1、现场仪表及电气元器件-温度及压力电气仪表事业部仪表分类概述仪表分类概述l通过对仪控基础知识的了解，可以掌握如下知识：1、工业生产中需要控制的主要参数。2、主要现场检测仪表的工作原理和特点。仪表分类概述仪表分类概述l检测与过程控制仪表（通常称自动化仪表）分类方法很多，根据不同原则可以进行相应的分类。例如:l按仪表所使用的能源分类，可以分为气动仪表、电动仪表和液动仪表。l按仪表组合形式，可以分为基地式仪表、单元组合仪表和综合控制装置；l按仪表安装形式，可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表；随着计算机系统的发展，根据仪表是否引入计算机系统又可以分为智能仪表与非智能仪表。根据仪表信号的形式可分为模拟仪
2、表和数字仪表。仪表分类概述仪表分类概述l检测与过程控制仪表最通用的分类是按仪表在测量与控制系统中的作用进行划分，一般分为检测仪表、显示仪表、调节（控制）仪表和执行器四大类。l检测仪表根据其被测变量不同，根据化工生产五大参量又可分为温度检测仪表、流量检测仪表、压力检测仪表、物位检测仪表和分析仪表（器）。l执行器由执行机构和调节阀两部分组成。温度仪表温度仪表 第一单元：第一单元：温度测量仪表温度测量仪表温度仪表温度仪表l温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。触式两大类。l接触式：接触式：测温元件与被测对象接触，依靠传热和对流进测温元件与被测对象
3、接触，依靠传热和对流进行热交换。行热交换。l优点：优点：结构简单、可靠，测温精度较高。结构简单、可靠，测温精度较高。l缺点：缺点：由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到平衡后才能测量，这样且达到平衡后才能测量，这样容易破坏被测对象的温度容易破坏被测对象的温度场，场，同时带来测温过程的延迟现象，不适于测量热容量同时带来测温过程的延迟现象，不适于测量热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象。小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象。l不适于直接对不适于直接对腐蚀性腐蚀性介质测量。介质测量。(1)(1)膨胀式温度计膨胀式温度计 (2)(2)热
4、电阻温度计热电阻温度计 l(3)(3)热电偶温度计热电偶温度计 (4)(4)其他原理的温度计其他原理的温度计应用热膨胀原理测温应用热膨胀原理测温 测量原理物体受热时产生膨胀 液体膨胀式温度计 固体膨胀式温度计 玻璃管温度计 双金属温度计仪表分类概述仪表分类概述l非接触式：非接触式：测温元件不与被测对象接触，而是通过热辐射进行热测温元件不与被测对象接触，而是通过热辐射进行热交换，或测温元件接收被测对象的部分热辐射能，由热辐射能大交换，或测温元件接收被测对象的部分热辐射能，由热辐射能大小推出被测对象的温度。小推出被测对象的温度。l优点：优点：从原理上讲测量范围从超低温到极高温，不破坏被测对象从原理
5、上讲测量范围从超低温到极高温，不破坏被测对象温度场。非接触式测温响应快，对被测对象干扰小，可用于测量温度场。非接触式测温响应快，对被测对象干扰小，可用于测量运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合。运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合。l缺点：缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，且结构复杂，容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。价格比较昂贵。l(1)辐射式温度计辐射式温度计 (2)红外线式温度计（包括光纤式温度计）红外线式温度计（包括光纤式温度计）几种常见的温度检测元件几种常见的温度检测元件第二章：第二章：几种常见的温度检测元件几种常见的温度检测元件
6、几种常见的温度检测元件几种常见的温度检测元件l一）热电偶一）热电偶热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：l测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。l测量范围广。常用的热电偶从501600均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到269（如金铁镍铬），最高可达2800（如钨铼）。l构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属组成，而且不受大小和形状的限制，外有保护套管，用起来非常方便。热电偶工作原理热电偶工作原理l(1)(1)测温原理测温原理热电效应热电效应将将两种不同材料的导体或半导体两种不同材料的导体或半导体A和和B连在一起组成一个闭合连在一起组成一个闭合回路
7、，而且两个接点的温度回路，而且两个接点的温度（t）o（t0）,则回路内将有电则回路内将有电流产生，电流大小正比于接点温度流产生，电流大小正比于接点温度和和o的函数之差，而其极的函数之差，而其极性则取决于性则取决于A和和B的材料。的材料。EAB(0)EAB()A B（参比端、冷端、固定端）（参比端、冷端、固定端）00(,)()()ABABABEEE 0(,)()()ABEfC （工作端、热端、自由端）（工作端、热端、自由端）热电偶的热电效应图热电偶的热电效应图热电偶工作原理热电偶工作原理l热电偶的电极由两根不同导体材质组成。当测量端与参热电偶的电极由两根不同导体材质组成。当测量端与参比端比端l存
8、在温差时，就会产生热电势，工作仪表便显示出热电存在温差时，就会产生热电势，工作仪表便显示出热电势所对势所对l应的温度值。应的温度值。l工业用热电偶有工业用热电偶有B.S.D.E.J.T等分度号等分度号。l分度号：分度号：与分度表所对应的热电偶与分度表所对应的热电偶l的代号。的代号。常用工业热电偶比较常用工业热电偶比较l常用工业热电偶比较常用工业热电偶比较 热电偶名分度号 特 点 铂铑30-铂铑6 热电势小，精度高，价格高 镍铬-镍硅 铂铑10-铂 镍铬-康铜 热电势小，精度高，线性差，价格高 热电势大，线性好，价格低 热电势大，线性差，价格低 B S K E 性能 下 降 热电偶的结构形式热电
9、偶的结构形式l为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：1、组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；2、两个电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；3、补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；4、保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。热电偶的类型热电偶的类型l按热电偶的用途不同，常制成以下几种形式。按热电偶的用途不同，常制成以下几种形式。A、普通型热电偶普通型热电偶 普通型热电偶是应用最多的，主要用来普通型热电偶是应用最多的，主要用来测量气体、蒸汽和液体等介质的温度。根据测温范围及测量气体、蒸汽和液体等介质的温度。根据测温范围及环境的不同，所用的热电偶电极和保护套管的材料也不环境的不同
10、，所用的热电偶电极和保护套管的材料也不同，但因使用条件基本类似，所以这类热电偶已标准化、同，但因使用条件基本类似，所以这类热电偶已标准化、系列化。按其安装时的连接方法可分为螺纹连接和法兰系列化。按其安装时的连接方法可分为螺纹连接和法兰连接、无固定装置等形式。有单支（双芯）和双支（四连接、无固定装置等形式。有单支（双芯）和双支（四芯）、多支之分，其测量端有露头型、接壳型和绝缘型芯）、多支之分，其测量端有露头型、接壳型和绝缘型三种基本形式三种基本形式。普通型热电偶：普通型热电偶：热电极、绝缘管、热电极、绝缘管、保护套管、接线盒等保护套管、接线盒等 热电偶的类型热电偶的类型B、铠装热电偶、铠装热电偶
11、 铠装热电偶又称缆式热电偶，是由热电极、铠装热电偶又称缆式热电偶，是由热电极、绝缘材料和金属保护管三者结合，经拉制而成一个坚实绝缘材料和金属保护管三者结合，经拉制而成一个坚实的整体。的整体。铠装热电偶也有单支（双芯）和双支（四芯）、多支之铠装热电偶也有单支（双芯）和双支（四芯）、多支之分，其测量端有露头型、接壳型和绝缘型三种基本形式。分，其测量端有露头型、接壳型和绝缘型三种基本形式。铠装热电偶铠装热电偶的特点的特点 热响应时间少，减小动态误差；热响应时间少，减小动态误差；可弯曲安装使用；可弯曲安装使用；测量范围大；测量范围大；机械强度高，耐压性能好；机械强度高，耐压性能好；热电偶的类型热电偶的
12、类型扁接插式铠装热电偶扁接插式铠装热电偶补偿导线式铠装热电偶补偿导线式铠装热电偶防喷式铠装热电偶防喷式铠装热电偶防水式铠装热电偶防水式铠装热电偶手柄式铠装热电偶手柄式铠装热电偶圆接插式铠装热电偶圆接插式铠装热电偶热电偶的类型热电偶的类型C、表面热电偶 表面热电偶主要用来测量圆弧形表面温度。它的测温结构分为凸形、弓形和针形。D、薄膜式热电偶 薄膜式热电偶是用真空蒸镀的方法，将热电极沉积在绝缘基板上而成的热电偶。它的特点是热容量小，响应速度快，适合于测量微小面积上的瞬变温度。E、快速消耗型热电偶 这是一种专为测量钢水及熔融金属而设计的特殊热电偶。热电偶的类型热电偶的类型l多点热电偶多点热电偶 l
13、适用于生产现场存在温度梯度不显著，须同时测量适用于生产现场存在温度梯度不显著，须同时测量多个位置或位置的多处测量。广泛应用于大化肥合成塔、多个位置或位置的多处测量。广泛应用于大化肥合成塔、存储罐等装置中。存储罐等装置中。多点热电偶图多点热电偶图热电偶的类型热电偶的类型l防爆型热电偶的原理防爆型热电偶的原理 l 防爆热电偶是利用防爆热电偶是利用间隙隔爆间隙隔爆原理，设计具有足够强度的接线盒原理，设计具有足够强度的接线盒等部件，将所有会产生火花，电弧和危险温度的零部件都密封在接等部件，将所有会产生火花，电弧和危险温度的零部件都密封在接线盒腔内，当腔内发生爆炸时，能通过接合面间隙熄火和冷却，使线盒腔
14、内，当腔内发生爆炸时，能通过接合面间隙熄火和冷却，使爆炸后的火焰和温度传不到腔外，从而进行隔爆。爆炸后的火焰和温度传不到腔外，从而进行隔爆。l特点特点 l多种防爆形式，防爆性能好；多种防爆形式，防爆性能好；l压簧式感温元件，抗振性能好；压簧式感温元件，抗振性能好；l测温范围大；测温范围大；l机械强度高，耐压性能好；机械强度高，耐压性能好；热电偶的类型热电偶的类型l吹气型热电偶吹气型热电偶 l 通过吹进氮气或其它气体，将有害气体送出保护管通过吹进氮气或其它气体，将有害气体送出保护管外，从而提高热电偶寿命。是外，从而提高热电偶寿命。是3030万吨合成氨装置中不可万吨合成氨装置中不可缺少的测温装置。
15、缺少的测温装置。另外，压簧固定热电偶、直另外，压簧固定热电偶、直角弯头热电偶、耐磨阻漏热角弯头热电偶、耐磨阻漏热电偶等等电偶等等热电偶的类型热电偶的类型l高耐磨型热电偶l采用特种工艺和特种耐磨合金材料保护管，硬度达到HRC85-90，具有优良的耐磨及耐腐蚀性能。适用于电站循环流化床锅炉（CFB）温度，一次风媒粉混合温度，磨煤机的进出口温度和制粉系统温度的测量。以及石油裂解温度、建筑沥青混合物温度，水泥厂等行业流动粉末、粒子物质温度的测量。热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿l补偿导线：解决参比端温度的恒定问题。补偿导线：解决参比端温度的恒定问题。l补偿导线要求：价格便宜，补偿导线要求：价格便宜
16、，0100范围内的热电性质与要补范围内的热电性质与要补偿的热电偶的热电性质几乎完全一样偿的热电偶的热电性质几乎完全一样。l由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延长热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。l在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错。热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿 现现 场场 补补 偿偿 导导 线线 控控
17、制制 室室 0 补偿导线连接图补偿导线连接图几种常见的温度检测元件几种常见的温度检测元件l二）金属热电阻金属热电阻测温原理是基于导体的电阻会随温测温原理是基于导体的电阻会随温度的变化而变化的特性。度的变化而变化的特性。l 热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时，工作仪表便变化的特征来测量温度的。当阻值变化时，工作仪表便显示出阻值所对应的温度值。显示出阻值所对应的温度值。l常用热电阻：常用热电阻：铜电阻和铂电阻铜电阻和铂电阻 l热电阻的结构形式：热电阻的结构形式：普通型、铠装型、专用型普通型、铠装型、专用型
18、热电阻热电阻l热电阻热电阻通常和显示仪表、记录仪表、电子计算机等配套通常和显示仪表、记录仪表、电子计算机等配套使用。直接测量各种生产过程中的使用。直接测量各种生产过程中的-200-200C C500500C C范范围内液体、蒸汽和气体介质以及固体表面温度。围内液体、蒸汽和气体介质以及固体表面温度。l热电阻的材料要求：热电阻的材料要求：l电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量要小，电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量要小，在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最好接近于线性；温度的关系最好接近于线性；应有良好的可加工应有良
19、好的可加工性，且价格便宜。性，且价格便宜。热电阻热电阻l常用热电阻：铂电阻电阻率较大，电阻电阻率较大，电阻-温度关系呈非线性，但测温范围广，温度关系呈非线性，但测温范围广，精度高，且材料易提纯，复现性好精度高，且材料易提纯，复现性好工业用铂电阻分度号为工业用铂电阻分度号为PtPt100100和和PtPt1010 铜电阻电阻值与温度的关系几乎呈线性，电阻温度系数也较大，电阻值与温度的关系几乎呈线性，电阻温度系数也较大，而且其材料易提纯，价格比较便宜，但缺点是在而且其材料易提纯，价格比较便宜，但缺点是在100100以上以上易被氧化易被氧化工业用铜热电阻的分度号为工业用铜热电阻的分度号为CuCu50
20、50和和CuCu100100 热敏电阻（负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻 NTC NTC）电阻温度系数约为铂电阻的电阻温度系数约为铂电阻的4 49 9倍，且本身电阻值较高。倍，且本身电阻值较高。半导体热敏电阻的电阻半导体热敏电阻的电阻-温度特性呈非线性，并且稳定性和温度特性呈非线性，并且稳定性和互换性差。互换性差。热电阻热电阻l热电阻结构：热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒热电阻热电阻 无固定装置热电阻无固定装置热电阻固定螺纹式热电固定螺纹式热电阻阻活动法兰式热电活动法兰式热电阻阻固定螺纹固定螺纹锥锥式热电式热电阻阻固定螺纹固定螺纹管接头管接头
21、式热电式热电阻阻活络管接头式热电阻活络管接头式热电阻 热电阻热电阻l端面热电阻端面热电阻适合于测量电厂汽轮机及电机轴瓦或其适合于测量电厂汽轮机及电机轴瓦或其它机体表面温度。它机体表面温度。防腐防腐热电阻热电阻采用新型防采用新型防腐材料，外包覆聚四氟乙烯腐材料，外包覆聚四氟乙烯F46F46，适合于石油化工各种，适合于石油化工各种腐蚀性介质中测温。是氯碱腐蚀性介质中测温。是氯碱行业的专用测温仪表。行业的专用测温仪表。防腐热电阻防腐热电阻端面热电阻端面热电阻热电阻热电阻l特殊热电偶特殊热电偶/热电阻热电阻 微型热电偶微型热电偶/热电阻热电阻适用于狭小场所的温适用于狭小场所的温度测量与控制。是纺织、度
22、测量与控制。是纺织、绦纶等行业业不可缺少的绦纶等行业业不可缺少的温度测量装置。温度测量装置。炉壁热电偶炉壁热电偶/热电阻热电阻 适合于电厂锅炉炉壁，管适合于电厂锅炉炉壁，管壁及其它圆柱体表面测量。壁及其它圆柱体表面测量。炉壁炉壁热电偶热电偶/热电阻热电阻 微型热电偶微型热电偶/热电阻热电阻热电阻热电阻l半导体热敏电阻半导体热敏电阻测温原理是基于某些半导体材料的测温原理是基于某些半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的特性。电阻值随温度的变化而变化的特性。lNTCNTC型：负温度系数热敏电阻，多数是此类型：负温度系数热敏电阻，多数是此类 lPTCPTC型：正温度系数热敏电阻，用于位式温度检测型：正
23、温度系数热敏电阻，用于位式温度检测 l特点：特点：l结构简单、灵敏度高、体积小、热惯性小。结构简单、灵敏度高、体积小、热惯性小。l缺点：缺点：l非线性严重、互换性差、测温范围窄非线性严重、互换性差、测温范围窄热电阻热电阻l隔爆型热电阻隔爆型热电阻l隔爆型热电阻隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引起爆炸。隔爆型热电阻可用于B1aB3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。温度变送器温度变送器l三）温度变送器l 热电偶、热电阻是用于温度信号检测的一次元件，它需热电偶、热电阻是用于温度信号检测的一次元件，它需要和显示
24、单元、控制单元配合，来实现对温度或温差的要和显示单元、控制单元配合，来实现对温度或温差的显示、控制。显示、控制。l DDZ-型温度变送器是工业过程中使用广泛的一类型温度变送器是工业过程中使用广泛的一类模拟式温度变送器。它与各种类型的热电阻、热电偶配模拟式温度变送器。它与各种类型的热电阻、热电偶配套使用，将温度或温差信号转换成套使用，将温度或温差信号转换成420mA、15V DC的统一标准信号输出。的统一标准信号输出。l 温度变送器温度变送器l一体化温度变送器，是指将变送器模块安装在一体化温度变送器，是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专用接线盒内的一种温度变测温元件接线盒或专用接线盒内的一种
25、温度变送器。其测温元件（热电偶或热电阻传感器）送器。其测温元件（热电偶或热电阻传感器）和变送器模块形成一个整体，也可以直接安装和变送器模块形成一个整体，也可以直接安装在被测工艺管道上，输出为统一的标准信号。在被测工艺管道上，输出为统一的标准信号。温度变送器温度变送器l导轨式温变性能简介 接收热电偶、热电阻信号，变送隔离输出线性的单路或双路电流或电压信号以供后接仪表、DCS、PLC等系统使用。l性能特点 SMT表贴工艺，模块化结构，通用DIN导轨安装；数字抗干扰，有效抑制工业现场干扰信号；无电位器等可调部件，长期保证输出准确度；环境温度、引线电阻、测量零点自动补偿；输入/输出1/输出2/电源/通
26、讯之间相互隔离；接线端子可灵活拆卸，现场安装接线方便其他仪表其他仪表l四）、其他温度仪表简介四）、其他温度仪表简介l1.1.双金属温度计双金属温度计l 双金属温度计是基于物体受热的时候体积膨胀的性双金属温度计是基于物体受热的时候体积膨胀的性质制成的，用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起质制成的，用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起制成感温元件，成为双金属片。双金属片受热后由于两制成感温元件，成为双金属片。双金属片受热后由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲，自由端带动指针指金属片的膨胀长度不同而产生弯曲，自由端带动指针指示出相应的温度数值。双金属温度计通常是作为一种就示出相应的温度数值。双金
27、属温度计通常是作为一种就地指示仪表，安装时需要外加金属保护套管地指示仪表，安装时需要外加金属保护套管其他仪表其他仪表万向型其他仪表其他仪表1、工业双金属温度计是一种采用双金属片做为感温元件的，测量中、低温的现场检测工业仪表，可直接测量气体、液体和蒸气的温度。此仪表具有无汞害，易读数，坚固耐用等优点 2、电接点双金属温度计是一种适合中低、温的现场检测和自动l控制仪表，可直接测量气体的温度，并对被测介质的温度变化l进行自动控制或发出信号。其他仪表其他仪表l2.2.辐射式温度计辐射式温度计l 辐射式温度计是利用物体的辐射随温度变化而变化辐射式温度计是利用物体的辐射随温度变化而变化的原理制成的，它是一
28、种非接触式温度检测仪表。在应的原理制成的，它是一种非接触式温度检测仪表。在应用辐射式温度计检测温度时，只需要把温度计对准被测用辐射式温度计检测温度时，只需要把温度计对准被测对象，而不必与被测对象直接接触。因此，不会破坏被对象，而不必与被测对象直接接触。因此，不会破坏被测对象的温度场。测对象的温度场。测温仪表的选用测温仪表的选用l测温仪表的选用与安装测温仪表的选用与安装l(1)(1)选用原则：较高温度选用原则：较高温度热电偶热电偶 l 中低温区中低温区热电阻热电阻 l一般以一般以500500为分界，但不绝对。为分界，但不绝对。测温仪表的选用测温仪表的选用l原因有两点：原因有两点：l(1)(1)在
29、中低温区，热电偶输出的热电势很小，对测量仪在中低温区，热电偶输出的热电势很小，对测量仪表放大器和抗干扰要求很高。表放大器和抗干扰要求很高。l(2)(2)由于参比端温度变化不易得到完全补偿，在较低温由于参比端温度变化不易得到完全补偿，在较低温度区内引起的相对误差就很突出。度区内引起的相对误差就很突出。l另外，还应注意工作环境，如环境温度、介质性质（氧另外，还应注意工作环境，如环境温度、介质性质（氧化性、还原性、腐蚀性）等，选择适当的保护套管、连化性、还原性、腐蚀性）等，选择适当的保护套管、连接导线等。接导线等。测温仪表的选用测温仪表的选用l不同热电阻、热电偶温度测量范围不同热电阻、热电偶温度测量
30、范围检测元件名称检测元件名称 分度号分度号 温度范围温度范围铂电阻铂电阻 Pt100 200650镍铬镍硅热电偶镍铬镍硅热电偶 K 01000镍铬康铜热电偶镍铬康铜热电偶 E 0750铁康铜热电偶铁康铜热电偶 J 0600铜康铜热电偶铜康铜热电偶 T -200350铂铑铂铑10铂热电偶铂热电偶 S 0-1300铂铑铂铑13铂热电偶铂热电偶 R 0-1300铂铑铂铑30铂铑铂铑6热电偶热电偶 B 01600 第二单元：压力测量仪表第二单元：压力测量仪表第二单元：第二单元：压力测量仪表压力测量仪表压力测量仪表压力测量仪表l压力是重要的工业参数之一，正确测量和控制压力对保证压力是重要的工业参数之一，
31、正确测量和控制压力对保证生产工艺过程的安全性和经济性有重要意义。压力及差压生产工艺过程的安全性和经济性有重要意义。压力及差压的测量还广泛地应用在流量和液位的测量中。的测量还广泛地应用在流量和液位的测量中。一、压力的表示方法一、压力的表示方法(1)(1)压力单位压力单位 工程技术上所称的工程技术上所称的“压力压力”实质上就是物理学里的实质上就是物理学里的“压强压强”，定义为均定义为均匀而垂直作用于单位面积上的力匀而垂直作用于单位面积上的力。其表达式为。其表达式为AFP 式式中中:P:P压力；压力；F F作用力；作用力；A A作用面积。作用面积。压力测量仪表压力测量仪表l 国际单位制（国际单位制（
32、SISI）中定义：）中定义：1 1牛顿力垂直均牛顿力垂直均匀地作用在匀地作用在1 1平方米面积上形成的压力为平方米面积上形成的压力为1 1“帕斯帕斯卡卡”。帕斯卡简称。帕斯卡简称“帕帕”，单位符号为，单位符号为PaPa。l 其他的压力单位其他的压力单位“工程大气压工程大气压”（即（即kgf/cm2kgf/cm2）、）、“毫米汞柱毫米汞柱”（即（即mmHgmmHg）、）、“毫毫米水柱米水柱”（即（即mmHmmH2 2O O）、物理大气压（即）、物理大气压（即atmatm）等还在应用等还在应用。压力测量仪表压力测量仪表l(2)(2)压力的表示方法压力的表示方法绝对压力绝对压力 指作用于物体表面积上
33、的全部压力，其零点以绝对真空指作用于物体表面积上的全部压力，其零点以绝对真空为基准，又称总压力或全压力，一般用大写符号为基准，又称总压力或全压力，一般用大写符号P P表示表示 大气压力大气压力 是指地球表面上的空气柱重量所产生的压力，以是指地球表面上的空气柱重量所产生的压力，以P P0 0表示。表示。绝对压力 绝对压力 0 1 负压 大气压力线 绝对压力的零线 表压力 绝对压力、表压力、负压之间的关系绝对压力、表压力、负压之间的关系压力测量仪表压力测量仪表l表压力表压力 这是指绝对压力与大气压力之差，一般用这是指绝对压力与大气压力之差，一般用p p表示。测压仪表一表示。测压仪表一般指示的压力都
34、是表压力，表压力又称相对压力。般指示的压力都是表压力，表压力又称相对压力。l 当绝对压力小于大气压力时，则表压力为当绝对压力小于大气压力时，则表压力为负压负压，负压又可用，负压又可用真空真空度度表示，负压的绝对值称为真空度。如测炉膛和烟道气的压力均是负表示，负压的绝对值称为真空度。如测炉膛和烟道气的压力均是负压。压。l差压差压 任意两个压力之差称为差压。如静压式液位计和差压式流量计任意两个压力之差称为差压。如静压式液位计和差压式流量计就是利用测量差压的大小来知道液位和流体流量的大小的。就是利用测量差压的大小来知道液位和流体流量的大小的。绝 对 压 力 绝 对 压 力 0 1 负 压 大 气 压
35、 力 线 绝 对 压 力 的 零 线 表 压 力 压力测量仪表压力测量仪表l二、压力测量的主要方法二、压力测量的主要方法l弹性力平衡方法：基于弹性元件的弹性变形特性。弹性力平衡方法：基于弹性元件的弹性变形特性。l弹性元件受到被测压力作用而产生变形，而因弹性变形产弹性元件受到被测压力作用而产生变形，而因弹性变形产生的弹性力与被测压力相平衡。测出弹性元件变形的位移生的弹性力与被测压力相平衡。测出弹性元件变形的位移就可测出弹性力。此类压力计有弹簧管压力计、波纹管压就可测出弹性力。此类压力计有弹簧管压力计、波纹管压力计、膜式压力计等。力计、膜式压力计等。压力测量仪表压力测量仪表l重力平衡方法：重力平衡
36、方法：l主要主要有活塞式和液柱式。有活塞式和液柱式。l活塞式压力计活塞式压力计将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的，质量来进行测量的，测量精度高，测量范围宽，性能稳测量精度高，测量范围宽，性能稳定可靠定可靠，一般作为标准型压力检测仪表来校验其他类型，一般作为标准型压力检测仪表来校验其他类型的测压仪表。的测压仪表。l液柱式压力计液柱式压力计是根据流体静力学原理，将被测压力转换是根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量的，最典型的是成液柱高度进行测量的，最典型的是U型管压力计，结型管压力计，结构简单且读数直观。构简单且读数直观。压力测
37、量仪表压力测量仪表l机械力平衡方法：机械力平衡方法：其原理是将被测压力变换成一个集中其原理是将被测压力变换成一个集中力，用外力与之平衡，通过测量平衡时的外力来得到被力，用外力与之平衡，通过测量平衡时的外力来得到被测压力。测压力。l机械力平衡方法较多用于压力或差压变送器中，精度较机械力平衡方法较多用于压力或差压变送器中，精度较高，但结构复杂。高，但结构复杂。l物性平衡方法：物性平衡方法：基于在压力作用下测压元件的某些物性基于在压力作用下测压元件的某些物性发生变化的原理。发生变化的原理。l如电气式压力计、振频式压力计、光纤压力计、集成式如电气式压力计、振频式压力计、光纤压力计、集成式压力计等。压力
38、计等。压力测量仪表压力测量仪表l三、常见压力检测仪表三、常见压力检测仪表l(1)液柱式压力计液柱式压力计 l根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量测量常用的压力表有常用的压力表有U U形管压力表、单管压力表、斜管压力表形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞式压力表等。和活塞式压力表等。hh12211p1p2h2P0h1h211p200压力测量仪表压力测量仪表l(2)(2)弹性式压力表弹性式压力表 l 弹性式压力表是以弹性元件受压后所产生的弹性变弹性式压力表是以弹性元件受压后所产生的弹性变形作为测量基础的。形作为测量基础的。它结构简
39、单，价格低廉，现场使用它结构简单，价格低廉，现场使用和维修都很方便，又有较宽的压力测量范围，因此在工和维修都很方便，又有较宽的压力测量范围，因此在工程中获得了非常广泛的应用。程中获得了非常广泛的应用。压力测量仪表压力测量仪表l下图给出了一些常用弹性元件。其中波纹膜片和波纹管下图给出了一些常用弹性元件。其中波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量；单圈和多圈弹簧管可用于高、多用于微压和低压测量；单圈和多圈弹簧管可用于高、中、低压和真空度的测量。中、低压和真空度的测量。pxpx平 薄 膜波 纹 膜xp波 纹 管px单 圈 弹 簧 管xp多 圈 弹 簧 管压力测量仪表压力测量仪表压力测量仪表压力测量仪表
40、l(3)(3)压力传感器压力传感器l是能够检测压力并提供远传信号的装置。是能够检测压力并提供远传信号的装置。能够满足自动能够满足自动化系统集中检测显示和控制的要求。化系统集中检测显示和控制的要求。当压力传感器输出当压力传感器输出的电信号进一步变换成标准统一信号时，又将它称为的电信号进一步变换成标准统一信号时，又将它称为压压力变送器力变送器。l应变片式：应变片式：l压电式：压电式：l压阻式：压阻式：l电容式：电容式：l集成式：集成式：压力测量仪表压力测量仪表l压电式压力传感器压电式压力传感器 当某些材料受到某一方向的压力作用而发生变形时，内部就产生当某些材料受到某一方向的压力作用而发生变形时，内
41、部就产生极化现象，同时在它的两个表面上就产生符号相反的电荷；当压极化现象，同时在它的两个表面上就产生符号相反的电荷；当压力去掉后，又重新恢复不带电状态。这种现象称为力去掉后，又重新恢复不带电状态。这种现象称为压电效应压电效应。具。具有压电效应的材料称为压电材料。压电材料种类较多，有石英晶有压电效应的材料称为压电材料。压电材料种类较多，有石英晶体、人工制造的压电陶瓷，还有高分子压电薄膜等。体、人工制造的压电陶瓷，还有高分子压电薄膜等。1-绝缘体绝缘体2-压电元件压电元件3-壳体壳体4-膜片膜片压力测量仪表压力测量仪表l压阻式压力传感器压阻式压力传感器l 压阻元件是指在半导体材料的基片上用集成电路
42、工艺制成的扩散压阻元件是指在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻。它是基于电阻。它是基于压阻效应压阻效应工作的，即当它受压时，其电阻值随电阻工作的，即当它受压时，其电阻值随电阻率的改变而变化。常用的压阻元件有单晶硅膜片以及在率的改变而变化。常用的压阻元件有单晶硅膜片以及在N N型单晶硅型单晶硅膜片上扩散膜片上扩散P P型杂质的扩散硅等，也是依附于弹性元件而工作。型杂质的扩散硅等，也是依附于弹性元件而工作。压力测量仪表压力测量仪表l电容式压力传感器电容式压力传感器l其测量原理是将弹性元件的位移转换为电容量的变化。其测量原理是将弹性元件的位移转换为电容量的变化。将测压膜片将测压膜片作为电
43、容器的可动极板，它与固定极板组成可变电容器。当被测压作为电容器的可动极板，它与固定极板组成可变电容器。当被测压力变化时，由于测压膜片的弹性变形产生位移改变了两块极板之间力变化时，由于测压膜片的弹性变形产生位移改变了两块极板之间的距离，造成电容量发生变化。的距离，造成电容量发生变化。压力测量仪表压力测量仪表l集成式压力传感器集成式压力传感器l它是将微机械加工技术和微电子集成工艺相结合的一类新型传感器，它是将微机械加工技术和微电子集成工艺相结合的一类新型传感器，有压阻式、微电容式、微谐振式等形式。有压阻式、微电容式、微谐振式等形式。l将差压、静压和温度同时测出，再送入微机系统经过运算处理后就将差压
44、、静压和温度同时测出，再送入微机系统经过运算处理后就可以得到修正后的被测差压值、静压值和温度值。可以得到修正后的被测差压值、静压值和温度值。压力测量仪表压力测量仪表l四、智能式压力变送器四、智能式压力变送器l智能式传感器就是一种以微处理器为核心单元智能式传感器就是一种以微处理器为核心单元的，具有检测、判断和信息处理等功能的传感的，具有检测、判断和信息处理等功能的传感器。借助于半导体技术将传感器部分与信号放器。借助于半导体技术将传感器部分与信号放大调理和转换后电路、接口电路和微处理器等大调理和转换后电路、接口电路和微处理器等制作在同一块芯片上，即形成大规模接触电路制作在同一块芯片上，即形成大规模
45、接触电路的智能传感器。的智能传感器。压力测量仪表压力测量仪表l现场总线控制系统的发展，计算机技术、网络技术等现场总线控制系统的发展，计算机技术、网络技术等 l智能变送器智能变送器=微处理器微处理器+先进传感器技术先进传感器技术 l输出信号：输出信号：模拟模拟和和数字数字两种信号两种信号 l类型：智能温度变送器、智能压力变送器、智能差压变类型：智能温度变送器、智能压力变送器、智能差压变送器等。送器等。压力测量仪表压力测量仪表l特点：特点：l(1)基本误差仅为基本误差仅为0.1%，测量精度高，性能稳定、可靠。测量精度高，性能稳定、可靠。l(2)零点迁移范围较宽，量程比较大。零点迁移范围较宽，量程比
46、较大。l(3)具有温度（热电偶变送器）、静压补偿功能（差压变送器）和具有温度（热电偶变送器）、静压补偿功能（差压变送器）和非线性校正能力（温度变送器），以保证仪表精度。非线性校正能力（温度变送器），以保证仪表精度。l(4)输出方式有模拟、数字两种，能够实现双向数据通讯。输出方式有模拟、数字两种，能够实现双向数据通讯。l(5)能对变送器进行远程组态调零、调量程和自诊断，以便使用和能对变送器进行远程组态调零、调量程和自诊断，以便使用和维护。维护。压力测量仪表压力测量仪表l五、压力测量仪表的选型l压力仪表一律使用法定计量单位。即帕（Pa）、千帕（KPa）和兆帕（MPa）l按照使用环境和测量介质的性质
47、选择1）在大气腐蚀性较强、粉尘较多和易喷淋液体等环境恶劣的场合，宜选用密闭式全塑压力表。2）稀硝酸、醋酸、氨类及其它一般腐蚀性介质，应选用耐酸压力表、氨用压力表或不锈钢压力表。3）稀硝酸、盐酸气、重油类及其类似的具有强腐蚀性、含固体颗粒、粘稠液等介质，应选用膜片压力表或隔膜压力表。其膜片或隔膜的材质，必须根据测量介质的特性选择。4）结晶、结疤及高粘度等介质，应选用耐震压力表或船用压力表。5）在易燃、易爆的场合，如需电接点讯号时，应选用防爆电接点压力表。l精度等级的选择1）一般测量用的压力表、膜盒压力表盒膜片压力表，应选用1.5级或2.5级。2）精密测量和校验用的压力表，应选用0.4级、0.25
48、级或0.16级。4、外形尺寸的选择1）在管道和设备上安装的压力表，公称直径为100mm或150mm压力测量仪表压力测量仪表2）在仪表气动管路及其辅助设备上安装的压力表，公称直径为60mm。3）安装在照度较低、位置较高以及示值不易观测的场合的压力表，公称直径为200mm或250mm测量范围的选择1）测量稳定的压力时，正常操作压力值应在仪表测量范围上限值的2/31/3。2）测量脉动压力（如：泵、压缩机和风机等出口处压力）时，正常操作压力值不超过仪表测量范围上限值的1/21/3。3）测量高、中压力（大于4MPa）时，正常操作压力值不应超过仪表测量范围上限值的1/2。变送器、传感器的选择1)以标准信号
49、（420mA）传输时，应选用变送器。2)易燃、易爆场合，应选用气动变送器或防爆型电动变送器。3)结晶、结疤、堵塞、粘稠及腐蚀性介质，应选用法兰式变送器。与介质直接接触的材质，必须根据介质的特性选择。4)使用环境较好、测量精确度和可靠性要求不高的场合，可以选用电阻式、电感式远传压力表或霍尔压力变送器。压力测量仪表压力测量仪表5)测量微小压力（小于500Pa）时，可选用微差压变送器。l安装附件的选择：1）测量水蒸气和温度大于60的介质时，应选用螺旋型或U型弯管。2）测量易液化的气体时，若取压点高于仪表，应选用分离器。l测量含粉尘的气体时，应选用除尘器。l测量脉动压力时，应选用阻尼器或缓冲器。l在使用环境温度接近或低于测量介质的冰点或凝固点时，应采用绝热或伴热措施。l下列场合应选用仪表保护（温）箱。1）露天安装的压力开关和变送器。2）在有严重大气腐蚀、多粉尘和其它有害物质的厂房内安装的压力开关和变送器。
