2 第二章压力检测及仪表

1检测仪表与控制装置南京化工职业技术学院自动控制系主讲:邓素萍2第二章压力检测及仪表本章知识点及习题◆2.1概述◆2.2弹性式压力表◆2.3电测式压力表◆2.4压力检测仪表的使用3◎2.1.1压力检测的目的第二章压力检测及仪表◆2.1概述◎2.1.2压力检测的基本概念•压力的定义:•垂直均匀作用在单位面积上的力，单位Pa•实际应用中还有kPa、MPa等AFPP大大气压力线绝对压力零线绝对压力表压绝对压力负压力（真空度）差压☆压力的表示方法P绝1P绝2P表△P差压4第二章压力检测及仪表◎2.1.3压力的传递表2-1.压力单位换算表压力单位的换算压力单位工程大气压毫米汞柱毫米水柱物理大气压帕斯卡毫米汞柱1.359×10-311.3595×101.316×10-31.332×10-2毫米水柱10-40.73556×10-110.9678×10-40.9087×10帕斯卡1.0197×10-50.75×10-21.0197×10-10.9869×10-51工程大气压10.74556×1031040.96780.9807×105物理大气压1.03327601.033×10411.01325×105◆2.1概述5第二章压力检测及仪表◎2.1.3压力检测仪表的类型3.活塞式压力仪表1.液式压力仪表4.电气式压力仪表2.弹性式压力仪表◆2.1概述6第二章压力检测及仪表◎2.1.3压力检测仪表的类型1.液柱式压力仪表（U形管式、单管式、斜管式）◆2.1概述7第二章压力检测及仪表◎2.1.3压力检测仪表的类型2.弹性式压力仪表◆2.1概述8第二章压力检测及仪表◎2.1.3压力检测仪表的类型3.活塞式压力仪表◆2.1概述9第二章压力检测及仪表◎2.1.3压力检测仪表的类型4.电气式压力仪表◆2.1概述10第二章压力检测及仪表◆2.2弹性式压力表◎弹性式压力表工作原理:是基于以弹性受压后弹性元件产生弹性变形(位移)为基础的压力测量仪表◎弹性元件:膜片膜盒波纹管单、多圈弹簧管11第二章压力检测及仪表◆2.2弹性式压力表◎2.1.3弹性元件的特性※弹簧管将压力P转换为角位移xxx12第二章压力检测及仪表◆2.2弹性式压力表◎2.1.1弹性元件的特性弹簧管将压力P转换为角位移αkPAPkFkx11弹簧管的截面图扁圆形椭圆形半圆形双圆形8字形厚壁扁圆形13第二章压力检测及仪表◆2.2弹性式压力表◎2.1.1弹性元件的特性弹簧管将压力P转换为角位移xkxF虎克定律:pAFkpApkFkx11x◎2.2.2弹簧管压力表1.作用2.结构组成14第二章压力检测及仪表◆2.2弹性式压力表◎2.2.2弹簧管压力表3.工作原理1.作用2.结构组成pk12kkppkk21◎游丝的作用:克服由于机械传动结构的间隙而产生的测量误差(变差)◎调整螺钉的作用:实现量程的调整15第二章压力检测及仪表◎2.2.2弹簧管压力表4.应用注意问题⑴弹簧管压力表型号的编写规则Y-50/60/100/150系列弹簧管一般压力表适用测量无爆炸，不结晶，不凝固，对铜和铜合金无腐蚀作用的液体、气体或蒸汽的压力。使用工作温度：-40℃～70℃仪表执行标准：GB/T1226-2001型号命名：Y-B-Z系列全不锈钢耐震压力表◆2.2弹性式压力表16第二章压力检测及仪表◎2.2.2弹簧管压力表技术参数：使用工作温度：-40℃～70℃仪表执行标准：GB/T1226-2001型号结构形式精确度%测量范围MPaY-60B-Z径向无边±2.5-0.1～0;-0.1～0.06;-0.1～0.15;-0.1～0.3;-0.1～0.5;-0.1～0.9;-0.1～1.5;-0.1～2.4;0～0.1;0～0.16;0～0.25;0～0.4;0～0.6;0～1.0;0～1.6;0～2.5;0～4;0～6;0～10;0～16;0～25;0～40;0～60;0～100;Y-60ZB-Z轴向无边Y-100BY-100B-Z径向无边±1.6Y-150BY-150B-Z⑴弹簧管压力表型号的编写规则◆2.2弹性式压力表17第二章压力检测及仪表◎2.2.2弹簧管压力表4.应用注意问题⑵压力表内弹簧管的材料的选择◆2.2弹性式压力表使用注意问题：弹簧管的材料是根据被测介质的化学性质和被测压力的高低来决定。◆当压力20MPa时采用磷青铜材料；◆当压力20MPa时采用不銹钢或合金钢材料；◆当测量氨气压力时必须采用能够耐腐蚀的不銹钢弹簧管；◆测量乙炔压力时不得用铜质材料弹簧管；◆测量氧气压力时,则严禁沾有油脂的工艺管道设备；否则将有爆炸危险。18第二章压力检测及仪表◎2.2.2弹簧管压力表4.应用注意问题⑶压力表外壳颜色的规定表2-3特殊介质弹簧管压力表色标◆2.2弹性式压力表被测介质色标颜色被测介质色标颜色氧气天蓝色乙炔白色氢气深绿色其它可燃性气体红色氨气黄色其它惰性气体或液体黑色氯气褐色19第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎概述1.原理压力pi→电量R、C、L、U、E、f2.电测式压力的种类3.电测式压力仪表的构成原理压阻式、电感式、电容式、压电式、磁电式等敏感元件转换部件转换电路显示部分p△plα测量部件电量：R.C.L.U.E.f电信号：I.V4~20mA1~5V20第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎2.3.1压力(差压)变送器⑴压力(差压)变送器的作用：将各种被测工艺变量（P、ΔP、F、L、T）转换换成相应的统一标准信号（4～20mADC,1～5VDC）传送到指示记录仪、运算器、调节器，以实现自动检测与自动控制。1.压力(差压)变送器的作用iPKpI0010IPKpIiiPKpI0010IPKpIi21第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎2.3.1压力(差压)变送器1.压力(差压)变送器的作用施加在高压侧腔体内的压力p与液位h成正比：p=gh※利用差压变送器测量液体的液位高度h压力变送器hp22第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎2.3.1压力(差压)变送器1.压力(差压)变送器的作用△p=KQ2※利用差压变送器测量液体的流量Q差压变送器QΔPiI0显示仪表23第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎2.3.1压力(差压)变送器2.压力(差压)变送器的构成原理根据“负反馈原理”构成的变送器的组成及组成方块图深度负反馈时:OZDXFY1变送器输出输入关系：minYXKYB24第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎2.3.1压力(差压)变送器3.变送器输出输入关系及特性曲线OZDXFY1minYXKYP25第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎2.3.1压力(差压)变送器⑷变送器的量程调整、零点调整和零点迁移◎量程调整：1.量程调整的目的：将输出信号的上限值Ymax与测量范围的上限值Xmax相对应2.量程调整的方法：改变F或D◎零点调整及零点迁移1.零点调整的目的：将输出信号的下限值Ymin与测量范围的下限值Xmin对应2.什么叫零点迁移、类型的概念：零点迁移、零点调整的方法：加、减零点或零点迁移信号Z※使用注意问题:先调整零点,后进行零点迁移;调整零点和量程时,应先粗调后细调;26第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎2.3.2电容式压力(差压)变送器1.电容式压力(差压)变送器的作用△pi→△C→△I(△V)(4~20mA1~5V)2.特点3.工作原理1151系列电容式变送器是引进美国罗斯蒙特公司技术制造的产品具有设计原理新颖、品种规格齐全、安装使用简便、本质安全防爆等特点。尤以精度高、体积小、重量轻、坚固耐振、调整方便、长期稳定性高、单向过载保护特性好而著称。因此在国内外市场上享有很高的声誉。○没有杠杆系统和电磁反馈机构○开环系统○检测元件:差动电容○结构组件化○标准信号制(二线制)○可在任意角度下安装。27第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎2.3.2电容式压力(差压)变送器1.电容式压力(差压)变送器的作用△pi→△C→△I(△V)(4~20mA1~5V)2.特点工作原理：当Δpi↑→感压膜片Δd↑→ΔCi↑→Ii→I0↑3.工作原理结构组成：由测量部件、转换电路、放大电路三部分组成28第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎2.3.2电容式压力(差压)变送器感压膜片电容-电流转换器ΔPi↑ΔCiH-CiLδc↑Ii放大和输出限制电路反馈电路-If调零、迁移电路I‘I0(I2-I1)0～100kPa4～20mA差动电容ΔS↑测量部件转换电路放大电路※输入输出特性010IPKpIi3.工作原理29第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎2.3.2电容式压力(差压)变送器3.工作原理1—高压侧进气口2—低压侧进气口3—过滤片4—空腔5—柔性不锈钢波纹隔离膜片※测量部件的工作原理6—导压硅油7—凹形玻璃圆片8—镀金凹形电极9—弹性平膜片10—腔※转换部分的工作原理※放大部分的工作原理30第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎2.3.2电容式压力(差压)变送器4.变送器整机工作原理及输出电路的工作原理010IPKpIi感压膜片电容-电流转换器ΔPi↑ΔCiH-CiLδc↑Ii放大和输出限制电路反馈电路-If调零、迁移电路I‘I0(I2-I1)0～100kPa4～20mA差动电容ΔS↑测量部件转换电路放大电路※输入输出特性※二线制变送器工作原理?31第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎2.3.2电容式压力(差压)变送器◎安全火花防暴措施:1.输出限制电路(过流过压保护)2.阻尼电路3.反向保护电路D04.温度补偿电路5.差压变送器的应用:◎输入输出特性010IPKpIi◎零点调整?◎量程调整?◎零点迁移?◎零点迁移的实质?◎差压变送器与压力变送器?32第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎2.3.3扩散硅式压力(差压)变送器1.扩散硅式压力(差压)变送器的作用△pi→△R→△I(△V)(4~20mA1~5V)2.特点◆稳定性高,每年优于0.1％满量程。◆温度偏移小,由于取消了测量元件中的中介液，因而传感器不仅获得了很高的测量精度。◆可靠性好，采用大规模IC，电路可靠性好，抗干扰性能强。◆适用性广,产品具有多种型号，多种过程连接形式，可适应工业测量中的各种介质。◆安装维护简便、产品结构合理、体积小、重量轻、可直接任意位置安装。33第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎2.3.3扩散硅式压力(差压)变送器3.压阻效应当在半导体材料上施加一作用F力时，其电阻率ρ将发生显著的变化，这种现象称为“压阻效应”。drdrldlRdR2半导体材料lρA0ldll0rdrrEdERdRRdREPi→Fi→σ→εRdRdε→→→uiKpRdR压阻效应：ddrdrldlRdRr)21(2lr34第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎2.3.3扩散硅式压力(差压)变送器单晶硅片采用的集成电路的扩散工艺，在单晶硅片上扩散杂质（硅）形成四个阻值相同的扩散电阻R1、R2、R3、R44.扩散硅式压力(差压)变送器的工作原理扩散硅杯P2PiF2F1正应力：σr0.635rR1R1、R4变小R2R3R4R2、R3变大△pi→△R→△I(△V)(4~20mA1~5V)(2)结构组成(1)作用基于半导体材料的”压阻效应”原理35第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎2.3.3扩散硅式压力(差压)变送器4.扩散硅式压力(差压)变送器的工作原理(2)结构组成36第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎2.3.3扩散硅式压力(差压)变送器4.扩散硅式压力(差压)变送器的工作原理Pi→Fi→σ→εRdRdε→→→u(3)工作原理37第二章压力检测及仪表◆2.3电测式压力表◎2.3.3扩散硅式压力(差压)变送器4.扩散硅式压力(差压)变送器的工作原理(3)工作原理