壓力測(cè)量原理及常見故障課件

1、 主講：劉華 時(shí)間：2014年3月1一、壓力的測(cè)量及原理 在物理概念中，壓力是垂直作用在單位面積上的力。是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，在壓力測(cè)量中，常有絕對(duì)壓力、表壓力、負(fù)壓力和真空度之分。所謂絕對(duì)壓力是指被測(cè)介質(zhì)作用在容器單位面積上的全部壓力，用符號(hào)Pj表示。地面上的空氣柱所產(chǎn)生的平均壓力稱為大氣壓力，用Pq來表示。絕對(duì)壓力與大氣壓力之差，稱為表壓力，有Pb來表示。即Pb=Pj-Pq。當(dāng)絕對(duì)壓力值小于大氣壓力值時(shí)，表壓力為負(fù)值（即負(fù)壓力），此負(fù)壓力值的絕對(duì)值，稱為真空度，用Pz來表示。按測(cè)量原理分為兩種： 根據(jù)壓力的定義直接測(cè)量單位面積上受力的大小。 例：液柱式、彈性式 應(yīng)用壓力作用于物體后所

2、產(chǎn)生的各種物理效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)壓力。 例：電阻式：它是由金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成的電阻體，其阻值隨壓力的變化而變化。 壓電效應(yīng)：當(dāng)晶體受壓力作用發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，在其相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面上產(chǎn)生異性電荷的現(xiàn)象.2二、 壓力測(cè)點(diǎn)位置的選擇 水平或傾斜管道上壓力的安裝，對(duì)于氣體介質(zhì)應(yīng)使氣體內(nèi)的少量凝結(jié)液順利流回工藝管道，取壓口應(yīng)該在管道的上部分；對(duì)于液體介質(zhì)，則應(yīng)使液體內(nèi)析出的少量氣體能順利的工藝管道，不至于流入測(cè)量管道而導(dǎo)致測(cè)量不穩(wěn)定，同時(shí)還應(yīng)防止工藝管道底部的固體雜質(zhì)進(jìn)入管道及儀表，因此取壓口應(yīng)在管道的下半部，但是不能在管道的底部，最好在水平管道中心線以下并與中心線成45度的范圍內(nèi)。 對(duì)于蒸汽介質(zhì)，應(yīng)該保持管道內(nèi)

3、有穩(wěn)定的冷凝液，同時(shí)也要防止工藝管道底部的固體雜質(zhì)進(jìn)入管路及儀表，因此蒸汽的取壓口應(yīng)該在管道的上半部及水平中心線以下，并與水平中心線成045度的夾角內(nèi)。 測(cè)量低于0.1MPa壓力的測(cè)點(diǎn)，其標(biāo)高盡量接近測(cè)量儀表，以減少由于液柱引起的附加誤差。 煙道上的煙氣壓力測(cè)點(diǎn)，應(yīng)在煙道左、右兩側(cè)的中心線上，安裝位置必須對(duì)稱，并與相應(yīng)的溫度測(cè)點(diǎn)處于煙道的同一橫切面上。3我廠現(xiàn)場安裝實(shí)例圖(1)4對(duì)于氣體介質(zhì)應(yīng)使氣體內(nèi)的少量凝結(jié)液順利流回工藝管道，取壓口應(yīng)該在管道的上部分。符合規(guī)范黔北汽機(jī)真空泵黔北汽機(jī)真空泵出口出口我廠現(xiàn)場安裝實(shí)例圖(2)5對(duì)于液體介質(zhì)，則應(yīng)使液對(duì)于液體介質(zhì)，則應(yīng)使液體內(nèi)析出的少量氣體能順體內(nèi)

4、析出的少量氣體能順利的工藝管道，不至于流利的工藝管道，不至于流入測(cè)量管道而導(dǎo)致測(cè)量不入測(cè)量管道而導(dǎo)致測(cè)量不穩(wěn)定，同時(shí)還應(yīng)防止工藝穩(wěn)定，同時(shí)還應(yīng)防止工藝管道底部的固體雜質(zhì)進(jìn)入管道底部的固體雜質(zhì)進(jìn)入管道及儀表，因此取壓口管道及儀表，因此取壓口應(yīng)在管道的下半部，但是應(yīng)在管道的下半部，但是不能在管道的底部，最好不能在管道的底部，最好在水平管道中心線以下并在水平管道中心線以下并與中心線成與中心線成4545度的范圍內(nèi)。度的范圍內(nèi)。 三、 壓力測(cè)孔位置的選擇壓力測(cè)孔位置應(yīng)該按照下列規(guī)定選擇：1、測(cè)孔應(yīng)該選擇在管道的直管道上，因?yàn)樵谥惫芏蝺?nèi)，被測(cè)介質(zhì)的流束呈直線狀態(tài)，最能代表被測(cè)介質(zhì)的參數(shù)。2、不宜在焊縫及其

5、邊緣上開孔及焊接。3、壓力和溫度測(cè)孔在同一地點(diǎn)時(shí)，壓力測(cè)孔必須開鑿在溫度插孔的前面，以免溫度計(jì)阻擋使流體產(chǎn)生渦流而影響測(cè)量。4、在同一處的壓力和溫度測(cè)孔中，用于自動(dòng)控制的插孔應(yīng)該在前面。5、測(cè)量、保護(hù)與自動(dòng)的控制用儀表的測(cè)點(diǎn)一般不合用一個(gè)插孔。6我廠現(xiàn)場測(cè)孔位置的選擇實(shí)例(1)7壓力和溫度測(cè)孔在同一地點(diǎn)時(shí)，壓力測(cè)孔必壓力和溫度測(cè)孔在同一地點(diǎn)時(shí)，壓力測(cè)孔必須開鑿在溫度插孔的前面，以免溫度計(jì)阻擋須開鑿在溫度插孔的前面，以免溫度計(jì)阻擋使流體產(chǎn)生渦流而影響測(cè)量。使流體產(chǎn)生渦流而影響測(cè)量。黔北汽機(jī)氫氣管道黔北汽機(jī)氫氣管道我廠現(xiàn)場測(cè)孔位置的選擇實(shí)例(2)8直管段太短，位直管段太短，位置選擇不合理置選擇不合

6、理黔北密封油泵出口黔北密封油泵出口我廠現(xiàn)場測(cè)孔位置的選擇實(shí)例(3)9安裝位置選擇在彎管上，流場不安裝位置選擇在彎管上，流場不穩(wěn)測(cè)量會(huì)回偏差穩(wěn)測(cè)量會(huì)回偏差黔北汽機(jī)冷黔北汽機(jī)冷卻水管道卻水管道四、 壓力測(cè)量儀表管路敷設(shè) 儀表管路是指脈沖管。脈沖管按功能可分為測(cè)量用介質(zhì)導(dǎo)壓管、氣源管、氣信號(hào)管、伴熱管。儀管路安裝工程量很大，是自控儀表安裝的重要組成部分。導(dǎo)壓管是流量、液位分析、壓力測(cè)量管線，直接與工藝設(shè)備或管路相接，內(nèi)走氣體、液體介質(zhì)。 1、導(dǎo)壓管作為測(cè)量管線以較短為好，使控制點(diǎn)至一次儀表或傳送儀表的距離較近，以減少測(cè)量滯后或測(cè)量附加誤差。一般距離不超過16m。 2、從工藝管道或設(shè)備引出的導(dǎo)壓管路不

7、允許進(jìn)控制室，不能與電纜同走一個(gè)匯線槽盒內(nèi)。敷設(shè)方式為架空支架安裝；盡量避免埋地敷設(shè)。實(shí)在需要埋地的需要做防腐處理，并且埋地部分不能有活接頭，要認(rèn)真做好隱蔽工程記錄。3、導(dǎo)壓管要進(jìn)行清洗、吹掃、試壓(包括氣密性試驗(yàn)和強(qiáng)度試驗(yàn)、真空試驗(yàn))。脫脂、防腐、保溫等，要求同與其相連的工藝管道一樣。真空度、強(qiáng)度氣密性試驗(yàn)要同工業(yè)管道一起進(jìn)行。10 4、導(dǎo)壓管的敷設(shè)應(yīng)有1:10l:100的坡度，其坡度方向要保證既能排除不凝氣體，又能排除蒸氣冷凝液。一般在管道的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)分別安排氣閥和排液閥。測(cè)量流量的差壓導(dǎo)管，其正負(fù)壓管應(yīng)盡量靠近，并且要求高度一致，以減小環(huán)境溫度和靜壓所引起的測(cè)量誤差。 5、導(dǎo)壓管管路

8、連接多采用氣焊焊接和卡套式接頭、焊接接頭連接。自控儀表導(dǎo)壓管的焊接要求也完全同與之相連的工藝管道，包括焊條要求、焊接工藝評(píng)定及無損探傷要求。焊縫處也必須按工藝管道要求進(jìn)行?；瘜W(xué)高壓管采用絲扣法蘭連接方式。水煤氣管(或鍍鋅水煤氣管)多采用絲扣活接頭連接方式，鍍鋅管不允許焊接。導(dǎo)壓管采用冷彎的方法，不采用熱煨。高壓管道要測(cè)繪后一次冷彎成型，彎曲半徑符合規(guī)范要求。成排敷設(shè)的導(dǎo)壓管，其管間距離應(yīng)均勻一致，用可拆卸的卡子固定在預(yù)先制作安裝好的支架上。管道支架的制作按設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)沒有特殊要求時(shí)，可按標(biāo)準(zhǔn)圖制作。其安裝距離應(yīng)盡量均勻，并要滿足規(guī)范對(duì)不同管徑水平安裝和垂直安裝時(shí)支架距離的要求。 6、需要保

9、溫或伴熱的導(dǎo)壓管，要留有足夠的保溫間隙，并適當(dāng)縮小支架間距。11管路敷設(shè)現(xiàn)場實(shí)例（1）12 高壓管道要測(cè)繪后一高壓管道要測(cè)繪后一次冷彎成型，彎曲半徑符次冷彎成型，彎曲半徑符合規(guī)范要求。成排敷設(shè)的合規(guī)范要求。成排敷設(shè)的導(dǎo)壓管，其管間距離應(yīng)均導(dǎo)壓管，其管間距離應(yīng)均勻一致，用可拆卸的卡子勻一致，用可拆卸的卡子固定在預(yù)先制作安裝好的固定在預(yù)先制作安裝好的支架上支架上黔北電泵壓力黔北電泵壓力管路敷設(shè)現(xiàn)場實(shí)例（2）13 測(cè)量流量的差壓導(dǎo)管，測(cè)量流量的差壓導(dǎo)管，其正負(fù)壓管應(yīng)盡量靠近，其正負(fù)壓管應(yīng)盡量靠近，并且要求高度一致，以減并且要求高度一致，以減小環(huán)境溫度和靜壓所引起小環(huán)境溫度和靜壓所引起的測(cè)量誤差。的測(cè)

10、量誤差。黔北水處理黔北水處理二次二次門門排污排污門門平衡平衡門門五、 壓力儀表介紹 壓力測(cè)量儀表的品種，規(guī)格甚多。常用的壓力測(cè)量方法和儀表有：通過液體產(chǎn)生或傳遞壓力來平衡被測(cè)壓力的平衡法。屬于應(yīng)于這類方法的儀表有液柱式壓力計(jì)和活塞式壓力計(jì)；將被測(cè)壓力通過一些隔離元件（如彈性元件）轉(zhuǎn)換成一個(gè)集中力，并在測(cè)量過程中用一個(gè)外界力（如電磁力或氣動(dòng)力）來平衡這個(gè)未知的集中力，然后通過對(duì)外界力的測(cè)量而得知被測(cè)壓力的機(jī)械力平衡法。力平衡式壓力變送器就是屬于應(yīng)用此法的例子；根據(jù)彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變型的大小來測(cè)量彈性力平衡法。屬于這類應(yīng)用方法的儀表很多，若根據(jù)所用彈性元件來分，可分為薄膜式，波紋管式，彈簧管

11、式壓力表；能過機(jī)械和電子元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換在成各種電量（如電壓、電流、頻率等）來測(cè)量的電測(cè)法。例如電容式、電阻式、電感式、應(yīng)變片式和霍爾片式等變送器應(yīng)于此法的壓力測(cè)量儀表。 目前，電力生產(chǎn)中應(yīng)用中廣泛的一種壓力測(cè)量儀表是彈性元件。根據(jù)測(cè)壓范圍不同，常用的測(cè)壓元件有單圈彈簧管、多圈彈簧管、膜片、膜盒、波紋管等。在被測(cè)介質(zhì)壓力的作用下，彈性元件發(fā)生彈性變型，而產(chǎn)生相應(yīng)的位移，能過轉(zhuǎn)換位置，可將位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)或氣信號(hào)，以遠(yuǎn)傳顯示，報(bào)警或調(diào)節(jié)用。 我廠運(yùn)用較多的測(cè)壓元件有單圈彈簧管、膜片、膜盒等。14 主要壓力檢測(cè)儀表： （1）彈簧管壓力表 彈簧管壓力表是壓力儀表的主要組成部份之一，它有著極為

12、廣泛的應(yīng)用價(jià)值 ，它具有結(jié)構(gòu)簡單，品種規(guī)格齊全、測(cè)量范圍廣、便于制造和維修和價(jià)格低廉等特點(diǎn)。彈簧管壓力表是單圈彈簧壓力表的簡稱。它主要由彈簧管、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（包括拉桿、扇形齒輪、中心齒輪）、示數(shù)裝置（指針和分度盤）以及外殼等幾部份組成，如下圖所示。彈簧管是一端封閉并彎成270度圓孤形的空心管子 。 15彈簧管壓力表結(jié)構(gòu) 16 彈簧管壓力表1、彈簧管 2拉桿 3、扇型齒輪 3、中心齒輪 5、指針 6、面板7、游絲 8、調(diào)整螺釘 9 接頭ab 它的截面呈扁圓形或橢圓形，橢圓的長軸2a與圖面垂直的彈簧管的中心軸O相平行。管子封閉的一端B為自由端，即位移輸出端；而另一端A則是固定的，作為被測(cè)壓力的輸入

13、端。當(dāng)由它的固定端A通入被測(cè)壓力P后，由于呈橢圓形截面的管子在壓力P的作用下，將趨于圓形，彎成圓弧形的彈簧管隨之產(chǎn)生向外挺直的擴(kuò)張變形，使自由端B發(fā)生位移。此時(shí)彈簧管的中心角要隨即減小，也就是自由端將由B移到B，處，如圖2-3(b)上虛線所示。此位移量就相應(yīng)于某一壓力值。自由端B的彈性變形位移通過拉桿使扇形齒輪作逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，使固定在中心齒輪軸上的指針也作順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，從而在面板的刻度標(biāo)尺上顯示出被測(cè)壓力的數(shù)值。由于彈簧管自由端位移而引起彈簧管中心角相對(duì)變化值/與被測(cè)壓力P之間具有比例關(guān)系，因此彈簧管壓力表的刻度標(biāo)尺是均勻的。 由上述可如，彈簧管自由端將隨壓力的增大而向外伸張。反之若管內(nèi)壓力小于管

14、外壓力，則自由端將隨負(fù)壓的增大而向內(nèi)彎曲。所以，利用彈簧管不僅可以制成壓力表，而且還可制成真空表或壓力真空表。 彈簧管壓力表除普通型外，還有一些是具有特殊用途的，例如耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧用壓力表等。為了能表明具體適用何種特殊介質(zhì)的壓力測(cè)量，常在其表殼、襯圈或表盤上涂以規(guī)定的色標(biāo)，并注有特殊介質(zhì)的名稱，使用時(shí)應(yīng)予以注意。17應(yīng)變式壓力變送器簡介應(yīng)變式壓力變送器簡介應(yīng)變式壓力變送器應(yīng)變式壓力變送器 應(yīng)變式變送器以是以電為能源，它利用應(yīng)變片作為轉(zhuǎn)換元件，將被測(cè)應(yīng)變式變送器以是以電為能源，它利用應(yīng)變片作為轉(zhuǎn)換元件，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成應(yīng)變片電阻值的變化，然后經(jīng)過橋式電路得到毫伏級(jí)的電量輸出，壓力轉(zhuǎn)

15、換成應(yīng)變片電阻值的變化，然后經(jīng)過橋式電路得到毫伏級(jí)的電量輸出，供顯示儀表顯示被測(cè)壓力或經(jīng)放大電路轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后，再傳送到記供顯示儀表顯示被測(cè)壓力或經(jīng)放大電路轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后，再傳送到記錄儀和調(diào)節(jié)器等儀表。錄儀和調(diào)節(jié)器等儀表。 應(yīng)變片有金屬電阻絲應(yīng)變片應(yīng)變片有金屬電阻絲應(yīng)變片( (金屬絲粘貼在襯底上組成的元件金屬絲粘貼在襯底上組成的元件) )和半導(dǎo)和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類。體應(yīng)變片兩類。 根據(jù)電阻應(yīng)變?cè)?，?yīng)變片在壓力作用下產(chǎn)生彈性變形根據(jù)電阻應(yīng)變?cè)恚瑧?yīng)變片在壓力作用下產(chǎn)生彈性變形dLdL/L(/L(即應(yīng)變即應(yīng)變e) e) ，其電阻值隨之發(fā)生變化。如果已如應(yīng)變片的電阻變化與其變形，其電阻值

16、隨之發(fā)生變化。如果已如應(yīng)變片的電阻變化與其變形( (即應(yīng)變即應(yīng)變) )的關(guān)系，那么，通過對(duì)應(yīng)變片電阻變化的測(cè)量就可測(cè)知被測(cè)壓力的關(guān)系，那么，通過對(duì)應(yīng)變片電阻變化的測(cè)量就可測(cè)知被測(cè)壓力。18單晶硅諧振式傳感器單晶硅諧振式傳感器單晶硅諧振式傳感器單晶硅諧振式傳感器 諧振式傳感器是采用超精細(xì)加工工藝在單晶硅材料上制成兩個(gè)完全一諧振式傳感器是采用超精細(xì)加工工藝在單晶硅材料上制成兩個(gè)完全一致的致的H H型諧振梁，并以一定的頻率產(chǎn)生振動(dòng)。其諧振頻率取決于梁的長度及張型諧振梁，并以一定的頻率產(chǎn)生振動(dòng)。其諧振頻率取決于梁的長度及張力，而張力隨壓力的變化而變化，實(shí)現(xiàn)了壓力變化轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)的變化，力，而張力隨壓

17、力的變化而變化，實(shí)現(xiàn)了壓力變化轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)的變化，并采用了頻率差分技術(shù)，將兩個(gè)頻率信號(hào)直接輸出到脈沖計(jì)數(shù)器。從而使傳并采用了頻率差分技術(shù)，將兩個(gè)頻率信號(hào)直接輸出到脈沖計(jì)數(shù)器。從而使傳感器具有誤差小，重復(fù)性好、分解能力和反應(yīng)靈敏度高、直接輸出數(shù)字信號(hào)感器具有誤差小，重復(fù)性好、分解能力和反應(yīng)靈敏度高、直接輸出數(shù)字信號(hào)等特點(diǎn)。由于傳感器良好的特性，可使變送器幾乎不受靜壓和溫度的影響，等特點(diǎn)。由于傳感器良好的特性，可使變送器幾乎不受靜壓和溫度的影響，而且具有優(yōu)良的過壓性能和范圍較寬的量程。而且具有優(yōu)良的過壓性能和范圍較寬的量程。19壓力的測(cè)量與變送電容式傳感器電容式傳感器20SS0S0S2S1圖2-

18、19膜片位移原理圖420 mA放大電路原理：P變化 C 電流的變化六、 壓力測(cè)量儀表選用 壓力表的選用應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對(duì)壓力測(cè)量的要求，被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)，現(xiàn)場環(huán)境條件等來考慮儀表的類型、量程和精度等級(jí)。并確定是否需要帶有遠(yuǎn)傳、報(bào)警等附加裝置。這樣才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)、合理和有效的目的。 1類型的選用 儀表類型的選用必須滿足工蘭生產(chǎn)的要求。例如是否需要遠(yuǎn)傳變送、 自動(dòng)記錄或報(bào)警；被測(cè)介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì) (如腐蝕性、溫度高低、粘度大小、臟污程度、 易燃易爆等)是否對(duì)儀表提出特殊要求；現(xiàn)場環(huán)境條件 (如高溫、電磁場、振動(dòng)等)對(duì)儀表有否特殊要求等。 普通壓力表的彈簧管材料多采用銅合金，高壓的也有采用碳鋼，而氨

19、用壓力表的彈簧管材料都采用碳鋼，不允許采用銅合金。因?yàn)榘睔鈱?duì)銅的腐蝕極強(qiáng)，所以普通壓力表用于氨氣壓力測(cè)量很快就要損壞。 氧氣壓力表與普通壓力表在結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上完全相同，只是氧用壓力表禁油。因?yàn)橛瓦M(jìn)入氧氣系統(tǒng)會(huì)引起爆炸。如果必須采用現(xiàn)有的帶油污的壓力表測(cè)量氧氣壓力時(shí)，使用前必須用四氯化碳反復(fù)清洗，認(rèn)真檢查直到無油污為止。21七、 壓力測(cè)量范圍的選擇 2測(cè)量范圍的確定 儀表的測(cè)量范圍是根據(jù)被測(cè)壓力的大小來確定的。對(duì)于彈性式壓力表，為保證彈性元件能在彈性變形的完全范圍內(nèi)可靠地工作，量程的上限值應(yīng)高于工藝生產(chǎn)中可能的最大壓力值。根據(jù)化工自控設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定，在測(cè)量穩(wěn)定壓力時(shí)，最大工作壓力不應(yīng)超過量程的2/3；測(cè)量脈動(dòng)壓力時(shí)，最大工作壓力不超過量程的1/2； 測(cè)量高壓壓力時(shí)，最大工作壓力不應(yīng)超過量程的3/5。 為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，所測(cè)的壓力值不能太接近于儀表的下限值 ，亦即儀表的量程不能選得太大，一般被測(cè)壓力的最小值應(yīng)不低于量程的1/3。 按上述要求算出后，實(shí)取稍大的相鄰系列值，一般可在相應(yīng)的產(chǎn)品目錄申查到。 3精度級(jí)的選取 儀表的精度