过程控制第2章检测仪表3讲义.ppt

小结;2.3 压力检测及仪表 压力是工业生产中的重要工艺参数之一。如在化工、炼油等生产工艺中，经常会遇到压力，包括高压、超高压和真空度（负压）的测量。 ;压力的单位是“帕斯卡”——1Pa =1N/m2 1MPa =106Pa 1工程大气压 = 1kg /cm2 = 9.80665×104Pa ≈ 0.1MPa;; 1、液柱式压力计 利用液体静力学原理测压，如U型管压力计，当被测压力P大于大气压力B时，液柱会产生高度差。 ; U型管压力计在读（h1＋h2）时，产生两次读数误差。为了减少读数误差，可将其改进为单管压力计和斜管压力计，测量原理相似。 目前，液柱式压力计使用较少。;3．电气式压力计 是通过各种敏感元件将被测压力转换成电量（电压、电流、频率等）进行测量的。例如力平衡式压力变送器、电容式压力变送器等。 4．活塞式压力计 是根据液体传送压力的原理，将被测压力与活塞上所加的砝码质量进行平衡来测量的。它的测量精度很高。 ;2.3.2 弹性式压力计 利用弹性元件受压产生变形可以测量压力。由于其产生的位移或力易转化为电量，且构造简单，价格便宜，测压范围宽，被广泛使用。 常用的弹性元件有5种：;（2）多圈弹簧管 为了在测低压时增加位移，可以将弹簧管制成多圈状。;( 5 ) 波纹管 位移最大，可测微压（＜1MPa)。;弹簧管压力表的结构原理;;传递及放大过程;测压关系： 自由端的相对角位移 ?α/ αo 与被测压力P成正比。;电接点压力表 在普通弹簧管压力表的基础上稍添部件，便可成为电接点信号压力表。;报警原理： 若压力降到下限值时，动触点2与静触点1接触，接通了信号灯3的电路。当压力超过上限值时，动触点2和静触点4接触，信号灯5的电路被接通。; 2.3.3电气式压力计 电气式压力计是指将压力转换成电信号进行显示的仪表。电气式压力变送器是指将压力转换成标准电信号输出的仪表。 电气式压力计一般由压力传感元件、测量电路和信号处理电路所组成。;2.3.3.1电容式差压（压力）变送器 当电容式差压变送器的一个被测压力是大气压时，就成为压力变送器。 电容式压力变送器是20世纪70年代初由美国公司研发。结构简单、过载能力强、可靠性好、精度高、体积小。 电容式压力变送器先将压力的变化转换为电容量的变化，然后用电路测电容。 其输出信号是标准的4～20mA（DC）电流信号。;C1;有：; 如图是一种测电容充放电电流的原理电路。 正弦波电压E加于差动电容C1、C2上，R1～R4的阻抗都比C1、C2的阻抗小得多，则流过C1、C2的半周期电流近似为：;取R1=R2=R4，得：;在实际电路中，当差动电容Cl、C2变化时，用负反馈自动调节供电电压E的幅度，使流过它们的电流之和Io保持恒定。;如图为电容式压力变送器的原理线路。 ;特点：灵敏度高，量程宽，过载能力强。没有杠杆传动机构，因而结构紧凑，稳定性与抗振性好，测量精度高，可达0.2级。;2.3.3.2 应变式压力传感器 应变式压力传感器是利用电阻应变原理构成的。电阻应变片有金属应变片（金属丝或金属箔）和半导体应变片两类。如金属丝应变片的结构：; 应变筒1的上端与外壳2固定在一起，下端与膜片3紧密接触。应变片r1沿应变筒轴向贴放；r2沿径向贴放。当被测压力p作用于膜片、使应变筒作轴向受压变形时，r1纵向压缩应变、阻值变小；r2纵向拉伸应变、阻值变大。; 应变片电阻的变化可用电桥测出。 r1和r2的变化，使桥路失去平衡，有不平衡电压ΔU输出。 r1、r2设置在相邻桥臂，既可以提高灵敏度，又有温度补偿作用。温度升高时，r1、r2阻值都升高，各自得到的电源压降不变。;利用半导体材料的压阻效应将压力转换为电信号。 压阻效应——受压时电阻率发生变化。 如图是一种半导体测压传感部件。;当硅膜片上下两侧出现压差时，膜片内部产生应力，使扩散电阻的阻值发生变化。;; 在硅膜片上扩散四个阻值相等的电阻，接成全桥式输出电路，不但可以提高电桥灵敏度，还可以获得温度补偿，抵消半导体电阻随温度变化引起的误差。;扩散硅压力变送器;2.3.3.4 压电式压力传感器 利用某些材料的压电效应原理制成。具有这种效应的材料如压电陶瓷、压电晶体称为压电材料。 压电效应