1、2022-12-24第3章检测仪表与传感器压力第第3章检测仪表与传感器章检测仪表与传感器压力压力第3章检测仪表与传感器压力进进料料口口执执行行器器变变送送器器液位液位控制器控制器液体储槽液体储槽液位变送器液位变送器+SP执行器执行器正正反反正正正正第3章检测仪表与传感器压力第三章第三章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第3章检测仪表与传感器压力被被测测变变量量传感器传感器参数检测的基本过程参数检测的基本过程被测对象被测对象变送环节变送环节显示装置显示装置第3章检测仪表与传感器压力第3章检测仪表与传感器压力例：例：第3章检测仪表与传感器压力1.51.0第3章检测仪表与传感器压力第3章检测仪表与传
2、感器压力被测变量被测变量仪仪表表输输出出理论理论实际实际第3章检测仪表与传感器压力被测变量被测变量仪仪表表输输出出下行程下行程上行程上行程第3章检测仪表与传感器压力第3章检测仪表与传感器压力第3章检测仪表与传感器压力是一种机械信号，包括直线位移和角位移。如在测量力、压力、质量、是一种机械信号，包括直线位移和角位移。如在测量力、压力、质量、振动等物理量时，要先把它们转换成位移量再处理。振动等物理量时，要先把它们转换成位移量再处理。包括气压信号和液压信号，工业检测中主要应用气压信号。包括气压信号和液压信号，工业检测中主要应用气压信号。有电压信号、电流信号、阻抗信号和频率信号等。有电压信号、电流信号
3、、阻抗信号和频率信号等。传送快、滞后小、可远距离传递、便于和电子计算机联接。传送快、滞后小、可远距离传递、便于和电子计算机联接。：包括光通量信号、干涉条纹信号、衍射条纹信号、莫尔条纹信号等。包括光通量信号、干涉条纹信号、衍射条纹信号、莫尔条纹信号等。可是连续的，也可是断续（脉冲）式的。可是连续的，也可是断续（脉冲）式的。第3章检测仪表与传感器压力从传递信号的连续性的观点来分从传递信号的连续性的观点来分：在时间上是连续变化的，在任何瞬时都可以确定其数值的信号。在时间上是连续变化的，在任何瞬时都可以确定其数值的信号。可以变换为电信号，即是平滑地、连续地变化的电压或电流信号。可以变换为电信号，即是平
4、滑地、连续地变化的电压或电流信号。例如：连续变化的温度信号可以利用热电偶转换为与之成比例的连例如：连续变化的温度信号可以利用热电偶转换为与之成比例的连 续变化的电势信号。续变化的电势信号。是一种以离散形式出现的不连续信号，通常用二进制数是一种以离散形式出现的不连续信号，通常用二进制数 “0”和和“1”组合的代码序列来表示。数字信号变换成电信组合的代码序列来表示。数字信号变换成电信 号是一连串的窄脉冲和高低电平交替变化的电压信号。号是一连串的窄脉冲和高低电平交替变化的电压信号。第3章检测仪表与传感器压力开关信号：用两种状态或用两个数值范围表示的不连开关信号：用两种状态或用两个数值范围表示的不连
5、续信号。续信号。例如：用水银触点温度计来检测温度的变化时，可例如：用水银触点温度计来检测温度的变化时，可 利用水银触点的利用水银触点的“断开断开”与与“闭合闭合”来判断来判断 温度是否达到给定值。温度是否达到给定值。在自动检测技术中，利用开关式传感器（如干簧管、电在自动检测技术中，利用开关式传感器（如干簧管、电触点式传感器）可以将模拟信号变换成开关信号。触点式传感器）可以将模拟信号变换成开关信号。第3章检测仪表与传感器压力1 1、按仪表使用的能源分类、按仪表使用的能源分类（1）电动仪表：电动仪表：便于远传便于远传/集控集控/联机。复杂联机。复杂/干扰。干扰。（2）气动仪表：气动仪表：简单简单/
6、可靠可靠/抗干扰。传递慢抗干扰。传递慢/短。短。2 2、按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类、按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类（1）检测仪表：检测仪表：获取、转换获取、转换（2）显示仪表：显示仪表：（3）集中控制装置：集中控制装置：（4）控制仪表：控制仪表：运算运算（5）执行器：执行器：操作操作3 3、按仪表的组成形式分类、按仪表的组成形式分类（1）基地式仪表：基地式仪表：适于现场检测适于现场检测/控制控制 （2）单元组合仪表：单元组合仪表：灵活性高灵活性高第3章检测仪表与传感器压力4 4、根据所测参数的不同、根据所测参数的不同 （1）压力测量仪表压力测量仪表（2）流量测量仪表流量
7、测量仪表（3）物位（液位）测量仪表物位（液位）测量仪表（4）温度测量仪表温度测量仪表（5）物质成分分析仪表及物性检测仪表等。物质成分分析仪表及物性检测仪表等。5 5、按表达示数的方式不同、按表达示数的方式不同 指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型等。指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型等。6 6、按精度等级及使用场合的不同、按精度等级及使用场合的不同 实用仪表、范型仪表和标准仪表，分别用在现场、实验室、标定室。实用仪表、范型仪表和标准仪表，分别用在现场、实验室、标定室。第3章检测仪表与传感器压力例题分析例题分析例例:某台测温仪表的测温范围为某台测温仪表的测温范围为2001000o
8、oC C，工，工艺上要求测温误差不能大于艺上要求测温误差不能大于5o oC C，试确定应选，试确定应选仪表的准确度等级。仪表的准确度等级。解解：工艺上允许的相对百分误差为：工艺上允许的相对百分误差为：允允=5/（1000-200）100%=0.625%要求所选仪表要求所选仪表 不能大于工艺上不能大于工艺上 允允，才能保证测温误差，才能保证测温误差不大于不大于5 5o oC C，所以所选仪表的准确度等级应为，所以所选仪表的准确度等级应为0.50.5级级。第3章检测仪表与传感器压力气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。化工生产中，通常遇到压力和真空度的
9、测量。化工生产中，通常遇到压力和真空度的测量。若压力不符合要求，影响生产效率若压力不符合要求，影响生产效率/产品质量，还会产品质量，还会造成严重生产事故。造成严重生产事故。化学反应中，压力既影响物料平衡关系，也影响化化学反应中，压力既影响物料平衡关系，也影响化学反应速度。还用于其它参数的测量。学反应速度。还用于其它参数的测量。所以，压力的测量与控制，对保证生产过程正常进所以，压力的测量与控制，对保证生产过程正常进行，达到高产、优质、低消耗和安全是十分重要的行，达到高产、优质、低消耗和安全是十分重要的.第3章检测仪表与传感器压力 即即1N的力垂直均匀作用在的力垂直均匀作用在1m2的面积上的面积上
10、所形成的压力值为所形成的压力值为1Pa。第3章检测仪表与传感器压力第3章检测仪表与传感器压力pa绝对压力零线绝对压力零线pphpa大气压大气压p01.013251.0132510105 5PaPa第3章检测仪表与传感器压力液柱式压力检测液柱式压力检测 一般采用充有水或水银等液体的玻璃一般采用充有水或水银等液体的玻璃U U形管或单管形管或单管进行测量。进行测量。(2)(2)弹性式压力检测弹性式压力检测 根据弹性元件受力变形的位移进行测量。根据弹性元件受力变形的位移进行测量。弹簧管弹簧管/膜片膜片/波纹管波纹管(3)(3)电气式压力检测电气式压力检测 利用敏感元件将被测压力转换成电量进行测量的。利
11、用敏感元件将被测压力转换成电量进行测量的。电势、电阻。电势、电阻。(4)(4)活塞式压力检测活塞式压力检测 根据液压机液体传送压力的原理，将被测压力转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换成活塞面积上所 加平衡砝码的质量来进行测量。加平衡砝码的质量来进行测量。测量精度很高，允许误差可以小到测量精度很高，允许误差可以小到0.050.050.020.02。标准仪表。标准仪表。第3章检测仪表与传感器压力用用U U形管进行压力检测，其误差来源主要有：形管进行压力检测，其误差来源主要有：p1 p2p1 p2h(a)(b)第3章检测仪表与传感器压力v被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉
12、烟、风道各段压力、被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、风道各段压力、通风空调系统各段压力的测量通风空调系统各段压力的测量.P=P1P2=g(h1+h2)第3章检测仪表与传感器压力v单管压力计单管压力计v由于由于U U形管压力计形管压力计 需两次读取液面，需两次读取液面，为使用方便，设计为使用方便，设计 出一次读取液面高出一次读取液面高 度的单管压力计。度的单管压力计。第3章检测仪表与传感器压力v斜管压力计主要用于测量微小压力、负压和压差，将单管斜管压力计主要用于测量微小压力、负压和压差，将单管液柱压力计的测量管倾斜放置，这样可以提高灵敏度，减液柱压力计的测量管倾斜放置，这样可以提高灵敏度，减
13、少读数相对误差。少读数相对误差。第3章检测仪表与传感器压力平薄膜平薄膜波纹膜波纹膜波纹管波纹管单圈弹簧管单圈弹簧管多圈弹簧管多圈弹簧管P膜片式弹性元件膜片式弹性元件P弹簧管式弹性元件弹簧管式弹性元件第3章检测仪表与传感器压力弹性元件结构和特弹性元件结构和特点点第3章检测仪表与传感器压力第3章检测仪表与传感器压力 弹簧管压力弹簧管压力表表 弹簧管弹簧管拉杆拉杆指针指针中心齿中心齿轮轮扇形齿轮扇形齿轮接头接头游丝游丝刻度盘刻度盘调整螺钉调整螺钉第3章检测仪表与传感器压力测量范围广：测量范围广：7 71010-5-5PaPa500MPa;500MPa;误差误差0.2%0.2%；远传；联机。；远传；联
14、机。1.1.霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器2.2.应变片式压力传感器应变片式压力传感器3.3.压阻式压力传感器压阻式压力传感器4.4.力矩平衡式压力传感力矩平衡式压力传感器器5.5.电容式压力传感器电容式压力传感器第3章检测仪表与传感器压力Z Z轴：磁感应强度为轴：磁感应强度为B B的恒磁的恒磁场场Y Y轴：加一外电场。轴：加一外电场。电子在霍尔片中运动（逆电子在霍尔片中运动（逆Y Y轴）轴）在霍尔片的在霍尔片的X X轴方向上出现电轴方向上出现电位差，这电位差称为霍尔电势，位差，这电位差称为霍尔电势，这种现象为这种现象为“霍尔效应霍尔效应”。霍尔电势的大小与半导体材料、所霍尔电势的大小与
15、半导体材料、所通过的电流通过的电流I I、磁感应强度、磁感应强度B B以及霍尔以及霍尔片的几何尺寸等因素有关，表示为：片的几何尺寸等因素有关，表示为：U UHH=R RHHBIBI第3章检测仪表与传感器压力霍尔元件霍尔元件+弹簧管弹簧管 =霍尔片式弹簧管压力传感器。霍尔片式弹簧管压力传感器。霍尔电势霍尔电势与 被 测 压与 被 测 压力力成比例。成比例。利 用 这 一利 用 这 一电 势 即 可电 势 即 可实 现 远 距实 现 远 距离 显 示 和离 显 示 和自动控制。自动控制。第3章检测仪表与传感器压力外力作用外力作用被测对象表面产生微小机械变形被测对象表面产生微小机械变形应变片敏感栅随
16、同变形应变片敏感栅随同变形电阻值发生相应变化电阻值发生相应变化 应变片应变片r1r2123P(a)(a)传感器传感器1外壳外壳2弹性筒弹性筒3密封膜片密封膜片第3章检测仪表与传感器压力UiEr1r2R3R4AB(b)(b)测量电桥测量电桥第3章检测仪表与传感器压力UiEr1r2R3R4AB(b)(b)测量电桥测量电桥第3章检测仪表与传感器压力 气动压力监测；气动压力监测；气象观察室控制；气象观察室控制；汽车刹车系统监测；汽车刹车系统监测；军用和商用航行器军用和商用航行器。第3章检测仪表与传感器压力电阻率变化引起阻值变化电阻率变化引起阻值变化称为称为。半导体材料的压阻效应明显。半导体材料的压阻效
17、应明显。1.负压室负压室2.正压室正压室3.硅杯硅杯4.引线引线5.单晶硅片单晶硅片Ri1Ri2Ri3Ri4第3章检测仪表与传感器压力把被测差压把被测差压PP成比例地转换为不平衡电压成比例地转换为不平衡电压U US S p2p1硅杯硅杯压阻式传感器示意图压阻式传感器示意图正压侧隔离膜片正压侧隔离膜片引出线引出线负压侧隔离膜片负压侧隔离膜片硅油硅油第3章检测仪表与传感器压力Ri1Ri2Ri3Ri4USRi1Ri2Ri3Ri4IS不受压时：不受压时：R Ri1i1 R Ri4i4R R R Ri2i2 R Ri3i3R R第3章检测仪表与传感器压力USRi1Ri2Ri3Ri4IS受压时：受压时：R
18、i1Ri4r1Ri2Ri3r2受压时，流经两桥臂的电流始终相等受压时，流经两桥臂的电流始终相等第3章检测仪表与传感器压力TO-8TO-8封装型压阻式压力传感器封装型压阻式压力传感器第3章检测仪表与传感器压力MB16MB16系列硅压阻式压力传感器系列硅压阻式压力传感器产品特点：产品特点：测量范围：测量范围：0 05kPa5kPa60MPa60MPa材料：材料：316L316L不锈钢隔离膜片不锈钢隔离膜片恒压供电：恒压供电：1015VDC 1015VDC 恒流供电：恒流供电：1.5mA4mA1.5mA4mA工作方式：表压、绝压、密封压工作方式：表压、绝压、密封压 综合精度：综合精度：0.1%FS0
19、.1%FS，0.3%FS0.3%FS，0.5%FS 0.5%FS 级可选级可选 零点温度飘移：零点温度飘移：0.02%FS/0.02%FS/灵敏度温度飘移：灵敏度温度飘移：0.02%FS/0.02%FS/过载压力：过载压力：200%FS200%FS第3章检测仪表与传感器压力l主要主要是体积小，结构简单；是体积小，结构简单；l核心：既是弹性元件又是压敏元件的单晶硅膜片核心：既是弹性元件又是压敏元件的单晶硅膜片;l扩散电阻的灵敏系数是金属应变片的几十倍，扩散电阻的灵敏系数是金属应变片的几十倍，;l具有良好的动态响应，迟滞小，具有良好的动态响应，迟滞小，;l应用十分广泛的一类压力传感器。应用十分广泛
20、的一类压力传感器。u缺点：扩散电阻存在温度效应，易受环境温度的影响缺点：扩散电阻存在温度效应，易受环境温度的影响.第3章检测仪表与传感器压力是一种典型的自平衡检测仪表，利用负反馈的工作原理，测量精度是一种典型的自平衡检测仪表，利用负反馈的工作原理，测量精度0.50.5级。级。PFiF1F2F3FfI01测量元件（膜盒、膜片）测量元件（膜盒、膜片）2轴封膜片轴封膜片3主杠杆主杠杆4矢量机构矢量机构5量程调整螺钉量程调整螺钉6连杆连杆7副杠杆副杠杆8检测片（衔铁）检测片（衔铁）9差动变压器差动变压器10反馈动圈反馈动圈11放大器放大器12调零弹簧调零弹簧13永久磁钢永久磁钢第3章检测仪表与传感器压
21、力l1l4l3l0lfl2F1F3F2FfF0HMFi当变送器结构及电磁特性确定后，当变送器结构及电磁特性确定后，K K为一常数。说明当矢量为一常数。说明当矢量机构的机构的确定后，变送器的输出电流确定后，变送器的输出电流I I0 0与输入压力与输入压力P P成对应关系。成对应关系。第3章检测仪表与传感器压力电容式差压变送器采用差动电容作为检测元电容式差压变送器采用差动电容作为检测元件件主要包括测量部件和转换放大电路两部分：主要包括测量部件和转换放大电路两部分：差压电差压电容膜盒容膜盒电容电容-电流转电流转换电路换电路调零、零调零、零迁电路迁电路电流放大器电流放大器反馈电路反馈电路pCIiIfI
22、zIo第3章检测仪表与传感器压力P=0Ci1=Ci2=15pF P0Ci1的电容量减小的电容量减小Ci2的电容量增大的电容量增大 差动差动电容测量原理电容测量原理第3章检测仪表与传感器压力传感器有左右固定极板；传感器有左右固定极板；在两个固定极板之间是弹性在两个固定极板之间是弹性材料制成的测量膜片，作为材料制成的测量膜片，作为电容的中央动极板；电容的中央动极板；在在。第3章检测仪表与传感器压力第3章检测仪表与传感器压力v测量工业过程流体压力，测量工业过程流体压力，并将其转化成并将其转化成4 420mA DC20mA DC信号输出。信号输出。v同时通过标准串行接口或同时通过标准串行接口或现场总线
23、现场总线HARTHART协议通信输协议通信输出，可进行远程参数设定、出，可进行远程参数设定、远程控制、自诊断等功能。远程控制、自诊断等功能。v亦可采用红外遥控设定参亦可采用红外遥控设定参数。人工智能化的管理能数。人工智能化的管理能使自动化控制系统达到一使自动化控制系统达到一种新的更高的层次。种新的更高的层次。第3章检测仪表与传感器压力第3章检测仪表与传感器压力的的量程量程、精度精度、类型（材质）类型（材质）。第3章检测仪表与传感器压力第3章检测仪表与传感器压力0m minin 1m ax1/31/23/52/3第3章检测仪表与传感器压力第3章检测仪表与传感器压力故被测压力最小值不低于满量程的故
24、被测压力最小值不低于满量程的1/31/3，允许。，允许。第3章检测仪表与传感器压力有一台空压机的缓冲罐，其工作压力变化范围为有一台空压机的缓冲罐，其工作压力变化范围为13.513.516 MPa 16 MPa，工艺要求最大测量误差为工艺要求最大测量误差为0.8 MPa0.8 MPa，并可就地观察及高低限报警。，并可就地观察及高低限报警。试选一合适的压力表（包括测量范围、精度等级）。试选一合适的压力表（包括测量范围、精度等级）。例题例题2解解:空压机的缓冲罐的压力视为脉动压力空压机的缓冲罐的压力视为脉动压力。第3章检测仪表与传感器压力第3章检测仪表与传感器压力第3章检测仪表与传感器压力第3章检测仪表与传感器压力第3章检测仪表与传感器压力第3章检测仪表与传感器压力(a)(b)(c)(d)1 1被恻介质被恻介质12 2隔离液隔离液233第3章检测仪表与传感器压力(e)4(f)蒸汽蒸汽第3章检测仪表与传感器压力(g)除尘器除尘器第3章检测仪表与传感器压力第3章检测仪表与传感器压力4545(a)(a)液液 体体第3章检测仪表与传感器压力4545(b)(b)气气 体体第3章检测仪表与传感器压力4545(c)(c)蒸蒸 汽汽2022-12-24第3章检测仪表与传感器压力
