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当前位置:电子发烧友网 > 图书频道 > 仪器 > 《检测控制仪表与装置》 > 第2章 过程检测与系统

第3节 压力检测仪表与系统

 

压力是指均匀而垂直作用于单位面积上的力,用符号p表示,单位为帕斯卡(Pa)。

压力的表示方式有四种,即绝对压力()、表压力()、真空度或负压()和差压(两个压力之差),其中为大气压力。

1.  液体压力计

   液体压力计是以流体静力学原理为基础的,一般由U形玻璃管构成,管内用已知密度的水银、水或酒精为工作液,常用于低压、负压或差压的测量。

如图3.1所示,当时,;当时,液面高度差与差压之间有以下关系

                                       

式中,为工作液的密度;g为重力加速度。

    液体压力计也可以采用单管,以减少两次读数的误差。当被测压力较小时,还可以将单管倾斜,以提高测量的准确度。

影响液体压力计测量准确度的主要因素有:工作液密度受环境温度等的影响,安装的垂直度,读数误差,传压介质和重力加速度等。

2.  弹性式压力检测仪表

 

    弹性式压力检测仪表是用弹性元件作为压力敏感元件,把压力转换成弹性元件的位移,并经适当的机械传动和放大机构,通过指针指示被测压力大小的一种压力表,统称弹性式压力表。

根据所用的敏感元件的不同,常见的弹性式压力表有弹簧管压力表、波纹管压力表、膜盒(片)压力表等,其中弹簧管压力表是最常用的一种指示式压力检测仪表,其结构如图3.2所示。

弹簧管压力表结构简单、使用方便、价格低廉、测量范围宽,可以测量负压、微压、低压、中压和高压,因此应用十分广泛。根据使用的要求,仪表有各种系列的准确度等级,其中最高可达0.1级。

     被测介质的性质和被测介质的压力高低决定了弹簧管的材料。对于普通介质,当<20MPa时,弹簧管采用磷铜;当>20MPa时,则采用不锈钢或合金钢。对于腐蚀性介质,可采用耐腐蚀的弹簧管,如不锈钢等;也可以采用隔离液等方法。

波纹管压力表不仅可测压力,也可测差压。这种压力表的测量范围较小,一般为0~0.4MPa,仪表准确度等级为1.5~2.5级。

膜盒压力表主要用于测量较低压力或负压的气体压力,压力测量范围为-20~40kPa,仪表准确度等级为1.5~2.5级。

膜片压力表的工作原理与膜盒压力表相近,但膜片压力表的可测压力范围较宽,最高可达2.5MPa。作为弹性元件的膜片常常和其他转换元件一起使用构成电远传式压力检测仪表。
 

     3.  电远传式压力检测仪表

电远传式压力仪表一般是利用弹性元件作为敏感元件,并配上适当的转换元件和转换电路转换为电信号输出,实现信号的远传。

(1)力平衡式压力变送器

力平衡式压力变送器是基于杠杆原理力矩平衡工作的。弹性元件(一般是膜片)的位移带动杠杆的一端,使装在杠杆的另一端的位移-电信号转换器产生电流输出,输出信号正比于压力的大小,并同时通过电磁反馈装置对杠杆施加反馈力,最后达到力矩平衡。

 

(2)电容式差压变送器

电容式差压变送器由检测部分和信号变换部分构成。检测部分是一对差动电容器,其中作为弹性元件的测量膜片为电容器的可动电极;信号变换部分是将电容的变化量转换成电流输出,输出电流的大小正比于被测压力的大小。

力平衡式压力(差压)变送器和电容式差压变送器具有稳定性好、量程范围宽、适用范围广等特点,在工业过程的压力(差压)测量中应用十分广泛。

除此之外,常见的电远传压力检测仪表还有霍尔压力传感器,电感式压力传感器,谐振式压力传感器等。

4.  物性型压力传感器

物性型压力传感器是基于物质定律基础,敏感元件感受被测压力,并将压力的大小转换成敏感元件的某个物理量输出。常见的物性型压力传感器有:应变式压力传感器和压阻式压力传感器(将所感受的应力转换成电阻的变化)以及压电式压力传感器(压电元件为敏感元件,将所感受的作用力转换成压电元件的表面电荷)。

应变式压力传感器是由弹性元件、应变片以及相应的测量电路组成。图3.3是一种典型的粘贴式的应变片分布结构及应力曲线图。在被测压力作用下膜片变形向上凸起,膜片上任一点的径向应变和切向应变分别为

                                       

压电式压力传感器中,压电元件被夹在两块弹性膜片之间。当压力作用于膜片,使压电元件受力而产生电荷。电荷量经放大可转换成电压或电流输出。压电式压力传感器结构简单、小巧轻便,工作可靠,具有线性度好,频率响应高,量程范围宽等优点。但由于在晶体边界上存在漏电现象,易产生零点漂移,所以不能用于稳态压力测量。

5.  压力检测仪表的使用

(1)压力仪表的选用

压力检测仪表在选用时,应根据生产工艺对压力检测的要求、被测介质的特性和现场使用的环境等条件,本着节约的原则合理地考虑仪表的量程、准确度等级和类型。其中在量程选择时,一般应使工作压力在仪表满量程的1/3~2/3范围;在准确度等级选择时,应满足仪表的基本误差小于实际被测压力允许的最大绝对误差。

(2)压力仪表的应用

由于压力仪表都是接触式的,被测介质直接与敏感元件接触,并通过被测介质来传递压力,所以在压力仪表使用时应注意取压口位置的选取;引压管路的设计和敷设。对于特殊介质(如腐蚀介质、易结块或颗粒性易堵介质和两相流介质)还须采取特殊的方式以保证压力的传递和压力的准确测量。当压力表与被测对象不在同一水平面上时,必须考虑由于压力表到被测对象间液柱高度引起的附加压力,并进行相应的修正。