第二讲压力测量PPT课件
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2压力检测.ppt
x
p 平薄膜
x
p 波纹膜
x
p 波纹管
p
x 单 圈 弹簧 管
x
p 多 圈 弹簧 管
弹性元件示意图
压力检测方法及仪表
2）、弹簧管压力表
弹簧管压力表在弹性式压力表中更是历史悠久， 应用广泛。 弹簧管压力表中压力敏感元件是弹簧管。 弹簧管的横截面呈非圆形（椭圆形或扁形），弯成 圆弧形的空心管子，如图所示。 管子的一端为封闭， 作为位移输出端，另一端为开口，为被测压力输入
1 绝对压力
0
表压力
负压
大气压力线
绝对压力
绝对压力的零线
3、 压力的检测方法
弹性力平衡方法：基于弹性元件的弹性变形特性。 弹性元件受到被测压力作用而产生变形，而因弹性 变形产生的弹性力与被测压力相平衡。测出弹性元 件变形的位移就可测出弹性力。此类压力计有弹簧 管压力计、波纹管压力计、膜式压力计等。
第二节 压力检测及仪表
主要内容
❖液柱测压法
➢压力检测方法 ❖弹性变形法
❖电测压力法
❖弹簧管压力表 ❖霍尔式压力表 ❖差压（压力）变送器
➢压力检测仪表 ✓ 智能差压（压 压力单位及压力检测方法
1、 压力单位
工程技术上所称的“压力”实质上就是物理学里的 “压强”，定义为均匀而垂直作用于单位面积上的 力。
表压力 这是指绝对压力与大气压力之差，一般用p表示。测压
仪表一般指示的压力都是表压力，表压力又称相对压力。
当绝对压力小于大气压力时，则表压力为负压，负压又可用真 空度表示，负压的绝对值称为真空度。如测炉膛和烟道气的压力 均是负压。
差压 任意两个压力之差称为差压。如静压式液位计和差压式流
量计就是利用测量差压的大小来知道液位和流体流量的大小的。
第一章第二节压力测量第二讲概论
F3 l4 l3
主杠杆
M i Fil1 F1l2
F1
θ
θ
8
F2
M
12
矢量机构将F1分解成F2和F3，
F2 F1tg
F2
l1 l2
APitg
l2
lf Ff l0
副杠杆平衡： F2l3 F0l0 Ff L f
14
5
F0
4
H
l1
Fi
Fil1
lf l0 - lf
l2
1
tan
F0
P
感 压 F1 元 件
主 杠
F2
杆
矢 量 F3 机 构
负 杠
F4
杆
角
系 统
位 移
刚
度
支 杠 杆
F5
4~20mA 4~20mA
电 DC
DC
磁 力 机
负 载
电 源
构
电流
线 位 移
检
放 电压
测
大
变
器
压
器
变送器信号传递方框图
从力的传递系统和平衡关系可知：
1、压力差生的力F1，经杠杆传递和矢量机构的作用，与最终输出的电源
所所产生的电磁力F5相平衡。又因为传递机构的几何尺寸是不变的，所
4、位移检测变压器接在放大器的反馈回路内，构成一个变压器耦 合式的低频振荡器，振荡频率越为4kHz。当检测片与磁芯片之间 的气隙变化时，振荡器的振荡幅度也相应改变。交流电压经整流 滤波后，又放大电路转换为4-20mA统一信号输出。
2、电容式Leabharlann 压变送器电容式差压变送器是没有杠杆机构的变送器, 它采用差动电容作为检测元件, 整个变送器没有 传动机构, 因而尺寸紧凑, 抗振性好, 性能稳定可 靠, 具有较高的精度。它可以测量压力、差压、 绝对压力、带开方的差压（用于测量流量）。
第2章 压力检测PPT课件
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。
电容式压力变送器是20世纪70年代初由美国 公司研发。结构简单、过载能力强、可靠性好、 精度高、体积小。
定极板 被测压力
C
d
ε——电容器极板间绝
弹性元件 缘介质的介电常数，F/m A——电容器两平行板
覆盖的面积，m2
3- 扇形齿轮 8 – 调整螺钉
弹簧管是一 根弯成270°圆弧 的椭圆或扁圆截 面的空心金属管， 管子的自由端B 封闭，并连接拉 杆及扇形齿轮， 带动中心齿轮及 指针。
基本测量原理
在被测压力 p 的作用 下，弹簧管的椭圆或扁圆 形截面趋于圆形，圆弧状 的弹簧管随之向外扩张变 形。
自由端B的位移与输
随着电能应用的不断拓展以电能为介质的各种电气设备广泛进入企业社会和家庭生活中与此同时使用电气所带来的不安全事故也不断发生定极板弹性元件动极板被测压力电容器极板间绝缘介质的介电常数a电容器两平行板覆盖的面积md两平行板之间的距离mc电容量f随着电能应用的不断拓展以电能为介质的各种电气设备广泛进入企业社会和家庭生活中与此同时使用电气所带来的不安全事故也不断发生中心膜片变形位移电容量变化是大气压时为压力传感部件
二、压阻式压力传感器
利用半导体材料的压阻效应将压力转换为电信 号。
压阻效应——受压时电阻率发生变化。 如图是一种半导体测压传感部件。
在杯状单晶硅膜片 的表面上，沿一定的晶 轴方向和位置扩散着四 个长条形电阻。
半导体扩散电阻在受应力作用时，材料内部晶格 之间的距离发生变化，使禁带宽度以及载流子浓度和 迁移率改变，导致半导体材料电阻率ρ发生强烈的变化， 其灵敏度约比金属应变电阻高100倍左右。
测压关系：
压力的测量和真空技术ppt课件
范围：600mmHg – 800mmHg , 温度：-10 oC – 40 oC 。最小 分度： 0.5 mmHg，误差 小于等于 1.5 mmHg。 特点：体积小，重量轻，不要固定，要水平放置，精度差。
例2：仪器校正值 0.7 mmHg，温度校正 –0.05mmHg (每升温1 oC )，读数 760mmHg，室温 30 oC，求校正后的值。 <762.2mmHg>
温度校正：T的变化致使Hg和黄铜变化的长度不同，当大 于0 oC时，“读数- 校正值”, 当小于0 oC时，“读数+校正 值”
po = (1+t)p/(1+t) = [1+ (-)/(1+t)]p
p为气压计读数；t 为测量温度(oC)；0 oC- 35 oC时，为Hg 的平均体膨胀系数 1.81810-4 K-1，为黄铜线膨胀系数 1.8410-5 K-1，po为校正到0 oC时的大气压值。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
2.习惯表示： (1)绝对压力 P <实际压力，总压力> (2)相对压力 p = P – Po < 与大气压力Po相比较的压力> (3)正压力 P > Po (4)负压力 P < Po <又称真空，其绝对值称为真空度> (5)差压力 P1- P2 <任意压力P1和P2比较的差值>
U型管压差计 真空表 较高或高真空：
真空规：绝对真空规 麦氏真空规 相对真空规 热偶真空规 电离真空规
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
例2：仪器校正值 0.7 mmHg，温度校正 –0.05mmHg (每升温1 oC )，读数 760mmHg，室温 30 oC，求校正后的值。 <762.2mmHg>
温度校正：T的变化致使Hg和黄铜变化的长度不同，当大 于0 oC时，“读数- 校正值”, 当小于0 oC时，“读数+校正 值”
po = (1+t)p/(1+t) = [1+ (-)/(1+t)]p
p为气压计读数；t 为测量温度(oC)；0 oC- 35 oC时，为Hg 的平均体膨胀系数 1.81810-4 K-1，为黄铜线膨胀系数 1.8410-5 K-1，po为校正到0 oC时的大气压值。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
2.习惯表示： (1)绝对压力 P <实际压力，总压力> (2)相对压力 p = P – Po < 与大气压力Po相比较的压力> (3)正压力 P > Po (4)负压力 P < Po <又称真空，其绝对值称为真空度> (5)差压力 P1- P2 <任意压力P1和P2比较的差值>
U型管压差计 真空表 较高或高真空：
真空规：绝对真空规 麦氏真空规 相对真空规 热偶真空规 电离真空规
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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
压力测量.完整版PPT资料
可测负压、微压、 低压、中压和高压
精度有0.5、1.0、1.5 、2.5等
第三节 弹性式压力计
20
第三章 压力测量
第一节 压力测量概述 第二节 液柱式压力计 第三节 弹性式压力计 第四节 电气式压力计 第五节 压力仪表的选择与校验
21
第四节 电气式压力计
电气式压力检测方法一般是用压力敏感 元件直接将压力转换成电阻、电荷量等 电量的变化。
7
第二节 液柱式压力计
原理：根据流体静力学原理 优点：结构简单，使用方便，价
格低廉。
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，精度较低。
8
ห้องสมุดไป่ตู้ 第二节 液柱式压力计
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
图6—2 应变电阻片的结构
26
第四节 电气式压力计
压缩
拉伸
27
第四节 电气式压力计
1) 工作原理
金属应变片的电阻R为 Rl/A
上述任何一个参数变化均会引起电阻变化.
dR Ad l A l2d
A l d
A
28
金属应变计
第四节 电气式压力计
29
3) 应变片测量电路
R1
R2
E
V
R3
第四节 电气式压力计 R4
6.9×102 6.8×10-2
51.72 7.04×102 7.03×10-2 6.9×10-2
1
3
第一节 压力测量概述
二、压力的表示方法
精度有0.5、1.0、1.5 、2.5等
第三节 弹性式压力计
20
第三章 压力测量
第一节 压力测量概述 第二节 液柱式压力计 第三节 弹性式压力计 第四节 电气式压力计 第五节 压力仪表的选择与校验
21
第四节 电气式压力计
电气式压力检测方法一般是用压力敏感 元件直接将压力转换成电阻、电荷量等 电量的变化。
7
第二节 液柱式压力计
原理：根据流体静力学原理 优点：结构简单，使用方便，价
格低廉。
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，精度较低。
8
ห้องสมุดไป่ตู้ 第二节 液柱式压力计
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
图6—2 应变电阻片的结构
26
第四节 电气式压力计
压缩
拉伸
27
第四节 电气式压力计
1) 工作原理
金属应变片的电阻R为 Rl/A
上述任何一个参数变化均会引起电阻变化.
dR Ad l A l2d
A l d
A
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金属应变计
第四节 电气式压力计
29
3) 应变片测量电路
R1
R2
E
V
R3
第四节 电气式压力计 R4
6.9×102 6.8×10-2
51.72 7.04×102 7.03×10-2 6.9×10-2
1
3
第一节 压力测量概述
二、压力的表示方法
《压力测量》PPT课件
u KE
3.4.3. 电感式压力传感器 1、结构和工作原理
LW2 RM
RM RF Rg
li 2δ μi Si μ0 S
RF Rg L W 2 μ0 S
2δ
2．自感式压力传感器
按照传感器敏感元件结构形式的不同，可分 为变气隙、变截面和螺管式三种，其中螺管式量 程最大，虽然灵敏度低，但结构简单、便于制作， 因而应用比较广泛。下面以螺管式压差传感器为 例，简要介绍自感式压力传感器的工作原理。螺 管式压差测量原理结构如图
3.3 弹性式压力计
利用材料在弹性范围内变形与外力为线性关系的 原理，制成不同形式及满足不同要求的压力计。
0.1103 MPa
F Apx
F Kx
x
F K
A K
px
一、弹性元件
弹性膜片（膜盒）
波纹管
弹簧管
Δ
P1 2
E
•
R2 bh
1
b2 a2
K
2
μ、Ｅ——弹簧管的泊松系数和弹性模量
h ——弹簧管的壁厚
R KRPx
2. 优点:结构简单、体积小 、稳定性好、动态响应 快、耐振耐冲击、精度 高、线性度好，是传感 器的主流产品。
MPM380 型压阻式压力传感器
接输出信 号
压阻式压力变 送器
接流体
可显示的压 阻式压力变 送器
微型压阻式压力变送器
3.4.7. 压磁式压力传感器
被测压力通过感压弹性膜 片2传递给由坡莫合金制成的 铁芯4，铁芯在压力作用下， 其磁导率发生改变，从而引起 线圈3阻抗变化。显然，线圈 阻抗变化与被测压力有关。
4. 1151系列电容式压力传感器
d 30% d
3.4.5 压电式压力传感器 1 、基本原理
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pa 绝对压力零线
绝对压力是指物体所受的实际压力。
表压是指一般压力表所测得的压力，它是高于大气压力的绝对压力与
大气压力之差，即
p pa p0 ph p0 pa
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，
3
压力和压差测量
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。
x
x
x
x
px
平薄膜
px
波纹膜
px
波纹管
x px
单圈弹簧管
px
多圈弹簧管
13
3.3 弹性元件及弹性压力表
弹性元件的特点
F=pA=kx
x 弹性滞后
弹性后效
x0 p0
p
14
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，另一端为开 口。闭口端作为 自由端，开口端 作为固定端。
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％。 ④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％。
除特殊说明之外，以后所提及的压 力均指表压。
4
3.1.4 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 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。
(2)弹性式压力检测 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。
0
式中θ0为弹簧管中心角的初始角；Δθ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。
16
17
电接点 信号压力表
1 动触点 2和4 静触点 3 绿灯 5 红灯
18
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。
5
压力和压差测量
(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。
p1
p2
h
(a)
(b)
特点：直观、可靠、准确度较高等，但U形管只能测量
较低的压力或差压，为了便于读数，U形管一般是用玻璃
做成，易破损，另外它只能进行现场指示。 8
3.2. 液柱式压力检测
用U形管进行压力检测，其误差来源主要有： ①标尺刻度精度； ②读数误差 ③温度误差——由使用环境温度的变化引起的测量
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）
19
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、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。
9
P1
P2
h2 g（1
A2 A1
)
10
P1
P2
gl sin（1
A2 A1
)
11
特点：直观、可靠、准确度较高等，但U 形管只能测量较低的压力或差压，为了便 于读数，U形管一般是用玻璃做成，易破损， 另外它只能进行现场指示。
12
3.3 弹性元件及弹性压力表
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。
C i1
1 A1
S1
A S0
Ci 2
2 A2
S2
A S0
1 2
C
C i 2Ci1
A(
S0
1
1)
S0
34
——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（含 材质）等。
电容-电流转 换电路
Ii ＋
Io 电流放Leabharlann 器－If测量部分
转换放大部分
反馈电路
30
电容式差压变送器测量原理
31
P1 +
— P2
32
电容式差压变送器测量原理
——差动电容测量原理
ΔP=0 Ci1=Ci2=15pF
ΔP＞0 Ci1的电容量减小 Ci2的电容量增大
33
ΔP=0 ΔP≠0
S1=S2=S0 S1=S0+δ S2=S0-δ
6
3.2. 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。
p p2 p1 gh
p1
p2
(a)
p1
p2
h
(b)
7
3.2. 液柱式压力检测
p1
p2
p p2 p1 gh
密度：物质单位体积的质量
重要的不是创新，而是有用的创新！
压力和压差测量
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
2
3.1.3 压力的表示方法
三种压力表示方法
绝对压力
pa
表压力
p
负压或真空度 ph
p
大气压力p0线
pa
ph
1.01325×105Pa
15
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，同时改变其中心
角。位移量（中心角改变量）和所加压力有如
下的函数关系：
P 1 2 R 2 (1 b2 )
0
E bh a 2 2
P
20
21
r1
r2
1
2
P
3
(a)传感器 1－外壳 2－弹性筒 3－膜片
22
半桥
23
全桥
24
电感式 远传压力计
25
26
VH R H IB
27
B x
28
29
——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 ΔC 容膜盒