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當前位置:電子發(fā)燒友網(wǎng) > 圖書頻道 > 儀器 > 《檢測控制儀表與裝置》 > 第2章 過程檢測與系統(tǒng)

第3節(jié) 壓力檢測儀表與系統(tǒng)

 

壓力是指均勻而垂直作用于單位面積上的力,用符號p表示,單位為帕斯卡(Pa)。

壓力的表示方式有四種,即絕對壓力()、表壓力()、真空度或負壓()和差壓(兩個壓力之差),其中為大氣壓力。

1.  液體壓力計

   液體壓力計是以流體靜力學原理為基礎的,一般由U形玻璃管構成,管內用已知密度的水銀、水或酒精為工作液,常用于低壓、負壓或差壓的測量。

如圖3.1所示,當時,;當時,液面高度差與差壓之間有以下關系

                                       

式中,為工作液的密度;g為重力加速度。

    液體壓力計也可以采用單管,以減少兩次讀數(shù)的誤差。當被測壓力較小時,還可以將單管傾斜,以提高測量的準確度。

影響液體壓力計測量準確度的主要因素有:工作液密度受環(huán)境溫度等的影響,安裝的垂直度,讀數(shù)誤差,傳壓介質和重力加速度等。

2.  彈性式壓力檢測儀表

 

    彈性式壓力檢測儀表是用彈性元件作為壓力敏感元件,把壓力轉換成彈性元件的位移,并經(jīng)適當?shù)臋C械傳動和放大機構,通過指針指示被測壓力大小的一種壓力表,統(tǒng)稱彈性式壓力表。

根據(jù)所用的敏感元件的不同,常見的彈性式壓力表有彈簧管壓力表、波紋管壓力表、膜盒(片)壓力表等,其中彈簧管壓力表是最常用的一種指示式壓力檢測儀表,其結構如圖3.2所示。

彈簧管壓力表結構簡單、使用方便、價格低廉、測量范圍寬,可以測量負壓、微壓、低壓、中壓和高壓,因此應用十分廣泛。根據(jù)使用的要求,儀表有各種系列的準確度等級,其中最高可達0.1級。

     被測介質的性質和被測介質的壓力高低決定了彈簧管的材料。對于普通介質,當<20MPa時,彈簧管采用磷銅;當>20MPa時,則采用不銹鋼或合金鋼。對于腐蝕性介質,可采用耐腐蝕的彈簧管,如不銹鋼等;也可以采用隔離液等方法。

波紋管壓力表不僅可測壓力,也可測差壓。這種壓力表的測量范圍較小,一般為0~0.4MPa,儀表準確度等級為1.5~2.5級。

膜盒壓力表主要用于測量較低壓力或負壓的氣體壓力,壓力測量范圍為-20~40kPa,儀表準確度等級為1.5~2.5級。

膜片壓力表的工作原理與膜盒壓力表相近,但膜片壓力表的可測壓力范圍較寬,最高可達2.5MPa。作為彈性元件的膜片常常和其他轉換元件一起使用構成電遠傳式壓力檢測儀表。
 

     3.  電遠傳式壓力檢測儀表

電遠傳式壓力儀表一般是利用彈性元件作為敏感元件,并配上適當?shù)霓D換元件和轉換電路轉換為電信號輸出,實現(xiàn)信號的遠傳。

(1)力平衡式壓力變送器

力平衡式壓力變送器是基于杠桿原理力矩平衡工作的。彈性元件(一般是膜片)的位移帶動杠桿的一端,使裝在杠桿的另一端的位移-電信號轉換器產(chǎn)生電流輸出,輸出信號正比于壓力的大小,并同時通過電磁反饋裝置對杠桿施加反饋力,最后達到力矩平衡。

 

(2)電容式差壓變送器

電容式差壓變送器由檢測部分和信號變換部分構成。檢測部分是一對差動電容器,其中作為彈性元件的測量膜片為電容器的可動電極;信號變換部分是將電容的變化量轉換成電流輸出,輸出電流的大小正比于被測壓力的大小。

力平衡式壓力(差壓)變送器和電容式差壓變送器具有穩(wěn)定性好、量程范圍寬、適用范圍廣等特點,在工業(yè)過程的壓力(差壓)測量中應用十分廣泛。

除此之外,常見的電遠傳壓力檢測儀表還有霍爾壓力傳感器,電感式壓力傳感器,諧振式壓力傳感器等。

4.  物性型壓力傳感器

物性型壓力傳感器是基于物質定律基礎,敏感元件感受被測壓力,并將壓力的大小轉換成敏感元件的某個物理量輸出。常見的物性型壓力傳感器有:應變式壓力傳感器和壓阻式壓力傳感器(將所感受的應力轉換成電阻的變化)以及壓電式壓力傳感器(壓電元件為敏感元件,將所感受的作用力轉換成壓電元件的表面電荷)。

應變式壓力傳感器是由彈性元件、應變片以及相應的測量電路組成。圖3.3是一種典型的粘貼式的應變片分布結構及應力曲線圖。在被測壓力作用下膜片變形向上凸起,膜片上任一點的徑向應變和切向應變分別為

                                       

壓電式壓力傳感器中,壓電元件被夾在兩塊彈性膜片之間。當壓力作用于膜片,使壓電元件受力而產(chǎn)生電荷。電荷量經(jīng)放大可轉換成電壓或電流輸出。壓電式壓力傳感器結構簡單、小巧輕便,工作可靠,具有線性度好,頻率響應高,量程范圍寬等優(yōu)點。但由于在晶體邊界上存在漏電現(xiàn)象,易產(chǎn)生零點漂移,所以不能用于穩(wěn)態(tài)壓力測量。

5.  壓力檢測儀表的使用

(1)壓力儀表的選用

壓力檢測儀表在選用時,應根據(jù)生產(chǎn)工藝對壓力檢測的要求、被測介質的特性和現(xiàn)場使用的環(huán)境等條件,本著節(jié)約的原則合理地考慮儀表的量程、準確度等級和類型。其中在量程選擇時,一般應使工作壓力在儀表滿量程的1/3~2/3范圍;在準確度等級選擇時,應滿足儀表的基本誤差小于實際被測壓力允許的最大絕對誤差。

(2)壓力儀表的應用

由于壓力儀表都是接觸式的,被測介質直接與敏感元件接觸,并通過被測介質來傳遞壓力,所以在壓力儀表使用時應注意取壓口位置的選?。灰龎汗苈返脑O計和敷設。對于特殊介質(如腐蝕介質、易結塊或顆粒性易堵介質和兩相流介質)還須采取特殊的方式以保證壓力的傳遞和壓力的準確測量。當壓力表與被測對象不在同一水平面上時,必須考慮由于壓力表到被測對象間液柱高度引起的附加壓力,并進行相應的修正。

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