仪表基础知识

答：压力是垂直均匀的作用在单位面积上的力，它的法定计量单位是帕斯卡，符号为Pa。1Pa就是1牛顿（N）的力作用在1平方米（m2）面积上所产生的压力，即

2、为什么液柱高度也可以表示压力？

答：因为压力是单位面积上所受的作用力，即

由上述可知，压力等于液柱高度、液体密度和重力加速度的乘积。液体的密度在一定的

温度下是不变的，所以压力也可以用液柱高度来表示。

3、写出 5 种非法定压力单位与法定压力单位 Pa(帕斯卡)之间的换算关系。

答：1 毫米水柱（mmH2O）= 9.80665Pa≈ 9.81Pa

1 毫米汞柱（mmHg）=133.322Pa≈1.333³102Pa

1 工程大气压（kgf/cm2）=9.80665³104Pa≈9.81³104Pa

1 物理大气压（atm）=101325Pa≈1.0133³105Pa

1 巴（bar）=1000mbar=105Pa

4、按单位换算表 1mmH2O=9.807Pa,但在仪表出厂的交验单上，为什么 1mmH2O 又成了

9.789Pa 了呢？

解：因为 1mmH2O=9.807Pa,这是指水的密度为 1.0g/cm3(即在温度为 4℃)，重力加速度为980.665cm/s2下而言的。而制造厂在仪表出厂校验时，不是在 4℃，而是在 20℃，即水的密度为 0.999823 g/cm3，所以 1 mmH2O 成了 9.789Pa.即

答:出厂校验上 1 mmH2O 应为 9.789Pa.

5、请说明绝对压力、大气压、表压及真空度的含义及相互关系。

答：绝对真空下的压力称为绝对零压，以绝对零压为基准来表示的压力叫绝对压力。

表压是以大气压为基准来表示的压力，所以它和绝对压力正好相差一个大气压。（0.1MPa）

如果被测流体的绝对压力低于大气压，则压力表所测得的压力为负压，其值称为真空度。

绝对压力、大气压、表压、真空度之间的相互关系如图所示

6、现用一单管水银压力测某空气罐内的压力。若当地的重力加速度为标准重力加速度（即g=980.665cm/s2）,当环境温度为 30℃时，从压力计上读得的表压值为 420mmHg, 试求罐内的绝对压力为多少 mmHg? 折合多少 Pa?

解：由题可知当地的大气压力为 760mmHg。又由有关手册查得 0℃与 30℃时，汞的密度分别为 13.5951、13.52g/cm3,故罐内的绝对压力为

p绝  p大气  p表  760  420 

=760 + 417.68=1177.68mmHg

=156.984kPa

答:罐内的绝对压力为 1177.68mmHg, 约等于 156.984kPa.

7、为什么弹簧管压力表测的是表压？

答：表压是以大气压力为基准的压力，而弹簧管压力表测的正是这种压力 。设被测压力为P，它作用在弹簧管内部；大气压力为P大，它作用在弹簧管外部。

当p  p 大时，p表  p  p大  0，仪表指零。

p ＞p大时，p表  p  p大＞ 0，仪表指示压力，即表压。

p ＜ p大时， p表  p  p大 ＜  0，仪表指示真空度，也是表压。

即弹簧管压力表测的是被测压力和大气压力之差，所以是表压。

8、有用户想买绝对压力变送器，他提给制造厂 仪表测量范围是 0～—90kPa.。但制造厂说，这种测量范围要用压力变送器测量，请问这是为什么？

答：因为用户提的是表压的测量范围，而不是绝压的测量范围，所以只能用表压力变送器测量。

绝对压力变送器和表压力变送器是不一样的。前者测的是设备内介质的绝对压力，它和大气压力没有关系，而表压力变送器测的是以大气压力为基准的压力，它和大气压力有关。在结构上：绝对压力变送器通压力的测压元件的另一边是绝对真空，而表压力变送器通压力的测压元件的另一边是大气。

用户的意思是提了 0～—90kPa.的负压，那么绝对压力也就可以算出来了，因为绝压=大气压—负压，现在知道了 0～—90kPa 的负压，那么绝压便是（101.325—90）～（101.325—0）=21.325～101.325kPa 绝压了。

这里的问题是用户把大气压力算成标准大气压，实际上不同的地方的大气压力是不同的，例如兰州地区的大气压 84.7kPa，也就是说，那里的绝对真空最大也只有—84.7kPa负压，不可能到—90kPa。所以用户提的范围不对，制造厂也就无法生产出来。

9、智能变送器是什么时候推出的？它有何特点？

答：20 世纪 80 年代初，美国霍尼韦尔公司首先推出了 ST3000 系列智能压力变送器，这是计算机和通讯技术发展到一定阶段的必然产物。随后，世界上其他仪表公司也都推出了相类似的智能变送器。这些仪表的共同特点如下：

(1)在检测部件中，除了压力（差压）传感元件外，一般还有温度传感元件。产品采用微机械电子加工技术、超大规模的专用集成电路（ASIC）和表面安装技术，因此仪表结构紧凑，可靠性高，体积很小。

(2)智能变送器的精度较高，一般都在±0.1%～±0.2%，有的还能到±0.075%；测量范围很宽，量程比达 40、50、100 甚至 400；其他如温度性能、静压性能、单向过载性能等也比以往的变送器有很大的提高。

(3)智能变送器可以在手持通信器（又称手操器、手持终端）上远方设定仪表的零点和量程，因此仪表可以在不通信号压力的情况下更改测量范围，这对于人员难以到达的场合特别感到方便。

(4)智能变送器和 DCS 控制系统之间可实现数字通信，这就为全数字化的现场总线控制

系统提供了条件。

10、在智能压力变送器中，同一公司同时有几个系列，这是为什么？

答：智能变送器的精度很高。但在生产过程的检测与控制中，有时并不需要仪表精度很高，它们只要求性能稳定，测量相对准确就可以了。同时，目前与智能变送器配套使用的其他设备和仪表往往精度较低，而系统的测量精确，则是由整个系统中的各个环节共同决定的。

例如和节流装置配套的流量测量系统，若孔板的精度为±1.0%，变送器的精度为±0.2%，

记录仪的精度为±0.25%，则整个系统的测量误差为

  ( (1.0)2 (0.2)2 (0.25)2)%  1.05%

如果将变送器精度由±0.2%提高到±0.1%，则系统的测量误差为

  ( (1.0)2 (0.1)2 (0.25)2)%  1.036%

即变送器的精度提高了（0.2-0.1）/0.1=100%，而系统的精度仅提高了（1.05-1.036）/1.036=1.035%。为此，许多公司在开发价格昂贵的高性能的智能变送器的同时，还开发了性能较低、价格较便宜的经济型智能变送器。例如霍尼韦尔的ST3000/100和ST3000/900，罗斯蒙特的 3051S 和 1151S，富士的 FCX-A，AX 和 FCX-C 等，前者都是高性能型智能变送

器，而后者则是经济型智能变送器。

11、某变送器的使用量程如大于最大量程的 1/10 时，则仪表的精度为±0.1%,如小于最大量程的 1/10 时，则仪表的精度为

求该表的可用量程比。

答：可用量程比一般是这样定义的，当变送器的精度降为基本精度的 2.5 倍时的量程比。

现变送器的基本精度为±0.1%，则降为 2.5 倍时的精度为±0.25%，于是得可用量程比为

12、 1151 模拟变送器和 1151 型智能变送器有什么区别？

答：1151 型智能变送器是在 1151 型模拟变送器的基础上开发出来的，它是 1151 系列中的一个品种，型号第 8 位为“S”，所以有时也叫它 1151S 智能变送器。它的膜盒和非智能型是一样的，也是电容式室传感器，但它的电子部件却是不同的。1151 模拟变送器采用的是模拟电子线路，输出是 4～20mA 模拟信号，而 1151 智能变送器是以微处理器为核心部件的专用集成电路，整个变送器的电子部件仅由一块板组成，它既可以输出 4～20mA 模拟信号，又能在 4～20mA 上叠加数字信号，可以和手持终端或其他支持 HART 通信协议的设备进行数字通信，实现远程设定零点和量程。

1151 智能变送器的技术性能比 1151 模拟变送器好，基本精度为±0.1%，最大测量范围为模拟变送器的 2 倍，因而量程比 1：15，其他如稳定性、温度特性等也比 1151 模拟变送器要好。

13、有人在校验 1151AP 绝对压力变送器时，发现只要通上电源，仪表就有 12mA 输出，这种现象是正常的吗（如果仪表的测量范围为 50～150 kPa 绝压，当时的大气压力为100kPa）？

答：绝对压力变送器测的是绝对压力，该仪表的测量范围为 50～150 kPa，也就是说输入 50kPa 绝压时，仪表输出 4mA、输入 150kPa 绝压时，仪表输出 20mA、仪表在大气压力下，即输入的是大气压力 100kPa 是，仪表的输出为

现仪表输出正好为 12mA,所以是正常的。

14、什么是法兰变送器，它和普通变送器有什么区别？

答：法兰变送器是在普通的变送器基础上增加了一个远传密封装置构成的，所以也叫远传式变送器或隔膜密封式变送器。远传密封装置由法兰膜盒、毛细管和毛细管内的填充液三部分组成。工作时，被测介质作用在法兰膜盒的隔离膜片上，使膜片产生变形，然后通过毛细管内的填充液，将压力传到变送器的敏感元件上，经转换，仪表便输出相应的信号。法兰变送器和普通变送器相比，有如下区别：

(1)在普通的变送器中，被测介质通过导压管而进入变送器测量室。如果被测介质是黏稠液体，则容易堵塞导压管。现在用毛细管代替导压管，堵塞现象便不会存在。因为毛细管是密封的，它里面的填充液是经过挑选的，化学物理性能稳定，不会像导压管内的介质那样，易凝冻，易汽化，因而不必像普通变送器那样加灌隔离液，安装隔离器、冷凝器等辅助设备。这样，测量精度便可提高，维护工作量便可减少。

(2)因法兰膜盒离变送器本体远，所以仪表的接液温度可以提高，应用范围可以扩大。

(3)对仪表本身来说，由于法兰变送器比普通变送器多了一个远传密封装置，因而仪表的结构较为复杂，精度下降，故障的可能性增加。

15、在下列 8 种情况下，哪几种要用法兰变送器测量？哪几种可用普通变送器测量？

①被测介质是悬浮液体或高粘度介质；

②测量锅炉汽泡水位；

③被测介质超出变送器正常使用温度的轻质油；

④被测介质超出变送器正常使用温度的易凝重油；

⑤被测介质是食品或其他要求保持卫生条件、不能污染的物质；

⑥在批量生产中，要求前一批和后一批不能交混的物质；

⑦被测介质对变送器接头、导管和测量室有腐蚀作用；

⑧被测介质是易挥发的液体烃。

答：法兰变送器和普通变送器的使用场合通常没有严格的界限。一般说来，凡是用普通变送器能测量的场合都可以用法兰变送器测量。但是法兰变送器的价格高，有的还容易出现故障，因此能用普通变送器测量的地方，尽量不用法兰变送器测量。基于这一原则，在上述 8 种情况中，能用普通变送器测量的有②、③良种，需要用法兰变送器测量的有①、④、⑤、⑥、⑦、⑧六种。

16、法兰变送器安装时，为什么一定要选择周围环境温度比较恒定的地方？

答：法兰变送器和普通变送器不同，它的毛细管、法兰膜盒是一个密闭系统，相当于一个大温包。当周围环境温度发生变化时，系统内的填充液回噶声膨胀或收缩，从而引起系统的压力变化，它作用到变送器的敏感元件，使仪表产生附加误差。而在一般变送器中，引压导管不是密闭系统，它由温度变化而引起的压力变化，可以由介质扩散到工艺流程，因而不影响仪表输出。

法兰变送器在安装时，一定不要使变送器和法兰膜盒系统暴露在阳光底下，以免太阳直晒，使环境温度发生剧烈变化。另外，差压变送器的两根毛细管应处于同一环境温度下，这样，一定范围内的温度变化可以相互抵消。

18、①弹簧管的截面呈（ ）形或（ ）形。②低压用的压力计弹簧管用（ ）固定在插座内，高压用的压力计弹簧管是用（ ）连接的。③为了保证压力表的连接处严密不漏，安装时，应根据被测压力的特点和介质性质加装适当的密封垫片。测氧气压力时，不得使用浸（ ）垫片、（ ）化合物垫片；测量乙炔压力时，不得使用（ ）垫片。

答：①扁圆，椭圆；②焊接法，丝扣；③ 油，有机，铜。

17、压力表中的弹簧管为什么要做成扁圆形的？

答：压力表中的弹簧管都是由一根弯成 270°圆弧状、截面呈椭圆形的空心金属管制成。

因为椭圆形截面在介质压力作用下，将趋向圆形，使弯成圆弧形的弹簧管随之产生向外挺

直扩张的变形，使弹簧管的自由端产生位移，并且其自由端位移和被测压力之间在某范围

内有一定的线性对应关系。因此，弹簧管自由端的位移量通过适当放大，就能指示出被测

介质压力的大小。

18、一些测量特殊介质的压力表，采用哪些不同的颜色加以区别？

答：氢气压力表——深绿色；乙炔压力表——白色；燃料气压力表——红色；氯气压力表

——褐色；氨气压力表——黄色；氧气压力表——天蓝色。

19、 弹簧管压力表校验时常见的问题有哪些？

答：校验时常见的问题如下：①在全部刻度范围内压力表的指示值和标准值不符，过大或

过小；②在全部刻度范围内，压力表的指示值前面偏大，后面偏小；或者后面偏大，前面

偏小；③在校验过程中，上升时指示值与标准值相符，下降时不符合，或者下降时符合而

上升时不符合，或者上升时和下降时只有某些刻度上相符合；④在进行指示时表针有跳动

现象。

上述问题产生的原因，通常是由于传动部件的磨损和摩擦，各部件的配合位置不当或

游丝松紧不合适，以及弹簧管受到损坏或者发生永久性畸变等。

20、在校验弹簧管压力表时，压力表的指示误差超差，而且误差大小不一，有周期性变化。

这种现象一般是什么原因引起的，应当如何处理？

答：引起这种现象的原因一般有以下两个：12

（1）压力表弹簧管的扩展位移与压力大小不成正比关系，造成压力表的读数值有非线

性的误差，遇到这种现象如果调整不过来，则要更换弹簧管。

（2）压力表的刻度盘与总心轮轴不同心，要消除这一误差，就必须调整刻度盘与指针

轴的同心度。

调整步骤：（1）首先要调整压力表机芯的中心轮轴与壳体孔径之中心重合，其方法是

用内卡或卡尺测量并使机芯中心轮轴与壳体内圈等距离，然后拧紧固定螺丝。（2）将刻度

盘安在表机壳体上，使指针中心轮轴与刻度盘中心孔径的四周距离相等，然后固定好刻度盘