压力检测及仪表

3.2.5 压力检测仪表的选用和安装
选用＋安装
其它仪表也基本适用
——压力检测仪表的选用
三个方面——选用时应根据生产工艺 对压力检测的要求、被测介质 的特性、现场使用的环境等条 件本着节约的原则合理地考虑 仪表的量程、精度、类型（材 质）等。
⑴量程
仪表的量程是指该仪表可按规定的精确度对被测量进行测量的范围
1
2
P
3
(a)传感器 1－外壳 2－弹性筒 3－膜片
压阻式（扩散硅）压力差压变送器
因电阻率变化引起阻值变化称为压阻效应。半导体
材料的压阻效应比较明显。 用作压阻式传感器的基片材料主要为硅片和锗片， 由于单晶硅材料纯、功耗小、滞后和蠕变极小、机 械稳定性好，而且传感器的制造工艺和硅集成电路 工艺有很好的兼容性，以扩散硅压阻传感器作为检 测元件的压力检测仪表得到了广泛的使用。
上通常采用表压或者真空度来表示压力的大小，一般的压力检测仪表所指示的压力也是
表压或者真空度。
除特殊说明之外，以后所提及的压力均指表压。
3.2.2 压力检测方法的分类
目前工业上常用的压力检测方法和压力检测仪表很多，根据敏感元件和转换原理 的不同，一般分为四类： (1)液柱式压力检测 (2)弹性式压力检测 一般采用充有水或水银等液体的玻璃U形管或单管进行测量。 它是根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移进 行测量的。常用的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管等。 (3)电气式压力检测 它是利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电量进行测量的 仪表，如电阻、电荷量等。 (4)活塞式压力检测 它是根据液压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞 面积上所加平衡砝码的质量来进行测量。 活塞式压力计的测量精度较高，允许误差可以小到0.05％～ 0.02％，它普遍被用作标准仪器对压力检测仪表进行检定。
3.2.4 弹性式压力检测
弹性式压力检测是用弹性元件把压力转换成弹性元件位移的一种检测方法。
x x x
x
x
px
平薄膜
px
波纹膜
px
波纹管
px
单圈弹簧管
px
多圈弹簧管
膜 片受压力作用产生位移，可直接带动传动机构指示。但更多的是和其他转换元件 合起来使用，通过膜片和转换元件把压力转换成电信号； 波纹管的位移相对较大，一般可在其顶端安装传动机构，带动指针直接读数。其特点 是灵敏高（特别是在低压区），常用于检测较低的压力（1.0～106Pa），但波纹管迟 滞误差较大，精度一般只能达到1.5级； 弹簧管结构简单、使用方便、价格低廉，它使用范围广，测量范围宽，可以测量负压、 微压、低压、中压和高压，因此应用十分广泛。根据制造的要求，仪表精度最高可达 0.15级。
3.2 压力检测及仪表
压力的表示方法 ☆ 检测方法的分类 ☆ 液柱式压力检测 ☆ 弹性式压力检测 ★ 电气式压力检测 ★ 智能式压力变送器 ☆
压力检测仪表的选用和安装 ☆
3.2.1 压力的表示方法
绝对压力 pa p pa ph p
三种压力表示方法
表压力
大气压p0
1.01325×105Pa
负压或真空度 ph
生变化。这种因尺寸变化引起阻值变化称为应变效应。
应变片多以金属材料为主，一般和弹性元件一起使用。 应变筒的上端与外壳固定在一起，下端与不锈钢密封膜片3 紧密接触，应变片r1和r2用胶合剂贴紧在应变筒的外壁，与 筒体之间不发生相对滑动。
r1 r2
r1沿应变筒轴向贴放，作为测量片；r2沿径向贴放，作为温 度补偿片。 图中应变片r1、r2的静态性能完全相同。当膜片受到外力作 用时，弹性筒轴向受压，使应变片r1 产生轴向应变，阻值 变小；而应变片r2 受到轴向压缩，引起径向拉伸，阻值变 大。实际上，r2的变化量比r1的变化量要小，r2的主要作用 是温度补偿。
低廉、测量范围宽，可以测量负压、微压、
低压、中压和高压 一般的工业用弹簧管压力表的精度等级为1.5级或2.5级，但根据制
造的要求，其精度等级最高可达0.15级。
3.2.3 电气ห้องสมุดไป่ตู้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。
组成：压力传感器 测量电路 信号处理装置
常用电参数有：电阻、电感、电
应用实例：
1
2
1
2
4 (a)
3
4
3 (b) 2
N SN
1 —输入轴； 2 —转盘； 3 —小磁铁； 4 —霍尔传感器
SNSN S
1
2
S N SN S
1
3
N
4 (c)
3
4
(d)
几种霍尔式转速传感器的结构
钢球 绝缘板
N 霍尔开关传感器 S (a) S SL3 05 1 C1 2 2 ＋1 2 V R1 10 k R2 11 k R3 1k R4 4 70 k R5 4 70 k Vcc 计 数 器 磁铁
fl=eBv
霍尔效应原理图
B
－ － －－ － － － －
fl fE EH I
b
＋ ＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
l
d
霍尔电势的计算公式
式中, RH称为霍尔常数。
U H RH IB
由上式可见，霍尔电势正比于激励电流、磁感应强度及其 霍尔常数RH。为了提高霍尔常数，霍尔元件常制成薄片形状。 目前常用的霍尔元件材料有：锗、硅、砷化铟、 锑化铟等半导 体材料。
——弹簧管和弹簧管压力表
横截面呈非圆形（椭圆形或扁圆形），弯成 圆弧状（中心角常为270°）的空心管子。 管子的一端为封闭，另一端为开口。闭口 端作为自由端，开口端作为固定端。
被测压力介质从开口端进入并充满弹簧管的整个内腔，由于弹簧管的非圆横截面，使它有
变成圆形并伴有伸直的趋势而产生力矩，其结果使弹簧管的自由端产生位移，同时改变其
A A7 4 1
V 2 N5 81 2
霍 尔 计 数 装 置 的 工 作 示 意 图 及 电 路 图
(b)
电容式差压变送器
电容式差压变送器采用差动电容作为检测元件
主要包括测量部件和转换放大电路两部分：
调零、零 迁电路 Iz ＋ Δp
差压电 容膜盒
ΔC
电容-电流转 换电路
Ii ＋ － If
Io
电流放大器
这种传感器的缺点则是扩散电阻存在温度 效应，容易受环境温度的影响。
霍尔效应及霍尔元件
霍尔效应
置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向
不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间 产生电动势，这种现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。如后 图所示，在垂直于外磁场B的方向上放置一导电板，导电板通以 电流I，方向如图所示。导电板中的电流使金属中自由电子在电 场作用下做定向运动。此时，每个电子受洛伦兹力fl 的作用，fl 的大小为
AP-40A
AP-43 2.5/5/100/500 ms 0.001Mpa, 0.01kgf/cm2 0.2Psi, 0.01bar 0.2kPa, 2 mmHg 0.1inchHg, 0.002bar AP-44
NPN: 最大100mA (最大40V), 剩余电压 : 最大1V 双输出 (可选择 N.O./N.C.) 1至5V
容、电压等。 常见压力传感器有：
霍尔片式压力传感器； 应变式压力传感器； 压阻式压力传感器；
力矩平衡式压力传感器；
电容式压力传感器。
应变片式压力压变送器
利用金属或半导体材料制成的电阻体的阻值可表示为：
l R S
当电阻体受外力作用时，电阻体的长度、截面积或电阻率会发生变化，即其阻值也会发
弹簧管自由端B的位移量一般很小，需要 通过放大机构才能指示出来,为了加大弹簧
管自由端的位移量，也可采用多圈弹簧管，
其原理与单圈弹簧管相似。 单圈弹簧管压力表是工业现场使用最普遍 的就地指示式压力检测仪表（也有电接点
输出的弹簧管压力表）
弹簧管压力表结构简单、使用方便、价格
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－调节螺钉 9－接头 图3-6 弹簧管压力表
电源
环境温度 相对湿度 抗振性
12至24 VDC ± 10%, 起伏(p-p): 最大10%
0至50° (32至122° 无冻结 C F), 35至85%, 无凝结 10至55Hz, X, Y, 及Z方向1.5mm双重振幅，分别2小时
冲击
材质
X, Y, 及Z方向100 m/S2，分别3次
前方外壳：聚酰胺，前方面板：PET, 后方外壳：聚磺胺，线组：耐油 橡胶绝缘线缆
最小工作压力Pimin不低于上限值Pmax的1/3
在选用仪表量程时，应采用相应规程或者标准中的数值。
这只是一 个一般经 验要求， 不是绝对 的！！
⑵仪表精度
——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。 ——在选择时应坚持节约的原则，只要测量精度 能满足生产的要求，就不必追求用过高精度的 仪表。
(a) (b)
①温度误差——由使用环境温度的变化引起的测量误差，如工作液密度变化。
例如水，当温度从10℃变到20℃时，其密度从999.8kg/m3 减小到998.3kg/m3 ，相 对变化量为0.15％。 ②安装误差——当U形管安装不垂直时将会产生安装误差。例如 若倾斜5°，读数误 差约0.38％。
关键：根据被测参数的大小来确定，同时必须考虑到被测对象可能发生的 异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地。
测量稳定压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的2/3
测量脉动压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的1/2
测量高压压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的3/5