化工测量及仪表第3章压力ppt课件.ppt

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1、第3章压力测量本章要点压力的定义和表示弹性元件和弹性压力计电阻（应变）式压力计电容式压力计电感式压力计霍尔式压力计其他常见的压力测量方法压力仪表的选用原则3.1压力检测概述3.1.1压力定义及单位3.1.2压力的几种表示方法3.1.1压力定义及单位压力定义压力的单位工程上的压力定义是垂直而均匀地作用于单位面积上的力。相当于物理上的压强定义。压力的国际标准单位为Pa(帕斯卡)，1Pa的定义是在1m2的面积上有1N（牛顿）的作用力。但是该单位表示的力较小，因此，工程上更多的是使用kPa(千帕斯卡/千帕)或MPa（兆帕斯卡/兆帕）作为压力表示单位。=======3-13.1.2压力的几种表示方法表

2、压力与真空度：绝对压力:被测量压力与真空的差值称为绝对压力。被测压力大于大气压力时，称被测压力与大气压力差值为表压力，当被测压力小于大气压力时，称其差值为真空度或负压。3.2弹性压力计3.2.1弹性元件3.2.2弹性元件在压力测量中的应用3.2.1弹性元件弹性元件的测量原理当被测压力作用于弹性元件时，弹性元件受到其轴向外力的作用，产生弹性形变，形成拉伸或压缩的位移信号，在弹性形变的范围内，其受力和形变的关系可表示为：式中F——轴向外力X——弹性元件的位移C——弹性元件的刚度系数根据弹性元件的形变大小，可以确定被测压力的大小。弹性元件种类和特性常用的弹性元件类型有膜片、弹簧管、波纹管等类型，可

3、将压力信号转换为位移信号。膜片和膜盒弹簧管波纹管膜片主要用于低压的测量，压力增大时，膜片圆心处的硬心会产生直线位移。在压力测量中，常用两片膜片沿周边对焊起来，组成膜盒结构。膜片可直接带动传动机构就地显示，但由于膜片的位移较小，灵敏度低，更多的是与压力变送器配合使用。波纹管在管内压力增大时，侧壁上的褶皱曲率变化，产生自由端的水平位移，由于波纹管的位移相对较大，一般可直接带动传动机构，就地显示。其优点是灵敏度高，但波纹管迟滞误差较大，其输出的水平位移比弹簧管大，但位移和压力的线性度不如弹簧管。弹簧管又称波登管，管的横截面为椭圆形，当管内压力变大时，椭圆截面在压力作用下趋向于圆形，使整个弯管曲率发

4、生变化，其自由端产生向外的位移，在位移量不大时，可近似的看作直线运动，且位移大小与压力近似成正比。弹簧管还有多圈的盘状或螺旋状的结构，可以增大输出的位移量。常见的弹性元件位移输出和压力信号的关系如表3-2-2所示。3-23.2.2弹性元件在压力测量中的应用弹簧管压力表实物示例被测压力由接头9引入，迫使弹簧管1的自由端B向右上方扩张移动。自由端B的弹性变形位移由拉杆2使扇形齿轮3做逆时针偏转，于是指针5通过同轴的中心齿轮4带动而做顺时针偏转，从而在面板6的刻度标尺上显示出被测压力p的数值。由于自由端的位移与被测压力之间具有比例关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺是线性的。3-4量程调整减小变差游丝

5、7是用来克服扇形齿轮和中心齿轮的间隙所产生的仪表变差的。改变调整螺钉8的位置(即改变机械传动的放大倍数)，可以实现压力表量程的调整。3-3P为压力，即单位面积上的力，N/m23.2.2弹性元件在压力测量中的应用压力变送器结构原理如图所示，由测量和转换两部分组成。测量部分包括测量室、测量元件(膜片或膜盒)、主杠杆；转换部分包括主杠杆、矢量机构、副杠杆、反馈机构、差动变压器、调零装置及放大器。如图所示。矢量机构把主杠杆水平方向的力Fl分解为垂直方向的力F2和矢量角方向的力F3，其中分力F2则作用于副杠杆上，其值等于Fltgθ。副杠杆以M点为支点，将F2传递到反馈动圈12处，形成作用力F4，它与反

6、馈动圈在磁场中所受到的反馈力Ff相比较其差值ΔF使副杠杆绕M点偏转，这使得固定在副杠抨上的位移检测片8与差动变压器9之间的距离改变Δx，引起差动变压器输出的变化Δu，经放大器放大并转换成4~20mADC标准信号I0，作为变送器的输出信号；I0同时又作为反馈电流经反馈动圈，产生电磁反馈力Ff，使副杠杆作相反方向的偏转。当输入力与反馈力对杠杆系统所产生的力矩达到平衡时，Ff=F4，变送器重新达到一个新的稳定状态。此时，变送器输出电流I0与被测信号Δp成正比。3.3电阻式压力计3.3.1应变效应和压阻效应的原理3.3.2金属应变片与应变式压力传感器3.3.3压阻元件和压阻式压力传感器3.3.4电阻

7、信号的测量电路3.3电阻式压力计电阻式压力计利用传感器将弹性元件受压力影响产生的形变转换为电阻信号，再利用对电阻信号的转换处理获得被测的压力值。常用的传感器有金属应变片和半导体硅杯，所以这类传感器的工作原理是应变效应，即金属或半导体材料的电阻，在受到外力作用产微小形变的同时，其电阻值也会发生变化，以金属应变片作为传感元件制造的压力计称为应变式压力计，以硅杯作为传感元件制造的压力计称为压阻式压力计。应变式压力传