压力检测仪表
第三章压力检测仪表
压力是工业生产过程中重要工艺参数之一。许多工艺过程只有在一定的压力条件下进行，才能取得预期的效果；压力的监控也是安全生产的保证。压力的检测和控制是保证工业生产过程经济性和安全性的重要环节。压力测量仪表还广泛地应用于流量和液位测量方面。
1．压力概念和单位
压力概念：在工程上，“压力”定义为垂直均匀地作用于单位面积上的力，通常用P表示，对应于物理学中的压强。
单位：国际标准单位为帕斯卡，简称为帕，符号为Pa，加上词头又有千帕、兆帕等，我国规定帕斯卡为压力的法定单位。目前，工程技术中仍常用的单位还有工程大气压、物理大气压、巴、毫米水柱、毫米汞柱等。
在工程上，压力有几种不同的表示方法，并且有相应的测量仪表。
(1)绝对压力被测介质作用在容器表面积上的全部压力称为绝对压力。用来测量绝对压力的仪表，
称为绝对压力表。
(2)大气压力由地球表面空气柱重量形成的压力，称为大气压力。它随地理纬度、海拔高度及气象
条件而变化，其值用气压计测定。
(3)表压力通常压力测量仪表是处于大气之中，则其测得的压力值等于绝对压力和大气压力之差，
称为表压力。一般地说，常用的压力测量仪表测得的压力值均是表压力。
(4)真空度当绝对压力小于大气压力时，表压力为负值(负压力)，其绝对值称为真空度，用来测量真
空度的仪表称为真空表。
(5)差压设备中两处的压力之差简称为差压。生产过程中有时直接以差压作为工艺参数，差压测量
还可作为流量和物位测量的间接手段。
压力检测的主要方法及分类：
根据不同工作原理，主要的压力检测方法及分类有如下几种。
（1）重力平衡方法
液柱式压力计基于液体静力学原理。被测压力与一定高度的工作液体产生的重力相平衡，将被测压力转换为液柱高度来测量，其典型仪表是U形管压力计。这类压力计的特点是结构简单、读数直观、价格低廉，但—般为就地测量，信号不能远传；可以测量压力、负压和压差；适合于低压测量，测量上限不超过0.1～0.2 Mpa；精确度通常为0.02%～±0.15%。高精度的液柱式压力计可用作基准器。
负荷式压力计基于重力平衡原理。其主要型式为活塞式压力计。被测压力与活塞以及加于活塞上的砝码的重量相平衡，将被测压力转换为平衡重物的重量来测量。这类压力计测量范围宽、精确度高(可达±0.01%、性能稳定可靠，可以测正压、负压和绝对压力，多用作压力校验仪表。单活塞压力计测量范围达0.04～2500MPa，此外还有测量低压和微压的其他类型的负荷式压力计。
(2)机械力平衡方法
这种方法是将被测压力经变换元件转换成一个集中力，用外力与之平衡，通过测量平衡时的外力可以测知被测压力。力平衡式仪表可以达到较高精度，但是结构复杂。这种类型的压力、差压变送器在电动组合仪表和气动组合仪表系列中有较多应用。
(3)弹性力平衡方法
此种方法利用弹性元件的弹性变形特性进行测量。被测压力使测压弹性元件产生变形，因弹性变形而产生的弹性力与被测压力相平衡，测量弹性元件的变形大小可知被测压力。此类压力计有多种类型，可以测量压力、负压、绝对压力和压差，其应用最为广泛。
(4)物性测量方法
基于在压力的作用下，测压元件的某些物理特性发生变化的原理。
电测式压力计利用测压元件的压阻、压电等特性或其他物理特性，将被测压力直接转换为各种电量来测量。多种电测式类型的压力传感器，可以适用于不同的测量场合。
其他新型压力计如集成式压力计、光纤压力计等。
2．液柱式压力计
最早使用的一种压力计。简单、可靠、精度比较高、价格低廉。历史上曾是准确测量压力的唯一仪器。虽然现在已出现一系列新型仪表。实际上此种压力计还在使用，有时还用来检验其它型式的仪表。
液柱式压力计
3．弹性式压力计
弹性压力计利用弹性元件受压变形的原理。弹性元件在弹性限度内受压变形，其变形大小与外力成比例，外作用力取消后，元件将恢复原有形状。利用变形与外力的关系，对弹性元件的变形大小进行测量，可以求得被测压力。
弹性压力计的组成一般包括弹性元件、变换放大机构、指示机构和调整机构等几个主要环节。弹性元件是仪表的核心部分，其作用是感受压力并产生弹性变形，弹性元件采用何种形式要根据测量要求选择和设计；变换放大机构作用是将弹性元件的变形进行变换和放大；指示机构如指针与刻度标尺，用于给出压
力示值；调整机构是用于调整仪表
的零点和量程。
弹性元件主要有以下几种形
式。
(1)弹性膜片这是一种外缘
固定的片状弹性元件，膜片的弹性
特性一般由中心位移与压力的关
系表示。按剖面形状及特性，弹性
膜片又分为平膜片、波纹膜片和挠
性膜片。平膜片的使用位移很小，
弹性特性有良好的线性关系。波纹
膜片是压有环状同心波纹的圆膜
片，波纹的形状有正弦形、锯齿形、
梯形等。其位移与压力的关系，由波纹的形状、深度和波纹数确定。为了测量微小压力，还可以制成膜盒，以增大膜片位移。挠性膜片仅作为隔离膜片使用，它要与测力弹簧配用。
(2)波纹管波纹管由整片弹性材料加工而成，是一种壁面具有多个同心环状波纹，一端封闭的薄壁圆管。波纹管的开口端固定，由此引人被测压力。在其内腔及周围介质的压差作用下，封闭端将产生位移，此位移与压力在一定的范围内呈线性关系。在使用时一般要应用在线性段，也可以在波纹管内加螺旋弹簧以改善特性。用波纹管作弹性元件的压力计，一般用于测量较低压力或压差。
(3)弹簧管弹簧管是一根弯成圆弧状的、具有不等轴截面的金属管。常见的不等轴截面是扁圆和椭圆
形。弹簧管的一端封闭并处于自由状态为自由端，另一端开
口为固定端，被测压力由固定端通人弹簧管内腔。在压力的
作用下，弹簧管横截面有变圆的趋向，弹簧管亦随之产生向
外伸直的变形，从而引起自由端位移。自由端的位移量与所
加压力有关，可以由此得知裤被测压力的大小。单圈弹簧管
中心角一般是2700，为了增加位移量，可以做成多圈弹簧管
型式。
弹性元件常用的材料有铜合金、弹性合金、不锈钢等，各适用于不同的测压范围和被测介质。近来半导体硅材料得到了更多的应用。下表给出几种弹性元件的结构示意及特性。各种弹性元件组成了多种型式的弹性压力计，它们通过各种传动放大机构直接指示被测压力值。这类直读式测压仪表有弹簧管压力计、波纹管差压计、膜盒式压力计等。
弹簧管压力计是最常用的直读式测压仪表，其一般结构如下图所示。被测压力由接口引入，使弹簧管自由端产生位移，通过拉杆使扇形齿轮逆时针偏转，并带动啮合的中心齿轮转动，与中心齿轮同轴的指针将同时顺时针偏转，并在面板的刻度标尺上指示出被测压力值。通过调整螺钉可以改变拉杆与扇形齿轮的接合点位置，从而改变放大比，调整仪表的量程。转动
轴上装有游丝，用以消除两个齿轮啮合的间隙，减小仪表的变差。直接改变指针套在转动轴上的角度，就
可以调整仪表的机械零点。
工程中应用最广泛的压力仪表：弹性
式压力计是利用弹性元件受压力作用后
产生弹性形变，将变形转换成位移，通过
位移变化来测试压力大小。各种弹性元件
输出的位移或力必须经过一定的机械传
动（直接指示）或变送器转换成标准信号。变送器有两种形式：开环式和闭环式。
开环式：位移（力）R、L、C等电参数，然后经一定的电路变成标准信号，这种变送器原理简单，
但材料工艺和电路的要求比较高。随着科技进步，此种压力变送器越来越多。
闭环式：利用负反馈保证仪表精度，目前应用较多的力平衡式变送器就属于这一类。
4．力平衡式压力变送器
工作原理：被测量压力P经波纹管转换成i F作用于杠杆左端A点，使杠杆绕支点O作逆时针旋转，稍一偏转，位于杠杆右端的位移检测元件便有感觉，使电子放大器产生一定的输出电流o I。此电流流过
F，形成一个反馈线圈和变送器的负载，并与永久磁铁作用产生一定的电磁力，使杠杆B点受到反馈力f
使杠杆作顺时针转动的反力矩。由于位移检测放大器极其灵敏，杠杆实际上只要产生极微小的位移，放大
器便有足够的输出电流形成反力矩与作用力矩相平衡。当杠杆处于平衡状态时，输出电流o I正比于被测量压力P。
这种闭环式的力平衡结构的优点：首先在于当弹性材料的弹性模数温度系数较大时，可以减小温度的
影响。因为这里的平衡状态不是靠弹性元件的弹性反力来建立的，当位移检测放大器非常灵敏时，杠杆的
位移量很小，若整个弹性系统的刚度设计的很小，那么弹性反力在平衡状态的建立中无足轻重，可以忽略
不计。这样，弹性元件的弹性力随温度的漂移就不会影响这类变送器的精度。此外，由于变换过程中位移
量很小，弹性元件的受力面积能保持恒定，因而线性度比较好。由于位移量小，还可以减小弹性迟滞现象，
减小仪表的变差。
为了说明这些优点，通过这种变送器的静态结构图（方框图）来分析。
作用力矩i M 与反馈力矩f M 之差M ?使杠杆绕支点O 旋转，转角τ
θM ?=
。这里τ是杠杆系统的扭转刚度，它的大小表示要使杠杆产生单位转角所需的力矩。 当杠杆转动时，位移检测点C 处就有位移θ?=OC l d ，其中OC l 为检测点C 到支点O 的距离。该位移被检测并转换为电流输出o I 。图中K 表示位移检测放大器的传递系数。
输出电流o I 流过反馈线圈，产生电磁反馈力o f I C F ?=，其中C 为电磁铁的传递系数。此力乘力臂OB
l 即为反馈力矩f M 。 系统的闭环传递函数为：i OA OB OC OC o P l S l C K l K l I ???????+??=ττ11
1 当开环增益很大，即11>>????OB OC l C K l τ时，上式可简化为：i OB
OA o P l C l S I ??= 由此可知，这种变送器具有一切闭环系统的共同特点，即在开环增益足够大时，其输入量和输出量的关系只取决于输入环节及反馈环节的传递函数，而与正向通道环节的传递函数无关。
在上述的力平衡压力变送器中，杠杆系统(包括弹性测量元件)的刚度τ和位移检测放大器的传递系数K 都处于正向通道内，只要开环增益足够大，它们的变化不会影响输出值o I 。因此，弹性测量元件的弹性模数随温度的变化，不会影响仪表的精度。
这里需要说明，力平衡仪表虽然对弹性反力的变化不甚敏感，但对杠杆系统任何一处存在的摩擦力却是十分敏感的，因为摩擦力矩的引入相当于在比较点引入干扰，会直接引起误差，造成死区和变差。为此，力平衡仪表中支承点都使用弹簧钢片做成弹性支承，以避免摩擦力的引入。
从上面的分析看到，在力平衡变送器中，只要测压元件的有效面积S 能保持恒定，磁铁的磁场强度均匀稳定，力臂的长度OA l 、OB l 不变，便可得到较好的变换精度。
5． 微小位移电变换方法
5.1）霍尔元件
5.1.1)霍尔效应
一块长为l 、宽为b 、厚为d 的半导体薄片置于磁感应强度为月的磁场(磁场方向垂直于薄片)中，如下图所示。当有电流I 流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势H U 。这种现象称为霍尔效应。
假设薄片为N 型半导体，在其左右两端通以电流I(称为控制电流)。那么半导体中的载流子(电子)将沿
着与电流I 相反的方向运动。由于外磁场B 的作用，使电子受到洛仑兹力F L 作用而发生偏转。结果在半导体的后端面上电子有所积累。而前端面缺少电子，因此后端面带负电，前端面带正电，在前后端面间形成电场。该电场产生的电场力F E 阻止电子继续偏转。当F E 与F L 相等时，电子积累达到动态平衡。这时，在半导体前后两端面之间(即垂直于电流和磁场方向)建立电场，称为霍尔电场E H ，相应的电势就称为霍尔电势U H 。
B I K ned
IB U H H ??=-= 霍尔元件的灵敏度系数ned
K H 1=。金属中自由电子浓度n 很高，因此H K 很小，使输出H U 极小，不宜作霍尔元件，因此霍尔元件都是由半导体材料制成。如果是P 型半导体，其载流于是空穴。一般电子
迁移率大于空穴迁移率。因此霍尔元件多用N型导体材料，霍尔元件越薄(即d越小)，
K就越大，所以
H
一般霍尔元件都比较簿。薄膜霍尔元件厚度只有1um左右。
由霍尔电势公式可知，当控制电流(或磁场)方向改变时，霍尔电势方向也将改变，但电流与磁场方向同时改变时，霍尔电势方向不变；当载流材料和几何尺寸确定后，霍尔电势
U的大小正比于控制电流I
H
和磁感应强度B，因此霍尔元件可用来测量磁场(I恒定)、检测电流(B恒定)。当霍尔元件在一个线性梯度磁场中移动时，输出霍尔电势反映了磁场变化此可测微小位移、压力、机械振动等。
霍尔式传感器转换效率较低，受温度影响大，但其结构简单，体积小，坚固，频率响应宽，动态范围(输出电势的变化)大，无触点，使用寿命长，可靠性高，易微型化和集成电路化，因此在测量技术、自动控制、电磁测量、计算装置以及现代军事技术等领域中得到广泛应用。
5.1.2)霍尔元件材料及构造：
用于制造霍尔元件的材料主要有以下几种。
锗(Ge)，N型及P型均可。其电阻率约为10-2(Ω·m)。在室温下载流子迁移率为3.6×103(cm2·v-1s-1)。霍尔系数可达4.25×103(cm2·c-1)。而且提纯和拉单晶都很容易，故常用于制造霍尔元件。
硅(Si)，N型及P型均可。其电阻率约为1.510-2(Ω·m)，N型硅的载流子迁移率高于P型硅。N型硅霍尔系数可达2.25×103(cm2·c-1)。
砷化铟(InAs)和锑化铟(InSb)，这两种材料的特性很相似。纯砷化铟样品的载流子迁移率可达3×104(cm2·v-1s-1)，电阻率较小，约为2.5×10-3(Ω·m)。锑化铟的载流子迁移率可达6×104(cm2·v-1s-1)，电阻率约为7×10-3(Ω·m)。它们的霍尔系数分别为350和1000。由于两者迁移率都非常高，而且可以用化学腐蚀方法将其厚度减薄到10um，因此用这两种材料制成的霍尔元件有较大的霍尔电势。
霍尔元件的外形，结构和符号如下图所示。霍尔元件的结构很简单，它是由霍尔片、四极引线和壳体组成。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片(一般为4×2×0.1 mm3)。在它的长度方向两端面上焊有两根引线(图中a、b线)，称为控制电流端引线，通常用红色导线。其焊接处称为控制电流极(或称激励电极)，要求焊接处接触电阻很小，并呈纯电阻，即欧姆接触(无PN结特性)。在薄片的另两侧端面的中间以点的形
式对称地焊有两根霍尔输出端引线(图中c、d线)，通常用绿色导线。其焊接处称为霍尔电极，要求欧姆接触，且电极宽度与长度之比要小于0.1，否则影响输出。霍尔元件的壳体是用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。霍尔元件在电路中可用图(c)的两种符号表示。
5.1.3)测量电路：
霍尔元件的基本测量电路如下图所示。
激励电流由电源正供给，可变电阻R P用来调节激励电流I的大小。只R L为输出霍尔电势U H的负载电阻。通常它是显示仪表、记录装置或放大器的输入阻抗。
集成霍尔传感器(根据电路和霍尔元件的工作条件不同，分为线性型、开关型)
开关霍尔集成电路结构
5.1.4)技术指标：额定激励电流、输入电阻、输出电阻、不等位电势及零位电阻、寄生直流电
势等。
5.1.5)霍尔传感器的补偿：不等位电势补偿和温度补偿。
5.1.6)应用：
位移测量
●压力测量
●钳型电流表、钳型电流传感器
转速测量、长度测量
系统测量轮和传感器安装示意图
霍尔传感器安装图
5.2）电感式元件
电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等多种物理量。
电感式传感器的核心部分是可变自感或可变互感，在被测量转换成线圈自感或互感的变化时，一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象。这类传感器的主要特征是具有线圈绕组。
电感式传感器具有以下优点：结构简单可靠，输出功率大，抗干扰能力强，对工作环境要求不高，分辨力较高(如在测量长度时一般可达0.1um)，示值误差一般为示值范围的0.1％-0.5％，稳定性好。它的缺点是频率响应低，不宜用于快速动态测量。一般说来，电感式传感器的分辨力和示值误差与示值范围有关。示值范围大时，分辨力和示值精度将相应降低。
电感式传感器种类很多。有利用自感原理的自感式传感器(通常称电感式传感器)，利用互感原理通常做成的差动变压器式传感器。
自感式传感器
5.2.1 工作原理
电感式位移传感器种类繁多，目前常用的有变气隙型、变面积型和螺管型三种，如下图所示。虽然形式不同，但都包含线圈、铁芯和活动衔铁三部分。
对变间隙型传感器，气隙的大小随被测量的改变而变化，使磁路中气隙的磁阻发生变化，从而引起线
圈电感的变化。这种电感量的变化与气隙的大小(即位移量)相对应，因此，只要能测山这种电感量的变化，就能测出位移的大小。变面积型是气隙长度保持一定，而铁芯与衔铁之间相对覆盖面积随被测位移量的变化而改变，从而导致线圈电感的变化。螺管型传感器是线圈电感随着衔铁插入长度的变化而变化。理论上，电感相对变化量与衔铁位移相对变化量成正比，但由于线圈内磁场强度沿轴向分布不均匀，所以实际上，它的输出仍有非线性。δ
2002S u W L = 下面进一步分析在衔铁变动后，L ?与δ?关系的非线性，设衔铁处于起始位置时，电感传感器的初
始气隙为0δ，初始电感 0
00202δS u W L =，当衔铁向上位移δ?时，传感器气隙将减小，即δδδ?-=0，这时电感将增大为)
(20002δδ?-=S u W L ，电感的变化量为δδδ?-?=-=?000L L L L ，相对改变量为：)11(0
000δδδδδδδ?-?=?-?=?L L ，当10<
器气隙将增加，δδδ?+=0，这时电感将减小为)
(20002δδ?+=S u W L ，电感的变化量为
δδδ?+?=-=?000L L L L ，相对改变量为：)11(0
000δδδδδδδ?+?=?+?=?L L ，当10<
?越小时，高次项将迅速减小，非线性可以
得到改善；然而，这又会使传感器的测量范围（即衔铁允许工作位移）变小。所以，对输出特性线性的要求和对测量范围的要求是相互矛盾的。故这种传感器只能用于微小位移的测量。传感器的灵敏度为0
0δδL L S =??=，从提高传感器灵敏度的角度看，初始间隙应尽量小，结果是被测量的范围也变小。如果增加线圈匝数和铁芯截面积，可以提高灵敏度，但必将增加传感器的几何尺寸和重量。
在这三种传感器中变气隙式灵敏度最高，且随气隙的增大而减少，非线性误差大。为了减少非线性误差，量程必须限制在较小范围内，所以只能用于微小位移的测量，一般为0.001mm ～1mm ；变面积型传感器灵敏度比变间隙型小，理论灵敏度为一常数，因而线性好，量程也比变间隙式大，它的应用也比变间隙型多；螺管型传感器在三种中量程最大，可达几十毫米，灵敏度低，但结构简单便于制作，因而应用比较广泛。
这三种类型的传感器，由于线圈中流过负载的电流不等于零，存在起始电流，非线性较女，而且有电磁吸力作用于活动衔铁。易受外界干扰的影响，如电源电压和频率的波动、温度变化等都将使输出产生误差，所以不适用于精密测量，只用在一些继电信号装置。在实际应用中，广泛采用的是差动式电感传感器。
5.2.2 差动形式
两只完全对称的电感传感器合用一个活动衔铁，便构成差动电感传感器，如下图所示。在起始位置时，衔铁处于中间位置，两边的气隙相等，因此两只电感线圈的电感量在理论上相等。当衔铁偏离中间位置向上或向下移动时，造成两边气隙不等，使两只电感线圈的电感量一增一减，它们之差为：])()([250300021Λ+?+?+?=?+?δδδδδδ
L L L ，可见21L L ?+?中不存在偶次项，这说明差动电感传感器
的非线性小得多，其灵敏度为002δL S =，是单个电感传感器的2倍。
5.2.3 测量电路
见课本P49-50
5.2.4 应用
压力测量、厚度测量、焊条偏心度测量等
JGH 型电感测厚仪
下图是用差动式电感传感器组成的测厚仪电路图。 电感传感器的两个线圈1L 和2L 作为两个相邻的桥臂，
另外两个桥臂是电容C1和C2。桥路对角线输出端用4只二极管D1～D4组成相敏整流器，由电流表M显示。在二极管中串联4个电阻R1～R4作为附加电阻，目的是为了减少由于温度变化时，相敏整流器的特性变化所引起的误差，所以应尽可能选用温度系数较小的线绕电阻。R5是调零电位器，R6用来调节显示器M满刻度用。电桥的电源由接在对角线ab的变压器B供给，变压器原边采用磁饱和交流稳压器R7和C4，电路中C3起滤波作用SD为指示灯。
差动变压器式传感器
差动变压器则是把被测量的变化变换为线圈的互感变化。差动变压器本身是一个变压器，初级线圈输入交流电压，次级线圈感应出电势，当互感受外界影响变化时，其感应电势也随之相应的变化。由于它的次级线圈接成差动的形式，故称差动变压器。
差动变压器具有结构简单，测量精度高，灵敏度高及测量范围宽等优点，故应用较广。下面以应用较多的螺管式差动变压器为例说明其特性，它可以测量一至上百毫米的机械位移。
5.2.1 工作原理
差动变压器结构由初级线圈P 与两个相同的次级线圈S 1、S 2和插入的可移动的铁芯C 组成。其线圈联接方式如图(b)所示，两个次级线圈反相串接。
当初级线圈户加上一定的正弦交流电压?1U 后，在次级线圈中的感应电势21?E 、22?
E 与铁芯在线圈中的位置有关。当铁芯在中心位置时2221??=E E ，输出电压02=?U 。铁芯向上移动时2221??>E E ，反之2221?? U 的相位相差1800，其幅值随铁芯位移距离x 的改变而变化，如下图所示。 第三章压力检测仪表 压力是工业生产过程中重要工艺参数之一。许多工艺过程只有在一定的压力条件下进行，才能取得预期的效果；压力的监控也是安全生产的保证。压力的检测和控制是保证工业生产过程经济性和安全性的重要环节。压力测量仪表还广泛地应用于流量和液位测量方面。 1．压力概念和单位 压力概念：在工程上，“压力”定义为垂直均匀地作用于单位面积上的力，通常用P表示，对应于物理学中的压强。 单位：国际标准单位为帕斯卡，简称为帕，符号为Pa，加上词头又有千帕、兆帕等，我国规定帕斯卡为压力的法定单位。目前，工程技术中仍常用的单位还有工程大气压、物理大气压、巴、毫米水柱、毫米汞柱等。 在工程上，压力有几种不同的表示方法，并且有相应的测量仪表。 (1)绝对压力被测介质作用在容器表面积上的全部压力称为绝对压力。用来测量绝对压力的仪表， 称为绝对压力表。 (2)大气压力由地球表面空气柱重量形成的压力，称为大气压力。它随地理纬度、海拔高度及气象 条件而变化，其值用气压计测定。 (3)表压力通常压力测量仪表是处于大气之中，则其测得的压力值等于绝对压力和大气压力之差， 称为表压力。一般地说，常用的压力测量仪表测得的压力值均是表压力。 (4)真空度当绝对压力小于大气压力时，表压力为负值(负压力)，其绝对值称为真空度，用来测量真 空度的仪表称为真空表。 (5)差压设备中两处的压力之差简称为差压。生产过程中有时直接以差压作为工艺参数，差压测量 还可作为流量和物位测量的间接手段。 压力检测的主要方法及分类： 根据不同工作原理，主要的压力检测方法及分类有如下几种。 （1）重力平衡方法 液柱式压力计基于液体静力学原理。被测压力与一定高度的工作液体产生的重力相平衡，将被测压力转换为液柱高度来测量，其典型仪表是U形管压力计。这类压力计的特点是结构简单、读数直观、价格低廉，但—般为就地测量，信号不能远传；可以测量压力、负压和压差；适合于低压测量，测量上限不超过0.1～0.2 Mpa；精确度通常为0.02%～±0.15%。高精度的液柱式压力计可用作基准器。 负荷式压力计基于重力平衡原理。其主要型式为活塞式压力计。被测压力与活塞以及加于活塞上的砝码的重量相平衡，将被测压力转换为平衡重物的重量来测量。这类压力计测量范围宽、精确度高(可达±0.01%、性能稳定可靠，可以测正压、负压和绝对压力，多用作压力校验仪表。单活塞压力计测量范围达0.04～2500MPa，此外还有测量低压和微压的其他类型的负荷式压力计。 (2)机械力平衡方法 这种方法是将被测压力经变换元件转换成一个集中力，用外力与之平衡，通过测量平衡时的外力可以测知被测压力。力平衡式仪表可以达到较高精度，但是结构复杂。这种类型的压力、差压变送器在电动组合仪表和气动组合仪表系列中有较多应用。 压力表工作原理及结构 用来测量气体或液体压力的工业自动化仪表，又称压力表或压力计。垂直均匀地作用于单位面积上的力称为压力，又称压强。压力表可以指示、记录压力值并可附加报警或控制装臵。仪表所测压力包括绝对压力、大气压力、正压力（习惯上称表压）、负压 (习惯上称真空)和差压。 图1各种压力间的关系表示各种压力间的关系。工程技术上所测量的多为表压。压力的国际单位为帕(Pa)。压力的其他单位还有：工程大气压(kgf/cm2)、巴(bar)、毫米水柱(mmH2O)、毫米汞柱(mmHg)(即托)等。 压力是工业生产中的重要参数。如高压容器的压力超过额定值时便是不安全的，必须进行测量和控制。在某些工业生产过程中，压力还直接影响产品的质量和生产效率，如生产合成氨时，氮和氢不仅须在一定的压力下合成，而且压力的大小直接影响产量高低。此外，在一定的条件下，测量压力还可间接得出温度、流量和液位等参数。 弹性式压力测量仪表利用各种不同形状的弹性元件在压力下产生变形的原理制成的压力测量仪表。弹性式压力测量仪表按采用的弹性元件不同分为弹簧管压力表、膜片压力表、膜盒压力表和波纹管压力表等；按功能不同分为指示式压力表、电接点压力表和远传压力表等。这类仪表的特点是结构简单，结实耐用，测量范围宽(-0.1～1500兆帕)，是压力测量仪表中应用最多的一种。 一、压力表 1.1、压力表的工作原理 弹簧管压力表又称为波登管压力表。压力表中的弹簧的自由端是封闭的，它通过拉杆带动扇形齿轮转动。测压时，弹簧管在被测压力作用下产生变形，因而弹簧管自由端产生位移，位移量与被测压力的大小成正比，使指针偏转，在度盘上指示出压力值。如果表壳内通有大气，压力表测出的压力为正压或负压;如果将表壳密封并抽真空,压力表测出的压力就是绝对压力。弹簧管压力表带有隔离装臵时，尚可测量温度较高或腐蚀性、粘稠状、易结晶和粉尘状介质的压力。在精确度较高（如0.25级以上）的弹性式压力测 第一节压力检测仪表及变送器 一、概述 在化工、炼油等生产过程中，经常需要对压力和真空度进行检测和控制。根据生产过程的不同要求有的需要检测比大气压力高很多的高压，例如高压聚乙烯要在150Mpa的压力下进行反应。而有的生产过程却需要检测比大气压力低的真空度，例如炼油厂的减压蒸馏则需要在一定的负压下才能进行正常操作。此外，通过检测压力还可以间接测量液位的高低、流量的大小等，也可以判断设备的工作善。因此，为了保证产品质量、提高生产效率、确保生产安全顺利地进行，必须对压力进行检测或按一定的要求对压力进行控制。 所谓压力p是指垂直而均匀地作用于单位面积上的力。其数学表达式为 p＝（3－15） 式中p为压力，F为垂直作用力，S为受力面积。 在国际单位制（代号SI）和我国法定计量单位中规定，压力的单位是帕斯卡，简称帕，符号Pa，它表示每平方米的表面上垂直作用1牛顿的力，即1Pa ＝1N/m2。由于帕的单位太小，因此，工程上还常用千帕（kPa）和兆帕（MPa）压力单位，它们之间的关系为： 1Mpa＝1×103kPa＝1×106Pa 工程上习惯用的压力单位还有工程大气压（kgf/cm2）、标准大气压（atm）、毫米水柱（mmH2O）、毫米汞柱（mmHg）等，按照有关规定，这些单位已不再使用，但为了解这些单位与国际单位制中压力单位的关系，列出表3－5供参考。 单位名称帕（斯 卡） PPa 千克力每平方厘米 （工程大气压） kgf/cm2 毫米汞柱 mmHg 毫米水柱 mmH2O 标准大气压 atm 巴 bar 1Pa（帕） 1 0.0197×10-50.75×10-2 1.0197×10-10.987×10-51×10－5 1kgf/cm2(1千克 力每平方厘米) 0.9807×106 1 0.73556×1031040.9678 0.9807 1mmHg （1毫米汞柱） 1.332×102 1.3595×10-3 1 1.3595×10 1.316×10-3 1.332×10－3 1mmH2O （1毫米水柱） 0.9807×10 10-40.731556×10-1 1 0.9678×10-40.9807×10－4 1atm （1标准大气 压）1.01325× 105 1.0332 760 1.0332×104 1 1.01325 1bar（1巴）1×105 1.0197 0.75×103 1.0197×1040.9869 1 压力检测中，常用绝对压力、大气压力、表压（力）、负压（力）或真空 《测量仪表及自动化》 绪论、第一章概述 1.如何评价测量仪表性能，常用哪些指标来评价仪表性能？ 2.名词解释：相对误差、精度、变差、灵敏度、量程、反应时间 3.仪表的变差不能超出仪表的（） a、相对误差 b、引用误差 c、允许误差 4.测量某设备的温度, 温度为400℃, 要求误差不大于4℃，下列哪支温度计最合适?（） A 0～600℃ 1.5级 B. 0～1500℃ 0.5级 C. 0～800℃ 0.5级 D. 0～400℃ 0.2 级 5.仪表的精度级别指的是仪表的( ) A 引用误差 B. 最大误差 C.允许误差 D. 引用误差的最大允许值 6.下列说法正确的是（） A 回差在数值上等于不灵敏区 B 灵敏度数值越大则仪表越灵敏 C 灵敏限数值越大则仪表越灵敏 7.有一个变化范围为320——360kPa的压力，如果用A、B两台压力变送器进行测量，那么 在正常情况下哪一台的测量准确度高些？压力变送器A：1级，0——600kPa。压力变送器B：1级，250——500kPa。 8.一台精度等级为0.5级的测量仪表，量程为0~1000℃。在正常情况下进行校验，其最大 绝对误差为6℃，求该仪表的最大引用误差、允许误差、仪表的精度是否合格。 9.某台差压计的最大差压为1600mmH2O，精度等级为1级，试问该表最大允许的误差是多少？ 若校验点为800mmH2O，那么该点差压允许变化的范围是多少？ 10.测量范围 0～450℃的温度计,校验时某点上的绝对误差为3.5℃,变(回)差为5℃, 其它 各点均小于此值,问此表的实际精度应是多少?若原精度为1.0级,现在该仪表是否合格? 11.自动化仪表按能源分类及其信号形式。 12.单元组合式仪表是什么？ 压力测量仪表按工作原理分为液柱式、弹性式、负荷式和电测式等类型。液压式压力测量仪表常称为液柱式压力计，它是以一定高度的液柱所产生的压力，与被测压力相平衡的原理测量压力的。大多是一根直的或弯成U形的玻璃管，其中充以工作液体。常用的工作液体为蒸馏水、水银和酒精。因玻璃管强度不高，并受读数限制，因此所测压力一般不超过兆帕。 它的特点是。液柱式压力计灵敏度高，因此主要用作实验室中的低压基准仪表，以校验工作用压力测量仪表。由于工作液体的重度在环境温度、重力加速度改变时会发生变化，对测量的结果常需要进行温度和重力加速度等方面的修正。 弹性性式压力测量仪表是利用各种不同形状的弹性元件，在压力下产生变形的原理制成的压力测量仪表。弹性式压力测量仪表按采用的弹性元件不同，可分为弹簧管压力表、膜片压力表、膜盒压力表和波纹管压力表等；按功能不同分为指示式压力表、电接点压力表和远传压力表等。这类仪表的特点是结构简单，结实耐用，测量范围宽，是压力测量仪表中应用最多的一种。 负荷式压力测量仪表常称为负荷式压力计，它是直接按压力的定义制作的，常见的有活塞式压力计、浮球式压力计和钟罩式压力计。由于活塞和砝码均可精确加工和测量，因此这类压力计的误差很小，主要作为压力基准仪表使用，测量范围从数十帕至2500兆帕。 电测式压力测量仪表是利用金属或半导体的物理特性，直接将压力转换为电压、电流信号或频率信号输出，或是通过电阻应变片等，将弹性体的形变转换为电压、电流信号输出。代表性产品有压电式、压阻式、振频式、电容式和应变式等压力传感器所构成的电测式压力测量仪表。精确度可达级，测量范围从数十帕至700兆帕不等。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 传感器应用之广泛，小到个人生活，大到工业应用，各行各业都有可能应用到。这也就带来一个问题，压力传感器如何去检测？检测压力传感器，根据目的不同，检测的项目也不一样，当然检测的方法也就会有区别。 1、加压检测，检单的方法是：给传感器供电，用嘴吹压力传感器的导气孔，用万用表的电压档检测传感器输出端的电压变化。如果压力传感器的相对灵敏度很大，这个变化量会明显。如果丝毫没有变化，就需要改用气压源施加压力。 2、桥路的检测，主要检测传感器的电路是否正确，一般是惠斯通全桥电路，利用万用表的欧姆档，量输入端之间的阻抗、以及输出端之间的阻抗，这两个阻抗就是压力传感器的输入、输出阻抗。如果阻抗是无穷大，桥路就是断开的，说明传感器有问题或者引脚的定义没有判断正确。 3、零点的检测，用万用表的电压档，检测在没有施加压力的条件下，传感器的零点输出。这个输出一般为mV级的电压，如果超出了传感器的技术指标，就说明传感器的零点偏差超范围。 通过以上方法，基本可以检测一个传感器的状况。如果需要准确的检测，就需要用标准的压力源，给传感器压力，按照压力的大小和输出信号的变化量，对传感器进行校准。并在条件许可的情况下，进行相关参数的温度检测。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克传感器、亚德克传感器、科瑞传感器、山武传感器、巴鲁夫传感器、倍加福传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.wendangku.net/doc/1012760888.html,/ Dead weight testers are used for examination and calibration of pressure gauges and other pressure measuring instruments without using an external instrument. The main components are the measuring system, the valve units, the built-in screw pump for accurate pressure adjustment and the set of weights. The measuring system itself consists of a precise lapped-in pair of piston and cylinder. During the measuring process the piston is forced up by the pressure produced with the built-in screw pump re-spectively with external pressure supply, while the regular weights and maybe further extra weights, if required for the designated test pressure, press it down. With the built-in screw pump the test pressure can be adjusted to an equilibrium of the forces. When the forces on both sides of the piston are in balance, the piston will be floating, and the designated test pressure is reached exactly. For simplifying the handling, the instrument-specific weights are already referred to each relevant determined piston area and stamped with the pressure unit (bar/kPa). The influence of the friction between piston and cylinder is mini-mised by keeping piston and weights rotating while floating.The models described in this data sheet are available for pressure ranges 0.1 to 6, 0.1 to 10 resp. 0.1 to 25 bar. Technical data ? Pressure range: PD 6 0.1 to 6 bar PD 10 0.1 to 10 bar PD 25 0.1 to 25 bar ? Set of weights in bar / kPa ? External pressurised air supply for PD 10 and PD 25 required, indeed as high as the pressures that have to be examined 1); external pressurised air supply for PD 6 recommended (compare page 2) ? Accuracy of the adjusted examination pressure: better 0.05 % resp. 0.03 % (with official verification or DKD-approval) referred to the effective pressure. Up to 0.6 bar the maximum error is constantly ±0.3 mbar (at 0.05%) resp. ± 0.18 mbar (at 0.03%) ? Reference conditions for the granted accuracy: ambient temperature + 20 °C ± 2 °C accelaration of fall = 9.8102 m/s 2 ? Dimension of the crosssection of the measuring unit: 1.0 cm 2 ± 0.2 % ? Rotation of the weights: by electrical drive (220 VAC / 50 Hz / 45 mA) ? Connection for pressure gauges: 1 clamping sleeve G ? and M 20x1.5 each ? Connection for external pressurised air: plug connection (Prestolock) for P A hose N 4 x 1, for PD 6 and PD 10 with expansion plug for N 6 x 1 ? Medium: pressurised air or neutral gas, e.g. nitrogen ? Case: grey-painted Al-case (self-supporting cap), 3 machine mounts for the exact horizontal positioning according to installed circular level ? Case dimensions including star handle: (L x W x H) 490 x 480 x 330 mm (19.29" x 18.9" x 12.99") ? Required working surface: 520 x 450 mm (20.47" x 17.72")? Weights: (approx.) PD 6 PD 10 PD 25 Dead weight tester 28 kg 28 kg 28 kg Set of weights 7 kg 16 kg 31 kg Transport box dead weight tester 21 kg 21 kg 21 kg Transport box set of weights 2 kg 5 kg 5+2 kg 1) T o reach these pressures, a gas cylinder (nitrogen) or an air pressure intensifier can be applied. PD 6PD 10 PD 25 Models Dead Weight Testers Dead weight testers for pressurised air or neutral gas Pressure ranges 0.1... 6 bar, 0.1 ... 10 bar and 0.1 ... 25 bar 10912 12/11 Scope of delivery Beside the dead weight tester and the set of weights the scope of delivery comprises the following:? 1 operating instruction ? 1 canister with 1 litre special oil (drilling oil and sealing liquid)? 1 cover plate ? 1 special sealing for test item with 2 chambered o-rings ? 4 o-rings as replacement ? 2 expansion plugs for N 6x1 (admission pressure connection) for models PD 6 and PD 10 ? 2 plugs for "oil drains" (21, 26 compare page 3), already plugged in when being delivered Special versions and accessory ? Set of weights in kp/cm 2; other set of weights upon request ? Test certificate 3.1.B according to EN 10204 for indication accuracy ? Official verification or DKD-approval (the installation location has to be specified for this)? Hose N 4 x 1 for Prestolock ? Fitting of the hose 4 x 1 on ?" NPT male Operating instructions (see also page 3, drawing 1...5b) ATTENTION ! Please handle the dead weight tester only at the hanholds for transporting and repositioning, but never at the measuring system. Otherwise this could lead to serious damage.Putting into operation The dead weight tester and the set of weights are supplied in separate wooden transport boxes (PD 25 two boxes for set of weights). Please release the transport screws before taking the instrument out of the transport boxes. Place the instrument at the workplace and adjust it via the in-tegrated circular level by screwing in the machine mounts. The machine mounts have orifices for mounting to the workplace.Screw in the clamp handles and the helicoidal gear pump head.Plug in the motor. ... PD 25压力检测仪表
压力测量仪表原理及结构
压力检测仪表与变送器
测量仪表及自动化习题
压力测量仪表按工作原理分为液柱式
压力传感器的三种检测方法
压力表检测仪器仪表