第三章 壓力測(cè)量

1、第三章    壓力及差壓測(cè)量  第一節(jié)       壓力測(cè)量的基本知識(shí)  在生產(chǎn)過(guò)程中，壓力是工質(zhì)狀態(tài)的一個(gè)參數(shù)。在火電廠中，壓力是熱力過(guò)程的重要參數(shù)。如要使鍋爐、汽輪機(jī)以及輔機(jī)設(shè)備等安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，就必須對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的水、汽、油、空氣等工質(zhì)的壓力進(jìn)行檢測(cè)，以便于對(duì)火電生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)視和控

2、制。 一、壓力的概念與表示方法 1.壓力的概念 工程技術(shù)中的壓力是物理學(xué)中的壓強(qiáng)，即垂直作用在物體單位面積上的力的大小。 2.壓力的表示方法 壓力的表示方法以其參考零點(diǎn)壓力的不同而不同，可以分為絕對(duì)壓力和表壓力。 (1)絕對(duì)壓力 以參考零點(diǎn)０所表示的壓力稱(chēng)為絕對(duì)壓力。(2)表壓力 以大氣壓力為參考零點(diǎn)所表示壓力稱(chēng)為表壓力 。由管道或容器中直接取出的兩個(gè)絕對(duì)壓力值的差值，通常稱(chēng)為差壓。,二、壓力的單位 壓力的單位是一

3、個(gè)導(dǎo)出單位。由壓力的定義可知壓力的單位會(huì)有多種。,三、壓力測(cè)量?jī)x表 在生產(chǎn)過(guò)程中和實(shí)驗(yàn)室里使用的壓力儀表種類(lèi)很多。對(duì)壓力儀表可以從不同的角度進(jìn)行分類(lèi)。如按被測(cè)壓力可分為：壓力表、真空表、絕對(duì)壓力表、真空壓力表等。如按壓力表使用的條件可分為：普通型、耐震型、耐熱型、耐酸型、禁油型、防爆型等壓力表。如按壓力表的功能可分為；指示式壓力表、壓力變送器。如按壓力表的工作原理可分為：液柱式壓力計(jì)、彈性式壓力計(jì)、物性式壓力計(jì)、活塞式壓力計(jì)

4、等。 四、壓力標(biāo)準(zhǔn)與量值傳遞 壓力標(biāo)準(zhǔn)分為：基準(zhǔn)、一等標(biāo)準(zhǔn)、二等標(biāo)準(zhǔn)、三等標(biāo)準(zhǔn)。能夠?qū)崿F(xiàn)基準(zhǔn)和各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的儀器是基準(zhǔn)器和標(biāo)準(zhǔn)器。基準(zhǔn)器是國(guó)家最高的壓力標(biāo)準(zhǔn)器，它又可以分為基準(zhǔn)器和工作基準(zhǔn)器?；鶞?zhǔn)器用于進(jìn)行國(guó)際比對(duì)，還將壓力基準(zhǔn)傳遞給工作基準(zhǔn)器。工作基準(zhǔn)器可復(fù)制多套保存在全國(guó)各地的主要部門(mén)，由它將壓力工作基準(zhǔn)傳遞到一等標(biāo)準(zhǔn)器，再由一等標(biāo)準(zhǔn)器傳遞到二等標(biāo)準(zhǔn)器，然后由二等標(biāo)準(zhǔn)器傳遞到三等標(biāo)準(zhǔn)器，最后由三等標(biāo)準(zhǔn)器傳遞到工作壓力儀表。

5、 基準(zhǔn)器、工作基準(zhǔn)器及各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器目前多采用活塞式壓力計(jì)和液柱式壓力計(jì)。,第二節(jié)         液柱式壓力計(jì)  工作原理：液柱式壓力計(jì)是利用一定高度的液柱所產(chǎn)生的壓力平衡被測(cè)壓力，而用相應(yīng)的液柱高度去顯示被測(cè)壓力的。 特點(diǎn)：這類(lèi)壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，顯示直觀，使用方便，精確度較高，價(jià)格便宜，由于結(jié)構(gòu)和顯示上的原因，液柱式壓力

6、計(jì)的測(cè)壓上限不高，一般顯示的液往高度上限為1～2 m。液柱是水銀時(shí)，其測(cè)壓上限可達(dá)到2000mmHg。液柱式壓力計(jì)適用于小壓力、真空及差壓的測(cè)量。 種類(lèi)：有U形管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)、多管壓力計(jì)、斜管微壓計(jì)、補(bǔ)償式微壓計(jì)、差動(dòng)式微壓計(jì)、鐘罩式壓力計(jì)、水銀氣壓計(jì)等。一、 U形管壓力計(jì)1.結(jié)構(gòu)與工作原理 U形管壓力計(jì)如圖所示。它的結(jié)構(gòu)組成有三部分：U形的玻璃管、標(biāo)尺及管內(nèi)的工作液體(稱(chēng)為封液)。U形管的兩個(gè)平行的直管又稱(chēng)

7、為肘管。精密的U形管壓力計(jì)尚有游標(biāo)對(duì)線裝置、水準(zhǔn)器、鉛錘等。,根據(jù)流體靜力學(xué)原理，當(dāng)管內(nèi)的工作液柱產(chǎn)生的壓力與被測(cè)壓力平衡時(shí)，則有實(shí)際測(cè)量中，如果封液上面的介質(zhì)是氣體，則可忽略封液上面的介質(zhì)的影響，則有如果被測(cè)量的是差壓 ，則有 2.使用與測(cè)量誤差 U形管壓力計(jì)的型號(hào)為YYU，測(cè)壓范圍可達(dá)0～266kPa，其允許誤差可達(dá)2～0.2％。測(cè)量時(shí)要進(jìn)行兩次讀數(shù) ，讀數(shù)時(shí)要注意液體表面的彎月面

8、情況，要求讀到彎月面頂部位置處。 使用計(jì)算式計(jì)算被測(cè)壓力或差壓值時(shí)，要注意封液的密度是測(cè)量狀態(tài)下的密度，重力加速度是當(dāng)?shù)刂亓铀俣?。如果測(cè)量要求較高，則要考慮封液的密度、毛細(xì)現(xiàn)象、重力加速度、U形管不豎直狀態(tài)等對(duì)測(cè)量的影響。,二、單管壓力計(jì) 單管壓力計(jì)是U形管壓力計(jì)的變形儀表，又稱(chēng)杯形壓力計(jì)，可測(cè)量小壓力、真空及差壓等。 1.結(jié)構(gòu)與工作原理 單管壓力計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖所示。 單管壓力計(jì)是由一個(gè)寬容

9、器(杯形容器)、一支肘管、標(biāo)尺、封液等構(gòu)成的。標(biāo)尺可以是單獨(dú)的，也可以是直接刻在肘管的玻璃上。作為實(shí)驗(yàn)室儀表，一般都是把分度線刻到肘管的玻璃上。其工作原理與U形管壓力計(jì)是相同的。根據(jù)流體靜力學(xué)：讀數(shù)是在肘管上讀數(shù)，寬容器上不能讀數(shù)，由于 所以 可得到：,,由于肘管內(nèi)徑遠(yuǎn)小于寬容器的內(nèi)徑，所以 《1。在測(cè)量要求不高時(shí)，可忽略 項(xiàng)而直接讀出h1即可。 2．使用 單管壓力計(jì)在測(cè)量正壓力時(shí)，寬容器接被

10、測(cè)壓力，肘管通大氣。測(cè)量負(fù)壓力時(shí)，肘管接被測(cè)負(fù)壓，寬容器通大氣。測(cè)量差壓時(shí)，寬容器接壓力高一側(cè)的壓力，肘管接壓力低一側(cè)的壓力。 單管壓力計(jì)的型號(hào)為T(mén)G，其精確度等級(jí)可達(dá)0.02～1級(jí)。當(dāng)進(jìn)行精密測(cè)量或用作標(biāo)準(zhǔn)儀表時(shí)，則要進(jìn)行密度和重力加速度的修正。在火力發(fā)電廠測(cè)量風(fēng)壓或煙道負(fù)壓時(shí)，常使用單管壓力計(jì)的變形儀表——多管壓力計(jì)， 多管壓力計(jì)在使用上與單管壓力計(jì)的區(qū)別是它可以同時(shí) 接入多個(gè)被測(cè)量的正壓或多個(gè)被測(cè)

11、量的負(fù)壓，它的寬容器的內(nèi)徑比肘管的內(nèi)徑要大許多?？梢院雎詫?duì)肘管上被測(cè)壓力示值的影響。封液多是帶顏色的水。多管壓力計(jì)的型號(hào)有：測(cè)量正壓的YY型，測(cè)量負(fù)壓的ZY型，測(cè)量正壓和負(fù)壓的YZY型。測(cè)壓范圍一般可達(dá)到2500Pa，4000Pa，6300Pa。,三、斜管微壓計(jì) 斜管微壓計(jì)是一種測(cè)量微小壓力的測(cè)量?jī)x表。它可以測(cè)量微小正壓、負(fù)壓及差壓。它的一支肘管可以?xún)A斜，使用方便。 1.結(jié)構(gòu)與工作原理 斜管微壓計(jì)由杯形容器、肘管、弧形

12、支架、標(biāo)尺、封液等組成，如圖所示。其工作原理與U形管壓力計(jì)相同。當(dāng)被測(cè)壓力與封液液柱產(chǎn)生的壓力平衡時(shí)，有 式中 由于所以得到：,肘管的傾斜角是可調(diào)節(jié)的，為使用方便，弧形支架板上設(shè)計(jì)了一些固定肘管的孔。在每個(gè)孔處刻有一數(shù)字，使用時(shí)讀出液柱長(zhǎng)度(mm)，則 斜管微壓計(jì)的分度條件是：標(biāo)準(zhǔn)重力加速度和20℃時(shí)確定密度(808．38kg／m3)的酒精溶液。顯然刻在弧形支架板上的數(shù)字為 式中 —4℃時(shí)純水的密度

13、。 不同的值對(duì)應(yīng)著不同值。角度不宜太小，因?yàn)榻翘r(shí)，讀數(shù)困難且準(zhǔn)確性差。一般角在20°～60°之間。 2.使用及示值修正 斜管微壓計(jì)的型號(hào)為KST。實(shí)際的斜管微壓計(jì)還具有零位調(diào)整及水平調(diào)整機(jī)構(gòu)。使用時(shí)通過(guò)零位調(diào)整機(jī)構(gòu)可以調(diào)整杯形容器中封液液面，使之為零；通過(guò)水平調(diào)整螺絲和水平儀使儀表為水平。使用時(shí)要注意封液的密度是儀表標(biāo)明的工作液密度。所以在分度條件下，被測(cè)差壓。實(shí)際的測(cè)量經(jīng)常是偏離儀表分度

14、條件，而經(jīng)常發(fā)生的是測(cè)量時(shí)溫度不是20℃，而其他某個(gè)溫度，在測(cè)量要求高的時(shí)候，則要對(duì)溫度時(shí)的示值進(jìn)行修正，把值修正分度溫度時(shí)的示值，再使用儀表上給出的值計(jì)算得到測(cè)量值，示值修正系數(shù) 式中 ——工作液(酒精)在20℃對(duì)的密度(確定值)； ——工作液(酒精)在工作溫度時(shí)的密度。,第二節(jié)  彈性式壓力計(jì)  彈性式壓力計(jì)是生產(chǎn)過(guò)程中使用最為廣泛的一類(lèi)壓力計(jì)。 特點(diǎn)：它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

15、使用操作方便，性能可靠，價(jià)格便宜，可以直接測(cè)量氣體、油、水、蒸汽等介質(zhì)的壓力。其測(cè)量范圍很寬，可以從幾十帕到數(shù)吉帕。它可以測(cè)量正壓、負(fù)壓和差壓。 分類(lèi)：可分為機(jī)械彈性式壓力計(jì)和彈性式壓力變送器兩類(lèi)。不論哪一類(lèi)壓力計(jì)在結(jié)構(gòu)上都有一彈性元件。彈性元件是壓力計(jì)的核心器件，它把被測(cè)量的壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件的彈性位移輸出。當(dāng)結(jié)構(gòu)、材料一定時(shí)，在彈性限度內(nèi)彈性元件發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生的彈性位移與被測(cè)量的壓力值有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 準(zhǔn)確度：

16、目前金屬?gòu)椥允綁毫τ?jì)的精確度可達(dá)到0.16級(jí)、0.25級(jí)、0.4級(jí)。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中使用的彈性壓力計(jì)，其精確度大都是1.5級(jí)、2.0級(jí)、2.5級(jí)。 測(cè)量條件：彈性式壓力表適用的也測(cè)量條件較廣泛，有抗振型、抗沖擊型、防水型、防爆型、防腐型等。 一、彈性元件 1.彈性元件的結(jié)構(gòu)形式 彈性式壓力計(jì)中的彈性元件主要有膜片、膜盒、彈簧管、波紋管等。每種彈性元件在結(jié)構(gòu)上又有不同的形式，如膜片分為平面膜片、波紋膜片和撓性膜片

17、等，,,,彈簧管結(jié)構(gòu)示意圖 波紋管(筒)結(jié)構(gòu)示意圖 (a)單圈彈簧管；(b)盤(pán)旋形彈簧 (a)波紋筒結(jié)構(gòu)示意； (c)螺旋形彈簧管；(d)組合彈簧管 (b)與彈簧組合使用的波紋筒,膜片結(jié)構(gòu)示意（a）平面膜片；（b）波紋膜片；（c）撓性膜片,膜盒結(jié)構(gòu)示意圖,2.彈性元件的特性 彈性元件是彈性壓力計(jì)中的敏感元件，它的特性直接關(guān)系到壓力

18、計(jì)性能的好壞。彈性元件工作在彈性范圍內(nèi)，而且彈性元件工作的安全系數(shù)(——彈性極限壓力，——工作壓力的上限)一般在2以上。盡管如此，由于彈性元件的不完全彈性方面的特性，如蠕變、彈性遲滯、彈性后效以及溫度特性等都將直接影響到壓力計(jì)的性能，使測(cè)量產(chǎn)生誤差。 (1)蠕變和疲勞形變 彈性元件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的負(fù)荷作用，當(dāng)負(fù)荷取消后，不能恢復(fù)原來(lái)的形態(tài)，這種特性稱(chēng)為彈性元件的蠕變。 (2)彈性遲滯 彈性元件在彈性范圍內(nèi)加負(fù)荷與減負(fù)荷時(shí)其彈性形

19、變輸出特性曲線不重合，這種特性稱(chēng)為彈性遲滯。 (3)彈性后效 當(dāng)加在彈性元件上的負(fù)荷停止變化或被取消時(shí)，彈性元件的形變并不是立即就完成，而是要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間才完成相應(yīng)的形變，這種特性稱(chēng)為彈性后效。,（a）彈性遲滯；（b）彈性后效；（c）彈性滯環(huán),(4)輸出- 輸入特性 目前只是通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論相結(jié)合的方法，得出彈性元件的輸出—輸入關(guān)系。 對(duì)于膜片和膜盒，其輸出-輸入關(guān)系一般是非線性的。實(shí)用的平面膜片位移不超過(guò)0.1mm時(shí)

20、，可以使輸出-輸入的關(guān)系達(dá)到較好的線性程度，即 對(duì)于波紋膜片，其彈性位移與被測(cè)壓力關(guān)系為 對(duì)于彈簧管，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)制造加工后，在一定壓力范圍內(nèi)，其輸出-輸出關(guān)系一般為線性。對(duì)于截面是扁圓結(jié)構(gòu)的彈簧管，其自由端彈性位移與被測(cè)壓力的關(guān)系為 (5)溫度的影響 由于溫度的變化，彈性元件材料的彈性模量相應(yīng)變化，所以彈性元件的剛度發(fā)生變化，這將影響彈性元件的輸出特性。很容易理念，溫度升高，剛度減小，靈敏度增

21、大，壓力表示值將會(huì)偏離。由于溫度對(duì)彈性元件輸出特性的影響，所以彈性壓力表的使用要注意它的適用溫度范圍。,二、膜盒壓力表 膜盒壓力表是用于生產(chǎn)過(guò)程的工業(yè)儀表，它適用于測(cè)量微小壓力和真空。測(cè)量范圍一般在一2000～4000Pa，精確度等級(jí)一般為2.5級(jí)。目前在生產(chǎn)過(guò)程中使用的國(guó)產(chǎn)膜盒壓力表的型號(hào)有MW系列、YE系列、YEJ系列等。 膜盒壓力表的結(jié)構(gòu)主要由膜盒、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)整機(jī)構(gòu)、游絲指針、表盤(pán)等構(gòu)成，,膜盒風(fēng)壓表

22、 1一膜盒；2一刻度盤(pán)；3一零位調(diào)整；4一弧形架；5一指針； 6一彈簧片； 7一曲柄；8一 調(diào)整螺絲；9一拉桿；10一拐臂；11一固定指針套； 12一固定鈾；13一形絲；14一引壓管接頭,三、彈簧管壓力表 彈簧管壓力表是生產(chǎn)過(guò)程中和實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用非常普遍的測(cè)壓儀表。它可以測(cè)量壓力，也可以測(cè)量真空。按照使用的彈簧管的種類(lèi)可分為單圈和多圈彈簧管

23、壓力表。按照適用的條件可分為耐振型、耐熱型、耐腐蝕型、抗沖擊防爆型以及專(zhuān)用壓力表等。它們的工作原理是相同的。 1.單圈彈分管壓力表的結(jié)構(gòu)及工作原理 結(jié)構(gòu)組成如圖所示，它主要由彈簧管、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、游絲、指針、表盤(pán)等組成。扇形齒輪、中心齒輪、游絲安裝在彼此平行的夾板之中。中心齒輪和扇形齒輪能以各自的軸轉(zhuǎn)動(dòng)并相互嚙合；指針固定在中心齒輪上，夾板固定在儀表的支架上，從自由端到扇形齒輪的尾端由拉桿連接。,,單圈彈簧管壓力表1一表盤(pán)面

24、；2一彈簧管；3一拉桿；4一扇形齒輪；5一指針；6一中心齒輪；7一接頭；8一表殼；9一調(diào)整螺絲；10一曲柄；11一游絲,2.多圈(螺旋形)彈簧管壓力表 單圈彈簧管的自由端位移一般不大，所能提供的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩也不大，所以單圈彈簧管多適用于指示型壓力表。如要實(shí)現(xiàn)記錄指示，則需要有較大的彈性位移和較大的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，這就要使用多圈彈簧管。在一定的壓力范圍內(nèi)，多圈彈簧管自由端輸出的角位移與被測(cè)壓力是線性關(guān)系。多圈彈簧管壓力表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖

25、所示。在測(cè)量狀態(tài)下記錄紙是隨時(shí)間勻速運(yùn)的，記錄筆下的曲線代表壓力隨時(shí)間的變化。 多圈彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)示意1一引壓管，2一螺旋彈簧管，3一軸；4一可調(diào)臂；5—調(diào)整螺絲；6一拉桿；7一記錄筆；8一曲柄；9一弓形架；10一三角孔,四、雙波紋管差壓計(jì) 雙波紋管差壓計(jì)在火力發(fā)電廠中主要用于流量和水位測(cè)量指示記錄的二次儀表。如果用于流量測(cè)量，差壓計(jì)往往還帶有積算裝置。各種功能的雙波紋管差壓計(jì)測(cè)量部分的作用原理

26、都是相同的。測(cè)量的差壓值上限可達(dá)0.4MPa，耐工作壓力上限可達(dá)40MPa，精確度可達(dá)1.0～1.5級(jí)。 雙波紋管差壓計(jì)主要由測(cè)量機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、記錄機(jī)構(gòu)以及機(jī)械積算裝置等部分組成。 1.測(cè)量機(jī)構(gòu)及工作原理,1一節(jié)流裝置；2一導(dǎo)壓管；3一閥；4一導(dǎo)壓管；5一扭管；6一中心基座；7一低壓波紋管；8一范圍彈簧；9一低壓測(cè)量室；10一填充液；11一擺桿；12一推板；13一阻尼閥；l4一高壓波紋管；15一高壓測(cè)量室；16一連桿，l

27、7一補(bǔ)償波紋管18、l9—單向閥；20一支撐板,第四節(jié)  壓力（差壓）變送器 彈性元件檢測(cè)壓力的輸出只是機(jī)械位移信號(hào)，該信號(hào)可以就地顯示，也可以變換為電信號(hào)以供遠(yuǎn)傳。這種變換一般稱(chēng)為電變送，其方法很多，如電阻式、電感式、電容式、應(yīng)變式、力平衡式、霍爾式、振弦式、光纖式等。目前工業(yè)生產(chǎn)使用的電變送后的壓力信號(hào)都是標(biāo)準(zhǔn)化的電流或電壓信號(hào)，其變送器都是定型的產(chǎn)品。 一、1151系列電容式壓力(差壓

28、)變送器 1.概述 1151系列電容式壓力(壓差)變送器是我國(guó)引進(jìn)美國(guó)羅斯蒙特公司技術(shù)并自己開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的一類(lèi)新型壓力(差壓)變送器。 特點(diǎn)：它具有精確度高，性能穩(wěn)定，單向過(guò)載保護(hù)性能好，調(diào)整方便，體積小，重量輕等一系列優(yōu)點(diǎn)。 應(yīng)用：使用在電力、石油、化工等各領(lǐng)域的生產(chǎn)過(guò)程中。在火力發(fā)電廠使用1151電容式壓力(差壓)變送器幾乎有一種替代其他種類(lèi)壓力(差壓)變送器的趨勢(shì)。 組成： 變送器由兩部分組成：差

29、動(dòng)式壓力(差壓)—電容轉(zhuǎn)換和測(cè)量電路。 差動(dòng)式壓力(差壓)—電容轉(zhuǎn)換是將被測(cè)壓力(差壓)轉(zhuǎn)換成差動(dòng)變化的電容CL、CH，其結(jié)構(gòu)如圖所示。,部分1151電容式壓力（差壓）變送器,2.結(jié)構(gòu) 感壓元件是膜片，它是能產(chǎn)生彈性變形的極板。兩電容的固定極板為球面形結(jié)構(gòu)。測(cè)量膜片位于兩固定極板的中央，它與固定極板構(gòu)成兩個(gè)小室，稱(chēng)為室，兩室結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)。固定極板是將玻璃絕緣體磨成球形凹面，并在該表面鍍上一層金屬薄膜而成。金屬薄膜和彈性膜

30、片都接有輸出引線。測(cè)量膜片與固定極板形成的電容在30～150pf范圍內(nèi)。室通孔與自己一側(cè)隔離膜片腔室連通，室和隔離腔室內(nèi)充有硅油。,差動(dòng)式壓力(差壓)—電容轉(zhuǎn)換關(guān)系1、2一固定電極；3一測(cè)量膜片；4、5-隔離膜片；6一隔離膜片；．5一密封圓；7一絕緣體；8—硅油；11—外殼，10一電容引出線；,4.測(cè)量電路及工作原理 測(cè)量電路的任務(wù)是將電容變化量轉(zhuǎn)換成4～20mA，DC輸出，輸出特性是線性的。電路能實(shí)現(xiàn)儀表零點(diǎn)、量程、阻尼

31、、線性等調(diào)整。 1151系列變送器有三種測(cè)量電路：E型(普通型)J型(有開(kāi)平方功能)、F型(用于微差壓測(cè)量)?，F(xiàn)以E型電路為例分析其轉(zhuǎn)換工作原理，電路組成原理框圖如圖所示。,,變送器測(cè)量電路原理框圖 測(cè)量電路由解調(diào)器、振蕩控制放大器、振蕩器、基準(zhǔn)電壓電路、調(diào)零電路、量程調(diào)整電路、電流控制放大器、電流轉(zhuǎn)換電路、電流限止電路、阻尼調(diào)整電路、反極性保護(hù)電路等組成。,測(cè)量電路的作用： 一是完成電容—電流的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成的電流

32、為直流并與成正比。這由解調(diào)器、振蕩器、振蕩控制放大器完成。 二是對(duì)轉(zhuǎn)換成的直流電流信號(hào)進(jìn)行控制放大使之成為4～20mA，DC輸出，并能實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)、量程、阻尼調(diào)整等功能。這由調(diào)零電路、量程調(diào)整電路、電流控制放大器、電流轉(zhuǎn)換電路(功率放大)、阻尼調(diào)整電路等完成。 三是輸出電流限制和外接電壓保護(hù)功能，這由電流限制電路和反極性保護(hù)電路完成。 四是線性調(diào)整功能，這由線性調(diào)整電路完成。 (1)電容—電流轉(zhuǎn)換 將一個(gè)載有信號(hào)的電

33、容轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，在此采用的方法是對(duì)電 容回路供以穩(wěn)定的交流電壓。當(dāng)電容量變化時(shí)，流過(guò)電容的電流也隨之發(fā)生變化，該電流即載有信號(hào)電流，顯然這要求供電的交流電壓應(yīng)穩(wěn)定。由于傳感電容的電容量較小(30～150pF)，只有供電電壓頻率較高時(shí)才可能獲得大的信號(hào)電流。因此電容—電流的轉(zhuǎn)換采用高頻振蕩器供電。為保證振蕩器的輸出電壓穩(wěn)定，采用了振蕩控制措施。從控制角度看，這種控制是定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在振蕩控制放大器的輸入端放置一定值電壓，校調(diào)量是振蕩器

34、輸出電壓。輸出電壓反饋到振蕩控制放大器的輸入端作為控制信號(hào)，該信號(hào)是由解調(diào)器輸出的共模電流在振蕩控制放大器輸出端的電阻網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生的，這是解調(diào)器完成的一個(gè)任務(wù)。完成的另一任務(wù)是輸出差模信號(hào)電流，該電流代表，輸出到電流控制電路進(jìn)行控制放大，轉(zhuǎn)換成4～20mA，DC。以下分析解調(diào)器輸出及振蕩控制的工作原理，電路如圖所示。,,設(shè) 、 為振蕩電壓正半周期時(shí)流過(guò)、 的電流， 、 為負(fù)半周流過(guò) 、 的電流，其電流方

35、向如圖3-21中所示。L3、L4、L5是振蕩器的輸出線圈?！胫芷跁r(shí)，電流的流通路徑為：L5的上端→V2、V6→→C15→RS∥C14→L5的下端；電流的流通路徑為：L4的上端→V3、V7→→Cl5→R10∥R11→L4的下端。‘的負(fù)半周期時(shí)，的流通路徑為：L3的下端→R12∥R13→C15→→V5、V1→L3的上端；的流通路徑為：L5的下端→RS∥C14→Cl5→→V8、V4→L5的上端。,(2)電流控制放大及電流轉(zhuǎn)換 電流控制

36、放大器及電流轉(zhuǎn)換電路一起構(gòu)成輸出4～20mA，DC電流的控制回路。它是深度負(fù)反饋的控制回路，如圖3-25所示。電流控制放大器的輸入端信號(hào)(不論是同相端還是反相端)均以G點(diǎn)為參考點(diǎn)。加到反相端的輸人信號(hào)有：C點(diǎn)與G點(diǎn)之間的電壓信號(hào)Up。Up是由分壓電阻R14提供的，相對(duì)于G點(diǎn)Up是負(fù)值。加到同相端的輸入情號(hào)有：解調(diào)器輸出的差模電流Is(測(cè)量信號(hào)電流)形成的電壓為RsIs，Rs是等效電阻。輸入放大器同相端的信號(hào)電壓為：- RsIs (相對(duì)于

37、G點(diǎn)是負(fù)值)。調(diào)零電路在放大器同相端產(chǎn)生的電壓為KUU0(KU為分壓系數(shù))，相對(duì)于G點(diǎn)為負(fù)值。以上三個(gè)電壓是電流控制放大器的輸入電壓。整機(jī)輸出電流I0通過(guò)量程電路反饋到電流控制放大器同相端的反饋電壓為I0。,,(3)電流限制電路 電流限制電路由晶體管V2電阻R18、R19組成。電路的作用是限制功率放大器過(guò)大的輸出。當(dāng)功率放大器輸出過(guò)大時(shí)，流過(guò)R34的電流變大，因此V2集電極電位下降，使V2達(dá)到飽和狀態(tài)，從而增大了V2對(duì)功放的分流效果

38、，使功率放大器的輸出受到限制。電路設(shè)計(jì)使整機(jī)輸出電流不會(huì)大于30mA，DC。另外，電流限制電路還提供直流電壓輸出作為放大器Al、A2、A3的電源電壓。 (4)反極性保護(hù)電路 穩(wěn)壓二極管V8構(gòu)成外接電源極性反接的保護(hù)電路。當(dāng)外接電源E極性反接時(shí)，V8構(gòu)成順向通路，這樣不致于損壞儀表電路。 (5)阻尼電路 阻尼電路由R31、R32、C18和電位器RP2構(gòu)成，其作用是抑制被測(cè)介質(zhì)信號(hào)脈動(dòng)變化時(shí)而引起的輸出電流過(guò)大的波動(dòng)。該

39、通路為信號(hào)交流負(fù)反饋通道； 5.儀表的調(diào)整及使用 (1)測(cè)量電路 儀表的測(cè)量電路在結(jié)構(gòu)上做成了插件板形式，有檢測(cè)板、補(bǔ)償板、調(diào)整板、放大電路板等。檢測(cè)板裝有解調(diào)電路的二極管，并接有檢測(cè)變換電容CL、CH，一般情況下，它不可隨意拆下。補(bǔ)償板上是量程補(bǔ)償電阻R1、R2以及穩(wěn)壓溫度電阻R25、R26、R27。 調(diào)整板也是零點(diǎn)調(diào)整和量程調(diào)整電路。測(cè)量電路及其他電路均在放大電路板上。調(diào)整扳和放大電路板與其他型號(hào)的調(diào)整板子

40、放大電路板可互換，互換后要對(duì)儀表進(jìn)行全面的校驗(yàn)。,,(2)零點(diǎn)與量程調(diào)整 調(diào)整電位器RP3可以調(diào)整儀表的零點(diǎn)電流。當(dāng)需要進(jìn)行零點(diǎn)遷移時(shí)，應(yīng)先對(duì)插孔SZ或EZ進(jìn)行短接(粗調(diào))，之后再仔細(xì)調(diào)整RP3，使之達(dá)到要求。量程的調(diào)整是通過(guò)電位器RP4的調(diào)整實(shí)現(xiàn)的，改變RP4的滑動(dòng)端即改變了系統(tǒng)的反饋系數(shù)。零點(diǎn)與量程的調(diào)整要反復(fù)進(jìn)行幾次才能最后確定。 (3)線性調(diào)整 在放大電路板上有線性調(diào)整電位器，儀表出廠時(shí)已經(jīng)按調(diào)整量程調(diào)到最佳狀態(tài)，一

41、般不需再進(jìn)行調(diào)整。如果要求在某一特定的測(cè)量范圍內(nèi)有較好的線性特性時(shí)，則需要重新調(diào)整。 (4)阻尼調(diào)整 調(diào)整放大電路板上的RP2可以改變儀器的阻尼特性，調(diào)整范圍為0.2～1.66s，儀表出廠時(shí)調(diào)到0.2s狀態(tài)。阻尼時(shí)間的調(diào)整可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。如果儀表輸出波動(dòng)較大，應(yīng)進(jìn)行增加阻尼時(shí)間的調(diào)整。 (5)儀表負(fù)載特性 儀表運(yùn)行的允許負(fù)載與使用的儀表電源電壓有關(guān)， 6.變送器的特點(diǎn) (1)變送器無(wú)機(jī)械傳動(dòng)和機(jī)械反饋機(jī)

42、構(gòu)，與力平衡式壓力(差壓)變送器比較起來(lái)，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，精確度高。 (2)變送器的測(cè)量敏感部件采用平面膜片，兩側(cè)球面形極板為固定極板，結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，利用膜片受壓后產(chǎn)生彈性位移，差動(dòng)式改變兩側(cè)電容的變化。球面形對(duì)稱(chēng)性結(jié)構(gòu)和微位移使輸出有較好的線性特性。 (3)測(cè)量電路眾多采用線性集成元件，線路簡(jiǎn)單，性能好，整機(jī)的調(diào)整均通過(guò)測(cè)量電路，調(diào)整方便。,二、擴(kuò)散硅壓力(差壓)變送器 擴(kuò)散硅壓力(差壓)變送器是一種半導(dǎo)

43、體應(yīng)變式變送器，其感壓元件是用半導(dǎo)體材料(單晶硅)制成的硅杯成膜片。它利用集成電路工藝使半導(dǎo)體材料在感壓元件上擴(kuò)散制成半導(dǎo)體應(yīng)變電阻來(lái)檢測(cè)感壓元件應(yīng)變的大小。 由于單品硅材料的彈性性能很高，其轉(zhuǎn)換性能的滯后與蠕變很小，所以轉(zhuǎn)換的精確度很高。我國(guó)80年代初研制成的集成式擴(kuò)散硅壓力變送器是將半導(dǎo)體應(yīng)變電阻和測(cè)量電路集成在同一芯片上，或采用做成幾個(gè)芯片再集成為一片的形式。所以變送器的體積小，而且輕便。擴(kuò)散硅式壓力(差壓)變送器的精確度已達(dá)到

44、0.5級(jí)。1.感壓元件擴(kuò)散硅壓力變送器的感壓元件是硅杯，差壓變送時(shí)的感壓元件是膜片。硅杯的結(jié)構(gòu)形式如圖所示。,C形硅杯是在一片方形N型硅片上加工而成的，杯底呈圓形；是周邊密封的膜片。在杯底用P型半導(dǎo)體材料擴(kuò)散形成應(yīng)變電阻。 　C形硅杯適用于較高壓力的測(cè)量，E形和E1形硅杯則適用于微壓測(cè)量。在硅杯的底面擴(kuò)散形成的應(yīng)變電阻數(shù)目可根據(jù)測(cè)量電路的設(shè)計(jì)要求而定，一般是制成四只應(yīng)變電阻，組成全橋差動(dòng)測(cè)量橋路。應(yīng)變電阻應(yīng)設(shè)計(jì)在感壓元件應(yīng)變

45、比較大的位置上，一般在硅杯底中心和邊緣處應(yīng)變最大。壓阻系數(shù)對(duì)于不同的晶面和晶向也有所不同，所以擴(kuò)散電阻一般在一定晶面上壓阻系數(shù)大的晶向上應(yīng)變大的位置上。 2.測(cè)量電路　　　測(cè)量電路的任務(wù)是把半導(dǎo)體應(yīng)變電阻的變化轉(zhuǎn)換成4～20mA，DC輸出，并能實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)調(diào)整、量程調(diào)整、阻尼調(diào)整、線性補(bǔ)償?shù)裙δ?。它由橋路電?恒流源)、測(cè)量橋路、電壓放大及電流轉(zhuǎn)換等電路組成，如圖所示。 (1)測(cè)量橋路 (2

46、)橋路供電恒流源 橋路供電恒流源由結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管V3、V8、V9、放大器A2、晶體管V4組成。場(chǎng)效應(yīng)管V3用電阻R5、R6自偏置產(chǎn)生的恒定電流給穩(wěn)壓管V8，V3產(chǎn)生的恒流電流取決于R5、R6電阻。穩(wěn)壓管V8產(chǎn)生一個(gè)恒定電壓值，由電阻R8、R7、RP3分壓給電壓放大器A2放大控制，使晶體管V4產(chǎn)生一個(gè)lmA的直流電流。 (3)電壓放大與電流轉(zhuǎn)換電路 電壓放大器A1是電流轉(zhuǎn)換輸出的控制放大器。晶體管V1、V2組成電流轉(zhuǎn)換電賂。橋路

47、輸出 是電壓放大器輸入信號(hào)。 在RF上的壓降是直流負(fù)反饋信號(hào)，通過(guò)RP5、電阻R13、電容C2支路反饋的是交流信號(hào)、電壓放大器Al處于開(kāi)環(huán)工作狀態(tài)，放大倍數(shù)很大。,(4)溫度補(bǔ)償 半導(dǎo)體應(yīng)變電阻對(duì)溫度很敏感，當(dāng)被測(cè)壓力不變，其溫度變化時(shí)，將引起阻值的變化，從而產(chǎn)生橋路零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移，使測(cè)量產(chǎn)生誤差。 產(chǎn)生零點(diǎn)漂移是由于測(cè)量橋路中的四只應(yīng)變電阻不完全對(duì)稱(chēng)所引起的，即被測(cè)壓力為零時(shí)，橋路輸出不為零。當(dāng)溫度變化時(shí)，橋路

48、輸出隨溫度變化。對(duì)于溫度變化引起的零點(diǎn)漂移，一般是用在橋路中串并聯(lián)適當(dāng)?shù)臏囟让舾须娮璧姆椒▉?lái)消除其零漂。如圖所示，RS主要起調(diào)零作用，RP起補(bǔ)償作用。RS串在四條橋臂上RP并在哪個(gè)應(yīng)變電阻上要看實(shí)際情況而定。 (5)線性補(bǔ)償 變送器的輸出非線性主要來(lái)源于壓力敏感元件的非線性特性。在電路中實(shí)現(xiàn)線性補(bǔ)償?shù)姆椒ê芏?，在擴(kuò)散硅壓力變送器中采用的一種方法是：引入適當(dāng)負(fù)反饋或適當(dāng)正反饋。當(dāng)感壓元件的非線性特性曲線是上凸的時(shí)，將