核电站仪表岗前培训 第五章压力测量仪表2PPT课件
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34
3 检测仪表
（4）谐振式压力传感器 谐振式压力传感器是依靠被测压力改变弹性元 件或与弹性元件相连的振动元件的谐振频率， 经过适当的电路输出脉冲频率信号或电流（电 压）信号 。 根据谐振原理的不同，谐振式压力传感器有振 弦式、振膜式及振筒式几种。
精选ppt
35
3 检测仪表
振膜式压力传感器
结构
工作原理
先将压力的变化转换为电容量的变化， 然后将电容量的变化转换成标准的电流
信号进行测量。
1—隔离膜片；2，7—固定电极； 3—硅油；4—测量膜片；5—玻璃层；
6—底座；8—引线
电容式差压变送器原理图 精选ppt
30
3 检测仪表
电容式差压变送器
电容式压力/差压变送器
精选ppt
31
3 检测仪表
精选ppt
40
3 检测仪表
（1）应变式压力传感器 组成：弹性元件、应变片以及相应的测量电路。 类型：应变式压力传感器所用弹性元件可根据
被测介质和测量范围的不同而采用各种型式，常 见有圆膜片、弹性梁、应变筒等。
精选ppt
41
3 检测仪表
膜片式压力传感器
p
t
p (a)
r a
r
0.58 r0
r0
R1 R2
– 另外，作为弹性元件的膜片常常和其他转换元 件一起使用构成电远传式压力仪表
金属膜片
精选ppt
膜盒压力表 膜片压力表
26
3 检测仪表
3.3.4电远传式压力检测仪表
电远传式压力仪表也是利用弹性元件作为敏感元 件，在仪表中增加了转换元件（或装置）和转换 电路，将弹性元件的位移转换为电信号输出，实 现信号的远传。
核电站仪表及控制广核培训课
动力工程学院核能系
核电站仪表与控制
反馈 —— 系统的输出量全部或部分会送到输入端，它与输入量共同影响 系统的输出。若反馈信号与输入信号相减，使产生的偏差越来越小，称 为负反馈；反之，则称为正反馈。 反馈控制 —— 在有扰动时，力图减小系统输出量与给定值之间的偏差。 手动控制（人工控制） —— 被控制量在运行中总要受到许多因素的影响 而偏离所要求的值，因此运行人员就要根据观察随时加以控制。 自动控制 —— 采用机械或电气等装置来代替人工控制。没有人直接参与。 远距操作 （远动）—— 利用辅助能源对远离主控室的设备进行操作的过 程。 就地操作 （现场操作）—— 由人直接操作控制设备的操作形式。 开关量控制 —— 指被控设备只有两个状态，即开或关。 模拟量控制 —— 指对相应的执行机构的运动过程加以控制，使被控量接 近所要求的值。采用连续变化的信号。
动力工程学院核能系
核电站仪表与控制
叶丁丁 dingdingye@
核电站仪表与控制
课时安排及课程目标
章节 第1章 控制系统基础知识 第2章 集散控制系统 第3章 核电站仪表和控制系统（I&C）概述 第4章 温度测量仪表 第5章 压力测量仪表 第6章 流量测量仪表 第7章 液位测量仪表 第8章 机械量测量仪表 第9章 核测量仪表
描述系统动态特性的方法有： 微分方程； 传递函数； 输入响应法； 频率响应法； 状态变量表示法。
动力工程学院核能系
核电站仪表与控制
x(t) 控制系统 y(t)
输入
输出
系统的方框图表示
核电站仪表与控制
1. 微分方程：描述系统动态特性最基本的方法。
系统的动态特性若能用一个线性微分方程来表示，称为线性系统， 否则称为非线性系统。 微分方程的系数为常数，即不随时间变化，则系统称为定常系统， 否则为时变系统。
核电站仪表与控制
反馈 —— 系统的输出量全部或部分会送到输入端，它与输入量共同影响 系统的输出。若反馈信号与输入信号相减，使产生的偏差越来越小，称 为负反馈；反之，则称为正反馈。 反馈控制 —— 在有扰动时，力图减小系统输出量与给定值之间的偏差。 手动控制（人工控制） —— 被控制量在运行中总要受到许多因素的影响 而偏离所要求的值，因此运行人员就要根据观察随时加以控制。 自动控制 —— 采用机械或电气等装置来代替人工控制。没有人直接参与。 远距操作 （远动）—— 利用辅助能源对远离主控室的设备进行操作的过 程。 就地操作 （现场操作）—— 由人直接操作控制设备的操作形式。 开关量控制 —— 指被控设备只有两个状态，即开或关。 模拟量控制 —— 指对相应的执行机构的运动过程加以控制，使被控量接 近所要求的值。采用连续变化的信号。
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核电站仪表与控制
课时安排及课程目标
章节 第1章 控制系统基础知识 第2章 集散控制系统 第3章 核电站仪表和控制系统（I&C）概述 第4章 温度测量仪表 第5章 压力测量仪表 第6章 流量测量仪表 第7章 液位测量仪表 第8章 机械量测量仪表 第9章 核测量仪表
描述系统动态特性的方法有： 微分方程； 传递函数； 输入响应法； 频率响应法； 状态变量表示法。
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核电站仪表与控制
x(t) 控制系统 y(t)
输入
输出
系统的方框图表示
核电站仪表与控制
1. 微分方程：描述系统动态特性最基本的方法。
系统的动态特性若能用一个线性微分方程来表示，称为线性系统， 否则称为非线性系统。 微分方程的系数为常数，即不随时间变化，则系统称为定常系统， 否则为时变系统。
第五章压力测量ppt课件
PB
g(h1
h2)
g( A1 A2
sin )l
➢ 倾斜角度越小，l越长，测量灵敏度就越高； 但不可太小，否则液柱易冲散，读数较困难， 误差增大。
➢ 这种倾斜管液柱式压力计可以测量到0.98Pa 的微压。为了进一步提高微压计的精确度，
应选用密度小的酒精作为工作液体。
四、液柱式压力计的测量误差及其修正
为保证测量准确度：最小工作压力不应低于 满量程的1/3
优先满足最大工作压力条件
2. 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。
3. 仪表类型的选择
从被测介质压力大小来考虑 被测介质的性质 对仪表输出信号的要求 使用的环境
缺点：量程受液柱高度的限制，体积大，玻 璃管容易损坏及读数不方便
采用水银或水为工作液，用U形管或单管进 行测量，常用于低压、负压或压力差的检测
被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、 风道各段压力、通风空调系统各段压力的测 量
一、U形管压力计
△P=P1－P2 =ρg(h1+h2)
提高工作液密度将 增加压力的测量范 围，但灵敏度要降
第五章 压力测量
第一节 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”。
1 P a 1 N /m 2 1m k g 2 m s2 1 k g m 1 s 2
即1N的力垂直均匀作用在1m2的面积上所 形成的压力值为1Pa。
1. 环境温度变化
ht0ht 1tt0
2. 重力加速度变化
g
gn
《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。
核电站仪表岗前培训 第五章压力测量仪表2
2）双T网络法
右图为原理图
工作原理 • 在交流电源正半周时，经D1对C1充电，在负半 周，C1经R1与RL放电，而C2负半周充电，正半 周放电。因此RL上的电压由C1和C2的充放电电 流之差决定，压力为0时C1、D1、R1和C2、D2、R2参 数相同。通过RL的电流为0。 • 当压力不为0时，差动电容C1和C2一个增大，一 个减少，使二者的平均放电电流不同。 RL两 端由电压输出。
L 0 L10 L 20
r 0 N
2
2
l
r 2 l 1 ( r 1)( c ) c r l
L10、L20分别为线圈1、2的初始电感值
当铁芯移动ΔX后，使右边电感值增加，左边电 感值减少。
L1
r 0 N
2
2
l
rc 2 l c X 1 ( r 1)( ) r l rc 2 l c X 1 ( r 1)( ) r l
活动铁芯向线圈1方向移动
U0 U
D
UC
Z 2Z0 1 (
1 Z 2Z 0 )
2
Ui
考虑到：ΔZ/2Z0<<1
U0
U0近似为
Z 2Z0 Ui
铁芯向线圈2移动 • 电桥输出为： 采用带相敏的交 流电桥，得到的 特性曲线
U0
Z 2Z 0
Ui
电感式压力变送器器的二次测量仪器毫伏计，自动 平衡电位差计，或转换成统一的电流或电压信号
L2
r 0 N
2
2
l
每只线圈的灵敏度
S1 S 2 dL dX
0 N ( r 1) rc
压力测量及测压仪表ppt课件
图中，Xmax、Xmin分别是被测参数的上、下限 值，也即变送器测量范围的上、下限值（图中Xmin ＝0）； Ymax、Ymin分别是输出信号的上、下限值， 与统一信号的上、下限值相对应。
15 完整版ppt课件
量程调整
y
——量程调整的目的是使变送器
ymax
的输出信号的上限值ymax与测量范围的 上限值xmax相对应。
5
➢2、利用弹性变形原理
测量原理
将被测压力转换成弹性元件变形的位移
P
P
弹簧管式弹性元件
膜片式弹性元件
压力检测完整方版p法pt课件及仪表
6
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，即
F CS
式中 F——轴向外力 S——位移 C——弹性元件的刚度系数
FAP 式中 A——弹性元件承受压力的有效面积 P——被测压力
以3051C 为例：
组成：传感膜头：被测压力--- A/D转换----数字信号
电子线路板：对信号进行修正，线性化处理---D/A转换-- 4～ 20mA信号
压力检测完整方版p法pt课件及仪表
20
传感膜头 A/D转换器
温度 传感器
传感膜头内存 修正系数 膜头信号
电容 传感器
3051C型智能变送器原理图
绝对压力的零线
3 完整版ppt课件
➢1、利用液体压力平衡原理
测量原理
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
p1 p2
P0
1
1
h1 h
h2
2
2
1
1
h1
h2
0
p
0
2
常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、斜
2021年压力检测及仪表的内容培训资料PPT课件
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。
i、弧放大
α
L b
a ΔX
Δ X为弹簧管产生的位移量 L为放大后的位移量
Lb Xa
L＝
b a
x＝K1
ii 角放大 角放大是通过扇形齿轮和中心齿轮实现的。
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。
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。
电气式压力计
霍尔式 应变片式 扩散硅式
力平衡式 电容式 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。
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。
因此可以用工作液的液位高度H 表示压力P的大小。
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
P＝PA＋gh g(h1 h2 )
PA＝0
h1＋h 2 h 2
P＝gh gh2
（3）斜管式压力计
P＝gh2 gLsin
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。
i、弧放大
α
L b
a ΔX
Δ X为弹簧管产生的位移量 L为放大后的位移量
Lb Xa
L＝
b a
x＝K1
ii 角放大 角放大是通过扇形齿轮和中心齿轮实现的。
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。
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。
电气式压力计
霍尔式 应变片式 扩散硅式
力平衡式 电容式 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。
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。
因此可以用工作液的液位高度H 表示压力P的大小。
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
P＝PA＋gh g(h1 h2 )
PA＝0
h1＋h 2 h 2
P＝gh gh2
（3）斜管式压力计
P＝gh2 gLsin
压力检测仪表PPT课件
性特性一般由中心位移与压力的关系表示。
按剖面形状及特性分：
平膜片： 波纹膜片： 挠性膜片：
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2、测压弹性元件主要形式 : ②.波纹管： 波纹管的开口端固定，由此引入被测压力，封闭端将产生位移， 此位移与压力在一定的范围内呈线性关系。在使用时一般要应 用在线性段。一般用于测量较低压力或压差。
P1
P2
l
sin (1
A2 A1
)
优点：测量微小压力
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弹性压力计：
（一）基本原理和形式 ： 1、测压原理及组成框图 : 利用弹性元件受压变形与外力的关系，对弹性元件的变形 大小进行测量可以求得被测压力。外作用力取消后，元 件将恢复原有形状。
弹性元件：核心部件 作用：指变示形机放构大：机指构针：对与变刻形度进行变换和放大
调整装置：调零、调量程
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弹性元件
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2、测压弹性元件主要形式 : ①.弹性膜片： 一种外缘固定的片状弹性元件，膜片的弹 性特性一般由中心位移与压力的关系表示。
按剖面形状及特性分：
平膜片： 平膜片的使用位移很小，弹性特性有良好的线性
关系。
波纹膜片：波纹膜片是压有环状同心波纹的圆膜片，波纹的形
状有正弦形、锯齿形、梯形等。其位移与压力的关
系，由波纹的形状、深度和波纹数确定。
挠性膜片：挠性膜片仅作为隔离膜片使用，它要与测力弹簧配Biblioteka 用。第7页/共26页
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（一）基本原理和形式 ： 2、测压弹性元件主要形式 :
①.弹性膜片： 一种外缘固定的片状弹性元件，膜片的弹
按剖面形状及特性分：
平膜片： 波纹膜片： 挠性膜片：
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2、测压弹性元件主要形式 : ②.波纹管： 波纹管的开口端固定，由此引入被测压力，封闭端将产生位移， 此位移与压力在一定的范围内呈线性关系。在使用时一般要应 用在线性段。一般用于测量较低压力或压差。
P1
P2
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sin (1
A2 A1
)
优点：测量微小压力
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弹性压力计：
（一）基本原理和形式 ： 1、测压原理及组成框图 : 利用弹性元件受压变形与外力的关系，对弹性元件的变形 大小进行测量可以求得被测压力。外作用力取消后，元 件将恢复原有形状。
弹性元件：核心部件 作用：指变示形机放构大：机指构针：对与变刻形度进行变换和放大
调整装置：调零、调量程
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弹性元件
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2、测压弹性元件主要形式 : ①.弹性膜片： 一种外缘固定的片状弹性元件，膜片的弹 性特性一般由中心位移与压力的关系表示。
按剖面形状及特性分：
平膜片： 平膜片的使用位移很小，弹性特性有良好的线性
关系。
波纹膜片：波纹膜片是压有环状同心波纹的圆膜片，波纹的形
状有正弦形、锯齿形、梯形等。其位移与压力的关
系，由波纹的形状、深度和波纹数确定。
挠性膜片：挠性膜片仅作为隔离膜片使用，它要与测力弹簧配Biblioteka 用。第7页/共26页
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（一）基本原理和形式 ： 2、测压弹性元件主要形式 :
①.弹性膜片： 一种外缘固定的片状弹性元件，膜片的弹
核电站仪表岗前培训-位移和振动检测仪表
Ǘ 12
dt
Md {Ǘ1
Ǘ 0 =
设
则
故
=
Ǘ1 = 1 − dt
Ǘ1
= −1 −
dt
Ǘ 0 = −Ǘ1
Ǘ 0 = −
Ǘ
1 + 1
3
等效电路
4
I1 e1 / R1 ，j L1
初级线圈的电流为：
在次级线圈中感应出电压
第五章 位置检测仪表
位置检测实际上就是位移的检测,是线位移和角
位移检测的统称。
常用的位移检测仪表：
电位器式位移检测仪表；
电容式位移检测仪表；
电感式位移检测仪表；
变磁阻式位移检测仪表；
差动变压器式位移检测仪表；应变式位移检测仪表；
光导式位移检测仪表；
振弦式位移检测仪表；
数字式位移检测仪表；
电位器式角位移检测仪
序加硼；
插入特低限（Z-ZL 0）报警，立即加硼。
16
17
5. 棒位监测装置的技术指标
1. 测量范围为232步（实际为228步)，每步
15.875mm;
2. 不管温度高低，棒速快慢，测量精度均为满
刻度的5%(12机械步距);正常温度下，棒低速
移动，测量精度为6机械步距;正常温度下，棒
快速移动，测量精度为8机械步距；
表
1
第一节 差动变压器式位移检测仪表
一、结构和工作原理
变压器式传感器是将非电量转换为线圈间互感M的
一种磁电机构，很象变压器的工作原理，因此常称变压器
式传感器。这种传感器多采用差动形式。
变气隙型
螺管型
2
设在磁心上绕有两个线圈Ｎ１、Ｎ２，一次
侧线圈通入激励电流，它将产生磁通，在二次侧线
dt
Md {Ǘ1
Ǘ 0 =
设
则
故
=
Ǘ1 = 1 − dt
Ǘ1
= −1 −
dt
Ǘ 0 = −Ǘ1
Ǘ 0 = −
Ǘ
1 + 1
3
等效电路
4
I1 e1 / R1 ，j L1
初级线圈的电流为：
在次级线圈中感应出电压
第五章 位置检测仪表
位置检测实际上就是位移的检测,是线位移和角
位移检测的统称。
常用的位移检测仪表：
电位器式位移检测仪表；
电容式位移检测仪表；
电感式位移检测仪表；
变磁阻式位移检测仪表；
差动变压器式位移检测仪表；应变式位移检测仪表；
光导式位移检测仪表；
振弦式位移检测仪表；
数字式位移检测仪表；
电位器式角位移检测仪
序加硼；
插入特低限（Z-ZL 0）报警，立即加硼。
16
17
5. 棒位监测装置的技术指标
1. 测量范围为232步（实际为228步)，每步
15.875mm;
2. 不管温度高低，棒速快慢，测量精度均为满
刻度的5%(12机械步距);正常温度下，棒低速
移动，测量精度为6机械步距;正常温度下，棒
快速移动，测量精度为8机械步距；
表
1
第一节 差动变压器式位移检测仪表
一、结构和工作原理
变压器式传感器是将非电量转换为线圈间互感M的
一种磁电机构，很象变压器的工作原理，因此常称变压器
式传感器。这种传感器多采用差动形式。
变气隙型
螺管型
2
设在磁心上绕有两个线圈Ｎ１、Ｎ２，一次
侧线圈通入激励电流，它将产生磁通，在二次侧线
《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。
THANKS
感谢观看
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。
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L1
r20N2
l
1(r
1)(rc r
)2 lc
X l
L2
r20N2
l
1(r
1)(rc r
)2 lc
X l
每只线圈的灵敏度
S1S2d dX L 0 N 2(l 2r1)rc2
一般μr都非常大
L0
L10
L20
0 N 2r rc2lc
l2
S1
dL dX
0 N 2r rc2
l2
3. 电感式压力变送器测量电路
该变送器的灵敏度
SC/CN1 1 d1 d d
非线性误差
N1 dd110% 0 dd110% 0
当采取差动结构时：
该变送器的灵敏度
SC/C2N1 2S d1 d
非线性误差
N1 dd1210% 0 dd1210% 0
0
0
0
0
活动铁芯向线圈1方向移动
U0 UDUC2ZZ01( 1Z)2 Ui 2Z0
考虑到：ΔZ/2Z0<<1 U0近似为
Z U0 2Z0 Ui
铁芯向线圈2移动
• 电桥输出为：
采用带相敏的交 流电桥，得到的 特性曲线
U0
Z 2Z0
Ui
电感式压力变送器器的二次测量仪器毫伏计，自动 平衡电位差计，或转换成统一的电流或电压信号
3）部分固体介质的变间隙式电容变送器
介质变化型电容变送器 （a）极板上覆盖有介质 （b）介质可移动
如图所示，该电容器具有两不同的电介质，其介电常数分别 为ε0(空气）和εr2，其介质厚度分别为d1和d2，且 d1+d2=d0。整个装置可视为由两电容器串联而成，其总 电容量C由两电容器的电容C1和C2所确定，由此得
• 不考虑边缘场，且l>>r，可以认为螺线管内部 磁场是均匀的
• 空心线圈（铁芯插入深度X＝0）的电感量为：
L002AlN2 r22l0N2
A：线圈内孔截面积；μ0气隙磁导率；N：线圈的 匝数；r线圈的内半径；2l线圈长度。
当铁芯插入线圈中，因铁芯的极化作用，被铁芯覆 盖的部分线圈的电感量增加，设铁芯插入深度为X， 未插入铁芯时，这段螺线管的电感为：
C1
0A d1
C2
r2 0 A d2
C C1C2 C1C2
0A d1dr22
d0A'
当气隙d1减少Δd1时，电容增大ΔC，并考虑到Δd1/d′《1， 其中d′=d1+d2/εr2 则：
C CN 1 d d1 1N 1 d d1(N 1 d d1)2... ....
式中 dd 1 d 2,N 1d/d '
退出
若采用差动形式： 灵敏度为：
K lL 2lL 1l1 /lr
非线性误差为：
(l
1
)2
l 1l/lr
所以，差动形式的灵敏度提高一倍，非线性误差有 很大降低。
2. 螺线管式电感变送器
• 上图为结构原理图：由线圈、活动铁芯等组成， 测量时，活动铁芯与被测物体相连，活动铁芯 随被测物体移动时，线圈电感量发生变化，与 铁芯的插入深度X有关。
差动螺线管
• 开路差动式螺线管 电感变送器，由两 个完全相同的螺线 管相接，铁芯初始 位置处于对称位置， 使两边螺线管的初 始电感相同。
L 0L 1 0L 2 0 r2l0N 2 1 (r 1 )r r ( c)2llc
L10、L20分别为线圈1、2的初始电感值
当铁芯移动ΔX后，使右边电感值增加，左边电 感值减少。
L
L0Lຫໍສະໝຸດ L0 1(r1)(rc r
)2
X 2l
• 变送器电感的相当增量：
LL0 (r
1)rc r
X 2l
单线圈螺线管式电感变送器的灵敏度：
SLd dX L 0 (r4 l2 1)N2rc2
为常数，即ΔL与X成线性关系
虽然结构简单，但存在驱动铁芯的力较大等问题， 实际很少用。实际使用的是差动式螺线管变送器
线圈的电感为： L N 2
Rm
Rml11S1
l2
2S2
l
0S
一般铁心的磁阻远较气隙磁阻小，有
Rm
l
0S
电感值与以下几个参数有关：与线圈匝数N 平方成正比；与空气隙有效截面积S成正比；与 空气隙长度所反比。
L N 20S l
所以，自感式传感器又可分为变间距式、变 面积式两类。
特性分析： 变间距式：
• 电感式压力变送器把被测压力转换成电感的变 化量。测出电感变化量即可确定压力的大小。 通常用交流电桥来检测电感量的变化。
右图是一个带 相敏的整流的 电感变送器的 交流电桥测量 电路原理图
图中，Z1，Z2是变送器两个线圈的阻抗 下图是相敏整流交流电桥的等效电路
铁芯处于平衡位置：Z1＝Z2＝Z0
U 0U DU C(ZZ 0ZZZ 0Z)U i0
LL N20S l l l/r
由于
，则有
l 1 1
l 1(l/lr)
L L l l1 l1 /lr 1 l l1 l1 /lr l l1 l1 /lr 2
所以，灵敏度为： 非线性误差为：
K lL lL 1l1/lr
l l
1l1/lr
图4-3 差动自感式传感器
L0x
0 ANx2
X
而当这段螺线管全部插入铁 芯后，其电感量为：
Lx
0r AcNx2
X
考虑到Ac≈A，则插入后电感增量为
LLxLx00A cNX x 2(r1)
Ac：铁芯截面积；rc:铁芯半径；μr铁芯相对磁导 率；Nx动铁芯覆盖部分的匝数
Nx
N 2l
X
L
Lx
Lx0
r2(r 1)0N2
4l2
X
变送器总电感量：
C2
C0 1
d d0
d d0
2
........
变送器电容的相对变化
CC 0 C1C 0C22 dd 0 1 dd 02......
当 d《1时， d0
灵敏度 S0为
非线性误差
C 2 d
C0
d0
S0
C/C 0 d
2 d0
2
r0
d d0
100 %
电容变送器作成差动式，非线性减少， 灵敏度提高一倍
灵敏度
S
为
0
C d C0 d0
S0
C/C d
0
1 d0
2）变间隙式差动电容变送器
当差动变送器的活动极 板在平衡位置时， d1=d2=d0 C1=C2=C0
=ε0A/d0
如活动极板向上移动Δd ，即的d1=d0- Δd, d2=d0+Δd
C1
C0
1
d d0
d d0
2
........
5.4 电容式压力(差压)变送器
变送器由两部分组成：压力(差压)敏感单元和信号转 换单元。
一、工作原理
1）空气介质变间隙式电容变送器
p 0时
C0
0A d0
电容的相对变化量为：
C0C(d00Ad)C011d
d0
C C 0 dd 0[1 dd 0 dd 02 dd 03 ]
当 d《1时， d0