过程检测技术及仪表3章压力压差

• 其它弹性式压力表 膜片和膜盒也常常被用作压力测量的弹性 元件，从而构成膜片压力表和膜盒压力表
– 膜盒压力表主要用于测量较低压力或负压的气 体压力，压力测量范围为－20～40kPa，仪表 的准确度等级一般为1.5～2.5级。
• 膜片压力表的工作原理与膜盒压力表相近， 测量准确度也差不多，但膜片压力表的可 测压力范围较宽，最高可达2.5MPa。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.
1、重力加速度的影响：重力加速度与所在的海拔、纬度有关； 2、空气浮力的影响：空气对砝码会产生浮力； 3、温度变化的影响：当环境温度不是20度时，要引入温度修 正因子；
• 浮球式压力计 • 浮球式压力计的用途：
• 在气体压力仪器仪表的生产、科妍和各级计量检定、校 准机构使用。可用于测量各种气体压力，大多用来检验
特点：应用范围广、结构简单、稳定可靠、准确度高、重复 性好、 用途：1、用作检验、检定压力表和压力传感器的标准仪器 2、标准压力发生器
• 活塞式压力计
• 测量原理： P=G/S 所以 G=P•S • 精确度高，允许误差 可以小到0.05％～ 0.02。 • 常用作标准仪表，检 验其它压力计 • 图见图1或书P97
P
单管压力计： P=P0+ρgh 斜管压力计：
P=P0+ρgh
• 液体压力计的使用
液体压力计在使用时，须注意以下问题： – 压力计工作时，如实际工作温度和当地重力加 速度偏离仪表设计值；应对仪表读数进行修正 – 压力计应垂直安装使用 – 应根据被测介质的特性和压力的测量范围选择 合适的工作液 – 在使用时，被测压力的瞬时值不能超过测量范 围
破损，另外它只能进行现场指示。 用U形管进行压力检测，其误差来源主要有： ①温度误差——由使用环境温度的变化引起的测量误差。 它主要包括两个方面：一是标尺长度随温度的变化（要求U形管材料的温度系数 极小）；二是工作液密度随温度的变化。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％。
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)负荷式压力检测 它是根据静力平衡原理进行测量，典型仪表有活塞式、浮球式和钟罩
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 低廉、测量范围宽，可以测量负压、微压、
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3-18 弹簧管压力表
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
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。
——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
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。
——弹簧管和弹簧管压力表 弹簧管是横截面呈非圆形（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
若应变片受压，则：r1= r0+Δr1；r2= r0+Δr2
r0 r1 r1 r2 1 U ( )E E 2 r0 r1 r0 r2 4r0 2r1 2r2
2 r0 r1 r2

r1 r2 EP 4r0
由此可见，由压力作用时， r 1 和 r 2 一减一增，使电 桥有较大的输出；当环境温度发生变化时， r 1 、 r 2
同时增减，不影响电桥的平衡。如果仪表能把电桥 输出电压Ui进一步转换为标准信号输出，则该仪表 即可称为应变式压力变送器。
结论 ：应变片式压检测仪表具有较大的测量范围，被测压 力可达几百 MPa ，并具有良好的动态性能，适用于快速变
化的压力测量。但是，尽管测量电桥具有一定的温度补偿 的作用，应变片式压力检测仪表仍有比较明显的温漂和时 漂，因此，这种压力检测仪表较多地用于一般要求的动态 压力检测，测量精度一般在0.5～1.0％左右。
造的要求，其精度等级最高可达0.15级。
——电接点压力表
在普通弹簧管压力表的基础上改进而成，除能就地显示 外，还能进行上限值与下限值的报警。
指针
下限
上限
电源
• 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
Z
X
Y
VH=RH×B×I——VH与B、I均有关 VH:霍尔电势，大小约几十mV ； RH：霍尔常数，单位：mV/mA(千高斯) I：控制电流（通过霍尔片的电流），大小约3-20mA B:垂直作用于霍尔片的磁感应强度，一般为几千高斯 VH： 导体的霍尔效应比半导体小得多，因而霍尔片用半导体做 比较多。 霍尔片与弹簧管自由端连在一起，压力变化，弹簧管自由 端产生位移，霍尔片在非均匀磁场中的位置改变（相当于B 会改变），进而VH改变。这样就实现了把压力转变成位移 再转变成VH的变化。
式三种。
3. 3 液柱式压力检测
液柱式压力检测是以液体静力学原理为基础的，它们一 般采用水银或水为工作液，用U型管进行测量，常用于较低 压力、负压或压力差的检测。
p1 p2
p1 p2
p p2 p1 gh
特点：直观、可靠、准确度较高等，但 U 形管只能测量较低
h
的压力或差压，为了便于读数， U 形管一般是用玻璃做成，易
• 浮球式压力计的精度
• 等级分为一等、二等。一等的精度为0.02%，目 前国内产量很少。二等的精度为0.05%，国内生 产厂家较多。这种压力计的精度等级取决于浮球 和喷嘴的制造精度和专用砝码的质量精度。
• 浮球式压力计的测压范围 • 最高测量上限一般只能达到0.6MPa
3. 5 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。
12 11 10
1、手轮2、手摇泵3、活塞4、被校压力表5、6、7、针形阀 8、标准压力表 9、贮油杯、10、测量活塞、11、砝码托盘、12、 砝码 压力表的示值：P=(m1+m2)g/A P-被测压力；m1-活塞及托盘的质量； m2-砝码质量；A-活塞承受 压力的有效面积；g-重力加速度
活塞式压力计误差分析

0
P
式中 θ 0 为弹簧管中心角的初始角； Δ θ 为受压后中心角的
改变量；R为弹簧管弯曲圆弧的外半径； h为管壁厚度；a、b
为弹簧管椭圆形截面的长、短半轴。 K=Rh/ a2 数；E为弹性模数
;
µ 为泊松系
弹簧管自由端的位移量一般很小，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
真空度是指大气压与低于大气压的绝对压力之差，有时也称为负压，即 由于各种工艺设备和检测仪表通常是处于大气之中，本身就承受着大气压力，因此工程
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 压力检测方法的分类
——霍尔压力变送器（YSH型）
压力变化——位移变化——霍 尔电势VH变化。 Z方向，有恒定的非均匀的磁 场B Y方向，有恒定的电流I通过 由于受电磁力的作用，电子运 动的轨迹发生偏移，造成霍尔片 的一个端面电子积累，另一端面 正电荷过剩，这样在X方向上形 成一个电位差（VH），这一电位 差称为霍尔电势。这一物理现象 称为“霍尔效应”。
(a)
(b)
液体压力计的误差
– 重力加速度变化误差 – 传压介质误差: 传压介质是指工作液上方的介质（一般是气体），当U形 管两个引压管的高度差相差较大，而气体的密度又较 大时，引压管内传压介质对工作液的压力作用会引起 测量误差。 – 读数误差
其他液柱式压力计
测量原理：P=h
P0
所以
h=P/
• 特点：传压介质是压缩空气，克服了活塞式压力计因油 的表面张力、粘度等产生的摩擦力，也没有活塞式压力 计的漏油问题，特别适用于禁油类压力计和传感器的检 定。 • 组成：浮球、喷嘴、砝码支架、专用砝码、流量调节器、 气体过滤器、底座、水平调节器等。
• 工作原理：