化工測量儀表課件(壓力).ppt

2019/11/21,1,第一篇壓力測量,概述第一章非遠傳式壓力測量儀表第二章遠傳式壓力測量儀表第三章壓力測量儀表的選擇、校驗和安裝小結(jié),返回,2019/11/21,2,概述,壓力:,返回,下一頁,壓力單位換算關(guān)系，參見表1-1-1,其它原工程常用單位：工程大氣壓（kgf/cm2）、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm）：毫米水柱（mmH2O）、毫米汞柱（mmHg）,垂直均勻地作用在單位面積上的力，即壓強。,PFAF垂直作用力；A受力面積。,法定計量單位：N/m2帕斯卡，以Pa表示。,2019/11/21,3,在壓力測量中，有大氣壓力、絕對壓力、表壓和真空度之分。,各種壓力關(guān)系：,返回,上一頁,P表=P絕-P大氣P真=P大氣-P絕,若無特殊說明，儀表顯示的測量結(jié)果均為表壓或真空度。,絕壓大氣壓，稱表壓或正壓；絕壓大氣壓，稱真空度或負壓,2019/11/21,4,按壓力計的性能分類（1）現(xiàn)場顯示型指示式壓力計帶警報器壓力計帶調(diào)節(jié)器壓力計記錄式壓力計（2）遠距離顯示型電動壓力變送器氣動壓力變送器按壓力計的用途分類普通型、耐熱型、耐振型、耐熱耐振型、密封型、安全型、蒸氣型、禁油型、法蘭連結(jié)型、帶隔膜封入液型。按壓力計的形狀,精度分類外部形狀：圓形、方形指示形狀,同心,偏心型,單針型,雙針型,多針型,刻度形狀,圓形刻度型,扇形刻度型,直線刻度型。,2019/11/21,5,第一章非遠傳式壓力測量儀表,返回,第一節(jié)液柱式壓力計第二節(jié)應(yīng)用彈性變形測量壓力,2019/11/21,6,第一節(jié)液柱式壓力計,U形管壓力計單管壓力計斜管壓力計,返回,2019/11/21,7,一、U型管壓力計,AU形管內(nèi)孔截面積；工作液的密度；被測介質(zhì)的密度；g重力加速度；h左右兩邊液柱差，h=h1+h2;PA相對較低的壓力或大氣壓；P相對較高的壓力。,可得,返回,下一頁,(1-2-2),2019/11/21,8,若PA為大氣壓，被測介質(zhì)為氣體，/2時，e2e2，VCD0，VCD與VAB反相。,2019/11/21,24,第二節(jié)電阻式壓力傳感器,工作原理應(yīng)變片壓力傳感器,返回,2019/11/21,25,一、工作原理,電阻率；L電阻的長度；A電阻的截面。,返回,下一頁,電阻受到拉力作用，電阻變化率為,對圓截面電阻A=D2/4，則：,軸向應(yīng)變，=dL/L,據(jù)材料力學(xué)：,dD/D金屬電阻絲的徑向應(yīng)變；dL/L金屬電阻絲的軸向應(yīng)變；材料的泊松系數(shù)。,電阻應(yīng)變靈敏系數(shù)。,2019/11/21,26,半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)縱向應(yīng)力,E半導(dǎo)體材料的彈性模量；縱向應(yīng)變。,1.金屬導(dǎo)體,返回,上一頁,(1-2-16),(1-2-17),=E，半導(dǎo)體靈敏系數(shù)。,2.半導(dǎo)體,（1-3-7）,=1+2，導(dǎo)體應(yīng)變靈敏系數(shù)。,2019/11/21,27,二、應(yīng)變片,應(yīng)變片,返回,2019/11/21,28,三、壓力傳感器,返回,下一頁,由圖可得,（1-3-8）,應(yīng)變筒,1.應(yīng)變式壓力傳感器,2019/11/21,29,橋路處于平衡時，應(yīng)使Usc=0，即應(yīng)滿足,若四個橋臂電阻均為應(yīng)變片，有壓力作用時，設(shè)每個橋臂電阻變化Ri,并且Ri0時，動極板位移，間距減小x,當(dāng)xd時，可近似為,返回,上一頁,2變間隙式（改變d）,2019/11/21,36,變面積式壓力傳感器,返回,2019/11/21,37,根據(jù)變送器的測量范圍、工作能源、輸出信號范圍可由下式求得,I0變送器的輸出信號值；x被測參數(shù)的測量值（單位量綱應(yīng)與變送器量程一致）；I上、I下變送器輸出的上限值、下限值;lmin變送器測量范圍的下限值。,各種輸出與被測參數(shù)滿足線性關(guān)系的變送器均可適用。,返回,四、變送器輸出與被測參數(shù)的換算關(guān)系,2019/11/21,38,第四節(jié)電感式壓力傳感器,自感式傳感器互感式傳感器,返回,2019/11/21,39,一、自感式傳感器,N線圈匝數(shù)；RM磁路總磁阻。,當(dāng)空氣隙較小時，總磁阻為,導(dǎo)磁體導(dǎo)磁率；0空氣導(dǎo)磁率；l導(dǎo)磁體長度；氣隙長度；A1導(dǎo)磁體截面積；A氣隙截面積。,返回,一般:導(dǎo)磁體磁阻空氣隙磁阻則前項可略，線圈電感可為：,下一頁,1.工作原理,2019/11/21,40,2.差動式自感傳感器,返回,下一頁,對高Q值差動式傳感器（Q=L0/R0）,上一頁,2019/11/21,41,差動式自感壓力傳感器,返回,上一頁,2019/11/21,42,返回,二、互感式傳感器,次級繞組通過互感系數(shù)的變化得到不同的輸出電壓。多采用差動形式，又稱差動變壓器。,LP、RP初級線圈電感及損耗電阻；M1、M2互感系數(shù)；UP激勵電壓；激勵電壓角頻率。,輸出由互感M1和M2大小所決定。相位反映鐵芯移動方向；幅值反映鐵芯移動距離。,1.工作原理,下一頁,2019/11/21,43,2.壓力傳感器,傳感器的工作原理，如何實現(xiàn)壓力測量？,將鐵心與可產(chǎn)生位移（變形）的彈性元件連接。,返回,上一頁,P彈性元件鐵芯位移M變化U0變化,2019/11/21,44,第五節(jié)其它壓力傳感器,壓電式壓力傳感器霍爾式壓力傳感器諧振式壓力傳感器,返回,2019/11/21,45,一、壓電式壓力傳感器,壓電效應(yīng),返回,下一頁,壓電效應(yīng),某些物質(zhì)沿一定方向施加外力（受壓或受拉）發(fā)生機械變形時，它的兩個表面上會產(chǎn)生異性電荷。當(dāng)外力去掉后，會重新回到不帶電的狀態(tài)，此現(xiàn)象稱“壓電效應(yīng)”。,2019/11/21,46,三、諧振式壓力傳感器,1.基本原理,任意機械振動系統(tǒng)中振子的諧振頻率可按下式計算：,f0諧振元件的固有頻率；C諧振元件材料的剛度；諧振元件的質(zhì)量；與量綱有關(guān)的常數(shù)。,返回,下一頁,可采用間歇激振或連續(xù)激振方式使諧振元件產(chǎn)生振動。,常用諧振元件：振弦、振膜、振筒、振梁等。,2019/11/21,47,2.壓力傳感器,返回,下一頁,上一頁,（1）振弦式壓力傳感器,2019/11/21,48,第三章壓力測量儀表的選擇、校驗和安裝,返回,第一節(jié)壓力儀表的選擇第二節(jié)壓力儀表的校驗第三節(jié)壓力表的安裝,2019/11/21,49,第一節(jié)壓力儀表的選擇,測量范圍選擇準(zhǔn)確度等級選擇儀表類型選擇,返回,2019/11/21,50,一、測量范圍的選擇,穩(wěn)定壓力：K=3/2脈動壓力：K=2高壓：K=5/3,返回,根據(jù)被測壓力的最大值和最小值計算求出儀表的上、下限。,P=KP測,P測被測壓力值,國家規(guī)定的壓力儀表測量范圍：-0.10；-0.10.06、0.15MPa;01、1.6、2.5、4、6、1010nkPa（n為正、負自然整數(shù)）,即PmaxP，且P測min1/3（PminPmax）,根據(jù)計算值，在國家規(guī)定的測量范圍中選擇大于或等于P值，且應(yīng)滿足被測壓力最小值不應(yīng)低于儀表測量范圍的1/3。,2019/11/21,51,二、準(zhǔn)確度等級的選擇,國家規(guī)定的準(zhǔn)確度等級：0.01、0.02、0.05、0.1、0.16、0.2、0.25、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5等。,根據(jù)工藝允許的最大絕對誤差和選定的儀表量程，計算儀表的最大引用誤差qmax，在國家規(guī)定的準(zhǔn)確度等級中確定準(zhǔn)確度。,三、儀表類型的選擇,所選準(zhǔn)確度等級加上“”、“”后應(yīng)小于或至少等于工藝允許的儀表最大引用誤差qmax。,q允qmax,根據(jù)被測介質(zhì)的性質(zhì)、是否提出特殊要求、是否需信號遠傳以及現(xiàn)場環(huán)境條件等對儀表類型進行選擇。,返回,下一頁,2019/11/21,52,環(huán)境與被測對象的選擇條件（a）環(huán)境的選擇條件a.在受機械振動與沖擊時,選用具有耐振結(jié)構(gòu)的壓力計。b.裝設(shè)壓力計的場所,如環(huán)境溫度是高溫時,要選用結(jié)構(gòu)上耐高溫,功能上具有溫度補償?shù)膲毫τ?。c.在腐蝕性環(huán)境或爆炸性環(huán)境中不得不裝設(shè)壓力計。要采用防腐措施,防止損壞儀表。選用的壓力計符合工廠防爆安全結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。（b）測量對象的選擇a.測量高溫或低溫流體時,最好的方法,一般是對導(dǎo)壓管采取散熱,冷卻或加熱等措施,使得被測流體的溫度在到達感壓元件之前就變成常溫,盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的溫度計。b.當(dāng)被測對象是高粘度流體或固體細粒的流體時,最好選用接觸面積大的帶隔膜的壓力計。對于常溫下粘度大的流體,要用蒸氣進行保溫。c.當(dāng)被測流體具有腐蝕性時,可以選擇采用耐腐蝕材料感壓元件的壓力計或選用帶腐蝕材料隔膜的壓力計。d.對于氧氣或食品之類的被測對象,如果所用壓力計內(nèi)存有油,則可能發(fā)生危險或造成污染.因此必須使用禁油標(biāo)記的壓力計。e.當(dāng)被測壓力急劇變化時,不僅難以準(zhǔn)確測量,而且由于指示機構(gòu)磨損和感壓元件疲勞,壓力計的主要部分會受到損害。在這樣場合,最好使用帶有緩沖裝置的壓力計或感壓元件,帶有緩沖用阻尼閥的壓力計。此外,壓力計應(yīng)做到安全防護,如加防護罩,新購進的壓力計儀器要很好地驗收和保管。,2019/11/21,53,某測溫儀表的測量范圍為01000,據(jù)工藝要求,溫度測量誤差不允許超過7,應(yīng)如何選擇儀表準(zhǔn)確度才能滿足要求?,返回,上一頁,結(jié)論:,q允qmax,q允qmax且q允hmax,根據(jù)工藝要求選擇儀表準(zhǔn)確度等級:,將儀表的允許誤差去掉“”號與“”號，此值介于0.5級和1.0級之間若選擇等級為1.0級的儀表，其允許誤差為1.0，超過了工藝要求的允許誤差，故應(yīng)選擇0.5級的準(zhǔn)確度才能滿足要求。,儀表允許的最大引用誤差應(yīng)為:,例2,根據(jù)儀表校驗數(shù)據(jù)確定準(zhǔn)確度等級:,2019/11/21,54,第二節(jié)壓力儀表的校驗,校驗方法活塞式壓力計校驗注意的問題,返回,2019/11/21,55,一、校驗方法,（1）標(biāo)準(zhǔn)表允許絕對誤差應(yīng)小于或等于被校表允許絕對誤差的1/3。,1、將被校表的示值與標(biāo)準(zhǔn)壓力比較。,標(biāo)準(zhǔn)儀表的選擇原則：,返回,（2）要求標(biāo)準(zhǔn)表的測量上限應(yīng)比被校表大一檔。,Y標(biāo)允（1/3）Y被允,2、將被校表的示值與標(biāo)準(zhǔn)表的示值在相同條件下進行比較。,2019/11/21,56,二、活塞式壓力計,力平衡關(guān)系為,A測量活塞1的截面積；W、W0砝碼和測量活塞（包括托盤）的重量；P被測壓力。,返回,活塞式壓力計,2019/11/21,57,三、校驗注意的問題,1.在被校儀表的測量范圍內(nèi)均勻選擇5點以上;,2.確保得到正、反行程誤差;,3.為減小讀數(shù)誤差,誤差值應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)表上讀取;,4.根據(jù)校驗數(shù)據(jù)處理,最終按準(zhǔn)確度等級要求得出結(jié)論。,返回,2019/11/21,58,第三節(jié)壓力儀表的安裝,取壓位置的選擇導(dǎo)壓管的安裝壓力儀表的安裝,返回,2019/11/21,59,一、取壓位置的選擇,1.對管路壓力的測量，應(yīng)避開死角、拐角及旋渦區(qū)。,返回,氣體取于管道截面上半部分，液體取于管道截面下半部分。,3.對水平管路取壓點位置：,2.管路中不應(yīng)有突出物，若存在時，取壓點應(yīng)在其之前。,2019/11/21,60,二、導(dǎo)壓管的安裝,返回,1.導(dǎo)壓管不要超過50m，一般內(nèi)徑為610mm。2.水平敷設(shè)的導(dǎo)壓管應(yīng)有1：101：20的傾斜度。液體引壓管下傾，氣體引壓管上傾。測液體在引壓管最高點裝排氣閥，測氣體在引壓管最低點裝排液閥。3.易凍易凝介質(zhì)加裝保溫伴熱。4.在靠近取壓點的引壓管上裝切斷閥，便于維修。,2019/11/21,61,三、壓力儀表的安裝,1、壓力表應(yīng)裝于易觀察和檢修的地方，盡可能避免振動、高溫。,2、測量蒸汽壓力時加裝凝液管，防止高溫蒸汽直接與測壓元件接觸，測腐蝕介質(zhì)時加隔離罐。,3、壓力表的連接處加裝密封墊片，材料視耐壓、耐溫情況而定，注意介質(zhì)特性要求。乙炔氣、氨氣不能用銅墊，氧不能沾油或有機物。,4、若壓力表與取壓位置不在同一高度時，要考慮修正。,壓力儀表安裝示意圖,返回,2019/11/21,62,返回,壓力表安裝示意圖,2019/11/21,63,本篇小結(jié),一、壓力的概念,壓力的定義；表壓、絕壓、負壓（真空度）之間的關(guān)系；單位。,二、非遠傳測壓儀表,1.液柱式壓力計流體靜力平衡P(P)h,2.彈簧管壓力表彈性元件彈性變形P(P)x,三、遠傳式測壓儀表,1.力平衡式變送器力(矩)平衡P(P)F(M),位移檢測放大(差動變壓器低頻放大器),電磁反饋機構(gòu),應(yīng)變式(金屬應(yīng)變片),返回,下一頁,壓阻式(硅杯),2.電阻式傳感器應(yīng)變效應(yīng)P