1、化工儀表自動化化工儀表自動化四川理工學院電信系自動化教研室四川理工學院電信系自動化教研室 2第三章 檢測儀表與傳感器3.1 概述概述3.2 壓力檢測及儀表壓力檢測及儀表3.3 流量檢測及儀表流量檢測及儀表3.4 物位檢測及儀表物位檢測及儀表3.5 溫度檢測及儀表溫度檢測及儀表3.6 現代檢測技術與傳感器的發展現代檢測技術與傳感器的發展33.2 壓力檢測及儀表v在工業生產過程中，特別是在化工、煉油等生產在工業生產過程中，特別是在化工、煉油等生產過程中，壓力是重要的操作參數之一。經常會遇過程中，壓力是重要的操作參數之一。經常會遇到壓力和真空度的測量，其中包括比大氣壓力高到壓力和真空度的測量，其中包

2、括比大氣壓力高很多的高壓、超高壓和比大氣壓力低很多的真空很多的高壓、超高壓和比大氣壓力低很多的真空度的測量。度的測量。 v如果壓力不符合要求，不僅會影響生產效率，降如果壓力不符合要求，不僅會影響生產效率，降低產品質量，有時還會造成嚴重的生產事故。低產品質量，有時還會造成嚴重的生產事故。v此外，壓力測量的意義還不局限于它自身，有些此外，壓力測量的意義還不局限于它自身，有些其他參數的測量，如物位、流量等往往是通過測其他參數的測量，如物位、流量等往往是通過測量壓力或差壓來進行的，即測出了壓力或差壓，量壓力或差壓來進行的，即測出了壓力或差壓，便可確定物位或流量。便可確定物位或流量。43.2 壓力檢測及

3、儀表2彈性式壓力計3 3壓力單位及測壓儀表3 1電氣式壓力計4智能型壓力變送器3 5壓力計的選用及安裝5壓力單位及測壓儀表v壓力是指均勻垂直地作用在單位面積上的力，故壓力是指均勻垂直地作用在單位面積上的力，故可用下式表示：可用下式表示：vp表示壓力，表示壓力，F表示垂直作用力，表示垂直作用力，S表示受力面積。表示受力面積。v根據國際單位制根據國際單位制(代號為代號為SI)規定。壓力的單位為規定。壓力的單位為帕斯卡，簡稱帕（帕斯卡，簡稱帕（Pa），），1帕為帕為1牛頓每平方米，牛頓每平方米，即，即，v工程界長期使用許多不同的壓力計量單位。如工程界長期使用許多不同的壓力計量單位。如“工程大氣壓工程

4、大氣壓”、“標準大氣壓標準大氣壓”、“毫米汞柱毫米汞柱”等。等。FpS1Pa1N/m26壓力單位及測壓儀表（續）7壓力單位及測壓儀表（續）v壓力的表示壓力的表示v絕對壓力絕對壓力 單位面積所受到全部壓力v相對壓力（表壓）相對壓力（表壓） 絕對壓力與大氣壓之差 p表壓 = p絕對- p大氣v真空度（負壓）真空度（負壓） 大氣壓與絕對壓力之差 p真空 = p大氣 - p絕對絕對壓力絕對壓力真空度表壓標準大氣壓8壓力單位及測壓儀表（續）v因為各種工藝設備和測量儀表通常是處于大氣之因為各種工藝設備和測量儀表通常是處于大氣之中，本身就承受著大氣壓力。所以，工程上經常中，本身就承受著大氣壓力。所以，工程上

5、經常用表壓或真空度來表示壓力的大小。以后所提到用表壓或真空度來表示壓力的大小。以后所提到的壓力，除特別說明外，均指表壓或真空度。的壓力，除特別說明外，均指表壓或真空度。9壓力單位及測壓儀表（續）v測量壓力的儀表種類很多，按其轉換原理可大致測量壓力的儀表種類很多，按其轉換原理可大致分為以下四種：分為以下四種： 1 液柱式壓力計液柱式壓力計 液柱式壓力表是根據靜力學原理，將被測壓力轉液柱式壓力表是根據靜力學原理，將被測壓力轉換成液柱高度來測量壓力的。這類儀表包括換成液柱高度來測量壓力的。這類儀表包括 U 型型管壓力計、單管壓力計、斜管壓力計等。管壓力計、單管壓力計、斜管壓力計等。2 彈性式壓力計彈

6、性式壓力計 彈性式壓力表是根據彈性元件受力變形的原理，彈性式壓力表是根據彈性元件受力變形的原理，將被測壓力轉換成元件的位移來測量壓力的。常將被測壓力轉換成元件的位移來測量壓力的。常見的有彈簧管壓力表、波紋管壓力表、膜片（或見的有彈簧管壓力表、波紋管壓力表、膜片（或膜盒）式壓力表。膜盒）式壓力表。10壓力單位及測壓儀表（續） 3 活塞式壓力計活塞式壓力計 活塞式壓力計是利用流體靜力學中的液壓傳遞原活塞式壓力計是利用流體靜力學中的液壓傳遞原理，將被測壓力轉換成活塞上所加琺碼的重量進理，將被測壓力轉換成活塞上所加琺碼的重量進行壓力測量的。這類測壓儀表的測量精度很高，行壓力測量的。這類測壓儀表的測量精

7、度很高，允許誤差可小到允許誤差可小到 0.05 0.2% ，所以普遍，所以普遍用作標準壓力發生器或標準儀器對其他壓力表或用作標準壓力發生器或標準儀器對其他壓力表或壓力傳感器進行校驗和標定。壓力傳感器進行校驗和標定。11壓力單位及測壓儀表（續）4 壓力傳感器和壓力變送器（壓力傳感器和壓力變送器（電氣式壓力計）電氣式壓力計） 壓力傳感器和壓力變送器是利用物體某些物理特壓力傳感器和壓力變送器是利用物體某些物理特性，通過不同的轉換元件將被測壓力轉換成各種性，通過不同的轉換元件將被測壓力轉換成各種電量信號，并根據這些信號的變化來間接測量壓電量信號，并根據這些信號的變化來間接測量壓力。根據轉換元件的不同，

8、壓力傳感器和壓力變力。根據轉換元件的不同，壓力傳感器和壓力變送器可分為電阻式、電容式、應變式、電感式、送器可分為電阻式、電容式、應變式、電感式、壓電式、霍爾片式等多種形式。壓電式、霍爾片式等多種形式。12壓力單位及測壓儀表（續）測量原理：測量原理：P=hg 所以所以 h=P/ g 單管壓力計U型管壓力計斜管壓力計13壓力單位及測壓儀表（續）活塞式壓力計活塞式壓力計v測量原理：測量原理： P=G/S 所以所以 G=PSv精確度高精確度高v常用作標準儀表，檢驗常用作標準儀表，檢驗其它壓力計其它壓力計14彈性式壓力計v工作原理：是利用彈性元件在被測壓力作用下產工作原理：是利用彈性元件在被測壓力作用下

9、產生彈性變形的原理來度量被測壓力的生彈性變形的原理來度量被測壓力的 。當彈性元。當彈性元件受壓力作用時會產生變形，于是輸出位移或力；件受壓力作用時會產生變形，于是輸出位移或力；再把位移或力通過一定的元件轉換成電量信號。再把位移或力通過一定的元件轉換成電量信號。v彈性元件的特點：構造簡單，價格便宜，測壓范彈性元件的特點：構造簡單，價格便宜，測壓范圍寬，被測壓力低至幾帕，高達數千兆帕都可使圍寬，被測壓力低至幾帕，高達數千兆帕都可使用，測量精度也較高，在目前的測壓儀表中廣泛用，測量精度也較高，在目前的測壓儀表中廣泛應用。應用。v若增加附加裝置，如記錄機構、電氣變換裝置、若增加附加裝置，如記錄機構、電

10、氣變換裝置、控制元件等，則可以實現壓力的記錄、遠傳、信控制元件等，則可以實現壓力的記錄、遠傳、信號報警、自動控制等。號報警、自動控制等。15彈性式壓力計（續） 1彈性元件彈性元件v彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。它不彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。它不僅是彈性式壓力計的測壓元件，也經常用來作為僅是彈性式壓力計的測壓元件，也經常用來作為氣動單元組合儀表的基本組成元件。氣動單元組合儀表的基本組成元件。16PP彈性式壓力計（續）x17彈性式壓力計（續）(1)彈簧管式彈性元件彈簧管式彈性元件 v測量元件是一個彎成圓弧形的空心管子。其截面測量元件是一個彎成圓弧形的空心管子。其截面一般為扁圓形

11、或橢圓形，管子自由端封閉，作為一般為扁圓形或橢圓形，管子自由端封閉，作為位移輸出端，彈簧管的另一端固定，作為被測壓位移輸出端，彈簧管的另一端固定，作為被測壓力的輸入端，當被測壓力從輸入端通入后，由于力的輸入端，當被測壓力從輸入端通入后，由于橢圓形截面在壓力橢圓形截面在壓力 P的作用下將趨于圓形，因而的作用下將趨于圓形，因而彎成弧形的彈簧管隨之產生向外挺直的擴張變形。彎成弧形的彈簧管隨之產生向外挺直的擴張變形。其自由端產生位移。從而將壓力變化轉換成位移其自由端產生位移。從而將壓力變化轉換成位移量。壓力越大，位移量越大。量。壓力越大，位移量越大。18彈性式壓力計（續） (2)薄膜式彈性元件薄膜式彈

12、性元件：薄膜式彈性元件根據其結構：薄膜式彈性元件根據其結構不同還可以分為膜片與膜盒等。不同還可以分為膜片與膜盒等。v膜片：單膜片測壓元件主要用于低壓的測量，一膜片：單膜片測壓元件主要用于低壓的測量，一般使用金屬膜片，也有橡膠膜片。般使用金屬膜片，也有橡膠膜片。v膜片式壓力計的優點是：可測微壓和粘滯性介質膜片式壓力計的優點是：可測微壓和粘滯性介質壓力。壓力。19彈性式壓力計（續）v膜盒：廣泛應用于測量差壓。膜盒：廣泛應用于測量差壓。v硬芯：用于實現輸出機械位移或力硬芯：用于實現輸出機械位移或力v硅油：用于傳遞壓力和對膜片起過載保護作用硅油：用于傳遞壓力和對膜片起過載保護作用20彈性式壓力計（續）

13、(3)波紋管式彈性元件波紋管式彈性元件 v在波紋管中引入壓力時，其自由端產生伸縮變形，在波紋管中引入壓力時，其自由端產生伸縮變形，可以得到較大的線位移，但壓力可以得到較大的線位移，但壓力位移特性的線位移特性的線性不如彈簧管。性不如彈簧管。x21彈性式壓力計（續）22彈性式壓力計（續）2彈簧管壓力表彈簧管壓力表v彈簧管壓力計結構簡單，使用方便，價格低廉，彈簧管壓力計結構簡單，使用方便，價格低廉，測壓范圍寬，應用十分廣泛。測壓范圍寬，應用十分廣泛。 v按其所使用的測壓元件不同，可有單圈彈簧管壓按其所使用的測壓元件不同，可有單圈彈簧管壓力表與多圈彈簧管壓力表。力表與多圈彈簧管壓力表。v彈簧管材料根據

14、壓力高低及被測介質的性質不同彈簧管材料根據壓力高低及被測介質的性質不同而不同。耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力而不同。耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。表等。v一般彈簧管壓力計的測壓范圍為一般彈簧管壓力計的測壓范圍為-105+109 Pa；精確度最高可達；精確度最高可達0.1。23彈性式壓力計（續）24彈簧管彈簧管彈性式壓力計（續）25彈性式壓力計（續）v將普通彈簧管壓力計稍將普通彈簧管壓力計稍加變化，便可成為電接加變化，便可成為電接點信號壓力表，它能在點信號壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時，壓力偏離給定范圍時，及時發出信號，以提醒及時發出信號，以提醒操作人員注意或通過中操作人員注意或

15、通過中間繼電器實現壓力的自間繼電器實現壓力的自動控制。動控制。26電氣式壓力計v電氣式壓力計是一種能將壓力轉換成電信號進行電氣式壓力計是一種能將壓力轉換成電信號進行傳輸及顯示的儀表。傳輸及顯示的儀表。v這種儀表的測量范圍較廣，分別可測這種儀表的測量范圍較廣，分別可測710-5 Pa至至5102 MPa的壓力，允許誤差可至的壓力，允許誤差可至0.05。v由于可以遠距離傳送信號，所以在工業生產過程由于可以遠距離傳送信號，所以在工業生產過程中可以實現壓力自動控制和報警，并可與工業控中可以實現壓力自動控制和報警，并可與工業控制機聯用。制機聯用。 27電氣式壓力計（續）v電氣式壓力計一般由壓力傳感器、測

16、量電路和信電氣式壓力計一般由壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置所組成。常用的信號處理裝置有指示號處理裝置所組成。常用的信號處理裝置有指示儀、記錄儀以及控制器、微處理機等。儀、記錄儀以及控制器、微處理機等。 一次儀表（壓力探頭）：將壓力轉換為微弱電參數； 二次儀表：將微弱電參數轉換為標準電信號。28電氣式壓力計（續）v壓力傳感器的作用是把壓力信號檢測出來，并轉壓力傳感器的作用是把壓力信號檢測出來，并轉換成電信號進行輸出，當輸出的電信號能夠被進換成電信號進行輸出，當輸出的電信號能夠被進一步變換為標準信號時，壓力傳感器又稱為壓力一步變換為標準信號時，壓力傳感器又稱為壓力變送器。變送器。v常用電參數有

17、：常用電參數有：電阻、電感、電容、電壓電阻、電感、電容、電壓等。等。v常見壓力變換器（壓力探頭）有：常見壓力變換器（壓力探頭）有： 應變式壓力變換器； 壓電電阻式壓力變換器； 電感式壓力變換器； 電容式壓力變換器； 霍爾片式壓力變換器。29電氣式壓力計（續）1霍爾片式壓力傳感器霍爾片式壓力傳感器v測壓原理：測壓原理：利用霍爾片式傳感器（根據半導體材利用霍爾片式傳感器（根據半導體材料的霍爾效應的原理）實現壓力料的霍爾效應的原理）實現壓力-位移位移-霍爾電勢霍爾電勢的轉換。的轉換。v半導體薄片置于磁感應強度為半導體薄片置于磁感應強度為B 的磁場中，磁場的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當有電流方向垂直

18、于薄片，當有電流I 流過薄片時，在垂流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢直于電流和磁場的方向上將產生電動勢EH，這種，這種現象稱為現象稱為霍爾效應霍爾效應。 30電氣式壓力計（續）31電氣式壓力計（續）v作用在半導體薄片上的磁場強度作用在半導體薄片上的磁場強度B越強，霍爾電越強，霍爾電勢也就越高。霍爾電勢勢也就越高。霍爾電勢EH可用下式表示：可用下式表示： EH=KH IB電氣式壓力計（續）32電氣式壓力計（續）v當磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作用，當磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作用，向內側偏移，在半導體薄片向內側偏移，在半導體薄片c、d方向的端面之間方向的端面之

19、間建立起霍爾電勢。建立起霍爾電勢。c cd da ab b33電氣式壓力計（續）v霍爾電勢與磁感應強度和電流成正比。提高霍爾電勢與磁感應強度和電流成正比。提高B和和I值可增大霍爾電勢值可增大霍爾電勢EH。但兩者都有一定限度，一。但兩者都有一定限度，一般般I為為320mA，B約為幾千高斯，所得的霍爾電約為幾千高斯，所得的霍爾電勢勢EH約為幾十毫伏數量級。約為幾十毫伏數量級。v如果選定了霍爾元件，并使電流保持恒定，則在如果選定了霍爾元件，并使電流保持恒定，則在非均勻磁場中，霍爾元件所處的位置不同，所受非均勻磁場中，霍爾元件所處的位置不同，所受到的磁感應強度也將不同，這樣就可得到與位移到的磁感應強度

20、也將不同，這樣就可得到與位移成比例的霍爾電勢，實現位移成比例的霍爾電勢，實現位移電勢的線性轉換。電勢的線性轉換。34 霍爾片霍爾片KxVH磁鋼磁鋼電氣式壓力計（續）v霍爾片式壓力傳感器霍爾片式壓力傳感器35電氣式壓力計（續） 2應變片式壓力傳感器應變片式壓力傳感器v應變片式壓力傳感器是利用電阻應變原理構成的。應變片式壓力傳感器是利用電阻應變原理構成的。電阻應變片有金屬應變片電阻應變片有金屬應變片(金屬絲或金屬箔金屬絲或金屬箔)和半和半導體應變片兩類。導體應變片兩類。v被測壓力使應變片產生應變。當應變片產生壓縮被測壓力使應變片產生應變。當應變片產生壓縮應變時，其阻值減小；當應變片產生拉伸應變時，

21、應變時，其阻值減小；當應變片產生拉伸應變時，其阻值增加。其阻值增加。v應變片阻值的變化，再通過橋式電路獲得相應的應變片阻值的變化，再通過橋式電路獲得相應的毫伏級電勢輸出，并用毫伏計或其他記錄儀表顯毫伏級電勢輸出，并用毫伏計或其他記錄儀表顯示出被測壓力，從而組成應變片式壓力計。示出被測壓力，從而組成應變片式壓力計。36電氣式壓力計（續）37電氣式壓力計（續）半導體應變片外形金屬絲式應變片的金屬絲式應變片的內部結構內部結構38電氣式壓力計（續） 39電氣式壓力計（續）v荷重傳感器荷重傳感器上的應變片上的應變片在重力作用在重力作用下產生變形。下產生變形。軸向變短，軸向變短，徑向變長。徑向變長。 40

22、電氣式壓力計（續）v應變片應變片r1和和r2與兩個固定電阻與兩個固定電阻r3和和r4組成橋式電路，組成橋式電路，如圖如圖311(b)所示。由于所示。由于r1和和r2的阻值變化而使橋的阻值變化而使橋路失去平衡，從而獲得不平衡電壓路失去平衡，從而獲得不平衡電壓U作為傳感器作為傳感器的輸出信號，在橋路供給直流穩壓電源最大為的輸出信號，在橋路供給直流穩壓電源最大為10V時，可得最大時，可得最大U為為5mV的輸出。的輸出。41電氣式壓力計（續）v測量轉換電路測量轉換電路3i124o1234()4RURRRURRRR電橋平衡的條件電橋平衡的條件 ：14oi1234RRUURRRR1243/RRRR電橋電阻

23、都發生改變后電橋電阻都發生改變后 ：42電氣式壓力計（續）v全橋四臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低。i1io144URURURR43電氣式壓力計（續） vR1、 R2為應變片， R3、R4為固定電阻 。應變片R1 、R2 感受到的應變12以及產生的電阻增量正負號相間，可以使輸出電壓Uo成倍地增大。io2URUR44電氣式壓力計（續） 全橋的四個橋臂都為應變片，全橋的四個橋臂都為應變片，如果設法使試件受力后，應變如果設法使試件受力后，應變片片R1 R4產生的電阻增量（或產生的電阻增量（或感受到的應變感受到的應變 1 4）正負號相）正負號相間，就可以使輸出電壓間，就可以使輸

24、出電壓Uo成倍成倍地增大。上述三種工作方式中，地增大。上述三種工作方式中，全橋四臂工作方式的靈敏度最全橋四臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低。采用全橋（或雙靈敏度最低。采用全橋（或雙臂半橋）還能實現溫度自補償。臂半橋）還能實現溫度自補償。oiRUUR45電氣式壓力計（續） 當環境溫度升高時，當環境溫度升高時，橋臂上的應變片溫度橋臂上的應變片溫度同時升高，溫度引起同時升高，溫度引起的電阻值漂移數值一的電阻值漂移數值一致，可以相互抵消，致，可以相互抵消，所以全橋的溫漂較小；所以全橋的溫漂較小；半橋也同樣能克服溫半橋也同樣能克服溫漂。漂。 46電氣式壓

25、力計（續）v應變式壓力傳感器的被測壓力可達應變式壓力傳感器的被測壓力可達25Mpa。 v由于傳感器的固有頻率在由于傳感器的固有頻率在25000Hz以上，故有較以上，故有較好的動態性能適用于快速變化的壓力測量。傳好的動態性能適用于快速變化的壓力測量。傳感器的非線性及滯后誤差小于額定壓力的感器的非線性及滯后誤差小于額定壓力的1。47電氣式壓力計（續）3壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器v壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應而構壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應而構成。成。v利用擴散工藝制作的四個半導體應變電阻處于同利用擴散工藝制作的四個半導體應變電阻處于同一硅片上，工藝一致性好，靈敏度相等，漂

26、移抵一硅片上，工藝一致性好，靈敏度相等，漂移抵消，遲滯、蠕變非常小，動態響應快。消，遲滯、蠕變非常小，動態響應快。48電氣式壓力計（續）v擴散硅壓力變送器檢測部件的原理結構如圖擴散硅壓力變送器檢測部件的原理結構如圖 (a)所所示。其電阻布置如圖示。其電阻布置如圖(b)所示、杯內腔承受被測壓所示、杯內腔承受被測壓力力p，杯的外側為大氣壓力。如用來測量差壓，杯的外側為大氣壓力。如用來測量差壓，則分別接則分別接 p1及及p2。49電氣式壓力計（續）v擴散硅壓力變送器計算：擴散硅壓力變送器計算：50電氣式壓力計（續） 隔離、承壓膜片可以將腐蝕性的氣體、液體與硅膜片 隔離開來。 51電氣式壓力計（續）

27、信號處理電路固態壓力傳感器內部結構52電氣式壓力計（續）高壓進氣口低壓進氣口低壓進氣口53電氣式壓力計（續）表壓壓力傳感器p1進氣管進氣管54電氣式壓力計（續）v壓電式傳感器壓電式傳感器是一種自發電式傳感器。它以某些是一種自發電式傳感器。它以某些電介質的壓電效應為基礎，在外力作用下，在電電介質的壓電效應為基礎，在外力作用下，在電介質表面產生電荷，從而實現非電量電測的目的。介質表面產生電荷，從而實現非電量電測的目的。v壓電傳感元件是力敏感元件，它可以測量最終能壓電傳感元件是力敏感元件，它可以測量最終能變換為力的那些非電物理量，例如動態力、動態變換為力的那些非電物理量，例如動態力、動態壓力、振動加

28、速度等，但不能用于靜態參數的測壓力、振動加速度等，但不能用于靜態參數的測量。量。v壓電式傳感器具有體積小、質量輕、頻響高、信壓電式傳感器具有體積小、質量輕、頻響高、信噪比大等特點。由于它沒有運動部件，因此結構噪比大等特點。由于它沒有運動部件，因此結構堅固、可靠性、穩定性高。堅固、可靠性、穩定性高。 55電氣式壓力計（續）56電氣式壓力計（續）4力矩平衡式壓力變送器力矩平衡式壓力變送器v力矩平衡式壓力變送器是一種典型的自平衡檢測力矩平衡式壓力變送器是一種典型的自平衡檢測儀表，它利用負反饋的工作原理克服元件材料、儀表，它利用負反饋的工作原理克服元件材料、加工工藝等不利因素的影響，使儀表具有較高的加

29、工工藝等不利因素的影響，使儀表具有較高的測量精度測量精度(一般為一般為0.5級級)、工作穩定可靠、線性、工作穩定可靠、線性好、不靈敏區小等一系列優點。好、不靈敏區小等一系列優點。 571低壓室 2高壓室 3測量元件（膜盒、膜片） 4軸封膜片 5主杠桿 6過載保護片 7靜壓調整螺釘 8矢量機構 9零點遷移彈簧 10平衡錘 11量程調整螺釘 12檢測片（銜鐵） 13差動變壓器 14副杠桿 15放大器 16反饋動圈 17永久磁鋼 18電源 19負載 20調零彈簧 測量機構杠桿機構檢測放大 機構反饋 機構電氣式壓力計（續）58主杠桿 211lFlFMiiPAFi矢量機構將F1分解成F2和F3， tgF

30、F12tgPAllFi212副杠桿平衡：ffLFlFlF00320IKFff002310FKllPKllAtgllIffffl1l4l3l0lfl2F1F3F2FfF0HMFi5481214電氣式壓力計（續）59電氣式壓力計（續）5電容式壓力變送器電容式壓力變送器v20世紀世紀70午代初由美國最先投放市場的電容變午代初由美國最先投放市場的電容變送器，是一種開環檢測儀表，具有結構簡單、過送器，是一種開環檢測儀表，具有結構簡單、過載能力強、可靠性好、測量精度高、體積小、重載能力強、可靠性好、測量精度高、體積小、重量輕、使用方便等一系列優點、目前已成為最受量輕、使用方便等一系列優點、目前已成為最受歡

31、迎的壓力、差壓變達器，其輸出信號也是標準歡迎的壓力、差壓變達器，其輸出信號也是標準的的420mA(DC)電流信號。電流信號。v電容式壓力變送器是先將壓力的變化轉換為電容電容式壓力變送器是先將壓力的變化轉換為電容量的變化，然后進行測量的。量的變化，然后進行測量的。60電氣式壓力計（續）v材料技術和微位移測量技術的發展使得位移式開材料技術和微位移測量技術的發展使得位移式開環壓力變送器獲得重生。環壓力變送器獲得重生。v易于超過力平衡變送器的基本精度為易于超過力平衡變送器的基本精度為0.5%的指的指標。標。v結構簡單，運行可靠，維護方便。結構簡單，運行可靠，維護方便。61 SCd定極板彈性元件動極板被

32、測壓力測量原理測量原理 電容器極板間絕緣介質的介電電容器極板間絕緣介質的介電 常數，常數，F/m S電容器兩平行板覆蓋的面積，電容器兩平行板覆蓋的面積，m2 d兩平行板之間的距離，兩平行板之間的距離，m C電容量，電容量，F電氣式壓力計（續）62電氣式壓力計（續）v傳感器部分（差分形式）：傳感器部分（差分形式）：63電氣式壓力計（續）v當受到外界作用，使中間的活動電極板產生一個當受到外界作用，使中間的活動電極板產生一個微小的位移后，可以算出：微小的位移后，可以算出：64電氣式壓力計（續）v另一種計算方法：另一種計算方法：210KCdd1dK P220KCdd21132100CCKdPK PCC

33、ddK1、K2、K3均為常數65電氣式壓力計（續）66電氣式壓力計（續） 工業壓力變送器工業壓力變送器數字壓力變送器數字壓力變送器通用壓力變送器通用壓力變送器隔離壓力變送器隔離壓力變送器高溫壓力變送器高溫壓力變送器隔離壓差變送器隔離壓差變送器隔離液位變送器隔離液位變送器微壓變送器微壓變送器電容壓力變送器電容壓力變送器隔膜壓力變送器隔膜壓力變送器絕壓變送器絕壓變送器雙膜壓差變送器雙膜壓差變送器微型探針壓力計微型探針壓力計暖風空調壓力計暖風空調壓力計濕式壓力變送器濕式壓力變送器本安壓力變送器本安壓力變送器OEM血壓計血壓計OEM壓力芯片壓力芯片67智能型壓力變送器v智能型壓力或差壓變送器就是在普通

34、壓力或差壓智能型壓力或差壓變送器就是在普通壓力或差壓傳感器的基礎上增加微處理器電路而形成的智能傳感器的基礎上增加微處理器電路而形成的智能檢測儀表。檢測儀表。v 3051C特點：特點： 具有遠程通訊的功能 依靠手操通信器，用戶可在現場或控制室設定變送器各種參數 使用維護方便 長期穩定工作，每5年才需校檢一次v3051C組成：組成： 傳感膜頭、 電子線路板68A/D轉換器 溫度傳感器 電容傳感器傳感膜頭內存 修正系數 膜頭信號微處理器傳感器線性化重設量程診斷工程單位通信電子板內存量程值變送器組態信息D/A轉換數字通信本機量程和零點調整手操器傳感膜頭電子線路板 420mA3051C3051C型智能差

35、壓變送器原理圖型智能差壓變送器原理圖智能型壓力變送器（續）69智能型壓力變送器（續）v智能儀表可以通過通訊器進行人機對話，如智能儀表可以通過通訊器進行人機對話，如3051C變送器通過變送器通過HART（如（如275型）手操器進行型）手操器進行通訊，對儀表組態、測試。智能儀表組態由兩部通訊，對儀表組態、測試。智能儀表組態由兩部分組成：分組成： 一是設定變送器的工作參數，包括零點、量程、線性或平方要輸出、阻尼、工程單位等； 二是信息數據，包括儀表位號、說明、信息、日期、法蘭類型、排液/排氣材料、O型環材料、遠傳信息等。v通過人機對話，可以對智能儀表的狀態、控制回通過人機對話，可以對智能儀表的狀態、

36、控制回路測試檢查，直接讀取數據，查找故障等。路測試檢查，直接讀取數據，查找故障等。 70智能型壓力變送器（續）v3051C技術性能：技術性能：性能優異：精度0.075%量程比100:1差壓：校驗量程從0.5inH2O至2000psi表壓：校驗量程從2.5inH2O至2000psi絕對壓力：校驗量程從0.167psia至4000psia過程隔離膜片：不銹鋼，哈氏合金CR，蒙乃爾R，鉭（僅限CD，CG）及鍍金蒙乃爾設計小巧、堅固而質輕，易于安裝 71智能型壓力變送器（續）vHART275通信器是一種便攜式的終端，它與采用通信器是一種便攜式的終端，它與采用HART通信協議的儀表一起使用，對其進行設定

37、，通信協議的儀表一起使用，對其進行設定，更改和顯示，它可監控輸入更改和顯示，它可監控輸入/輸出值和自診斷結果。輸出值和自診斷結果。設定恒定電流的輸出和調零。設定恒定電流的輸出和調零。v當系統開動或維持操作時，只要把當系統開動或維持操作時，只要把HART 275型型HART通信器接在通信器接在420mA通信信號線上，就可以通信信號線上，就可以使用。使用。72智能型壓力變送器（續）v適用儀表：適用儀表：ROSEMOUNT1151，ROSEMOUNT3051，ABB，E+H，Siemens，日本富士，日本富士，YOKOGAWA，EJA(帶帶HART通信協議通信協議)等壓力變送器等壓力變送器v通信信號

38、的連接：專用線纜，通信信號的連接：專用線纜，長長1.1m(3.6ft)v通信線：長度：通信線：長度：1Km(0.62英里英里)（0.751.25mm） 73壓力計的選用及安裝1. 壓力計的選用壓力計的選用(1)儀表類型的選用儀表類型的選用 v類型的選擇，通常需要考慮以下因素：類型的選擇，通常需要考慮以下因素： 被測介質的物理化學性質，如溫度高低、粘度大小、臟污程度、腐蝕性，是否易燃易爆、易結晶等。 生產過程對壓力測量的要求，如被測壓力范圍、精確度以及是否需要遠傳、記錄或上下限報警等。 現場環境條件，如高溫、腐蝕、潮溫、振動、電磁場等。74壓力計的選用及安裝（續）(2) 儀表測量范圍的確定儀表測

39、量范圍的確定 儀表的測量范圍是指該儀表的測量范圍是指該儀表可按規定的精確度對被測量進行測量的范圍，儀表可按規定的精確度對被測量進行測量的范圍，它是根據操作中需要測量的參數的大小來確定的。它是根據操作中需要測量的參數的大小來確定的。 在測量壓力時，為了延長儀表使用壽命，避免彈性元件因受力過大而損懷，壓力計上限值應該高于工藝生產中可能的最大壓力值。75壓力計的選用及安裝（續）v根據根據“化工自控設計技術規定化工自控設計技術規定”： 在測量穩定壓力時，最大工作壓力不應超過測量上限值的2/3； 在測量脈動壓力時，最大工作壓力不應超過測量上限值的1/2； 在測最高壓壓力時，最大工作壓力不應越過測量上限值

40、的3/5。v為了保證測量值的準確度，所側的壓力值不能太為了保證測量值的準確度，所側的壓力值不能太接近于儀表的下限值，亦即儀表的量程不能選得接近于儀表的下限值，亦即儀表的量程不能選得太大，一般被測壓力的最小值不低于儀表滿量程太大，一般被測壓力的最小值不低于儀表滿量程的的1/3為宜。為宜。76壓力計的選用及安裝（續）v我國壓力儀表測量測量范圍的標準系列：我國壓力儀表測量測量范圍的標準系列： -0.10.06KPa、0.15KPa 01、1.6、2.5、4、6、10 x10nKPa 工業用壓力儀表的精度通常在0.5級以下(3) 儀表精度級的選取儀表精度級的選取 儀表精度是根據工藝生產儀表精度是根據工藝生產上所允許的最大測量誤差來確定的。上所允許的最大測量誤差來確定的。v滿足工藝要求的情況下，盡可能選擇精度較低、滿足工藝要求的情況下，盡可能選擇精度較低、價廉耐用的儀表。價廉耐用的儀表。77壓力計的選用及安裝（續）v例：某臺往復式壓縮機的出口壓力范圍為例：某臺往復式壓縮機的出口壓力范圍為2528MPa，測量誤差不得大于，測量誤差不得大于1MPa。工藝上要求。工藝上要求就地觀察，并能高低限報警。試正確選用一臺壓就地觀察，并能高低限報警。試正確選用一臺壓力表，