压力检测及仪表
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化工厂中几种常见化工仪表及其原理
仪表仪器1、压力检测及仪表弹性式压力计在化工厂随处可见，多为弹簧管压力表弹簧管压力表。
它属于就地指示型压力表，就地显示压力的大小，不带远程传送显示、调节功能。
原理：弹簧管压力表通过表内的敏感元件--波登管的弹性变形，再通过表内机芯的转换机构将压力形变传导至指针，引起指针转动来显示压力。
特点：弹簧管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。
2、流量检测及仪表转子流量计是工业上和实验室最常用的一种流量计。
它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点。
转子流量计适用于测量通过管道直径D<150mm的小流量，也可以测量腐蚀性介质的流量。
使用时流量计必须安装在垂直走向的管段上，流体介质自下而上地通过转子流量计。
原理：转子流量计由两个部件组成，转子流量计一件是从下向上逐渐扩大的锥形管；转子流量计另一件是置于锥形管中且可以沿管的中心线上下自由移动的转子。
转子流量计当测量流体的流量时，被测流体从锥形管下端流入，流体的流动冲击着转子，并对它产生一个作用力（这个力的大小随流量大小而变化）；当流量足够大时，所产生的作用力将转子托起，并使之升高。
同时，被测流体流经转子与锥形管壁间的环形断面，从上端流出。
当被测流体流动时对转子的作用力，正好等于转子在流体中的重量时（称为显示重量），转子受力处于平衡状态而停留在某一高度。
分析表明；转子在锥形管中的位置高度，与所通过的流量有着相互对应的关系。
因此，观测转子在锥形管中的位置高度，就可以求得相应的流量值。
3 、物位检测及仪表在化工厂管路中直立的中间有一块块黄色小板，且不是反转的仪表，其是磁翻板液位计，在几个大型罐槽侧面有大型的，而在化工厂也看到小型的。
第三章第二节压力检测及仪表
(4).力矩平衡式压力变送器 工作原理:是一种典型的自平衡检测仪表,利用力矩平衡 和负反馈的工作原理。 结构:测量部分、杠杆系统、位移检测放大器、波纹管 反馈机构（气动压力变送器）或电磁反馈机构（电动 压力变送器）。 特点:测量精度高、工作稳定可靠、线性好、不灵敏区 小等。
DDZ-Ⅲ型电动力矩平衡压力变送器 直流电源24V,输出4-20mA (DC),两线制,安全防暴。 1.测量膜片; 2.轴封膜片; 3.主杠杆;4.矢量机构; 5.量程调整螺钉; 6.连杆; 7.副杠杆; 8.检测片; 9.差动变压器; 10.反馈线圈 11.放大器; 12.调零弹簧; 13.永久磁钢;
第二节 压力检测及仪表
一、压力单位及测压仪表 1.压力:指均匀垂直地作用在单位面积上的力。 单位(SI):帕斯卡,简称帕(Pa)。 F p 1Pa=1N/m2 1MPa=1X106Pa S
2.几种压力表示法 在压力测量中,常有表压.绝对压力.负压或真空度。 表压:是绝对压力和大气压力之差, 即 P表压 = P绝对压力 -P大气压力 真空度(负压):当被测压力低 于大气压力时,大气压力和 绝对压力之差,即 P真空度 =P大气压力 -P绝对压力
三、电气式压力计 1.定义:把压力转换为电信号进行传输及显示的仪表。 2.组成:压力传感器、测量电路和信号处理装置。 3.测量范围:7×10-5Pa---5×102MPa,测量范围广。 4.压力传感器作用:把压力信号检测出来,并转换成电信 号进行输出。当输出的电信号转换成标准信号时,压 力传感器称为压力变送器。 标准信号:是指物理量的形式和数值范围都符合国际标 准的信号。如直流电流4-20mA (0-10mA),空气压力 0.02-0.1MPa都为标准信号。 5.压力传感器分类:霍尔片式、应变片式、压阻式压力 传感器和力平衡式 、电容式压力变送器。
压力检测及仪表
3.2.5 压力检测仪表的选用和安装
选用＋安装
其它仪表也基本适用
——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（材 质）等。
⑴量程
仪表的量程是指该仪表可按规定的精确度对被测量进行测量的范围
1
2
P
3
(a)传感器 1－外壳 2－弹性筒 3－膜片
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，以扩散硅压阻传感器作为检 测元件的压力检测仪表得到了广泛的使用。
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。
3.2.2 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 (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)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。
第三章 压力检测仪表
mm m dyn/cm2 lb/in2
常见压力传感器外形
工业压力变送器 数字压力变送器 通用压力变送器 隔离压力变送器 高温压力变送器 隔离压差变送器 隔离液位变送器 微压变送器 电容压力变送器 隔膜压力变送器 绝压变送器 双膜压差变送器
微型探针压力计 暖风空调压力计 湿式压力变送器 本安压力变送器
§3.1 概 述 一、测量过程与测量误差
1.测量过程：不论检测方法和仪表结构多么不同， 测量的实质都是将被测参数与其所对应的测量 单位进行比较的过程，而测量仪表是实现这种 比较的工具。尽管测量原理各式各样，但都是 将被测参数经过一次或多次能量的转换，最终 获得一种便于显示和传递的信号形式的过程。 例如：采用热电偶进行温度的测量 （温度－> 电流信号－>毫伏测量表指针偏转－>与温度标 尺进行比较）
示值之比，即：Y= Δ/ X0=(X-X0)/X0
二、检测仪表的性能指标
1. 准确度与允许误差
• 准确度（精度）：反映测量值与其真值的接近程度；
• 仪表的精度不仅与绝对误差（通常指各测量点绝对误 差中的最大值）有关，而且与仪表的测量范围有关， 因此，工业中不是用绝对误差来表示精度，而是用相 对百分误差δ或者允许误差δ允来表示， δ允越大，精度 越低，反之，精度越高。
OEM血压计
OEM压力芯片
压力计的分类与工作原理
工业压力计通常按敏感元件的类型及转换原 理的不同进行分类： • 液柱式压力计 • 活塞式压力计 • 弹性式压力计 • 电气式压力计
1. 液柱式压力计
测量原理： 根据流体静力学原理，将被测压力转换为液柱高度的 测量。 即：P=ρgh 所以 ： h=P / ρg
该类传感器利用电阻应变原理构成。（金属、半导体应变片两类） （1）当应变片产生压缩应变时，其阻值减小； （2）当应变片产生拉伸应变时，其阻值增加。 应变片式压力计将应变片阻值的变化，通过桥式电路转换 成相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他仪表显示出 被测压力的大小。
压力检测及仪表知识
单位
帕(Pa)
帕(Pa)
1
巴(bar)
105
工程大气压 105
kgf/cm2
巴(bar)
10-5 1 1
工程大气压 kgf/cm2
10-5 1 1
标准大气压 毫米水柱
(atm)
(H2Om m)
10-5
0.1
1
104
0.97
104
毫米汞柱 Hg mm
0.0075 750 736
标准大气压 (atm) 毫米水柱 (H2Omm) 毫米汞柱 Hg mm
E
R2 bh
(1
a2 b2 ) k2
弹簧管
一．弹簧管压力表 ○ 结构简单，使用方便，价格低 廉，使用范围广，测量范围宽 ○ 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
电远传式弹簧压 力仪表
霍尔压力传感器 电感式压力传感器
电气式检测
A
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。
B
能实现压力－电量转换的压敏 元件主要有压电材料、应变片 和压阻元件。
压力变送器
压电式压力传感器
压电效应原理：压电材料受压时会在其表面 产生电荷，其电荷量与所受的压力成正比。
压电材料：单晶体、多晶体
特点：结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可 靠，线性度好，频率响应高，量程范围广
应变式压力传感器
0 1
h1
A2 A1
l
h2 l sin
PB
g(h1
h2)
g( A1 A2
sin )l
倾斜角度越小，L越长，测量灵敏度就越高； A 但不可太小，否则液柱易冲散，读数较困难，
压力检测方法及仪表
①电容式压力变送器
电容式压力变送器是一 种开环检测仪表，具有 结构简单、过载能力强、 可靠性好、测量精度高 等优点，其输出信号是 标准的4～20mA（DC）电 流信号。
工作原理
先将压力的变化转换为电 容量的变化，然后进行测 量。
①电容式压力变送器
z 电容式变送器有一个可变电容的传感组件，传感 器是一个完全密封的组件。被检测介质压力进入 高低压力室，通过隔离膜片、硅油或其它惰性液 传递给位于“δ”室中心的测量膜片，测量膜片与 两侧绝缘体上的电极各组成一个电容器，在无压 力进入或两侧压力相等时，测量膜片处于中间位 置。当两侧压力不一致时，就致使测量膜片产生 位移，测量膜片的位移与差压成正比，由它两侧 的电容极板检测，再用电子线路把测量膜片和电 容极板之间的差动电容转换成为4～20mADC 的二 线制输出的电流信号。
z 表压是以大气压为基准来表示的压力,所以它和绝对压力 正好相差一个大气压。 P表压=P绝对压力－P大气压力
z 当绝对压力值小于大气压力值时，表压为负值（即负压 力），此负压力值的绝对值，称为真空度。 P真空度=P大气压力－P绝对压力
压力的测量方法
z 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：
弹簧管压力表
当被测压力从弹簧管的固定端输入 时，弹簧管的自由端产生位移。在一 定的范围内，该位移与被测的压力成 线性关系。传动机构又称机心，是把 弹簧管受到压力作用时自由端所产生 的位移传递给刻度指示部分的。
隔膜式压力表
z 化学密封隔膜压力表，是由外焊膜片式化学密封 隔离体与不同类型的压力表配接而成的。隔离膜 片在被测介质压力P的作用下产生变形，压缩内 部充填的工作液形成一个相当于P的压力P'。经工 作液的传导，使压力仪表中的弹性元件自由端产 生相应的变形，并按与之相配接的类别压力仪表 工作原理显示出被测的压力值。
化工仪表自动化 【第三章】概述及压力检测及仪表
3.1 概述
测量工具不够准确
测量者的主观性
周围环境的影响等
3.1 概述
1.测量误差的定义 由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。 2.测量误差的表示方法
绝对误差
相对误差
xi：仪表指示值, xt：被测量的真值 由于真值无法得到 x：被校表的读数值， x x0 x0 ：标准表的读数值
导体也有霍尔效应，不过它们的霍尔电势远比半导 体的霍尔电势小得多。
3.2 压力检测及仪表
将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹 簧管压力传感器，如图3-10所示。 当被测压力引入后，在 被测压力作用下，弹簧管自由 端产生位移，因而改变了霍尔 片在非均匀磁场中的位置，使 所产生的霍尔电势与被测压力 成比例。 利用这一电势即可实 图3-10 霍尔片式压力传感器 现远距离显示和自动控制。
将检测的参数转换为一定的便 于传送的信号的仪表
变送器
传感器的输出为单元组合仪表 中规定的标准信号
3.1 概述
测量过程的实质： 将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。 测量仪表： 将被测参数经过一次或多次的信号能量变换，最终获得 一种便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式 显示。
第三章 检测仪表及传感器 3.2 压力检测及仪表
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1.压力的单位
压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。
F S 式中，p表示压力；F表示垂直作用力；S表示受力面积。 p
压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）
1Pa 1 N m2
1MPa 1106 Pa
3.2 压力检测及仪表
工程上除了（帕）外使用的压力单位还有：工 程大气压、物理大气压、汞柱、水柱等。 帕与汞柱和物理大气压的换算关系为：
辽宁石油化工大学化工自动化及仪表第6章 压力检测及仪表讲解
等。图6-8为电位器式电远传弹性压力计结构原理。在弹性元件
的自由端处安装滑线电位器，滑线电位器的滑动触点与自由端
连接并随之移动，自由端的位移就转换为电位器的电信号输出
。
(四）压力传感器 能够检测压力值并提供远传信号的装置统称为压力传感器。 1．应变式压力传感器
应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金 属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变 片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通过桥 式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪 表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。
递到中心感压膜片，中心感压膜片产生位移，使可动
电极和左右两个固定电极之间的间距不再相等，形成
差动电容。
差动电容的相对变化值与差压Δp呈线性对应关系，并与
腔内硅油的介电常数无关，从原理上消除了介电常数的 变化给测量带来的误差。 4．振频式压力传感器 振频式压力传感器利用感压元件本身的谐振频率与压力 的关系，通过测量频率信号的变化来检测压力。 5．压电式压力传感器 压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测压 力转换成电信号的。它是动态压力检测中常用的传感器 ，不适宜测量缓慢变化的压力和静态压力。
上，这时的力平衡关系为： pA W W0
p
1 (W A
W0
)
(6-6) (6-7)
(三）弹性式压力计
定义 弹性式压力检测是用弹性元件作为压力敏感元件把 压力转换成弹性元件位移的一种检测方法。
优点 具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、 价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。 可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。
4．弹性测压计信号的远传方式