第3章检测仪表及传感器第2节教学课件.pptx
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1、3.2 压力检测仪表压力检测仪表 化工仪表及自动控制Chemical Industry Instrument and Automation control第三章 检测仪表及传感器化工仪表及自动化n 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表n 弹性式压力计弹性式压力计n弹性元件弹性元件n弹簧管压力表弹簧管压力表n 电气式压力计电气式压力计n应变片式压力传感器应变片式压力传感器n压阻式压力传感器压阻式压力传感器n电容式压力传感器电容式压力传感器n 压力仪表的选用及安装压力仪表的选用及安装n 压力表的选用压力表的选用n 压力表的安装压力表的安装内容提要化工仪表及自动化 压力压力是化工生产过程中需要严格控
2、制的重要参数指标。是化工生产过程中需要严格控制的重要参数指标。 压力的压力的检测与控制,检测与控制,对保证生产过程正常进行,达到对保证生产过程正常进行,达到高产、优质、低消耗和安全是十分重要的。高产、优质、低消耗和安全是十分重要的。 p 合成氨通常需要几十兆帕的高压合成氨通常需要几十兆帕的高压p 高分子聚合甚至需要上百兆帕的超高压高分子聚合甚至需要上百兆帕的超高压p 减压蒸馏工艺中的压力为比大气压低得多的负压或真空减压蒸馏工艺中的压力为比大气压低得多的负压或真空如:如:3.2 压力检测仪表化工仪表及自动化是指介质垂直均匀作用在单位面积上的力,等同于物理学中的压强,即的单位为帕斯卡,简称帕(的单
3、位为帕斯卡,简称帕(Pa) 为了使大家了解国际单位制中的压力单位(Pa或MPa)与其他单位之间的关系,下面给出了几种常用压力单位之间的换算关系。3.2 压力检测仪表化工仪表及自动化压力单压力单位位帕帕/Pa兆帕兆帕/ MPa工程大气压工程大气压/ (kgf/cm2)物理大气物理大气压压/ atm汞柱汞柱/ mmHg水柱水柱/ mH2O(磅(磅/英寸英寸2)/ (1b/in2)巴巴/bar帕帕111061.019710-59.86910-67.50110-31.019710-41.45010-4110-5兆帕兆帕1106110.1979.8697.5011031.01971021.4501021
4、0工程大工程大气压气压9.8071049.80710-210.9678735.610.0014.220.9807物理大物理大气压气压1.01331050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱汞柱1.33321021.333210-41.359510-31.315810-310.01361.93410-21.333210-3水柱水柱9.8061039.80610-30.10000.0967873.5511.4220.09806(磅(磅/英寸英寸2)6.8951036.89510-30.070310.0680551.710.703110.06895巴巴11050.11
5、.01970.9869750.110.19714.501表表3-1 各种压力单位换算表各种压力单位换算表化工仪表及自动化表述压力时,通常有表述压力时,通常有大气压力、绝对压力、表压、负压或真空大气压力、绝对压力、表压、负压或真空度度的说法。的说法。 当被测压力低于大气压力时,一般用负压或真空度来表示。当被测压力低于大气压力时,一般用负压或真空度来表示。p表P真P绝P绝大气压力线大气压力线 零线零线图3-3各种压力之间的关系图一、压力检测仪表的分类化工仪表及自动化测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同,分为四类。 有U形管压力计、单管压力计和斜管压力计等 一、压力检测仪表的分类 它根据流体静
6、力学原理,将被测压力转换成液柱高度它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。进行测量。1.液柱式压力计液柱式压力计化工仪表及自动化这类压力计结构简单、使用方便、造这类压力计结构简单、使用方便、造价便宜。价便宜。 由于液柱高度读数要受到毛细管作用、由于液柱高度读数要受到毛细管作用、视差等因素影响,一般精度不高,同时由于玻视差等因素影响,一般精度不高,同时由于玻璃管的强度有限,一般只能用来测量较低压力璃管的强度有限,一般只能用来测量较低压力或负压。或负压。 一、压力检测仪表的分类1.液柱式压力计液柱式压力计优点缺点化工仪表及自动化一、压力检测仪表的分类p 电气式压力计是通过机械和电气
7、元件共同作用将被测压力转换成电气式压力计是通过机械和电气元件共同作用将被测压力转换成电信号(如电压、电流等)来进行测量的压力仪表。电信号(如电压、电流等)来进行测量的压力仪表。p 根据感压原理的不同可分为电容式、压阻式、应变片式、霍尔式、根据感压原理的不同可分为电容式、压阻式、应变片式、霍尔式、压电式等多种。压电式等多种。p弹性式压力计利用各种不同形状的弹性元件,在压力作用下发生形弹性式压力计利用各种不同形状的弹性元件,在压力作用下发生形变,根据形变位移的大小来测量压力。变,根据形变位移的大小来测量压力。p按照弹性元件的不同,按照弹性元件的不同,可以分为弹簧管压力计、波纹管压力计及膜可以分为弹
8、簧管压力计、波纹管压力计及膜式压力计等。式压力计等。 2.弹性弹性式压力计式压力计3.电气电气式压力计式压力计化工仪表及自动化活塞式压力计是根据帕斯卡定律及流体静力学平衡原理,活塞式压力计是根据帕斯卡定律及流体静力学平衡原理,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,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,所以也称为压力天平。所以也称为压力天平。测量精度很高,允许误差可小到测量精度很高,允许误差可小到0.05%0.02%。 结构复杂,价格昂贵,主要用作压力基准器来校准和结构复杂,价格昂贵,主要用作压力基准器来校准和检验其他压力计。检验其他压力计。 4.活塞活塞式压力计式压
9、力计一、压力检测仪表的分类化工仪表及自动化量程较宽量程较宽精度较高精度较高结构简单结构简单价格便宜价格便宜稳定可靠稳定可靠读数方便读数方便优势可测量几百帕到数千兆帕范围的压力可测量几百帕到数千兆帕范围的压力利用各种形式弹性元件,在被测介质压力作用下,使弹利用各种形式弹性元件,在被测介质压力作用下,使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。 3.1 工作原理工作原理二、弹性式压力计化工仪表及自动化1.弹性元件弹性元件 图图3-4弹性元件示意图弹性元件示意图弹簧管式弹性元件、弹簧管式弹性元件、薄膜式弹性元件薄膜式弹性元件波纹管式弹性元件波纹
10、管式弹性元件简易可靠的测压敏感元件。简易可靠的测压敏感元件。当测压范围不同时,所用不同的元件。当测压范围不同时,所用不同的元件。化工仪表及自动化1.弹性元件弹性元件 弹簧管式弹性元件、弹簧管式弹性元件、薄膜式弹性元件薄膜式弹性元件波纹管式弹性元件波纹管式弹性元件(a) 适用于高压测量,精度要求不高适用于高压测量,精度要求不高(b) 比单圈弹簧管的测量精度高比单圈弹簧管的测量精度高(c) 适用于低压测量,精度要求较高适用于低压测量,精度要求较高(d)(d)适用于低压测量,精度要求较高适用于低压测量,精度要求较高(e) 适用于低压测量,精度要求较高适用于低压测量,精度要求较高测压范围测压范围化工仪
11、表及自动化2.弹簧管压力表弹簧管压力表 分分类类按用途分按用途分 普通弹簧管压力表,耐腐普通弹簧管压力表,耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。 有精密压力表、普通有精密压力表、普通压力表;压力表;按测量范围分按测量范围分 真空表、微压表、低真空表、微压表、低压表、中压表、高压表;压表、中压表、高压表; 这些压力表的结构和测量原理基本上是相同的,只这些压力表的结构和测量原理基本上是相同的,只是所用的是所用的材料和附加结构材料和附加结构不同。不同。化工仪表及自动化2.弹簧管压力表弹簧管压力表 u一根弯成270圆弧的椭圆截面的空心金属管u当通入被测的压力p后,
12、由于椭圆形截面在压力p的作用下,将趋于圆形,而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生扩张变形。同时,使弹簧管的自由端B产生位移。 图图3-5弹簧管压力表弹簧管压力表1弹簧管弹簧管;2拉杆;拉杆;3扇形齿轮;扇形齿轮;4中中心齿轮;心齿轮;5指针;指针;6面板;面板;7游丝;游丝;8调整螺钉;调整螺钉;9接头接头化工仪表及自动化输入压力p越大,产生的变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端B的位移成正比,所以只要测得B点的位移量,就能反映压力p的大小。 :弹簧管自由端B的位移量一般很小,直接显示有困难,所以必须通过放大机构才能指示出来。 二、弹性式压力计化工仪表及自动化 在化工实际生产中,一般都要把压力控制
13、某一范围内,在化工实际生产中,一般都要把压力控制某一范围内,否则当压力过低或过高时,都会破坏正常工艺条件,影响生否则当压力过低或过高时,都会破坏正常工艺条件,影响生产甚至发生危险。如果采用带有报警或控制触点的压力表,产甚至发生危险。如果采用带有报警或控制触点的压力表,压力过高或过低时都会发出警报信号以便引起操作人员的注压力过高或过低时都会发出警报信号以便引起操作人员的注意或通过中间继电器及时进行调控。在普通弹簧管压力表上意或通过中间继电器及时进行调控。在普通弹簧管压力表上增加简单的触点开关便可制成电接点信号压力表。增加简单的触点开关便可制成电接点信号压力表。 二、弹性式压力计化工仪表及自动化图
14、3-6 电接点信号压力表1,4 静触点;2 动触点;3 绿灯;5 红灯 表盘上有两根可调节的带有静触点指针,指示压力的指针上有动触点2,当压力达到上限规定值时,动触点2和静触点4相接触,形成闭合回路点亮红色信号灯5。若压力低至下限规定值时,动触点2与静触点1接触,形成回路点亮绿色信号灯3。其中静触点1和4的位置可根据工艺要求灵活调节。 二、弹性式压力计化工仪表及自动化三、电气式压力计优点一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。 工作原理工作原理具有远程传输功能的电气式压力计。具有远程传输功能的电气式压力计。一种能将压力转换成电阻、电流、电压、电容等电信号一种能将压力转换成电阻、电流、电压
15、、电容等电信号进行传输及显示的仪表,通常由压力传感器、测量电路及进行传输及显示的仪表,通常由压力传感器、测量电路及信号处理装置构成。信号处理装置构成。化工仪表及自动化1.应变片压力传感器 应变片式压力传感器是利用应变片应变片式压力传感器是利用应变片受到压力形变时电阻值发生变化的原受到压力形变时电阻值发生变化的原理构成的。理构成的。应变片通常有金属应变片应变片通常有金属应变片(金属丝或金属箔)和半导体应变片(金属丝或金属箔)和半导体应变片两大类。当应变片被压缩时,它的电两大类。当应变片被压缩时,它的电阻值减小;当应变片被拉伸时,它的阻值减小;当应变片被拉伸时,它的电阻值增加。将应变片电阻值的变化
16、电阻值增加。将应变片电阻值的变化通过桥式电路转变成相应的电压输出,通过桥式电路转变成相应的电压输出,通过记录显示桥式电路的电压变化来通过记录显示桥式电路的电压变化来测量压力。测量压力。 图图3-7应变片式压力传感器示意图应变片式压力传感器示意图1,4应变筒;应变筒;2密封膜片;密封膜片;3外壳外壳化工仪表及自动化该传感器采用单晶硅片为弹性元件,利用集成电路的工艺在单晶硅膜片上沿特定方向扩散一组多个等值电阻,并将电阻接成桥路。单晶硅片置于传感器腔内,一侧连接高压,另一侧连接低压。当两侧存在压差时,硅片发生形变,从而使单晶硅片上的电阻阻值发生变化,导致电桥失去平衡,输出相应的电压信号。利用单晶硅受
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