化工儀表及自動(dòng)化第三章檢測(cè)儀表與傳感器

化工儀表及自動(dòng)化第三章檢測(cè)儀表與傳感器概述壓力檢測(cè)及儀表流量檢測(cè)及儀表物位檢測(cè)及儀表溫度檢測(cè)及儀表現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)與傳感器的發(fā)展顯示儀表3.檢測(cè)儀表與傳感器化工儀表及自動(dòng)化主要內(nèi)容概述3.檢測(cè)儀表與傳感器化工儀表及自動(dòng)化主要內(nèi)容基本要求1.掌握儀表精度的意義及與測(cè)量誤差的關(guān)系。2.了解儀表的性能指標(biāo)。3.初步掌握各種壓力檢測(cè)儀表的基本原理及壓力表的選用方法。4.了解各種流量計(jì)的測(cè)量原理。重點(diǎn)是差壓式流量計(jì)及轉(zhuǎn)子流量計(jì)。5.了解各種液位測(cè)量方法。初步掌握液位測(cè)量中零點(diǎn)遷移的意義及計(jì)算方法。6.掌握熱電偶溫度計(jì)及熱電阻溫度計(jì)的測(cè)溫原理。熟悉熱電偶溫度測(cè)量中得到冷端溫度補(bǔ)償?shù)淖饔眉胺椒ā?.了解電動(dòng)溫度變送器的作用及原理。了解智能變送器的基本原理與主要構(gòu)成?；疽?.掌握儀表精度的意義及與測(cè)量誤差的關(guān)系。檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用在線檢測(cè)：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位….3.1概述檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用在線檢測(cè)：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝3.1概述

用來(lái)檢測(cè)流量、壓力、溫度等參數(shù)的技術(shù)工具稱為檢測(cè)儀表。它是控制信息的源頭，是信號(hào)變換、加工、處理、存儲(chǔ)的基礎(chǔ)，在控制系統(tǒng)中處于十分重要的地位。有時(shí)將檢測(cè)元件、變送器和顯示儀表統(tǒng)稱為檢測(cè)儀表。

用來(lái)將這些參數(shù)轉(zhuǎn)換為一定的便于傳送的信號(hào)的儀表通常稱為傳感器。

當(dāng)傳感器的輸出為單元組合儀表中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，通常稱為變送器。3.1概述用來(lái)檢測(cè)流量、壓力、溫度等參數(shù)的技術(shù)工具一、測(cè)量過(guò)程與測(cè)量誤差

測(cè)量過(guò)程在實(shí)質(zhì)上都是將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的過(guò)程，而測(cè)量?jī)x表就是實(shí)現(xiàn)這種比較的工具。

測(cè)量誤差指由儀表讀得的被測(cè)值與被測(cè)量真值之間的差距。通常有兩種表示方法，即絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。

3.1概述產(chǎn)生的原因：所使用的測(cè)量工具本身不夠準(zhǔn)確，觀測(cè)者的主觀性和周圍環(huán)境的影響等一、測(cè)量過(guò)程與測(cè)量誤差測(cè)量過(guò)程在實(shí)質(zhì)上都是將被測(cè)參絕對(duì)誤差xi：儀表指示值,xt：被測(cè)量的真值由于真值無(wú)法得到

x：被校表的讀數(shù)值，x0：標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)值

相對(duì)誤差3.1概述絕對(duì)誤差xi：儀表指示值,xt：被測(cè)量的真值由于真值無(wú)法得二、儀表的性能指標(biāo)1.精確度（簡(jiǎn)稱精度）說(shuō)明：儀表的測(cè)量誤差可以用絕對(duì)誤差Δ來(lái)表示。但是，儀表的絕對(duì)誤差在測(cè)量范圍內(nèi)的各點(diǎn)不相同。因此，常說(shuō)的“絕對(duì)誤差”指的是絕對(duì)誤差中的最大值Δmax。

兩大影響因素絕對(duì)誤差和儀表的測(cè)量范圍相對(duì)百分誤差δ允許誤差3.1概述二、儀表的性能指標(biāo)1.精確度（簡(jiǎn)稱精度）說(shuō)明：儀表的測(cè)量誤

儀表的δ允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的δ允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對(duì)百分誤差去掉“±”號(hào)及“％”號(hào)，便可以用來(lái)確定儀表的精確度等級(jí)。目前常用的精確度等級(jí)有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。小結(jié)3.1概述儀表的δ允越大，表示它的精確度越低；反舉例例1

某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為200~700℃，校驗(yàn)該表時(shí)得到的最大絕對(duì)誤差為＋4℃，試確定該儀表的精度等級(jí)。

解

該儀表的相對(duì)百分誤差為

如果將該儀表的δ去掉“＋”號(hào)與“％”號(hào)，其數(shù)值為0.8。由于國(guó)家規(guī)定的精度等級(jí)中沒(méi)有0.8級(jí)儀表，同時(shí)，該儀表的誤差超過(guò)了0.5級(jí)儀表所允許的最大誤差，所以，這臺(tái)測(cè)溫儀表的精度等級(jí)為1.0級(jí)。3.1概述舉例例1某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為200~700℃，校驗(yàn)該表例2

某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為０～1000℃。根據(jù)工藝要求，溫度指示值的誤差不允許超過(guò)±７℃，試問(wèn)應(yīng)如何選擇儀表的精度等級(jí)才能滿足以上要求？解

根據(jù)工藝上的要求，儀表的允許誤差為

如果將儀表的允許誤差去掉“±”號(hào)與“％”號(hào)，其數(shù)值介于0.5～1.0之間，如果選擇精度等級(jí)為1.0級(jí)的儀表，其允許的誤差為±1.0％，超過(guò)了工藝上允許的數(shù)值，故應(yīng)選擇0.5級(jí)儀表才能滿足工藝要求。3.1概述例2某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為０～1000℃。根據(jù)工藝要求，3.1概述總結(jié)

根據(jù)儀表校驗(yàn)數(shù)據(jù)確定儀表精度等級(jí)時(shí)，儀表允許誤差儀表校驗(yàn)所得的相對(duì)百分誤差

根據(jù)工藝要求選擇儀表精度等級(jí)時(shí)，儀表允許誤差工藝上允許的最大相對(duì)百分誤差≥≤3.1概述總結(jié)根據(jù)儀表校驗(yàn)數(shù)據(jù)確定儀表精度等級(jí)時(shí)，≥儀表的精度等級(jí)是衡量?jī)x表質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一。

精度等級(jí)數(shù)值越小，就表征該儀表的精確度等級(jí)越高，也說(shuō)明該儀表的精確度越高。0.05級(jí)以上的儀表，常用來(lái)作為標(biāo)準(zhǔn)表；工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用的測(cè)量?jī)x表，其精度大多在0.5以下。

儀表的精度等級(jí)一般可用不同的符號(hào)形式標(biāo)志在儀表面板上。舉例1.51.0如：3.1概述儀表的精度等級(jí)是衡量?jī)x表質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一。精2.變差

變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對(duì)被測(cè)量在儀表全部測(cè)量范圍內(nèi)進(jìn)行正反行程（即被測(cè)參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到小）測(cè)量時(shí)，被測(cè)量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的最大偏差。圖3-1測(cè)量?jī)x表的變差3.1概述注意儀表變差不能超出儀表的允許誤差2.變差變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀3.靈敏度與靈敏限

儀表的靈敏度是指儀表指針的線位移或角位移，與引起這個(gè)位移的被測(cè)參數(shù)變化量的比值。即

式中，S為儀表的靈敏度；Δα為指針的線位移或角位移；Δx為引起Δα所需的被測(cè)參數(shù)變化量。

儀表的靈敏限是指能引起儀表指針發(fā)生動(dòng)作的被測(cè)參數(shù)的最小變化量。通常儀表靈敏限的數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許絕對(duì)誤差的一半。

注意：上述指標(biāo)僅適用于指針式儀表。在數(shù)字式儀表中，往往用分辨力表示。

3.1概述3.靈敏度與靈敏限儀表的靈敏度是指儀表指針4.分辨力

對(duì)于數(shù)字式儀表，分辨力是指數(shù)字顯示器的最末位數(shù)字間隔所代表的被測(cè)參數(shù)變化量。

不同量程的分辨力是不同的，相應(yīng)于最低量程的分辨力稱為該表的最高分辨力，也叫靈敏度。通常以最高分辨力作為數(shù)字電壓表的分辨力指標(biāo)。分辨率與儀表的有效數(shù)字位數(shù)有關(guān)。3.1概述4.分辨力對(duì)于數(shù)字式儀表，分辨力是指數(shù)字顯示5.線性度

線性度是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實(shí)際校準(zhǔn)曲線與理論直線的吻合程度。通?？偸窍Ｍ麥y(cè)量?jī)x表的輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。圖3-2線性度示意圖

式中，δf為線性度（又稱非線性誤差）；Δfmax為校準(zhǔn)曲線對(duì)于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計(jì)算）。3.1概述5.線性度線性度是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量6.反應(yīng)時(shí)間

反應(yīng)時(shí)間就是用來(lái)衡量?jī)x表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo)。反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，說(shuō)明儀表需要較長(zhǎng)時(shí)間才能給出準(zhǔn)確的指示值，那就不宜用來(lái)測(cè)量變化頻繁的參數(shù)。儀表反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短，實(shí)際上反映了儀表動(dòng)態(tài)特性的好壞。儀表的反應(yīng)時(shí)間有不同的表示方法

當(dāng)輸入信號(hào)突然變化一個(gè)數(shù)值后，輸出信號(hào)將由原始值逐漸變化到新的穩(wěn)態(tài)值。

儀表的輸出信號(hào)由開(kāi)始變化到新穩(wěn)態(tài)值的63.2％（95％）所用的時(shí)間，可用來(lái)表示反應(yīng)時(shí)間。3.1概述6.反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間就是用來(lái)衡量?jī)x表能不能盡快反映三、工業(yè)儀表的分類1.按儀表使用的能源分類氣動(dòng)儀表、電動(dòng)儀表、液動(dòng)儀表

以電為能源，信號(hào)之間聯(lián)系比較方便，適宜于遠(yuǎn)距離傳送和集中控制；便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)用；現(xiàn)在電動(dòng)儀表可以做到防火、防爆，更有利于電動(dòng)儀表的安全使用。

一般結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；易受溫度、濕度、電磁場(chǎng)、放射性等環(huán)境影響。

優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)常用3.1概述三、工業(yè)儀表的分類1.按儀表使用的能源分類氣動(dòng)儀表、電動(dòng)儀2.按信息的獲得、傳遞、反映和處理的過(guò)程分類

檢測(cè)儀表

作用是獲取信息，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換。

顯示儀表

作用是將由檢測(cè)儀表獲得的信息顯示出來(lái)。

集中控制裝置

包括各種巡回檢測(cè)儀、巡回控制儀等?？刂苾x表

可以根據(jù)需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算。執(zhí)行器

可以接受控制儀表的輸出信號(hào)或直接來(lái)自操作員的指令，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行操作或控制。

3.1概述2.按信息的獲得、傳遞、反映和處理的過(guò)程分類檢測(cè)儀表作圖3-3各類儀表的作用3.1概述圖3-3各類儀表的作用3.1概述3.按儀表的組成形式分類

基地式儀表特點(diǎn)是將測(cè)量、顯示、控制等各部分集中組裝在一個(gè)表殼里，形成一個(gè)整體。優(yōu)點(diǎn)：比較適于在現(xiàn)場(chǎng)做就地檢測(cè)和控制缺點(diǎn)：不能實(shí)現(xiàn)多種參數(shù)的集中顯示與控制。這在一定程度上限制了基地式儀表的應(yīng)用范圍。分為基地式儀表和單元組合儀表

3.1概述3.按儀表的組成形式分類基地式儀表特點(diǎn)是將測(cè)量、

化工生產(chǎn)中的單元組合儀表有電動(dòng)單元組合儀表和氣動(dòng)單元組合儀表兩種。國(guó)產(chǎn)的電動(dòng)單元組合儀表簡(jiǎn)稱DDZ儀表；氣動(dòng)單元組合儀表簡(jiǎn)稱QDZ儀表。注意

單元組合儀表是將對(duì)參數(shù)的測(cè)量及其變送、顯示、控制等各部分，分別制成能獨(dú)立工作的單元儀表（簡(jiǎn)稱單元，例如變送單元、顯示單元、控制單元等）。這些單元之間以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)互相聯(lián)系，可以根據(jù)不同要求，方便地將各單元任意組合成各種控制系統(tǒng)，適用性和靈活性都很好。3.1概述化工生產(chǎn)中的單元組合儀表有電動(dòng)單元組合儀表和氣動(dòng)單一、壓力單位及測(cè)壓儀表二、彈性式壓力計(jì)三、電氣式壓力計(jì)四、智能型壓力變送器五、壓力計(jì)的選用及安裝3.2壓力檢測(cè)及儀表主要內(nèi)容一、壓力單位及測(cè)壓儀表3.2壓力檢測(cè)及儀表主要內(nèi)容一、壓力單位及測(cè)量?jī)x表壓力是指均勻垂直地作用在單位面積上的力。壓力的單位為帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕（Pa）3.2壓力檢測(cè)及儀表重要的操作參數(shù)之一一、壓力單位及測(cè)量?jī)x表壓力是指均勻垂直地作用在單位面積上的力p表P真P絕P絕大氣壓力線絕對(duì)壓力的零線在壓力測(cè)量中，常有表壓、絕對(duì)壓力、負(fù)壓或真空度之分。

圖3-4絕對(duì)壓力、表壓、負(fù)壓（真空度）的關(guān)系3.2壓力檢測(cè)及儀表工程上所用的壓力指示值，大多為表壓大氣壓力：大氣自重產(chǎn)生的壓力表壓：以大氣壓作為基準(zhǔn)絕壓：以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)真空度：低于大氣壓的壓力p表P真P絕P絕大氣壓力線絕對(duì)壓力的零線在壓力測(cè)量中，常有表3.2壓力檢測(cè)及儀表測(cè)量壓力或真空度的儀表按照其轉(zhuǎn)換原理的不同，分為四類。液柱式壓力計(jì)——是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)化為液柱的高度來(lái)進(jìn)行測(cè)量的一種儀表；彈性式壓力計(jì)——是利用測(cè)量彈性敏感元件在壓力作用下產(chǎn)生的彈性變形的大小來(lái)測(cè)量壓力的一種儀表；電氣式壓力計(jì)——是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)化為電量（電壓、電流、電阻等）進(jìn)行測(cè)量的儀器；活塞式壓力計(jì)——是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)化為活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量的儀器，一般用作校驗(yàn)儀器。3.2壓力檢測(cè)及儀表測(cè)量壓力或真空度的儀表按照其轉(zhuǎn)換原理的1.液柱式壓力計(jì)

它根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測(cè)量。

按其結(jié)構(gòu)形式的不同

有U形管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)等

優(yōu)點(diǎn)這類壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便

缺點(diǎn)

其精度受工作液的毛細(xì)管作用、密度及視差等因素的影響，測(cè)量范圍較窄，一般用來(lái)測(cè)量較低壓力、真空度或壓力差。

3.2壓力檢測(cè)及儀表1.液柱式壓力計(jì)它根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱3.2壓力檢測(cè)及儀表U形管壓力計(jì)單管壓力計(jì)微壓計(jì)3.2壓力檢測(cè)及儀表U形管壓力計(jì)單管壓力計(jì)微壓計(jì)2.彈性式壓力計(jì)

它是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測(cè)量的。

3.電氣式壓力計(jì)

它是通過(guò)機(jī)械和電氣元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）來(lái)進(jìn)行測(cè)量的儀表。3.2壓力檢測(cè)及儀表2.彈性式壓力計(jì)它是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行4.活塞式壓力計(jì)

它是根據(jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)測(cè)量精度很高，允許誤差可小到0.05%～0.02%。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較貴。3.2壓力檢測(cè)及儀表一般用于校驗(yàn)。4.活塞式壓力計(jì)它是根據(jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理二、彈性式壓力計(jì)原理以彈性元件受壓后產(chǎn)生的反作用力與被測(cè)壓力平衡。彈性元件的變形為被測(cè)壓力的函數(shù)，通過(guò)測(cè)量變形就可以間接測(cè)得壓力的大小。優(yōu)點(diǎn)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價(jià)格低廉、測(cè)量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點(diǎn)?？捎脕?lái)測(cè)量幾百帕到數(shù)千兆帕范圍內(nèi)的壓力。3.2壓力檢測(cè)及儀表應(yīng)用最廣泛的測(cè)壓儀表二、彈性式壓力計(jì)原理以彈性元件受壓后產(chǎn)生的反作用力與被測(cè)壓力1.彈性元件

彈性元件是一種簡(jiǎn)易可靠的測(cè)壓敏感元件。當(dāng)測(cè)壓范圍不同時(shí)，所用的彈性元件也不一樣。

圖3-5

彈性元件示意圖彈簧管式彈性元件如圖(a)和(b)所示，薄膜式彈性元件如圖(c)和(d)所示，波紋管式彈性元件如圖(e)所示。3.2壓力檢測(cè)及儀表測(cè)量高壓微壓與低壓用的最多的為彈簧管壓力計(jì)1.彈性元件彈性元件是一種簡(jiǎn)易可靠的測(cè)壓敏感元件。2.彈簧管壓力表

分類使用的測(cè)壓元件

單圈彈簧管壓力表與多圈彈簧管壓力表。

用途普通彈簧管壓力表，耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。

3.2壓力檢測(cè)及儀表由彈簧管壓力感受元件和放大指示機(jī)構(gòu)兩部分組成。2.彈簧管壓力表分類使用的測(cè)壓元件單圈彈簧管3.2壓力檢測(cè)及儀表組成：

(1)彈簧管：扁平、中空，橫截面為橢圓形，一端固定，一端為自由端，弧度為270度，銅、合金銅、鋼作用：感受壓力信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為位移信號(hào)。（2）齒輪、杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作用：傳遞放大（兩級(jí)放大），改變調(diào)整螺釘?shù)奈灰?，可調(diào)量程。（3）游絲：克服齒輪間的間隙，減少變差（4）指針及表盤：指示3.2壓力檢測(cè)及儀表組成：基本測(cè)量原理

單圈彈簧管是一根彎成270°圓弧的橢圓截面的空心金屬管子。管子的自由端B封閉，另一端固定在接頭９上。當(dāng)通入被測(cè)的壓力p后，由于橢圓形截面在壓力p的作用下，將趨于圓形，而彎成圓弧形的彈簧管也隨之產(chǎn)生擴(kuò)張變形。同時(shí)，使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移。輸入壓力p越大，產(chǎn)生的變形也越大。由于輸入壓力與彈簧管自由端B的位移成正比，所以只要測(cè)得B點(diǎn)的位移量，就能反映壓力p的大小。注意：彈簧管自由端B的位移量一般很小，直接顯示有困難，所以必須通過(guò)放大機(jī)構(gòu)才能指示出來(lái)。

3.2壓力檢測(cè)及儀表壓力→彈簧管→位移→一級(jí)放大（扇形齒輪）→二級(jí)放大（中心齒輪）→指示基本測(cè)量原理單圈彈簧管是一根彎成270°圓弧的橢圓3.2壓力檢測(cè)及儀表3.2壓力檢測(cè)及儀表彈簧壓力表1—彈簧管；2—拉桿；3—扇形齒輪；4—中心齒輪；5—指針；6—面板；7—游絲；8—調(diào)整螺絲；9—接頭3.2壓力檢測(cè)及儀表彈簧壓力表1—彈簧管；2—拉桿；3—扇形齒輪；4—中心三、電氣式壓力計(jì)定義電氣式壓力計(jì)是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。優(yōu)點(diǎn)1.該儀表的測(cè)量范圍較廣，分別可測(cè)7×10-5Pa至5×102MPa的壓力，允許誤差可至0.2％；

2.由于可以遠(yuǎn)距離傳送信號(hào)，所以在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)壓力自動(dòng)控制和報(bào)警，并可與工業(yè)控制機(jī)聯(lián)用。

3.2壓力檢測(cè)及儀表三、電氣式壓力計(jì)定義電氣式壓力計(jì)是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)圖3-8電氣式壓力計(jì)組成方框圖組成

一般由壓力傳感器、測(cè)量電路和信號(hào)處理裝置所組成。常用的信號(hào)處理裝置有指示儀、記錄儀以及控制器、微處理機(jī)等。3.2壓力檢測(cè)及儀表圖3-8電氣式壓力計(jì)組成方框圖組成一般由壓壓力傳感器：將壓力信號(hào)檢測(cè)出來(lái)，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。壓力變送器：將傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行變換，實(shí)現(xiàn)放大、遠(yuǎn)距離傳送、線性化處理或轉(zhuǎn)變成規(guī)定的統(tǒng)一信號(hào)。3.2壓力檢測(cè)及儀表幾種常見(jiàn)的傳感器或變送器：霍爾片式壓力傳感器、應(yīng)變片式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電容式壓力變送器壓力傳感器：將壓力信號(hào)檢測(cè)出來(lái)，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。3.21.霍爾片式壓力傳感器

霍爾片式壓力傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的，即利用霍爾元件將由壓力所引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成霍爾電勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量。

圖3-9

霍爾效應(yīng)

霍爾電勢(shì)可用下式表示

式中，UH為霍爾電勢(shì)；RH為霍爾常數(shù)，與霍爾片材料、幾何形狀有關(guān)；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；I為控制電流的大小。3.2壓力檢測(cè)及儀表1.霍爾片式壓力傳感器霍爾片式壓力傳感器是根據(jù)霍注意

霍爾電勢(shì)與磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流成正比。提高B和I值可增大霍爾電勢(shì)UH，但兩者都有一定限度，一般I為3～20mA，B約為幾千高斯，所得的霍爾電勢(shì)UH約為幾十毫伏數(shù)量級(jí)。

導(dǎo)體也有霍爾效應(yīng)，不過(guò)它們的霍爾電勢(shì)遠(yuǎn)比半導(dǎo)體的霍爾電勢(shì)小得多。3.2壓力檢測(cè)及儀表注意霍爾電勢(shì)與磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流成正比。提高B和I值可

將霍爾元件與彈簧管配合，就組成了霍爾片式彈簧管壓力傳感器，如圖3-10所示。

圖3-10霍爾片式壓力傳感器1—彈簧管；2

—磁鋼；3

—霍爾片

當(dāng)被測(cè)壓力引入后，在被測(cè)壓力作用下，彈簧管自由端產(chǎn)生位移，因而改變了霍爾片在非均勻磁場(chǎng)中的位置，使所產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)與被測(cè)壓力成比例。

利用這一電勢(shì)即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離顯示和自動(dòng)控制。3.2壓力檢測(cè)及儀表將霍爾元件與彈簧管配合，就組成了霍爾片式彈簧管2.應(yīng)變片壓力傳感器

應(yīng)變片式壓力傳感器利用電阻應(yīng)變?cè)順?gòu)成。電阻應(yīng)變片有金屬和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類，被測(cè)壓力使應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生壓縮（拉伸）應(yīng)變時(shí)，其阻值減?。ㄔ黾樱?，再通過(guò)橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級(jí)電勢(shì)輸出，并用毫伏計(jì)或其他記錄儀表顯示出被測(cè)壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計(jì)。圖3-11應(yīng)變片壓力傳感器示意圖1—應(yīng)變筒；2—外殼；3—密封膜片3.2壓力檢測(cè)及儀表2.應(yīng)變片壓力傳感器應(yīng)變片式壓力傳感器利用電3.壓阻式壓力傳感器

壓阻式壓力傳感器利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成。固體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱為壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體材料的這種效應(yīng)特別強(qiáng)。采用單晶硅片為彈性元件，在單晶硅膜片上利用集成電路的工藝，在單晶硅的特定方向擴(kuò)散一組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測(cè)壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信號(hào)。工作原理3.2壓力檢測(cè)及儀表3.壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器利用單晶硅的3.2壓力檢測(cè)及儀表3.2壓力檢測(cè)及儀表圖3-12壓阻式壓力傳感器1—基座；2—單晶硅片；3—導(dǎo)環(huán)；4—螺母；5—密封墊圈；6—等效電阻特點(diǎn)

精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；

便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化；

可以測(cè)量壓力，稍加改變，還可以測(cè)量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。3.2壓力檢測(cè)及儀表圖3-12壓阻式壓力傳感器1—基座；2—單晶硅片；3—導(dǎo)環(huán)3.2壓力檢測(cè)及儀表

從原理上講，應(yīng)變式壓力傳感器是外界的壓力引起應(yīng)變材料的幾何形狀發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致材料的電阻發(fā)生變化。壓阻式壓力傳感器通常是半導(dǎo)體壓敏材料。半導(dǎo)體壓阻式傳感器在受到外力后，自身的幾何形狀幾乎沒(méi)有什么改變，而是其晶格參數(shù)發(fā)生改變，最終引起材料的電阻率發(fā)生改變。兩種材料雖然都對(duì)外力變化呈現(xiàn)出電阻變化，原理不同。應(yīng)變式材料對(duì)外力的敏感度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于半導(dǎo)體壓阻材料，后者的靈敏度是前者的約100倍；應(yīng)變材料特性受溫度影響較小，而半導(dǎo)體壓阻材料對(duì)溫度敏感。

區(qū)別3.2壓力檢測(cè)及儀表從原理上講，應(yīng)變式壓力傳感器是4.電容式壓力變送器

電容式壓力變送器是一種開(kāi)環(huán)檢測(cè)儀表，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、過(guò)載能力強(qiáng)、可靠性好、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，其輸出信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA（DC）電流信號(hào)。

工作原理圖3-14電容式差壓變送器原理圖1—隔離膜片；2，7—固定電極；3—硅油；4—測(cè)量膜片；5—玻璃層；6—底座；8—引線先將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，然后進(jìn)行測(cè)量。

3.2壓力檢測(cè)及儀表4.電容式壓力變送器電容式壓力變送器是一種開(kāi)電容式差壓變送器的結(jié)構(gòu)可以有效地保護(hù)測(cè)量膜片，當(dāng)差壓過(guò)大并超過(guò)允許測(cè)量范圍時(shí)，測(cè)量膜片將平滑地貼靠在玻璃凹球面上，因此不易損壞，過(guò)載后的恢復(fù)特性很好，這樣大大提高了過(guò)載承受能力。與力矩平衡式相比，電容式?jīng)]有杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而尺寸緊湊，密封性與抗振性好，測(cè)量精度相應(yīng)提高，可達(dá)0.2級(jí)。

小結(jié)3.2壓力檢測(cè)及儀表電容式差壓變送器的結(jié)構(gòu)可以有效地保護(hù)測(cè)量膜片，當(dāng)差壓四、智能型壓力變送器

智能型壓力或差壓變送器是在普通壓力或差壓傳感器的基礎(chǔ)上增加微處理器電路而形成的智能檢測(cè)儀表?？蛇M(jìn)行遠(yuǎn)程通信

利用手持通信器，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變送器進(jìn)行各種運(yùn)行參數(shù)的選擇和標(biāo)定；其精確度高，使用與維護(hù)方便。

特點(diǎn)3.2壓力檢測(cè)及儀表四、智能型壓力變送器智能型壓力或差壓變送器是在普?qǐng)D3-16手持通信器的連接示意圖

3051C型智能差壓變送器所用的手持通信器為275型，帶有鍵盤及液晶顯示器?？梢越釉诂F(xiàn)場(chǎng)變送器的信號(hào)端子上，就地設(shè)定或檢測(cè)，也可以在遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的控制室中，接在某個(gè)變送器的信號(hào)線上進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定及檢測(cè)。

實(shí)現(xiàn)的功能（1）組態(tài)（2）測(cè)量范圍的變更（3）變送器的校準(zhǔn)（4）自診斷

3.2壓力檢測(cè)及儀表圖3-16手持通信器的連接示意圖3051C型五、壓力計(jì)的選用及安裝1.壓力計(jì)的選用

壓力計(jì)的選用應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)過(guò)程對(duì)壓力測(cè)量的要求，結(jié)合其他各方面的情況，加以全面的考慮和具體的分析，一般考慮以下幾個(gè)問(wèn)題。儀表類型的選用

儀表精度級(jí)的選取

儀表測(cè)量范圍的確定

3.2壓力檢測(cè)及儀表五、壓力計(jì)的選用及安裝1.壓力計(jì)的選用壓力計(jì)儀表類型的選用必須滿足工藝生產(chǎn)的要求量程范圍的確定應(yīng)注意：測(cè)量穩(wěn)定壓力時(shí)，P量=P測(cè)×1.5；測(cè)量脈動(dòng)壓力時(shí)，P量=P測(cè)×2.0；測(cè)量高壓壓力時(shí)，最大工作壓力不應(yīng)超過(guò)測(cè)量上限值的3/5；被測(cè)壓力最小值不應(yīng)低于儀表滿量程的1/3。儀表精度級(jí)的選?。涸跐M足工藝要求的前提下，盡可能選用精度較價(jià)廉耐用的儀表（求出允許誤差，往高精度靠)。3.2壓力檢測(cè)及儀表重要前提儀表類型的選用必須滿足工藝生產(chǎn)的要求3.2壓力檢測(cè)及儀表重舉例

例3某臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力范圍為25～28MPa，測(cè)量誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察，并能高低限報(bào)警，試正確選用一臺(tái)壓力表，指出型號(hào)、精度與測(cè)量范圍。

解

由于往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力脈動(dòng)較大，所以選擇儀表的上限值為3.2壓力檢測(cè)及儀表根據(jù)就地觀察及能進(jìn)行高低限報(bào)警的要求，由本章附錄一，可查得選用YX-150型電接點(diǎn)壓力表，測(cè)量范圍為0～60MPa。

舉例例3某臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力范圍為25～28

由于，故被測(cè)壓力的最小值不低于滿量程的1/3，這是允許的。另外，根據(jù)測(cè)量誤差的要求，可算得允許誤差為

3.2壓力檢測(cè)及儀表所以，精度等級(jí)為1.5級(jí)的儀表完全可以滿足誤差要求。至此，可以確定，選擇的壓力表為YX-150型電接點(diǎn)壓力表，測(cè)量范圍為0～60MPa，精度等級(jí)為1.5級(jí)。

由于，故被測(cè)壓力的最小值不低于滿量程的3.22.如果某反應(yīng)器最大壓力為0.6MPa，允許最大絕對(duì)誤差為±0.02MPa?，F(xiàn)用一臺(tái)測(cè)量范圍為0～1.6MPa，準(zhǔn)確度為1.5級(jí)的壓力表來(lái)進(jìn)行測(cè)量，問(wèn)能否符合工藝上的誤差要求？若采用一臺(tái)測(cè)量范圍為0～1.0MPa，準(zhǔn)確度為1.5級(jí)的壓力表，問(wèn)能符合誤差要求嗎？試說(shuō)明其理由。2.如果某反應(yīng)器最大壓力為0.6MPa，允許最大絕對(duì)誤差為解：對(duì)于測(cè)量范圍為0～1.6MPa，準(zhǔn)確度為1.5級(jí)的壓力表，允許的最大絕對(duì)誤差為1.6×1.5%=0.024(MPa)因此數(shù)值超過(guò)了工藝上允許的最大絕對(duì)誤差數(shù)值,所以是不合格的。對(duì)于測(cè)量范圍為0～1.0MPa，準(zhǔn)確度亦為1.5級(jí)的壓力表,允許的最大絕對(duì)誤差為1.0×