工程人员手册
图5.3-1 应变式压力传感器结构原理图 1—应变筒； 2—外壳； 3—密封膜片
在图5.3-1中，应变筒的上端与外壳2固定在一起，下边与密封膜片3紧密接触，两R1沿应变筒的轴向粘贴作为温片康铜丝应变片R1和R2用特殊胶合剂粘贴在应变筒的外壁上。
度补偿片。必须注意，应变片与筒体之间不能产生相对滑动，并且要保持电气绝缘，当被测压力p作用于膜片而使应变筒作轴向受压变形时，沿轴向贴置的应变片R1也将产生轴向压缩应变ε1，于是R1的阻值变小；而沿径向贴放的应变片R2，由于应变筒的径向产生了拉伸变形，也将产生拉伸应变ε2，于是R2的阻值变大。
，由于R1和应变片R1、R2与另两个固定电阻R3、R4组成一个桥式电路，见图5.3-1（b）
从两获得不平衡电压作为传感器的输出信号。本传感器桥路R2的阻值变化使桥路失去平衡，
的电源为10V(直流)，最大的输出为5mV直流信号，再经前置放大成为电动单元组合仪表的输入信号。
BPR-2型压力传感器有0～1MPa、0～10MPa、和0～30MPa等多种量程可供选用。选择时测量上限一般以不超过仪表量程的80％为宜。本传感器主要适用于变化较快的压力测量，其非线性及滞后误差小于土1％。
5.3.2压电式压力传感器
压电式压力传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应。目前广泛使用的压电材料有石英和钛酸钡等，当这些晶体受压力作用发生机械变形时，在其相对的两个侧面上产生异性
第 6 页 共 6 页
工程人员手册
电荷，这种现象称为“压电效应”。
晶体上所产生的电荷的大小与外部施加的压力成正比，即：
q＝ηp 式中 q——压电量(电荷数)； p——外部施加的压力； η——压电常数。
图5.3-2 压电式压力传感器结构原理图
1—引线；2—外壳；3—冷却腔；4—晶堆；5—薄壁筒；6—膜片
这种压力传感器的特点是：体积小，结构简单，不需外加电源，灵敏度和响应频率高，适用于动态压力的测量，广泛地应用于空气动力学、爆炸力学、发动机内部燃烧压力的测量等等。其测量范围可从0～700Pa到0～70MPa，精确度可达0.1％。
压电式传感器的结构如图5.3-2所示。图中，由受压薄壁筒给出预载力，并将一挠性材料制成非常薄的膜片进行密封。预载筒外的空腔可以连接冷却系统，以保证传感器工作在环境温度一定的条件下，这样就避免了因温度变化所造成的预载力变化而引起测量误差。
5.3.3光导纤维压力传感器
光导纤维压力传感器与传统压力传感器相比，有其独特的优点：利用光波传导压力信息，不受电磁干扰，电气绝缘好，耐腐蚀，无电火花，可以在高压、易燃易爆的环境中测量压力、流量、液位等。它灵敏度高，体积小，可挠性好，可插入狭窄的空间中进行测量，因此而得到重视，并且得到迅速发展。
图2.3-3所示为Y型光导纤维压力传感器结构原理图。它由金属膜片杯、Y型光导纤维、光源、光接收器及支架等组成。膜片与Y型光导纤维端面间距离约为0.1mm。这种传感器能测0～35MPa动态压力，也可测量低压，输出信号较大。
当被测压力作用于膜片杯时，膜片发生位移，从而改变了光导纤维与膜片之间的距离，使光导纤维接收到反射光量变化，这光量由光电元件接受器接收，并且转换成电量，经放大器放大后，显示被测压力值。
第 7 页 共 7 页
工程人员手册
图5.3-3 光导县委压力传感器示意图
1— 灵敏膜片杯；2—支架；3—光导纤维；4—光源；5—光接收器
传感器要求光源稳定，否则要采取补偿措施，以消除光源波动对测量结果的影响。
5.4 差压变送器测量原理
电容式差压变送器的外形结构见图5.4-1 。它主要由检测部分和信号变换部分构成，前者的作用是把被测压△p转换成电容量的变化；后者是进一步将电容量的变化转换为电流的变化。
5.4-1 电容式差压变送器外形图
1.－线路板罩盖；2－线路板壳体；3－差动电容敏感部件；4－负压侧法兰；5－引压管接头；6－紧
固螺栓；7－正压侧法兰；8－排气排液阀；9－排线端罩盖
检测部分的结构如图2.4-2 所示。检测部分的核心是差动电容器，包括作为敏感元件 中心测量膜片6（即差动电容的可动电极），正、负压侧弧形电极10、8（即差动电容的固定电极）。中心测量膜片6分别与正、负压侧弧形电极10、8以及正、负压侧隔离膜片16、5构成封闭室，室中充满灌充液（硅油或氟油），用以传递压力。正、负压侧隔离膜片16、5的外侧分别与正、负压侧法兰12、7构成正、负压测量室。
第 8 页 共 8 页
工程人员手册
图5.4-2 电容式变送器检测部分结构图
1-玻璃绝缘体；2-灌充液；3-陶瓷导管；4-负压侧压口；5-负压侧隔离膜片；6-中心测量膜片；7-负压侧
法兰；8-负压侧弧形电极；9-电路板；10-正压侧弧形电极；11-压环；12-正压侧法兰； 13-固定螺栓； 14-焊接密封环；15-正压侧引压口；16-正压侧隔离膜片；17-O型密封环；18-敏感部件基座；19-密封管；20-敏感部件壳体
当正、负压测量室引入被测压力，作用与正、负压侧隔离膜片上时，pH和pL通过灌充液的传递分别作用于中心测量膜片的两侧（见图5.4-3）。由于pH和pL的压力差使测量膜片产生位移，从而使测量膜片与其两边的弧形电极的间距发生变化，结果使测量膜片与正压弧侧形电极构成的电容CH减小，而测量膜片与负压侧弧形电极构成的电容CL增加。电容的变化与差压之间的关系见式
C0/CA=R△pln(d0/db)/p{2Tln[a2/(a2－b2)]}
图5.4-3电容式差压传感器结构原理图
第 9 页 共 9 页
工程人员手册
5.5 差压液位计工作原理
差压式液位机是利用容器内的液位改变时，液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。
差压式液位计的特点是：
1、 检测元件在容器中几乎不占空间，只需在容器壁上开一个或两个孔即可； 2、 检测元件只有一、、两根导压管，结构简单，安装方便，便于操作维护，工作可靠； 3、 采用法兰式差压变送器可以解决高粘度、易凝固、易结晶、腐蚀性、含有悬浮物介
质的液位测量问题。
4、 差压式液位计通用性强，可以用来测量液位，也可用来测量压力和流量等参数。 图5.5-1为差压式液位计测量原理图。当差压计一端接液相，另一端接气相时，根据流体力学原理，有：
pB＝pA十Hρg
式中 H一一液位高度；
ρ一被测介质密度； g一—被测当地的重力加速度
由式可得：
Δp＝ pB－pA＝Hρg 图5.5-1 差压式液位计测量原理
在一般情况下，被测介质的密度和重力加速度都是已知的，因此，差压计测得的差压与液位的高度H成正比，这样就把测量液位高度的问题变成了测量差压的问题。
使用差压计测量液位时，必须注意以下两个问题。 (1)、遇到含有杂质、结晶、凝聚或易自聚的被测介质，用普通的差压变送器可能引起连接管线的堵塞，此时需要采用法兰式差压变送器，如图5.5-2所示；
(2)、当差压变送器与容器之间安装隔离罐时，需要进行零点迁移。
DDZ-Ⅲ矢量法兰式液位变送器型号及规格见表5.5-1。
图5.5-2 法兰式差变测液位示意图
表5.5-1 理论取压时下游取压孔位置
第 10 页 共 10 页
常见仪表知识浙大中控DCS材料
