压力检测方法及仪表

➢电测压力法
❖压电式测压原理
根据“压电效应”把被测压力变换为电信号的。
（a）单晶体
（b）剖面图
（c）X截割的石英片
电荷数 Q x KPx Ax
受力面积
压电常数
作用在受力面积上的压力
➢压力检测仪表 霍尔式压力表属于电气式压力表。
❖霍尔式压力表 测压原理：利用霍尔片式传感器（根据半导
体材料的霍尔效应的原理）实现压力-位移霍尔电势的转换。
压力变换为电信号来进行测量的。 1. 弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的 位移量转换成相应的电信号，如电阻式、电感式、电 容式、霍尔片式、应变式、振弦式等； 2. 非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物 体的某一物理性质与压力有关，如压电式、压阻式、 压磁式等。
➢电测压力法 ❖电容式测压原理
▪ 机械品质因数对于作周期振动的弹性敏感元件，由于阻尼的存在，每一
个振动周期都伴有能量消耗。机械品质因数定义为每个振动周期存储的
能量与由阻尼等消耗的能量之比：
Q
2
E S
E
C
弹簧管压力表
刻度盘 游丝
中心齿轮 弹簧管
指针 扇形齿轮
接头
拉杆 调整螺钉
➢电测压力法
测量原理
利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被测
测量 p1 p2
P0
1
Baidu Nhomakorabea
1
1
1
p
h1
h1
h
2
h2
2 h2
0
0
2
常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、斜管 压力表和活塞式压力表等。
➢弹性变形法
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
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
线性非均匀磁场
霍尔片：是一种半导体或化合物半导体转换 元件。霍尔效应：把一块霍尔元件置于均匀 磁场中，并使霍尔片与磁感应强度B的方向 垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵向端面上 通入恒定的控制电流I，则会在霍尔片的两 个横向端面之间形成电位差VH，此电位差
称为霍尔电势。 VH K H IB
➢压力检测仪表
F AP
式中 F——轴向外力 S——位移 C——弹性元件的刚度系数
式中 A——弹性元件承受压力的有效面积 P——被测压力
S AP C
S~ P
弹 性 元 件 结 构 和 特 点
▪ 常用的弹性敏感元件
▪ 常用的弹性敏感元件
▪ 常用的弹性敏感元件
真空膜合
▪ 常用的弹性敏感元件
▪ 常用的弹性敏感元件
DDZ-Ⅱ型仪表为0～ 1D0DmZ-AⅢD型C 仪表为4～20mADC
➢压力检测仪表
❖智能差压（压力）变送器
在普通压力传感器上增加微处理器,其特点： 具有远程通讯的功能；依靠手操通信器，用户可在现场或控制 室设定变送器各种参数；使用维护方便，长期稳定工作，每5年 才需校检一次。
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
压力测量及仪表
颉永军
主要内容
➢压力检测方法 ❖液柱测压法
❖弹性变形法
❖电测压力法
➢压力检测仪表 ✓ 弹簧管压力表
✓ 霍尔式压力表
✓差压（压力）变送器
✓力平衡式压力变送器
✓微位移式变送器
✓智能差压（压力）变送器
➢压力的基本概念
垂直而均匀地作用在单位面积上的力
F S
式中 Ｐ——压力（Pa）
Ｆ——均匀垂直作用力（N） Ｓ——受力面积（m2）
▪ 常用的弹性敏感元件
弹性敏感元件的一般特性
▪ 弹性敏感元件的一般特性
▪ 柔度（灵敏度）
S
dx dF
▪ 刚度
K dF dx
弹性敏感元件的一般特性
▪ 弹性敏感元件的一般特性 ▪ 弹性滞后
弹性敏感元件的一般特性
▪ 弹性滞后。 弹性滞后是指弹性敏感元件在弹性变形范围内，加载、卸载 正反行程曲线不重合的现象，一般用最大变形滞后与最大载荷下的总变 形的百分比表示。产生弹性滞后的原因主要是由于弹性敏感元件在工作 时分子间存在内摩擦，这种滞后误差将会造成测量误差，因此必须选择 弹性滞后小的弹性敏感元件。
单位: 牛顿/米2（N/m2），简称“帕”，用符号“Pa”
1Pa = 1*10-3KPa = 1*10-6MPa
➢压力的几种表示形式
被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压（或真空度）
绝对压力
表压（正压） 真空度
大气压力线
绝对压力
绝对压力的零线
➢液柱测压法
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
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
电子线路板
微处理器 传感器线性化 重设量程 诊断 工程单位 通信
电子板内存 量程值 变送器组态信息
D/A 转换
4～20mA
数字
通信
手
操
器
本机量程和
零点调整
➢压力测量仪表的选用
•仪表种类和型号的选择
▪ 弹性后效。 弹性敏感元件的变形不仅随载荷变化，而且与时间有关。当 所加载荷改变时，不是立即完成相应变形，而是经一定时间间隔逐渐完 成变形，这一现象称为弹性后效。弹性后效的存在使得弹性敏感元件的 变形不能迅速随外力的改变而变化，造成测量误差，在动态测试时，这 种现象更加严重。
▪ 固有频率。 弹性敏感元件的固有频率决定其动态特性。一般来说，固有 频率越高，其动态特性越好。
工艺要求 现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信 号报警
介质性质 温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性 现场环境 温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性 •仪表量程的确定 化工自控设计技术规定 被测压力较稳定的情况，最大压力值应不超过满量程的2/3； 被测压力波动较大的情况，最大压力值应不超过满量程的1/2 被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3
测量原理 采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可
变电容器的电容量，然后通过测量电容量C便可以
知道被测压力的大小，从而实现压力-电容转换的
定极板
弹性元件
C
d
被测压力 动极板
ε——电容器极板间绝缘介质的介电 常数，F/m
A——电容器两平行板覆盖的面积，m2
d——两平行板之间的距离，m C——电容量，F
❖霍尔式压力表 霍尔片 + 弹簧管
磁钢
弹簧管
霍尔片
VH Kx
K——霍尔式压力传感器输出系数 χ——自由端霍尔元件的位移量
➢差压（压力）变送器
作用：将各种物理量转换成统一的标准信号
差压变送器 力平衡式变送器 位移平衡式变送器
气动单元组合仪表（简称为QDZ仪表）
20～100KPa
电动单元组合仪表（简称为DDZ仪表）