第2章压力检测仪表精.ppt

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1、第第2章压力检测仪表章压力检测仪表第1页，本讲稿共41页内容提要内容提要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第2页，本讲稿共41页内容提要内容提要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第3页，本讲稿共41页概述概述3 在化工生产中在化工生

2、产中,压力压力是指由气体或液体均匀垂直地作用于单是指由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。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,达到高产、达到高产、优质、低消耗和安全是十分重要的。优质、低消耗和安全是十分重要的。第4页，本讲稿共41页第一节第一节 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

3、第5页，本讲稿共41页第一节 压力单位及测压仪表 为了使大家了解国际单位制中的压力单位（Pa或MPa）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。5第6页，本讲稿共41页6压力单位帕/Pa兆帕/MPa工程大气压/(kgf/cm2)物理大气压/atm汞柱/mmHg水柱/mH2O（磅/英寸2）/（1b/in2）巴/bar帕111061.019710-59.86910-67.50110-31.019710-41.45010-4110-5兆帕1106110.1979.8697.5011031.01971021.45010210工程大气压9.8071049.80710-210.967873

4、5.610.0014.220.9807物理大气压1.01331050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.33321021.333210-41.359510-31.315810-310.01361.93410-21.333210-3水柱9.8061039.80610-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅/英寸2）6.8951036.89510-30.070310.0680551.710.703110.06895巴11050.11.01970.9869750.110.19714.501表3-1 各种压力单位换算表第7页，本讲稿共4

5、1页第一节第一节 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绝大气压力线 零线图2-1绝对压力、表压、负压（真空度）的关系第8页，本讲稿共41页第一节第一节 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

6、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U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、密度及视差等因素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，一般用来测量较低压力、真空的影响，测量范围较窄，一般用来测量较低压力、真空度或压力差。度或压力差。第9页，本讲稿共41页第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表8测量原理：流体静力学原

7、理，毛细作用造成误差，测量范围小；P=h 所以 h=P/第10页，本讲稿共41页第一节第一节 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（如电压、电它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。流、频率等）来进行测量的仪表。9第11页，本讲稿共41页第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测

8、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，将被测压力转换成活塞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。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12页，本讲稿共41页第二节第二节 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，在被测是利用各种形式的弹性元件，在被

9、测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的介质压力的作用下，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。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、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。第13页，本讲稿共41页第二节第二节 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。图2-2弹性元件示意图 弹簧管式弹性元件如图如图(a)(a)和和(b)(b)所示，所示，波纹管式弹性元件如图如图(e)(e)所示，所示，

10、薄膜式弹性元件如图如图(c)(c)和和(d)(d)所示。所示。第14页，本讲稿共41页第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计13n 二、弹簧管压力表二、弹簧管压力表 分分分分类类类类使用的测压元件 单圈弹簧管压力表与多圈弹簧管压力表。用途 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。1弹簧管；2 拉杆；3 扇形齿轮；4 中心齿轮；5 指针；6 面板；7 游丝；8 调整螺丝；9 接头弹簧压力表弹簧压力表第15页，本讲稿共41页第二节第二节 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

11、心金属管子。圆弧的椭圆截面的空心金属管子。管子的自由端管子的自由端B封闭，另一端固定在接头上。当通入被测的压力封闭，另一端固定在接头上。当通入被测的压力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，将趋于圆形，而弯成圆弧形的作用下，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产生产生位移。输入压力位移。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越大，产生的变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端由端B的位移成正比，所以只要测得的位移成正比，所以只要测得B点的位移量，就能反映压力点的位移

12、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，所以必须的位移量一般很小，直接显示有困难，所以必须通过放大机构才能指示出来。通过放大机构才能指示出来。14第16页，本讲稿共41页第二节第二节 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

13、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。以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。警惕！警惕！15第17页，本讲稿共41页第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计图2-4 电接点信号压力表1，4 静触点；2 动触点；3 绿灯；5 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

14、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18页，本讲稿共41页第三节第三节 电气式压力计电气式压力计定义定义定义定义电电气气式式压压力力计计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。17优点优点优点优点1.该仪表的测量范围较广测量范围较广，分别可测710-5Pa至5102MPa的压力，允许误差可至0.2；2.由

15、于可以远距离传送信号，所以在工业生产过程中可以实现压力自动控制和报警，并可与工业控制机联用。第19页，本讲稿共41页第三节第三节 电气式压力计电气式压力计组成组成组成组成 一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常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。图2-5 电气式压力计组成方框图18第20页，本讲稿共41页19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

16、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录仪仪表表显显示示出出被被测测压压力力，从从而而组组成成应应变变片片式式压压力力计。计。图2-6 应变片压力传感器示意图1应变筒；2外 壳；3密封膜片第21页，本讲稿共41页第三节第三节 电气式压力计电气式压力计n 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

17、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成。利用单晶硅的压阻效应而构成。采采用用单单晶晶硅硅片片为为弹弹性性元元件件，在在单单晶晶硅硅膜膜片片上上利利用用集集成成电电路路的的工工艺艺，在在单单晶晶硅硅的的特特定定方方向向扩扩散散一一组组等等值值电电阻阻，并并将将电电阻阻接接成成桥桥路路，单晶硅片置于传感器腔内。单晶硅片置于传感器腔内。当当压压力力发发生生变变化化时时，单单晶晶硅硅产产生生应应变变，使使直直接接扩扩散散在在上上面面的的应应变变电电阻阻产产生生与与被被测测压压力力成成比比例例的的变变化化，再再由由桥桥式式电电路路获获得得相相应应的电压输出信号。的电压输出信号。工作

18、原理工作原理工作原理工作原理20第22页，本讲稿共41页第三节第三节 电气式压力计电气式压力计特点特点特点特点 精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；便于实现显示数字化；可以测量压力，稍加改变，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。2 21 1图3-12 压阻式压力传感器1基座；2单晶硅片；3导环；4螺母；5密封垫圈；6等效电阻第23页，本讲稿共41页第三节第三节 电气式压力计电气式压力计n n 三、电容式压力变送器三、电容式压力变送器三、电容式压力变送器三、电容式压力变送器 工作原理工作原理工作原理工作原理22先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。图2

19、-8 电容式测量膜盒1中心感应膜片(可动电极)；2固定电极；3测量侧；4隔离膜片第24页，本讲稿共41页第四节第四节 智能式变送器智能式变送器 智智智智能能能能型型型型压压压压力力力力或或或或差差差差压压压压变变变变送送送送器器器器是在普通压力或差压传感器的基础上增加微处理器电路而形成的智能检测仪表。23n一、智能变送器的特点一、智能变送器的特点性能稳定,可靠性好,测量精度高,基本误差仅为0.1%。量程范围可达1001,时间常数可在036s内调整,有较宽的零点迁移范围。第25页，本讲稿共41页第四节第四节 智能式变送器智能式变送器具有温度、静压的自动补偿功能,在检测温度时,可对非线性进行自动校

20、正。具有数字、模拟两种输出方式,能够实现双向数据通讯,可以与现场总线网络和上位计算机相连。可以进行远程通讯,通过现场通讯器,使变送器具有自修正、自补偿、自诊断及错误方式告警等多种功能,简化了调整、校准与维护过程,使维护和使用都十分方便。24第26页，本讲稿共41页第四节第四节 智能式变送器智能式变送器n二、智能变送器的结构原理二、智能变送器的结构原理从整体上整体上来看,由硬件和软件两大部分组成。从电路结构电路结构上来看,包括传感器部件和电子部件两部分。25第27页，本讲稿共41页第四节第四节 智能式变送器智能式变送器举例举例举例举例以美国费希尔以美国费希尔以美国费希尔以美国费希尔-罗斯蒙特公司

21、的罗斯蒙特公司的罗斯蒙特公司的罗斯蒙特公司的3051C3051C型智能差压变型智能差压变型智能差压变型智能差压变送器为例介绍其工作原理。送器为例介绍其工作原理。送器为例介绍其工作原理。送器为例介绍其工作原理。图2-9 3051C型智能差压变送器（420mA）方框图26第28页，本讲稿共41页第四节第四节 智能式变送器智能式变送器 3051C3051C3051C3051C型型型型智智智智能能能能差差差差压压压压变变变变送送送送器器器器所用的手持通信器为275型，带有键盘及液晶显示器。可以接在现场变送器的信号端子上，就地设定或检测，也可以在远离现场的控制室中，接在某个变送器的信号线上进行远程设定及

22、检测。实现的功能实现的功能图2-10 手持通信器的连接示意图（1）组态（2）测量范围的变更（3）变送器的校准（4）自诊断27第29页，本讲稿共41页第四节第四节 智能式变送器智能式变送器 要对智能型差压变送器每五年校验一次，智能型差压变送器与手持通信器结合使用，可远离生产现场，尤其是危险或不易到达的地方，给变送器的运行和维护带来了极大的方便。注意注意28第30页，本讲稿共41页第五节第五节 压力计的选用及安装压力计的选用及安装n一、压力计的选用一、压力计的选用 压压力力计计的的选选用用应应根根据据工工艺艺生生产产过过程程对对压压力力测测量量的的要要求求，结结合合其其他他各各方方面面的的情情况况

23、，加加以以全全面面的的考考虑虑和和具具体体的的分分析析，一般考虑以下几个问题。一般考虑以下几个问题。仪表类型的选用仪表类型的选用仪表类型的选用仪表类型的选用 仪表精度级的选取仪表精度级的选取仪表精度级的选取仪表精度级的选取 仪表测量范围的确定仪表测量范围的确定仪表测量范围的确定仪表测量范围的确定29第31页，本讲稿共41页第五节第五节 压力计的选用及安装压力计的选用及安装1.1.1.1.测压点的选择测压点的选择测压点的选择测压点的选择应能反映被测压力的真实大小。应能反映被测压力的真实大小。要要选选在在被被测测介介质质直直线线流流动动的的管管段段部部分分，不不要要选选在在管管路路拐拐弯弯、分分叉

24、叉、死角或其他易形成漩涡的地方。死角或其他易形成漩涡的地方。测测量量流流动动介介质质的的压压力力时时，应应使使取取压压点点与与流流动动方方向向垂垂直直，取取压压管管内内端端面面与与生生产产设设备备连连接接处处的的内内壁壁应应保保持持平平齐齐，不不应应有有凸凸出物或毛刺。出物或毛刺。测测量量液液（气气）体体压压力力时时，取取压压点点应应在在管管道道下下（上上）部部，使使导导压管内不积存气（液）体。压管内不积存气（液）体。30n二、压力计的安装二、压力计的安装第32页，本讲稿共41页第五节第五节 压力计的选用及安装压力计的选用及安装2.2.2.2.导压管铺设导压管铺设导压管铺设导压管铺设 导导压压

25、管管粗粗细细要要合合适适，一一般般内内径径为为6 61010mm，长长度度应应尽尽可可能能短短，最最长长不不得得超超过过5050m，以以减减少少压压力力指指示示的的迟迟缓缓。如如超超过过5050m，应应选选用能远距离传送的压力计。用能远距离传送的压力计。导导压压管管水水平平安安装装时时应应保保证证有有1:101:101:201:20的的倾倾斜斜度度，以以利利于于积存于其中之液体（或气体）的排出。积存于其中之液体（或气体）的排出。当被测介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管线。当被测介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管线。取取压压口口到到压压力力计计之之间间应应装装有有切切断断阀阀，以以备备检

26、检修修压压力力计计时时使使用用。切切断断阀应装设在靠近取压口的地方。阀应装设在靠近取压口的地方。31第33页，本讲稿共41页第五节第五节 压力计的选用及安装压力计的选用及安装3.3.压力计的安装压力计的安装压力计的安装压力计的安装压力计应安装在易观察和检修的地方。安装地点应力求避免振动和高温影响。32第34页，本讲稿共41页第五节第五节 压力计的选用及安装压力计的选用及安装测测量量蒸蒸汽汽压压力力时时，应应加加装装凝凝液液管管，以以防防止止高高温温蒸蒸汽汽直直接接与与测测压压元元件件接接触触 图图3-173-17（a）；对对于于有有腐腐蚀蚀性性介介质质的的压压力力测测量量，应应加加装装有有中中

27、性性介介质质的的隔隔离离罐罐，右右图图（b）表表示示了了被被测测介介质质密密度度2 2大大于于和和小小于于隔隔离离液液密密度度1 1的两种情况。的两种情况。图2-11 压力计安装示意图压力计；切断阀门；凝液管；取压容器33第35页，本讲稿共41页第五节第五节 压力计的选用及安装压力计的选用及安装压压力力计计的的连连接接处处，应应根根据据被被测测压压力力的的高高低低和和介介质质性性质质，选选择择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。当当被被测测压压力力较较小小，而而压压力力计计与与取取压压口口又又不不在在同同一一高高度度时时，对对由由此此高高度度而而引引起起的的

28、测测量量误误差差应应按按pHg进进行行修修正正。式式中中H为为高高度度差差，为导压管中介质的密度，为导压管中介质的密度，g为重力加速度。为重力加速度。为为安安全全起起见见，测测量量高高压压的的压压力力计计除除选选用用有有通通气气孔孔的的外外，安安装装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。34第36页，本讲稿共41页例题分析例题分析举例举例举例举例1.1.某某台台往往复复式式压压缩缩机机的的出出口口压压力力范范围围为为25252828MPa，测测量量误误差差不不得得大大于于1 1MPa。工工艺艺上上要要求求就就地地观观察察，并并能能高高低低限限报

29、报警警，试试正正确确选选用用一一台台压压力力表，指出型号、精度与测量范围。表，指出型号、精度与测量范围。解由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以选择仪表的上限值为 根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由本章附录，可查得选用YX-150型电接点压力表，测量范围为060MPa。35第37页，本讲稿共41页例题分析例题分析 由于 ，故被测压力的最小值不低于满量程的 1/3，这是允许的。另外，根据测量误差的要求，可算得允许误差为 所以，精度等级为1.5级的仪表完全可以满足误差要求。至此，可以确定，选择的压力表为YX-150型电接点压力表，测量范围为060MPa，精度等级为1.5级。36第38页，本

30、讲稿共41页例题分析例题分析2.2.如果某反应器最大压力为如果某反应器最大压力为0.60.6MPa，允许最大绝对误差为，允许最大绝对误差为0.020.02MPa。现用一台测量范围为。现用一台测量范围为0 01.61.6MPa，准确度为，准确度为1.51.5级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为一台测量范围为0 01.01.0MPa，准确度为，准确度为1.51.5级的压力表，问能符合级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。误差要求吗？试说明其理由。解：解：对于测量范围为01.6MPa，准确度为1.5级的

31、压力表，允许的最大绝对误差为 1.61.5%=0.024(MPa)37第39页，本讲稿共41页例题分析例题分析 因为此数值超过了工艺上允许的最大绝对误差数值因为此数值超过了工艺上允许的最大绝对误差数值,所以是所以是不合格的。对于测量范围为不合格的。对于测量范围为0 01.01.0MPa，准确度亦为，准确度亦为1.51.5级的级的压力表压力表,允许的最大绝对误差为允许的最大绝对误差为 1.01.5%=0.015(1.01.5%=0.015(MPa)因为此数值小于工艺上允许的最大绝对误差因为此数值小于工艺上允许的最大绝对误差,故符合对故符合对测量准确度的要求测量准确度的要求,可以采用。可以采用。该例说明了选一台量程很大的仪表来测量很小的参数该例说明了选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值是不适宜的。值是不适宜的。38第40页，本讲稿共41页第41页，本讲稿共41页