化工仪表(精品).ppt
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1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化第二章第二章 压力检测压力检测 内容提要内容提要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1内容提要内容提要n智能式变送器智能式变送器n智能变送器的特点智能变送器的特点n智能变送器的结构原理智能变送器的结构原理n压力计的选用及安装压力计的选用及安装n压力计的选用压力计的选用n压力计的安装压力计的安装2概述概述3 在化工生产中在化工生产中,压力压力是指由气体或液体均匀垂
2、直地是指由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。作用于单位面积上的力。在工业生产过程中在工业生产过程中,压力往往是重要的操作参数之一。压力往往是重要的操作参数之一。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对保证生产过程正常进行,达到达到高产、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。第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表压力压力压力压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。压力压力压力压力的单位为帕斯卡,简称帕(的单位为帕斯卡,简称帕(Pa)4第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表 为了使
3、大家了解国际单位制中的压力单位(为了使大家了解国际单位制中的压力单位(Pa或或MPa)与过去的单位之间的关系,下面给出几种单位)与过去的单位之间的关系,下面给出几种单位之间的换算关系表。之间的换算关系表。56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)物理大气压物理大气压/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1110106 61.01971010-5-59.8691010-6-67.5011010-3-31.01971010-4-41.4501010-4-411010-5-5兆帕兆帕110106
4、 61 110.1979.8697.50110103 31.019710102 21.45010102 210工程大工程大气压气压9.80710104 49.8071 10 0-2-210.9678735.610.0014.220.9807物理大物理大气压气压1.013310105 50.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱汞柱1.333210102 21.33321010-4-41.35951010-3-31.31581010-3-310.01361.9341010-2-21.33321010-3-3水柱水柱9.80610103 39.8061 10 0-3-3
5、0.10000.0967873.5511.4220.09806(磅(磅/英寸英寸2)6.89510103 36.8951 10 0-3-30.070310.0680551.710.703110.06895巴巴110105 50.11.01970.9869750.110.19714.501表3-1 各种压力单位换算表第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表7在压力测量中,常有在压力测量中,常有表压、绝对压力、负压或真空度表压、绝对压力、负压或真空度之分。之分。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
6、线大气压力线 零线零线图2-1绝对压力、表压、负压(真空度)的关系第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表8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。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。1.1.1.1.液柱式压力计液柱式压力计液柱式压力计液柱式压力计 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。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。按其结构形式的不同按其结构形式的不同按其结构形式的不同按其结构形式的不同 有有U形管压力计、单管压力计等形管压力计、单管压力计等 优点优点优点优点这类压力计结构简单、使用方便这类压力计结构简单、使
7、用方便 缺点缺点缺点缺点 其精度受工作液的毛细管作用、密度及视其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响,测量范围较窄,一般用来测差等因素的影响,测量范围较窄,一般用来测量较低压力、真空度或压力差。量较低压力、真空度或压力差。第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表2.2.2.2.弹性式压力计弹性式压力计弹性式压力计弹性式压力计 它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。3.3.3.3.电气式压力计电气式压力计电气式压力计电气式压力计 它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量(如它是通过机械和电气元件将被测压力转换成
8、电量(如电压、电流、频率等)来进行测量的仪表。电压、电流、频率等)来进行测量的仪表。9第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表4.4.4.4.活塞式压力计活塞式压力计活塞式压力计活塞式压力计 它是根据水压机液体传送压力的原理,将被测压力转它是根据水压机液体传送压力的原理,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的。换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。优点优点优点优点缺点缺点缺点缺点测量精度很高,允许误差可小到测量精度很高,允许误差可小到0.05%0.02%。结构较复杂,价格较贵。结构较复杂,价格较贵。10第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计11定义定义定义定义 弹性
9、式压力计弹性式压力计弹性式压力计弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件,是利用各种形式的弹性元件,在被测介质压力的作用下,使弹性元件受压后在被测介质压力的作用下,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。产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。优点优点优点优点 具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。精度等优点。可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。力。第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计12n 一、一、弹性元件弹性元件 弹性元
10、件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围不同时,所用的弹性元件也不一样。不同时,所用的弹性元件也不一样。图图2-2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如图如图如图如图(a)(a)(a)(a)和和和和(b)(b)(b)(b)所示,所示,所示,所示,波纹管式弹性元件波纹管式弹性元件如图如图如图如图(e)(e)(e)(e)所示,所示,所示,所示,薄膜式弹性元件薄膜式弹性元件如图如图如图如图(c)(c)(c)(c)和和和和(d)(d)(d)(d)所示。所示。所示。所示。第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计13n 二、弹簧管压
11、力表二、弹簧管压力表 分分分分类类类类使用的测压元件使用的测压元件 单圈弹簧管压力表与多单圈弹簧管压力表与多圈弹簧管压力表。圈弹簧管压力表。用途用途 普通弹簧管压力表,耐腐蚀的氨普通弹簧管压力表,耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。用压力表、禁油的氧气压力表等。1弹簧管;弹簧管;2 拉杆;拉杆;3 扇形扇形齿轮;齿轮;4 中心齿轮;中心齿轮;5 指针;指针;6 面板;面板;7 游丝;游丝;8 调整螺调整螺丝;丝;9 接头接头弹簧压力表弹簧压力表弹簧压力表弹簧压力表第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计1弹簧管;弹簧管;2 拉拉杆;杆;3 扇形齿轮;扇形齿轮;4 中心齿轮;中心齿轮;5 指针
12、;指针;6 面板;面板;7 游丝;游丝;8 调整螺调整螺丝;丝;9 接头接头第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计基本测量原理基本测量原理基本测量原理基本测量原理 单圈弹簧管是一根弯成单圈弹簧管是一根弯成270270圆弧的椭圆截面的空心金圆弧的椭圆截面的空心金属管子。管子的自由端属管子。管子的自由端B封闭,另一端固定在接头上。当封闭,另一端固定在接头上。当通入被测的压力通入被测的压力p后,由于椭圆形截面在压力后,由于椭圆形截面在压力p的作用下,将的作用下,将趋于圆形,而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生扩张变形。趋于圆形,而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生扩张变形。同同时时,使弹簧管的自由端,使弹簧管的
13、自由端B产生位移。输入压力产生位移。输入压力p越大,产生越大,产生的变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端的变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端B的位移成正的位移成正比,所以只要测得比,所以只要测得B点的位移量,就能反映压力点的位移量,就能反映压力p的大小。的大小。注意注意注意注意:弹簧管自由端:弹簧管自由端B的位移量一般很小,直接显示有困难,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。所以必须通过放大机构才能指示出来。14第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计 在在化化工工生生产产过过程程中中,常常需需要要把把压压力力控控制制在在某某一一范范围围内内,即即当当压压力
14、力低低于于或或高高于于给给定定范范围围时时,就就会会破破坏坏正正常常工工艺艺条条件件,甚甚至至可可能能发发生生危危险险。这这时时就就应应采采用用带带有有报报警警或或控控制制触触点点的的压压力力表表。将将普普通通弹弹簧簧管管压压力力表表稍稍加加变变化化,便便可可成成为为电电接接点点信信号号压压力力表表,它它能能在在压压力力偏偏离离给给定定范范围围时时,及及时时发发出出信信号号,以以提提醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。警惕!警惕!警惕!警惕!15第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计图图2-4 2-4 电接点信号压力表电接点信号压
15、力表1 1,4 4 静触点;静触点;2 2 动触动触点;点;3 3 绿灯;绿灯;5 5 红灯红灯 压压力力表表指指针针上上有有动动触触点点2 2,表表盘盘上上另另有有两两根根可可调调节节指指针针,上上面面分分别别有有静静触触点点1 1和和4 4。当当压压力力超超过过上上限限给给定定数数值值时时,2 2和和4 4接接触触,红红色色信信号号灯灯5 5的的电电路路被被接接通通,红红灯灯发发亮亮。若若压压力力低低到到下下限限给给定定数数值值时时,2 2与与1 1接接触触,接接通通了了绿绿色色信信号号灯灯3 3的的电电路路。1 1、4 4的位置可根据需要灵活调节。的位置可根据需要灵活调节。16第三节第三
16、节 电气式压力计电气式压力计定义定义定义定义电电电电气气气气式式式式压压压压力力力力计计计计是是一一种种能能将将压压力力转转换换成成电电信信号号进进行行传输及显示的仪表。传输及显示的仪表。17优点优点优点优点1.该仪表的该仪表的测量范围较广测量范围较广测量范围较广测量范围较广,分别可测,分别可测710-5Pa至至5102MPa的压力,允许误差可至的压力,允许误差可至0.2;2.由由于于可可以以远远距距离离传传送送信信号号,所所以以在在工工业业生生产产过过程程中中可可以以实实现现压压力力自自动动控控制制和和报报警警,并并可可与与工工业业控制机联用。控制机联用。第三节第三节 电气式压力计电气式压力
17、计组成组成组成组成 一一般般由由压压力力传传感感器器、测测量量电电路路和和信信号号处处理理装装置置所所组组成成。常常用用的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。图2-5 电气式压力计组成方框图1819第三节第三节 电气式压力计电气式压力计n 一、应变片压力传感器一、应变片压力传感器 应应应应变变变变片片片片式式式式压压压压力力力力传传传传感感感感器器器器利利用用电电阻阻应应变变原原理理构构成成。电电阻阻应应变变片片有有金金属属和和半半导导体体应应变变片片两两类类,被被测测压压力力使使应应变变片片产产生生应应变变。当当应应变变片
18、片产产生生压压缩缩(拉拉伸伸)应应变变时时,其其阻阻值值减减小小(增增加加),再再通通过过桥桥式式电电路路获获得得相相应应的的毫毫伏伏级级电电势势输输出出,并并用用毫毫伏伏计计或或其其他他记记录仪表显示出被测压力,从而组成应变片式压力计。录仪表显示出被测压力,从而组成应变片式压力计。图图2-6 应变片压力传感器示意图应变片压力传感器示意图1应应变变筒筒;2外外 壳壳;3密封膜片密封膜片第三节第三节 电气式压力计电气式压力计n 二、压阻式压力传感器二、压阻式压力传感器二、压阻式压力传感器二、压阻式压力传感器 压阻式压力传感器压阻式压力传感器压阻式压力传感器压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构
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