压力表 33
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特点
精度高、工作可靠、频率 响应高、迟滞小、尺寸小、 重量轻、结构简单； 便于实现显示数字化； 可以测量压力 ，稍加改 变，还可以测量差压、高度、 速度、加速度等参数。
图3-12 压阻式压力传感器 1—基座；2—单晶硅片； 3—导环；4—螺母；5—密 封垫圈；6—等效电阻
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4.力矩平衡式压力变送器
k――与弹簧管结构、尺寸、材料有关的常数。
结论 （1）弹簧管变形与弹簧管结构及尺寸有关。 （2）弹簧管变形与弹簧管材料性能有关。 （3）弹簧管变形与被测压力P成正比。
2．弹簧管的结构和材料
弹簧管的截面形状：有扁圆形、椭圆形、D型、双零形、8字形。 弹簧管的材料：磷锡青铜（QSn4-0.3）、弹簧铜（50CrVA）；不锈钢 （1Cr18Ni9Ti）或恒弹性合金钢（N42CrTi,Ni42Cr6Ti）。
点；3 —绿灯；5 —红灯
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三、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。 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％；
优点
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。
缺点
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2.弹性式压力计 它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。 3.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（如 电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。
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4.活塞式压力计 它是根据水压机液体传送压力的原理，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。 优点 测量精度很高，允许误差可小到0.05%～0.02%。
缺点
结构较复杂，价格较贵。
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二、弹性式压力计
定义
弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件， 在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后 产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。 具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢 固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的 精度等优点。 可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压 力。
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4、压力测量仪表的分类
测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。
（1）液柱式压力计 （2）弹性式压力计 （3）活塞式压力计 （4）电测式压力计
1.液柱式压力计
它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。
按其结构形式的不同 有U形管压力计、单管压力计等 优点 这类压力计结构简单、使用方便 其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 量较低压力、真空度或压力差。
压力的概念与压力单位
1．压力的概念
工程上统称介质垂直作用在单位面积上的力为压力
2．压力的单位
国际单位制法定单位：帕斯卡 （Pa）。 常用压力单位换算关系。 1MPa=10.1972 Kgf/cm2 1atm=101.325 kPa=760 mmHg 1mmH2O=9.80662 Pa
为了使大家了解国际单位制中的压力单位（Pa或 MPa）与过去的单位之间的关系，下面给出几种单位之 间的换算关系表。
1 2 R2 b2 ＝ (1 2 ) P K P 2 E bh a
、 ――弹簧管材料的泊松系数和弹性模量；
R——弹簧管圆弧外半径； a、b——弹簧管截面长半轴、短半轴； h――弹簧管的壁厚； k――弹簧管的几何参数，
图2.3 弹簧管的测压原理
――系数；
工作原理：被测压力由接头9通入弹簧管内腔，使
弹簧管1产生弹性变形，自由端B向右上方位移。通 过拉杆2使扇形齿轮3作逆时针偏转，进而带动中心 齿轮4作顺时针偏转，于是固定在中心齿轮上的指针 5也作顺时针偏转，从而指出被测压力的数值。由于 自由端B的位移量与被测压力之间成正比例关系，因 此弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。
3、弹性元件的基本特性：
刚度：产生单位位移所需要的压力。 弹性滞后：是指弹性材料在加载、卸载的正反行程中,相同压力下变形不同,ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
位移曲线是不重合的。
弹性后效：是指载荷在停止变化之后，弹性元件在一段时间之内还会继续 产生类似蠕动的位移。 温度系数：温度改变1度引起的刚度的变化。
1．弹簧管测压原理
被测压力p作用于弹簧管内腔后，其截面变形-变园。但是，弹簧管弧长 度拉伸变形可以忽略不计，弹簧管微元截面绕管轴心逆时针方向转动。 所有弹簧管截面微元变形累积的结果，使整个弹簧管中心角减小，弹簧 管产生向外挺直的扩张变形，自由端向右上方位移。
化工检测仪表及自动化
压力检测及仪表

内容提要
压力的概念与压力单位 压力仪表种类及工作原理 压力、差压变送器种类及工作原理 压力计的选择、校验与安装
1
压力测量的意义
化工生产中，通常遇到压力和真空度的测量。 若压力不符合要求，不仅会影响生产效率，降低产 品质量，还会造成严重生产事故。化学反应中，压 力既影响物料平衡关系，也影响化学反应速度。所 以，压力的测量与控制，对保证生产过程正常进行 ，达到高产、优质、低消耗和安全是十分重要的。 测量压力的仪表常称压力表或压力计，测量真空度 的仪表称为真空表或负压计。根据生产工艺的不同 要求，测压仪表可对被测压力进行指示、记录，也 可以带有远传报警控制等装置。
U H RH BI
式中，UH为霍尔电势；RH为霍尔常数， 与霍尔片材料、几何形状有关；B为磁感应 强度；I为控制电流的大小。 39
图3-9 霍尔效应
注意 霍尔电势与磁感应强度和电流成正比。提高B和I值可增 大霍尔电势UH，但两者都有一定限度，一般I为3～20mA， B约为几千高斯，所得的霍尔电势UH约为几十毫伏数量级。
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电接点压力表
作用：压力越限报警、控制。
结构：在普通弹簧管压力表上附加
触点机构而成 原理：压力表指针上有动触点2， 表盘上另有两根可调节指针，上 面分别有静触点1和4。当压力超过 上限给定数值时，2和4接触，红色 信号灯5的电路被接通，红灯发亮。 若压力低到下限给定数值时，2与1 图3-7 电接点信号压力表 接触，接通了绿色信号灯3的电路。 1，4 —静触点；2 —动触 1、4的位置可根据需要灵活调节。
1
1.422
（磅/ 英寸2 ）
巴
6.895×103
6.895× 10-3
0.1
0.07031
0.06805
51.71
0.7031
1
0.0689 5
1
1×105
1.0197
0.9869
750.1
10.197
14.50
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3．压力的表示方法
在压力测量中，压力的的表示方法有4种： 大气压力、绝对压力、表压力、负压力或真 空度
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组成
图3-8 电气式压力计组成方框图
一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用 的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。
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几种常见的传感器或变送器： 1.霍尔片式压力传感器 霍尔片式压力传感器是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔 元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从 而实现压力的测量。 霍尔电势可用下式表示
（1）绝对压力P ：介质的真实压力。
（2）表压力：
p P Pa
（3）负压力：
p Pa P
p表 P绝 P真
大气压力线
P绝 绝对压力的零线
图3-4 绝对压力、表压、负 压（真空度）的关系
p表压 p绝对压力 p大气压力
当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。
p真空度 p大气压力 p绝对压力
14.22
10
0.9807
1.0133×105 1.3332×102
1.0332 1.3595×103
1 1.3158×103
760 1
10.33 0.0136
14.70 1.934×10-2
1.0133 1.3332 ×10-3 0.0980 6
水柱
9.806×103
0.1000
0.09678
73.55
力矩平衡式压力变送器是一种典型的自平衡检测仪 表，它利用负反馈的工作原理克服元件材料、加工工艺 等不利因素的影响，使仪表具有较高的测量精度（一般 为0.5级）、工作稳定可靠、线性好、不灵敏区小等一系 列优点。
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举例
以DDZ-Ⅲ型电动力矩平衡压力变送器为例