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1、1,过程控制及仪表,吉林大学通信学院,2,压力测量中常分为：绝对压力：相对与真空表压负压或真空度,工程上所用的压力指示值，大多为表压（绝对压力计的指示值除外）。表压是绝对压力和大气压力之差，即,压力的表示及相互间的关系,P负,3,4,常用压力测量仪表的分类,液柱式压力计 U形管压力计、单管压力计、倾斜式压力计活塞式压力计弹性压力计 弹簧管压力表、膜盒式微压计电气式压力计,5,（1）弹簧管式弹性元件 如图（a）所示。弯成圆弧形的金属管子，它的截面做成扁圆形或椭圆形，当通入压力p后，它的自由端就会产生位移。,测压范围较宽，可测量高达1000MPa的压力。,弹力式优点：具有结构简单、使用可靠、读数清
2、晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点,6,（2）波纹管式弹性元件 波纹管式弹性元件是一个周围为波纹状的薄壁金属筒体，如图b）所示。这种弹性元件易于变形，而且位移很大，常用于微压与低压的测量（一般不超过1MPa）。,弹簧 线性度好,7,（3）薄膜式弹性元件,由两张金属膜片沿周口对焊起来，成一薄壁盒子，内充液体（例如硅油），称为膜盒。,薄膜式弹性元件根据其结构不同还可以分为膜片与膜盒等。它的测压范围较弹簧管式的为低。图（c）为膜片式弹性元件，它是由金属或非金属材料做成的具有弹性的一张膜片（有平膜片与波纹膜片两种形式），在压力作用下能产生变形。,8,电气式压力计,它是通过机械和电
3、气元件将被测压力转换成电量（如电阻、电容、电感或电势等）来进行测量的仪表。电气式压力计一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。快、测量范围广、精度高、远距,传感器,压力,电量,测量线路,指示器记录仪控制器,辅助电源,电气式压力计组成方框图,9,电气式压力计-霍尔式压力计,霍尔电势的大小与半导体材料、所通过的电流（一般称为控制电流）、磁感应强度以及霍尔片的几何尺寸等因素有关，可用下式表示：U KBI 式中 U 霍尔电势；K 霍尔常数，与霍尔片材料、几何形状有关；B 磁感应强度；I 通过电流。,10,电气式压力计-应变片压力传感器,电阻应变原理：被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩应
4、变时，其阻值减小；当应变片产生拉伸应变时，其阻值增加。,电阻,相对变化量,外力,已知,定义纵向应变,得,泊松系数,11,电气式压力计-应变片压力传感器,应变系数,金属电阻 压阻效应小，应变效应大。半导体，压阻系数很大，应变效应可忽略,相对变化量,两边同除,它表示金属丝导体产生应变时的电阻相对变化量。,12,电气式压力计-应变片压力传感器,应变片式压力传感器,13,压阻式压力传感器,原理：采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力
5、成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。,电气式压力计,14,原理图,1.测量部分：,DDZ-型差压（压力）变送器,作用：被测压力等过程参数转化成4-20mA信号,15,结构图,1.低压室 2.高压室3测量元件4.轴封膜片5.主杠杆6.过载保护簧片7.静压调整螺钉8.矢量机构9.零点迁移弹簧;10.平衡锤；11.量程调整螺钉12.检测片 13.差动变送器;14.副杠杆;15.放大器;17.永久磁钢;18.可动线圈;19.负载20.调零弹簧,16,2.杠杆系统的受力分析,支点M,17,3.位移检测放大器（位移/电流转换器）,（1）检测变压器、振荡电路,振荡器工作过程,18,放大器：整流
6、滤波与功率放大,4.电磁力反馈。,19,整机特性,电流和压差关系,20,电容式差压变送器,作用：将输入差压线性地转换成两电容之差与两电容之和的比值,21,智能式差压变送器,1）精度高（5）、稳定、可靠；,2）具有补偿功能,3）具有数字、模拟输出方式，能够实现双向数据通信,4）具有数字微调、数字阻尼、通信报警、工程单位换算等有关的存储等功能,22,硬件构成及其功能,1)传感器部分：,将差压02.5V;供电电压：5V,工作电流：0.8mA.,2）A/D转换：带有前置放大，16位，具有自校准功能,3）CPU:AT89S8252与MCS51兼容;,4）HART通信部分：二进制数字信号与FSK信号之间的
7、转换,5)AD421:数/模转换芯片；电压调整：将24V5V.,6)监控电路：保护CPU状态。,软件构成：监控程序和通信程序,A/D采样、非线性补偿、量程转换、线性或开方输出、阻尼及D/A输出,23,压力检测仪表的选用,压力检测仪表的选择主要包括：仪表的型式、量程范围、精度与灵敏度、外形尺寸以及是否需要远传和其他功能，如指示、记录、报警控制等。选用的主要依据：必须满足工艺生产过程的要求，包括量程与精度。必须考虑被测介质的性质，如温度高低、工作压力大小、粘度、易燃易爆程度等。必须注意仪表安装使用的现场环境条化，如环境温度、电磁场、振动等。选择的主要方面：仪表量程的选择：测量稳定压力（4/3被测压力最大值）;测量波动较大的压力（3/2被测压力最大值）；保证精度（被测压力最小值不低于量程的1/3）仪表精度等级的选择：应根据生产工艺对压力测量所允许的最大误差来决定。工业用（选1.5级或2.5级），实验室或校验用（选0.4级及0.25级以上）。,24,压力变送器,电容式差压变送器,电容式差压（远传）变送器,25,END,
