第二节压力检测及仪表

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第二节压力检测及仪表
•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
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•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
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•由于 r3= r4
•将r2接在与r1相邻的桥 臂上。由于r2与r1的材 料、几何形状相同,
•当环境温度t变化时, 由温度变化产生的 电阻变化相等,因 而会相互抵消。
•当压力p=0时,电桥平衡
•可以相互抵消,使之与 环境温度变化无关。
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——压阻式(扩散硅)压力传感器
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•1、大气压力、表压力和绝对压力
•大气压力是大气作用在地球表面的压力。
•大气压力线 •绝对压力的零线
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•压力的测量方法及压力表的分 类 •1、用已知压力去平衡未知压力的方法(平衡法 )
•液柱式压力计 •活塞式压力计
•U 型管式压力计 •单管式压力计
•斜管式压力 平计衡介质是砝码
•Y方向加电场
•Z方向加磁 场
•X方向产生电动势
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•UH 霍尔电势 •RH 霍尔常数 •B 磁感应强度 •I 电流强度 •若 RH、I 均为常数 则 UH=f (B) •当确定了霍尔片的材料、几何形状后,RH 就是常数 •当采用恒流源供电 I 也为常数。
• 那么霍尔式压力传感器如何将压力的变 化转换成磁感强度B的变化呢?
•平衡介质 是工作液
•2、用弹性元件的弹性力与被测介质的作用力相平衡的


量方法 (平衡法) •弹簧管式
•单圈式
•弹性式压力计 •膜盒式 •多圈式
•波纹管式
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•3、用通过机械和电气元件把压力信号转换成电量的测量 • 方法 (偏差法)
•霍尔式 •力平衡式 •电气式压力计 •应变片式 •电容式
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•ii 角放大 •角放大是通过扇形齿轮和中心齿轮实现的。
•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
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•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。
•rt1 环境温度为t时的 电阻值
•铜电阻的温度系数
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•因为r10、t0、α 均为常数,所以应变片电阻r1是 环境温度t的函数。
•根据应变效应,r1还是被测压力P的函数。
•因而 • 这样不管是被测压力变化还是环境温度变化,均 可以使r1变化,必然要产生测量误差。要想保持应变 片电阻与被测压力的单值对应关系,必须要消除环境 温度对应变片电阻的影响,因此要对r1进行温度补偿。
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•(1)U型管式压力计 • U型管式压力计是由带有刻度的 •U型玻璃管和工作液组成。
•当 •为常数时 •PA=0(大气压)
•因此可以用工作液的液位高度H 表示压力P的大小。
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•U型管压力计可以用来侧压力P •也可以用来测差压 ΔP=P-PA •由于U型管压力计存在二次读数问题,我们可以用单管 式压力计。 •(2)单管式压力计
•二、弹性式压力计
• 弹性式压力计是以弹性元件受压后所
产生的弹性形变为测量基础的。 •特点:结构简单,使用可靠,读数清晰 ,价格低廉,测量范围广有足够精度之 优点。另外增加附加装置,可实现压力 的记录,远传、信号报警、自动控制等 。在工业上应用最广。
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•1、弹性元件 •弹性元件是一种简单可靠的测压敏感元件,其 作用是将压力信号转换成位移信号。
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•电桥
•电桥的作用就是将r1、r2的变化转换成桥路的不
平衡电压的输出Uab
•电源电压为 U=10V DC
•r3、r4 为桥路固定电阻(金属 膜电阻)
•当压力 • p 在 Pmin— Pmax 变化时 •UAB 输 出 0— 5mv
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•当压力作用时: •C、E、r10、r20均为常数
•粘结时注意: •(1)应变片与应变筒无相对滑动现象。 •(2)应变片与应变筒保证电气绝缘。
•当压力P↑时
•r1受拉伸阻值增大 •r1= r10+△r1 •r2受压缩阻值减小 •r2= r20-△r2
•这样通过压力传感器将压力的变化,转换 成r1、r2电阻的变化。
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•应变片的粘贴
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应变片的粘贴:
1. 去污:采用手 持砂轮工具除去构件 表面的油污、漆、锈 斑等,并用细纱布交 叉打磨出细纹以增加 粘贴力 ,用浸有酒精 或丙酮的纱布片或脱 脂棉球擦洗。
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• 2.贴片:在应 变片的表面和处理 过的粘贴表面上, 各涂一层均匀的粘 贴胶 ,用镊子将 应变片放上去,并 调好位置,然后盖 上塑料薄膜,用手 指揉和滚压,排出 下面的气泡 。
•当受压时 L ↓→S↑→R↓ •当拉伸时 L↑→S↓→R ↑
•这样就把力的变化转换成电阻的变化了。
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•金属丝受拉时,l变长、r变小,导致R变大 。
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•(2)、应变式压力计的组成
•P
•传感筒
•r1r
2
•电桥
•Ua b
•PA=0
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•(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。
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•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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•r2的温度补偿作用
• 根据测量原理,只有应变片r1就可以满足测 量要求,为什么在相邻的桥臂上还要粘贴r2呢? •r2的作用是用来对r1进行温度补偿。 • 因为应变片是用铜材料双向无感绕制的,当 应变片所处的温度发生变化时,会影响应变片的 电阻值的变化。从而产生测量误差。
•r10环境温度t=t0时的电阻值

•P
•UH 传感器
•P
I 变送器
•P
P 压力表
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•(3)磁靴系统
•X
0
•B
•-1/2X0
•0 •1/2X0
•KX
0<X<1/2X0
•B=
•0 X=0
•-KX -1/2X0 <X<0
•当B大于1/2X0和小 于
•X
•-1•在/2XX00范时围均为常数 内
•B=f (x)
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毫伏 ,若用霍尔片式压力变送器测量
•(4~20mA)电流表的指示值为
毫安。
•解:根据公式
•当P= 160KPa时 UH= 20mV K=0.125 •当P=83时 UH=KP=10.375(mV )
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•2、应变片式压力传感器 •(1)、应变效应
• 导体或半导体材料受外力的作用压缩或拉伸 后,会影响其电阻值的变化。这种物理现象叫应 变效应。
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•霍尔效应,是由美国地 质学家,古生物学家。 •科学家爱德文·霍尔在 1879年发现的。产生的 电势差称为霍尔电压。 利用霍尔效应制成的元 件称为霍尔传感器
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•(2)霍尔压力表的组成
•P •弹簧 •X •磁靴系 •B •霍尔片 •UH


•P
•电流表
•I (4~20mA) •U/I 转换
•扩散硅
•智能式

•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。
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•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。
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3.测量 : 从分开的端子 处,预先用万 用表测量应变 片的电阻,发 现端子折断和 坏的应变片。
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4.焊接: 将 引线和端子用烙铁 焊接起来,注意不 要把端子扯断。
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5.固定: 焊接后用胶布 将引线和被测 对象固定在一 起,防止损坏 引线和应变片。
•把压力信号转换成电信号输出,然后测量电信号的 压力表叫电气式压力表。
•测量范围
•允许误差0.2% •主要是介绍
•压力传感器:霍尔式、应变片式、压阻式、 •压力变送器:力平衡式、电容式、扩散 硅式
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•1、霍尔片式压力传感器
•(1)霍尔效应
• 将通有电流的半导 体片放入磁场中,当磁 力线穿过半导体片时, 在半导体片的两端会产 生电动势。称此电动势 为霍尔电势,半导体片 叫霍尔片,此物理现象 叫霍尔效应。
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2020/12/11
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• 在工业生产过程中,特别是在化工、炼油等 生产过程中,压力是重要的操作参数之一。经常 会遇到压力和真空度的测量,其中包括比大气压 力高很多的高压、超高压和比大气压力低很多的 真空度的测量。
• 如果压力不符合要求,不仅会影响生产效率, 降低产品质量,有时还会造成严重的生产事故。 • 此外,压力测量的意义还不局限于它自身,有 些其他参数的测量,如物位、流量等往往是通过测 量压力或差压来进行的,即测出了压力或差压,便 可确定物位或流量。
•应用电接点压力表,可以将 压力控制在一定范围内。
•可以调整压力下限和压 力上限两个静触点。指 针连接动触点。
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•例如 压力测量与报警系统
•当压力
时,上限报警电路接通,上限报警灯亮
•当压力
时,下限报警电路接通,下限报警灯亮
•这样就实现了压力的测量与报警。
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•三、电气式压力表
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•(1)弹簧 管
•截面为扁圆或椭圆的空心 管子,将其弯成2700,
•一端为密封端(自由端), 另一端为敞开端(固定端)
。当压力作用于弹簧管内部
时由于弹簧管的特殊结构,
在自由端就会产生位移,且
位移量与压力成比例,如能
测出位移量,就能测出压力 的大小。
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•弹簧管产生位移的条件:
• 压阻式压力传感器是利用半导体的应变效应,采用单 晶硅片为弹性元件,在单晶硅片上采用集成电路的工艺在单 晶面的特定方向扩散一组等值电阻。并将电阻接成桥路。
•当测量范围不同所用的测量元件也不一样。
•常见的弹性元件有;弹簧管、膜片、膜合和 波纹管。
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•2、弹簧管式压力计
•(1)弹簧管压力表的组成
•P
•弹簧管 •ΔX •二次放大系统
•Δα
•指针、面板
•P
•(2)弹簧管压力表的工作原理
•弹簧管的作用:将压力信号P转换 成位移信号ΔX •扇形齿轮、中心齿轮组成二次放大 系统,其作用是:将位移信号ΔX放 大成角位移Δα •指针、面板是指示部分,其作用是 指示压力P
•如图所示 为霍尔片式压力传感 器
•当压力P=0(霍尔 片在中间位置)
•当压力P>0 霍尔片右移 •当压力P<0 霍尔片左移
•测正 压 •测真 空
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•思考题:

某压力容器压力的工作范围是0~160KPa,当压力为
83KPa时,若用霍尔片式传感器测量(0~20mV)电压表的
指示值为
•毫伏计 •P
•应变式压力传感器
•(3)、应变片式压力传感器的工作原理
•1、应变筒 2、外壳 3、 密封膜片(不锈钢) •r1、r2 用康铜丝绕成的应变 片阻值 r10=r20 =320Ω
•r1 用缩醛胶沿应变筒轴向贴放。 (Φ=0.015-0.05mm)
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•r2 用缩醛胶沿应变筒经向贴放。
•a、截面为椭圆或扁圆的空心管 子。
•b、要弯成一定弯度,一端密封(自由端)一端敞开 (固定端)
•c、管内压力不为零。 •(2)二次放大原理
•弧放大
•角放大
•二次放大是通过扇形齿轮和中心齿轮实现的。
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•i、弧放大
•α
•L •b
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•a •ΔX
•Δ X为弹簧管产生的位移 量•L为放大后的位移 量
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