化工仪表及自动化第3章压力

自动控制仪表第三章压力检测及仪表内容提要压力单位及测压仪表弹性式压力计电气式压力计智能型压力变送器压力计的选用及安装1第三章压力检测及仪表一、压力单位及测量仪表压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）2第三章压力检测及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。34压力单位帕/Pa兆帕/MPa 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 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11×1061.0197×10-59.869×10-67.501×10-31.0197×10-41.450×10-41×10-5兆帕1×106110.1979.8697.501×1031.0197×1021.450×10210工程大气压9.807×1049.807×10-210.9678735.610.0014.220.9807物理大气压1.0133×1050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.3332×1021.3332×10-41.3595×10-31.3158×10-310.01361.934×10-21.3332×10-3水柱9.806×1039.806×10-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅/英寸2）6.895×1036.895×10-30.070310.0680551.710.703110.06895巴1×1050.11.01970.9869750.110.19714.501表3-1各种压力单位换算表第三章压力检测及仪表5p表P真P绝P绝大气压力线绝对压力的零线在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。图3-4　绝对压力、表压、负压（真空度）的关系常见压力传感器外形工业压力变送器数字压力变送器通用压力变送器隔离压力变送器高温压力变送器隔离压差变送器隔离液位变送器微压变送器电容压力变送器隔膜压力变送器绝压变送器双膜压差变送器微型探针压力计暖风空调压力计湿式压力变送器本安压力变送器OEM血压计OEM压力芯片第三章压力检测及仪表6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.液柱式压力计原理：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有U形管压力计、单管压力计等优点这类压力计结构简单、使用方便缺点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、真空度或压力差。P弹簧管式弹性元件P膜片式弹性元件3.电气式压力计原理：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。第三章压力检测及仪表第三章压力检测及仪表4.活塞式压力计原理：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。优点缺点测量精度很高，允许误差可小到0.05%～0.02%。结构较复杂，价格较贵。8第三章压力检测及仪表二、弹性式压力计9定义弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。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。第三章压力检测及仪表101.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3-5弹性元件示意图弹簧管式弹性元件如图(a)和(b)所示，波纹管式弹性元件如图(e)所示，薄膜式弹性元件如图(c)和(d)所示。第三章压力检测及仪表112.弹簧管压力表分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—接头弹簧压力表第三章压力检测及仪表基本测量原理单圈弹簧管是一根弯成270°圆弧的椭圆截面的空心金属管子。管子的自由端B封闭，另一端固定在接头９上。当通入被测的压力p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。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。注意：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。12第三章压力检测及仪表在化工生产过程中，常需要把压力控制在某一范围内，即当压力低于或高于给定范围时，就会破坏正常 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 条件，甚至可能发生危险。这时就应采用带有报警或控制触点的压力表。将普通弹簧管压力表稍加变化，便可成为电接点信号压力表，它能在压力偏离给定范围时，及时发出信号，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。警惕！13第三章压力检测及仪表　图3-7电接点信号压力表1，4—静触点；2—动触点；3—绿灯；5—红灯压力表指针上有动触点2，表盘上另有两根可调节指针，上面分别有静触点1和4。当压力超过上限给定数值时，2和4接触，红色信号灯5的电路被接通，红灯发亮。若压力低到下限给定数值时，2与1接触，接通了绿色信号灯3的电路。1、4的位置可根据需要灵活调节。14第三章压力检测及仪表三、电气式压力计定义电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。15优点1.该仪表的测量范围较广，分别可测7×10-5Pa至5×102MPa的压力，允许误差可至0.2％；2.由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。第三章压力检测及仪表图3-8电气式压力计组成方框图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。16第三章压力检测及仪表几种常见的传感器或变送器：1.霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。　图3-9霍尔效应霍尔电势可用下式表示式中，UH为霍尔电势；RH为霍尔常数，与霍尔片材料、几何形状有关；B为磁感应强度；I为控制电流的大小。17第三章压力检测及仪表注意霍尔电势与磁感应强度和电流成正比。提高B和I值可增大霍尔电势UH，但两者都有一定限度，一般I为3～20mA，B约为几千高斯，所得的霍尔电势UH约为几十毫伏数量级。导体也有霍尔效应，不过它们的霍尔电势远比半导体的霍尔电势小得多。18第三章压力检测及仪表将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管压力传感器，如图3-10所示。图3-10霍尔片式压力传感器1—弹簧管；2—磁钢；3—霍尔片当被测压力引入后，在被测压力作用下，弹簧管自由端产生位移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例。利用这一电势即可实现远距离显示和自动控制。1920第三章压力检测及仪表2.应变片压力传感器应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。图3-11应变片压力传感器示意图1—应变筒；2—外壳；3—密封膜片是应变片阻值变化量的测量电桥，图中R3和R4是两个阻值相等的精密固定电阻。UiE－＋＋－r1r2R3R4AB(b)测量电桥不受压时r1=r2=r0R3=R4=r若应变片受压，则：r1=r0+Δr1；r2=r0+Δr2(Δr1≠Δr2)由此可见，由压力作用时，r1和r2一减一增，使电桥由较大的输出；当环境温度发生变化时，r1、r2同时增减，不影响电桥的平衡。如果仪表能把电桥输出电压Ui进一步转换为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 信号输出，则该仪表即可称为应变式压力变送器。结论：应变片式压检测仪表具有较大的测量范围，被测压力可达几百MPa，并具有良好的动态性能，适用于快速变化的压力测量。但是，尽管测量电桥具有一定的温度补偿的作用，应变片式压力检测仪表仍有比较明显的温漂和时漂，因此，这种压力检测仪表较多地用于一般要求的动态压力检测，测量精度一般在0.5～1.0％左右。第三章压力检测及仪表3.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。采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。工作原理21第三章压力检测及仪表图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。22测量部分——惠斯顿电桥Ri1Ri2Ri3Ri4USRi1Ri2Ri3Ri4IS不受压时：Ri1＝Ri2＝Ri3＝Ri4＝R测量部分——电压转换＋US－Ri1Ri2Ri3Ri4IS受压时：△Ri1＝△Ri4＝r1△Ri2＝△Ri3＝r2受压时，流经2桥臂的电流始终相等第三章压力检测及仪表4.力矩平衡式压力变送器力矩平衡式压力变送器是一种典型的自平衡检测仪表，它利用负反馈的工作原理克服元件材料、加工工艺等不利因素的影响，使仪表具有较高的测量精度（一般为0.5级）、工作稳定可靠、线性好、不灵敏区小等一系列优点。23举例以DDZ-Ⅲ型电动力矩平衡压力变送器为例图3-13DDZ-Ⅲ型电动力矩平衡压力变送器示意图1—测量膜片；2—轴封膜片；3—主杠杆；4—矢量机构5—量程调整螺钉；6—连杆；7—副杠杆；8—检测片（衔铁）；9—差动变压器；10—反馈动圈；11—放大器；12—调零弹簧；13—永久磁钢DDZ-Ⅲ型系列为直流24V供电，输出4～20mA（DC）,两线制，安全防爆。被测压力p作用在测量膜片1上，通过膜片的有效面积转变成集中力Fi，即f为膜片的有效面积。（3-13）24第三章压力检测及仪表测量机构杠杆机构检测放大机构反馈机构第三章压力检测及仪表该变送器是按力矩平衡原理工作的。根据主、副杠杆的平衡条件可以推导出被测压力p与输出信号I0的关系。当主杠杆平衡时，应有（3-14）式中，、分别为Fi、F1离支点O1的距离。（3-15）将式（3-13）代入式（3-14），有式中,为一比例系数。25第三章压力检测及仪表而式中，、分别为F2及电磁反馈力离支点O2的距离。将式（3-18）代入式（3-17），得（3-18）（3-17）（3-19）（3-16）联立式（3-16）与（3-19），得（3-20）式中，为转换比例系数。26第三章压力检测及仪表5.电容式压力变送器电容式压力变送器是一种开环检测仪表，具有结构简单、过载能力强、可靠性好、测量精度高等优点，其输出信号是标准的4～20mA（DC）电流信号。工作原理图3-14电容式差压变送器原理图1—隔离膜片；2，7—固定电极；3—硅油；4—测量膜片；5—玻璃层；6—底座；8—引线27先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。第三章压力检测及仪表电容式差压变送器的结构可以有效地保护测量膜片，当差压过大并超过允许测量范围时，测量膜片将平滑地贴靠在玻璃凹球面上，因此不易损坏，过载后的恢复特性很好，这样大大提高了过载承受能力。与力矩平衡式相比，电容式没有杠杆传动机构，因而尺寸紧凑，密封性与抗振性好，测量精度相应提高，可达0.2级。 小结 学校三防设施建设情况幼儿园教研工作小结高血压知识讲座小结防范电信网络诈骗宣传幼儿园师德小结 28第三章压力检测及仪表四、智能型压力变送器智能型压力或差压变送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。可进行远程通信利用手持通信器，可对现场变送器进行各种运行参数的选择和标定；其精确度高，使用与维护方便。特点29第三章压力检测及仪表举例以美国费希尔-罗斯蒙特公司的3051C型智能差压变送器为例介绍其工作原理。　图3-153051C型智能差压变送器（4～20mA）方框图30第三章压力检测及仪表图3-16手持通信器的连接示意图3051C型智能差压变送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检测。实现的功能（1）组态（2）测量范围的变更（3）变送器的校准（4）自诊断　31第三章压力检测及仪表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32第三章压力检测及仪表五、压力计的选用及安装1.压力计的选用压力计的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，一般考虑以下几个问题。仪表类型的选用　仪表精度级的选取　仪表测量范围的确定　33正确选用仪表类型是保证仪表正常工作及安全生产的前提。主要应考虑以下几个方面:仪表的材料压力检测(检测仪表)的特点是压力敏感元件往往要与被测介质直接接触，因此在选择仪表材料的时候要综合考虑仪表的工作条件。输出信号类型只需观察压力变化的，可选如弹簧管压力表、液柱式压力计那样的直接指示型的仪表；如需将压力信号远传到控制室或其他电动仪表，则可选用电气式压力检测仪表或其他具有电信号输出的仪表；如果要检测快速变化的压力信号，则可选用电气式压力检测仪表，如压阻式压力传感器；如果控制系统要求能进行数字量通信，则可选用智能式压力检测仪表。例如：对腐蚀性较强的介质应使用像不锈钢之类的弹性元件或敏感元件；氨用压力表则要求仪表的材料不允许采用铜或铜合金，因为氨气对铜的腐蚀性极强；又如氧用压力表在结构和材质上可以与普通压力表完全相同，但要禁油，因为油进入氧气系统极易引起爆炸。使用环境对爆炸性较强的环境，在使用电气压力仪表时，应选择防爆型压力仪表；对于温度特别高或特别低的环境，应选择温度系数小的敏感元件以及其他变换元件。上述选型原则也适用于差压、流量、液位等其它检测仪表的选型仪表类型的选用　仪表的量程是指该仪表可按规定的精确度对被测量进行测量的范围关键：根据操作中需要测量的参数的大小来确定。同时必须考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地。测量稳定压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的3/4测量脉动压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的2/3测量高压压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的3/5最小工作压力Pimin不低于上限值Pmax的1/3仪表的量程等级：1、1.6、2.5、4.0、6.0kPa以及它们10n倍。在选用仪表量程时，应采用相应规程或者标准中的数值。这只是一个一般经验要求，不是绝对的！！仪表测量范围的确定　——根据生产允许的最大误差来确定，即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差。——在选择时应坚持节约的原则，只要测量精度能满足生产的要求，就不必追求用过高精度的仪表。例：有一压力容器在正常工作时压力范围为0.4～0.6MPa，要求使用弹簧管压力表进行检测，并使测量误差不大于被测压力的±4％，试确定该表的量程和精度等级。解：由题意可知，被测对象的压力比较稳定，设仪表量程为0～AMPa，则根据工作压力的要求：根据仪表的量程系列，可选用量程范围为0～1.0MPa的弹簧管压力表。由题意，被测压力的允许最大绝对误差为：Δmax=±0.4*4%=±0.016MPa这就要求所选仪表的相对百分误差为：0.016/（1-0）*100%=1.6%按照仪表的精度等级，可选择1．5级的压力表。仪表精度级的选取　第三章压力检测及仪表2.压力计的安装（1）测压点的选择　应能反映被测压力的真实大小。①要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。②测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直，取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，不应有凸出物或毛刺。③测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部，使导压管内不积存气（液）体。36第三章压力检测及仪表（2）导压管铺设①导压管粗细要合适，一般内径为6～10mm，长度应尽可能短，最长不得超过50m，以减少压力指示的迟缓。如超过50m，应选用能远距离传送的压力计。②导压管水平安装时应保证有1:10～1:20的倾斜度，以利于积存于其中之液体（或气体）的排出。③当被测介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管线。④取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。37第三章压力检测及仪表（3）压力计的安装①压力计应安装在易观察和检修的地方。②安装地点应力求避免振动和高温影响。38第三章压力检测及仪表③测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触[图3-17（a）］；对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中性介质的隔离罐，右图（b）表示了被测介质密度ρ2大于和小于隔离液密度ρ1的两种情况。图3-17压力计安装示意图１—压力计；２—切断阀门；３—凝液管；４—取压容器39第三章压力检测及仪表④压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。⑤当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由此高度而引起的测量误差应按Δp＝±Hρg进行修正。式中H为高度差，ρ为导压管中介质的密度，g为重力加速度。⑥为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。40