05 3.4 压力检测.pptx

第1页：3.4.1压力单位及表示方法

3.4.1压力单位及表示方法

• 4压力检测表示方法1）压力单位

国际单位制

压力的单位为帕斯卡(简称帕，用符号Pa表示)，即1牛顿力垂直而均匀地作用在1平方米的面积上所产生的压力称为1帕。

工程单位

目前仍使用的压力单位还有：工程大气压、物理大气压、巴、毫米汞柱和毫米水柱等。我国规定国际单位帕斯卡为压力的法定计量单位。

第2页：压力的表示方式及相互关系

压力的表示方式及相互关系

• 表示方式及相互关系压力的表示方式：
• 绝对压力（Pa）：物体所受的实际压力。
• 表压力（P）：高于大气压的绝对压力与大气压力P0之差，即一般压力检测仪表所测得的压力为表压力。
• 真空度（Ph）：大气压与低于大气压的绝对压力之差，有时也称负压，即

第3页：绝对压力、表压力、真空度间

绝对压力、表压力、真空度间

• 的关系
• 工程上经常采用表压和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是表压或真空度。

第4页：3.4.2压力检测的主要方法

3.4.2压力检测的主要方法

• 主要方法和分类1）压力检测的基本方法a.重力平衡方法利用一定高度的工作液体产生的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理，将被测压力转换为液柱高度或平衡砝码的重量来测量。
• 例如液柱式压力计和活塞式压力计。
• 弹性力平衡方法利用弹性元件受压力作用发生弹性变形而产生的弹性力与被测压力相平衡的原理，将压力转换成位移。
• 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，应用最为广泛。

第5页：机械力平衡方法将被测压力经变

机械力平衡方法将被测压力经变

• 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获得被测压力。
• 力平衡式仪表可以达到较高精度，但是结构复杂。
• 物性测量方法利用敏感元件在压力的作用下某特性变化与承受压力的关系，将被测压力直接转换为各种电量来测量。
• 如应变式、压电式、电容式压力传感器等。

第6页：3.4.3.1液柱式压力检测

3.4.3.1液柱式压力检测

• 4.3常用压力检测仪表

测量原理

流体静力学原理；

• 工作液：水银、水；

测量仪器

U型管、单管液位计、斜管液位计

主要应用

应于低压、负压或压力差的检测

第7页：2左、右两管的液体的高度相等

2左、右两管的液体的高度相等

• U形管压力计原理图
• P1= P
• P1＜P2U形管的两管内的液面产生高度差P2= P1+ρghρ：工作液的密度；g：重力加速度；h：U形管左右两管液面高度差。

第8页：单管压力计

单管压力计

• 原理图：

关系描述式

h：两液面的高度差；h1：玻璃管内液面上升高度；h2：大容器内液面下降高度(负值）；d：玻璃管直径；D：大容器直径。由于D＞＞d，故d2／D2可以忽略不计，即h2的变化可以忽略不计，上式可写成：

第9页：斜管压力计

斜管压力计

• 原理图：

关系描述式

特点：L>h，斜管压力计比单管压力计更灵敏，可以提高测量精度。L：斜管内液柱的长度；Α：斜管倾斜角。

第10页：3减小到99

3减小到99

• 液柱式压力计误差分析误差来源：

温度误差主要包括两个方面

标尺长度随温度的变化；工作液密度随温度的变化。例如：水，温度从10 ℃变到20℃，其密度从999.8kg／m8.3kg／m3，相对变化量为0.15％。

第11页：安装误差U形管安装不垂直例如

安装误差U形管安装不垂直例如

• U形管倾斜5度，液面高度差h的读数相对于实际值大约偏0.38％。修正：
• d：两液柱之间距离
• α：压力计中心线与铅垂线的夹角

第12页：重力加速度误差与修正

重力加速度误差与修正

• 影响测量精度的因素之一。
• 对压力检测精度要求比较高时，需要准确测出当地的重力加速度。

修正

g0：标准重力加速度，g0=9.80665m/s2φ：当地的纬度；H：当地海拔高度；R：地球半径；R=6.371×106m

第13页：传压介质误差介质密度随压力等

传压介质误差介质密度随压力等

• 因素的变化、注意传压介质和工作液不能产生溶解和化学反应等。
• 读数误差由于毛细现象，管内的液柱可产生附加升高或降低，其大小与工作液的种类、工作液的温度和U形管内径等因素有关。当管内径大于等于10mm时，U形管的单管读数的最大绝对误差一般为1mm。

第14页：液柱式压力计

液柱式压力计

• 特点
• 具有直观、数据可靠、准确度较高等优点；
• 可以测表压、差压、以及负压、是科学实验研究中常用的压力检测工具。
• U形管压力计能测量较低的压力或差压，最大测量范围＜16kPa。为了便于读数，U形管一般是用玻璃做成，因此易破损，不能用于静压较高的差压检测；
• 它只能进行现场指示。

第15页：3.4.3.2弹性式压力检测

3.4.3.2弹性式压力检测

• 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。
• 弹性压力计的基本构成如图所示。其中调整机构用于调整零点和量程。

第16页：弹簧管压力表

弹簧管压力表

构成图

b.基本性能：

• 弹簧管压力表是一种指示型仪表。

特点

结构简单，使用方便，价格低廉，测量范围宽。

应用

可用于负压、微压、低压、中压、高压（1000MPa）

精度等级

最高0.1级

第17页：波纹管压力计测量参数

波纹管压力计测量参数

2）：可以测量差压、压力测量范围：0~0.4MPa精度等级：1.5~2.5级

第18页：3.4.3.3电远传式压力检测仪表

3.4.3.3电远传式压力检测仪表

• （压力传感器、压力变送器）

作用

将检测压力参数送到控制室实现集中控制及显示。

种类

力平衡式、电容式、电感式、电阻式、应变式、霍尔片式、压电式等

第19页：标准信号

标准信号

气动

QDZ：输出信号：20~100kPa，气源压力：140kPa电动：DDZ-Ⅱ：输出信号：0~10mA，电源：220V ACDDZ-Ⅲ输出信号：4~20mA，电源：24V DC

第20页：力

力

1）（矩）平衡式压力变动送器例：DDZ-Ⅲ压力变送器结构

第21页：DDZ-Ⅲ差压变送器方框图

DDZ-Ⅲ差压变送器方框图

当下式成立时：有：

第22页：电容式差压变送器

电容式差压变送器

2）

第23页：电远传式弹簧管压力仪表

电远传式弹簧管压力仪表

• 在弹性压力计结构上（弹簧管自由端）增加转换部分可以实现信号的远距离传送。
• 这类仪表主要有电位计式、霍尔元件式、电感式和差动变压器式几种。
• 应用特点：
• 与弹簧管压力计具有相似的特点
• 不直接指示被测压力，而输出电信号实现信号远传
• 需要配备专门二次显示仪表

第24页：霍尔压力传感器

霍尔压力传感器

霍尔电势

参数-信号关系：线性

第25页：电位器式压力传感器

电位器式压力传感器

• 输出电势
• 参数-信号关系线性，（取决于压力与弹簧管自由端位移关系）

第26页：差动自感式压力传感器

差动自感式压力传感器

③

第27页：应变片式压力传感器

应变片式压力传感器

• 与弹性膜片结合的应变片分布及应力曲线图

应变

基本特性：r=0：二应变相等；r=0.58r0：εr=0r＞0.58r0：εr为负值应用：R2、R3：受εt作用，阻值增加R1、R4：受εr作用，阻值减小δ：默片厚度；E：弹性模量；ν：泊松比

第28页：4受到负的εr作用

4受到负的εr作用

• 应变片式压力检测转换电桥转换原理应变片作为桥路的四个桥臂，膜片受压力作用时，R2和R3受到正εt的拉伸电阻值增大；R1和R，电阻值减小。
• 桥路的输出信号反映了被测压力的大小。
• 应变片式检测具有明显的温漂和时漂，一般应用于一般要求的动态压力检测。

第29页：压阻式压力传感器

压阻式压力传感器

• （固态压力传感器、集成压力传感器）
• 原理图
• 原理式：
• 电阻率的相对变化
• 电阻变化：
• 转换电路：电桥

第30页：特点

特点

• 电阻的灵敏系数是金属应变片的灵敏系数的50～100倍，能直接反应出微小的压力变化，能测出十几帕斯卡的微压。
• 动态响应好。可用来测量高达数千赫兹乃至更高的脉动压力。主要缺点：敏感元件易受温度的影响，从而影响压阻系数的大小。解决方法：将温度补偿、放大及电源变换电路集成在同一单晶硅片上。

第31页：3.4.3.4压力检测仪表的使用与校准

3.4.3.4压力检测仪表的使用与校准

1）压力仪表的选择与安装①压力仪表选择仪表类型选择仪表的量程选择仪表的精度选择

第32页：仪表类型的选择选择依据和内容

仪表类型的选择选择依据和内容

• 被测介质的性质
• 腐蚀性介质应选用不锈钢类的弹性或敏感元件；
• 氧气、乙炔等介质应选用专用的压力仪表；
• 仪表输出信号的要求
• 现场显示只需要观察压力变化，选用如弹簧管压力表等直接指示型仪表
• 信号远传选用电气式压力检测仪表或其他具有电信号输出的仪表，如霍尔压力传感器等
• 信号频率要检测快速变化的压力信号，则可选用压阻式压力传感器。压电晶体：可达100kHz，不宜用来测量静态压力压阻元件：达10kHz。一般认为固态压力传感器是今后压力检测的发展重点。

第33页：使用的环境

使用的环境

• 防爆要求在使用电气压力仪表时，应选择防爆型压力仪表；
• 温度特别高或特别低的环境应选择温度系数小的敏感元件以及相应的变换元件。

第34页：仪表量程选择原则

仪表量程选择原则

• 象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地。一般性原则：

被测压力较稳定场合

最大工作压力不应超过仪表满量程的3/4、

• 被测压力波动较大或测脉动压力场合：最大工作压力不应超过仪表满量程的2/3。
• 最小工作压力不应低于满量程的l/3。注意：被测压力变化范围大，最大和最小工作压力可能不能同时满足上述要求时，选择仪表量程应首先要满足最大工作压力条件。

第35页：我国出厂的压力

我国出厂的压力

(包括差压)检测仪表的量程系列：1.0、1.6、2.5、4.0、6.0kPa，以及它们的10n倍数(n为整数)。

第36页：仪表精度的选择

仪表精度的选择

• 主要根据生产允许的最大误差来确定。即，要求仪表的基本误差应小于实际被测压力允许的最大绝对误差。
• 选择时应坚持节约的原则。即，只要测量精度能满足生产的要求，就不必追求用过高精度的仪表。

第37页：压力表量程与精度等级选择示例

压力表量程与精度等级选择示例

• 0.4～0.6MPa，要求使用弹簧管压力表进行检测，并使测量误差不大于被测压力的4％，试确定该表的量程和精度等级。解

量程选择

由题意可知，被测对象的压力比较稳定，设弹簧管压力表的量程为A，则根据量程选择原则有选定仪表量程范围：0 ~ 1.0MPa仪表上限条件：仪表下限条件：

第38页：1.5级的压力表

1.5级的压力表

精度选择

由题意，被测压力的允许最大绝对误差为要求所选仪表的相对百分误差为按照仪表的精度等级，可选择。

• 即：应选用量程范围为0～1. 0MPa、1.5级弹簧管压力表。

第39页：常用压力计及压力传感器

常用压力计及压力传感器

的性能和用途用途与特点精度等级常用测量范围(Pa)仪表型式基准器、标准器、工程测量仪表高0～105或压差、负压u形管压力计液柱式压力计基准器、标准器、工程测量仪表高0～105或压差、负压单管压力计基准器、标准器、工程测量仪表高0～2×103或压差、负压斜管压力计基准器、标准器很高0～2.5×10或负压活塞式压力计工程测量仪表、精密测量仪表较高0～109弹簧管压力计弹性压力计工程测量仪表、精密测量仪表一般0～2×106或压差、负压膜片式压力计工程测量仪表、精密测量仪表一般0～4×104或压差、负压膜盒式压力计工程测量仪表、精密测量仪表一般0～4×106或压差、负压波纹管压力计

第40页：07电位计式压力传感器工程测量仪

07电位计式压力传感器工程测量仪

常用压力计及压力传感器的性能和用途用途与特点精度等级常用测量范围(Pa)仪表型式工程测量仪表一般0～6×1表较高0～107或压差电容式工程测量仪表一般0～6×107电感式工程测量仪表一般0～6×107霍尔式工程测量仪表较高0～107或压差、负压振频式工程测量仪表较高0～107或压差、负压应变式工程测量仪表较高0～107或压差、负压压电式

第41页：压力仪表安装与取压口选择

压力仪表安装与取压口选择

• 特点是压力敏感元件必须与被测介质接
• 压力测量系统安装主要包括：
• 测取压力的取压口选择；
• 传递压力的引压管路铺设；
• 测量仪表的安装。
• 一般的做法根据具体被测介质性质、管路和环境条件，选取适当的取压口位置、正确安装引压管路和测量仪表。

主要注意事项

保证引压系统的性能和可靠性。例如：开孔位置应保证能反映正确压力；引压管堵塞问题；引压管长度对测压系统的动态性能影响。

第42页：压力检测系统示意图

压力检测系统示意图

第43页：取压口取压口位置要

取压口取压口位置要

• 具有代表性，能真正反映被测压力的变化；并且要考虑引压管和仪表的安装及维护。基本原则：
• 应选在被测介质直线流动的管段或容器的壁面部分。
• 开孔轴线应垂直被测设备壁面；
• 水平管道或水平安装设备，应注意区分液相取压和气相取压的开孔位置。

第44页：引压管线保证压力传输的实时

引压管线保证压力传输的实时

• 可靠准确。注意的问题：

引压管内经

6~10mm；长度：＜50m

水平安装时，应保持1

10 ~ 1:20的倾斜度。

• 介质为易冷凝、结晶或凝固流体时，应由保温、伴热。

第45页：引压管线中常见部件

引压管线中常见部件

• 截止阀：

隔离罐

被测介质具有腐蚀性。

集气（液）器

被测介质为液（气）体时，在引压管的最上（下）方安装，防止气（液）体进入导压管。

冷凝器

被测介质为蒸汽时

第46页：特殊介质取压

特殊介质取压

• 气固两相介质

第47页：气液两相介质

气液两相介质

第48页：高黏度、易结晶介质隔离罐法

高黏度、易结晶介质隔离罐法

：

第49页：法兰取压法

法兰取压法

第50页：压力仪表校准

压力仪表校准

• ①静态校准a.静态标准条件：温度：20±5℃，湿度：≤80％，大气压力：1.0l×105±1.06×104Pa (760±80 mmHg)且无振动冲击的环境b.校准方法：
• 被校表与标准表的示值在相同条件下进行比较；
• 被校表的示值与标准压力比较。

第51页：标准仪表的选择原则标准表

标准仪表的选择原则标准表

• 的允许绝对误差应小于被校表的允许绝对误差的1/3～1/5，这样可忽略标准表的误差，将其示值作为真实压力。采用此种校验方法比较方便，在实际校验中应用较多。
• 标准压力比较将被校表的示值与标准压力比较的方法主要用于校验0．2级以上的精密压力表，亦可用于校验各种工业用压力表。

第52页：压力校准仪器常用

压力校准仪器常用

• 的压力校准仪器有液柱式压力计、活塞式压力计或配有高精度标准表的压力校验泵。
• 活塞式压力校准系统的结构原理测量活塞、砝码重力与螺旋压力发生器共同作用于密闭系统内的工作液体。
• 系统内工作液体的压力与重力相平衡时，测量活塞1将被顶起而稳定在活塞筒3内的任一平衡位置上。

压力平衡关系m、m0

砝码与活塞质量。

• A：活塞面积

第53页：动态校准为了能够准确测量压力

动态校准为了能够准确测量压力

• 的动态变化，要求压力传感器的频率响应特性要好。
• 压力传感器的频率响应特性决定了该传感器对动态压力测量的适用范围和测量精度。

动态校准目的

确定频率响应函数、固有频率、阻尼比等动态特性参数。

动态校准的主要方法

a.稳态周期性压力信号源法。

主要校准设备

机械正弦压力发生器、凸轮控制喷嘴、电磁谐振器等；b.非稳态压力信号源法：主要校准设备：激波管、闭式爆炸器、快速卸载阀及落锤液压动校装置等。

第54页：稳态周期性压力信号源——正弦

稳态周期性压力信号源——正弦

压力发生器特点

主要优点：结构简单，易于实现。

不足

难以提供高频高振幅的压力信号。

• 仅适用于低压和低频的压力校准，不能用于压力检测仪表的高频动态特性校准。

第55页：2特性相同

2特性相同

• 非稳态压力信号源——激波管A1、A2、A3：压电式压力传感器，装在激波管的侧面。
• A1和A，用于测量激波速度；A3是触发传感器，用于激发瞬态记录仪。

Ax、Ay

被校压力传感器。

B1、B2、B3

电荷放大器。

第56页：压力检测知识要点

压力检测知识要点

• 压力表示方式绝对压力、表压力、真空度、差压。
• 压力检测的基本方法a.重力平衡方法将被测压力转换为液柱高度或平衡砝码的重量来测量。常见仪表：液柱式压力计和活塞式压力计。b.弹性力平衡方法利用弹性元件将被测压力转换成位移。常见仪表：弹簧管压力表、波纹管压力表、膜盒压力表、膜片压力表。可以测量压力、负压、绝对压力和压差，应用最为广泛。

第57页：物性测量方法利用敏感元件在压

物性测量方法利用敏感元件在压

• 力的作用下某特性变化与承受压力的关系测量。常见仪表类型：应变式压力传感器、压电式压力传感器、电容式压力传感器等。
• 压力仪表的选择与应用a.压力仪表选择选择依据：工艺要求、被测介质特性、应用环境。选择内容：仪表类型、量程（1/3~2/3）、精度。b.仪表应用取压口位置、引压管设计和铺设、引压管线特殊部件选择、压力仪表的安装。

第58页：例题

例题

• 若被测压力变化范围为0.5~1.4MPa，要求测量误差不大于被测压力的±5%，可供选择的压力表规格有量程为0~1.6MPa，0~2.5MPa，0~4MPa；精度等级有1.0级、1.5级、2.5级三种，请选策合适的压力表。
• 解答按照量程选择在仪表工作范围的1/3~2/3之间，仪表最大允许误差小于0.025Mpa。
• 选择量程为0~2.5MPa，精度为1.0级压力表。
• 如图压力测量，已知管道中介质是水，设1mH2O约等于9.8kPa，请给出二仪表示值。
• 答：表A：pA= 1kPa表B：pB= 50kPa

第59页：压力表安装正确性判断

压力表安装正确性判断

3）

第60页：课堂练习

课堂练习

• 某装置被测压力变化范围为0.9~1.4MPa，要求测量误差不大于压力示值的5％，可供选用的压力表量程规格为0-1.6MPa、0-2.5MPa、0~4.0MPa，精度等级有1.0，1.5，2.5三种。
• 试选择合适量程和精度的仪表。