化工測量及儀表第3章壓力ppt課件.ppt

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1、第3章壓力測量本章要點(diǎn)壓力的定義和表示彈性元件和彈性壓力計電阻（應(yīng)變）式壓力計電容式壓力計電感式壓力計霍爾式壓力計其他常見的壓力測量方法壓力儀表的選用原則3.1壓力檢測概述3.1.1壓力定義及單位3.1.2壓力的幾種表示方法3.1.1壓力定義及單位壓力定義壓力的單位工程上的壓力定義是垂直而均勻地作用于單位面積上的力。相當(dāng)于物理上的壓強(qiáng)定義。壓力的國際標(biāo)準(zhǔn)單位為Pa(帕斯卡)，1Pa的定義是在1m2的面積上有1N（牛頓）的作用力。但是該單位表示的力較小，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）作為壓力表示單位。=======3-13.1.2壓力的幾種表示方法表

2、壓力與真空度：絕對壓力:被測量壓力與真空的差值稱為絕對壓力。被測壓力大于大氣壓力時，稱被測壓力與大氣壓力差值為表壓力，當(dāng)被測壓力小于大氣壓力時，稱其差值為真空度或負(fù)壓。3.2彈性壓力計3.2.1彈性元件3.2.2彈性元件在壓力測量中的應(yīng)用3.2.1彈性元件彈性元件的測量原理當(dāng)被測壓力作用于彈性元件時，彈性元件受到其軸向外力的作用，產(chǎn)生彈性形變，形成拉伸或壓縮的位移信號，在彈性形變的范圍內(nèi)，其受力和形變的關(guān)系可表示為：式中F——軸向外力X——彈性元件的位移C——彈性元件的剛度系數(shù)根據(jù)彈性元件的形變大小，可以確定被測壓力的大小。彈性元件種類和特性常用的彈性元件類型有膜片、彈簧管、波紋管等類型，可

3、將壓力信號轉(zhuǎn)換為位移信號。膜片和膜盒彈簧管波紋管膜片主要用于低壓的測量，壓力增大時，膜片圓心處的硬心會產(chǎn)生直線位移。在壓力測量中，常用兩片膜片沿周邊對焊起來，組成膜盒結(jié)構(gòu)。膜片可直接帶動傳動機(jī)構(gòu)就地顯示，但由于膜片的位移較小，靈敏度低，更多的是與壓力變送器配合使用。波紋管在管內(nèi)壓力增大時，側(cè)壁上的褶皺曲率變化，產(chǎn)生自由端的水平位移，由于波紋管的位移相對較大，一般可直接帶動傳動機(jī)構(gòu)，就地顯示。其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，但波紋管遲滯誤差較大，其輸出的水平位移比彈簧管大，但位移和壓力的線性度不如彈簧管。彈簧管又稱波登管，管的橫截面為橢圓形，當(dāng)管內(nèi)壓力變大時，橢圓截面在壓力作用下趨向于圓形，使整個彎管曲率發(fā)

4、生變化，其自由端產(chǎn)生向外的位移，在位移量不大時，可近似的看作直線運(yùn)動，且位移大小與壓力近似成正比。彈簧管還有多圈的盤狀或螺旋狀的結(jié)構(gòu)，可以增大輸出的位移量。常見的彈性元件位移輸出和壓力信號的關(guān)系如表3-2-2所示。3-23.2.2彈性元件在壓力測量中的應(yīng)用彈簧管壓力表實(shí)物示例被測壓力由接頭9引入，迫使彈簧管1的自由端B向右上方擴(kuò)張移動。自由端B的彈性變形位移由拉桿2使扇形齒輪3做逆時針偏轉(zhuǎn)，于是指針5通過同軸的中心齒輪4帶動而做順時針偏轉(zhuǎn)，從而在面板6的刻度標(biāo)尺上顯示出被測壓力p的數(shù)值。由于自由端的位移與被測壓力之間具有比例關(guān)系，因此彈簧管壓力表的刻度標(biāo)尺是線性的。3-4量程調(diào)整減小變差游絲

5、7是用來克服扇形齒輪和中心齒輪的間隙所產(chǎn)生的儀表變差的。改變調(diào)整螺釘8的位置(即改變機(jī)械傳動的放大倍數(shù))，可以實(shí)現(xiàn)壓力表量程的調(diào)整。3-3P為壓力，即單位面積上的力，N/m23.2.2彈性元件在壓力測量中的應(yīng)用壓力變送器結(jié)構(gòu)原理如圖所示，由測量和轉(zhuǎn)換兩部分組成。測量部分包括測量室、測量元件(膜片或膜盒)、主杠桿；轉(zhuǎn)換部分包括主杠桿、矢量機(jī)構(gòu)、副杠桿、反饋機(jī)構(gòu)、差動變壓器、調(diào)零裝置及放大器。如圖所示。矢量機(jī)構(gòu)把主杠桿水平方向的力Fl分解為垂直方向的力F2和矢量角方向的力F3，其中分力F2則作用于副杠桿上，其值等于Fltgθ。副杠桿以M點(diǎn)為支點(diǎn)，將F2傳遞到反饋動圈12處，形成作用力F4，它與反

6、饋動圈在磁場中所受到的反饋力Ff相比較其差值ΔF使副杠桿繞M點(diǎn)偏轉(zhuǎn)，這使得固定在副杠抨上的位移檢測片8與差動變壓器9之間的距離改變Δx，引起差動變壓器輸出的變化Δu，經(jīng)放大器放大并轉(zhuǎn)換成4~20mADC標(biāo)準(zhǔn)信號I0，作為變送器的輸出信號；I0同時又作為反饋電流經(jīng)反饋動圈，產(chǎn)生電磁反饋力Ff，使副杠桿作相反方向的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)輸入力與反饋力對杠桿系統(tǒng)所產(chǎn)生的力矩達(dá)到平衡時，F(xiàn)f=F4，變送器重新達(dá)到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)。此時，變送器輸出電流I0與被測信號Δp成正比。3.3電阻式壓力計3.3.1應(yīng)變效應(yīng)和壓阻效應(yīng)的原理3.3.2金屬應(yīng)變片與應(yīng)變式壓力傳感器3.3.3壓阻元件和壓阻式壓力傳感器3.3.4電阻

7、信號的測量電路3.3電阻式壓力計電阻式壓力計利用傳感器將彈性元件受壓力影響產(chǎn)生的形變轉(zhuǎn)換為電阻信號，再利用對電阻信號的轉(zhuǎn)換處理獲得被測的壓力值。常用的傳感器有金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體硅杯，所以這類傳感器的工作原理是應(yīng)變效應(yīng)，即金屬或半導(dǎo)體材料的電阻，在受到外力作用產(chǎn)微小形變的同時，其電阻值也會發(fā)生變化，以金屬應(yīng)變片作為傳感元件制造的壓力計稱為應(yīng)變式壓力計，以硅杯作為傳感元件制造的壓力計稱為壓阻式壓力計。應(yīng)變式壓力傳