壓力控制系統(tǒng)

1、過程控制系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)過程控制系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣化教研室電氣化教研室第第 四四 章章壓力控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng)4-1 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表 4-2 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng) 4-3 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng) 第四章第四章 壓力控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng)4-1 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表 1-1概述概述 1-2壓力表壓力表1-3選擇、安裝與校驗(yàn)選擇、安裝與校驗(yàn)4-1 壓力檢測方法及儀表壓力檢測方法及儀表1-1概述概述、概念、概念垂直而均勻地作用在單位面積上的力垂直而均勻地作用在單位面積上的力SF式中式中壓力（壓力（PaPa） 均勻垂直作

2、用力（均勻垂直作用力（N N） 受力面積（受力面積（m2m2）單位單位: : 牛頓牛頓/ /米米2 2（N/m2N/m2），簡稱），簡稱“帕帕”，用符號，用符號“Pa”Pa” 1MPa = 1*103KPa = 1*106Pa 、單位、單位國際單位制（國際單位制（SI）-帕（帕（Pa），），1工程大氣壓工程大氣壓= 1kgf/cm2=98066.5 Pa1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760 mmHg=101325 Pa1毫米汞柱毫米汞柱1 mmHg=13.6 mmH2O=133.322 Pa1毫米水柱毫米水柱1 mm H2O=1kgf/m2=9.80665 Pa、壓力的表示方法、壓力的表示方法被測壓

3、力通?？杀硎緸榻^對壓力、表壓、負(fù)壓（或真空度）被測壓力通?？杀硎緸榻^對壓力、表壓、負(fù)壓（或真空度） P表表甲 物 體 承 受甲 物 體 承 受壓力壓力1大氣壓力線大氣壓力線P絕絕P真真P絕絕100絕對壓力零線絕對壓力零線絕對壓力、表壓力、真空度的關(guān)系圖絕對壓力、表壓力、真空度的關(guān)系圖乙 物 體 承 受乙 物 體 承 受壓力壓力、分類、分類p液柱式壓力計(jì)液柱式壓力計(jì)p彈性式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)p電氣式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)p活塞式壓力計(jì)活塞式壓力計(jì)將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度差進(jìn)行測量將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度差進(jìn)行測量液柱式壓力計(jì)液柱式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)（1）測壓原理：）測壓原理：利用各種彈性

4、元件在被測介質(zhì)壓力作用下會產(chǎn)生彈利用各種彈性元件在被測介質(zhì)壓力作用下會產(chǎn)生彈性變形。性變形。（2）特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜、測壓范圍寬，）特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜、測壓范圍寬，測量精度也比較高測量精度也比較高(3) 適用場合：在生產(chǎn)過程中獲得了最廣泛的應(yīng)用。適用場合：在生產(chǎn)過程中獲得了最廣泛的應(yīng)用。電氣式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)（1）測壓原理：把壓力轉(zhuǎn)換為電阻、電容、電感）測壓原理：把壓力轉(zhuǎn)換為電阻、電容、電感或電勢等電量，從而實(shí)現(xiàn)壓力的間接測量。或電勢等電量，從而實(shí)現(xiàn)壓力的間接測量。（2）特點(diǎn)：反應(yīng)較快，測量范圍較廣、精度可達(dá)）特點(diǎn)：反應(yīng)較快，測量范圍較廣、精度可達(dá)0.2%，便于遠(yuǎn)距離傳送。在生產(chǎn)

5、過程中可以實(shí)，便于遠(yuǎn)距離傳送。在生產(chǎn)過程中可以實(shí)現(xiàn)壓力自動檢測、自動控制和報(bào)警?，F(xiàn)壓力自動檢測、自動控制和報(bào)警。(3) 適用場合：適用于測量壓力變化快、脈動壓力、適用場合：適用于測量壓力變化快、脈動壓力、高真空和超高壓的場合。高真空和超高壓的場合?；钊綁毫τ?jì)活塞式壓力計(jì)：將壓力轉(zhuǎn)換成活塞上平衡砝碼的重：將壓力轉(zhuǎn)換成活塞上平衡砝碼的重量進(jìn)行測量。量進(jìn)行測量。1-2壓力表壓力表1 1、液柱式壓力計(jì)、液柱式壓力計(jì)、彈性式壓力計(jì)、彈性式壓力計(jì)3 3、電測壓力法、電測壓力法1、液柱測壓法液柱測壓法 將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度差進(jìn)行將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度差進(jìn)行測量測量 常用的壓力表有常用的壓力表有U U

6、形管壓力表、形管壓力表、單管壓力表、斜管壓力表和活塞式單管壓力表、斜管壓力表和活塞式壓力表等。壓力表等。 測量原理測量原理h hh h1 12 22 21 11 11 12 2h h2 2P0h1h211p200、彈性式壓力計(jì)、彈性式壓力計(jì) 彈性元件彈性元件P 彈簧管式彈性元件彈簧管式彈性元件P 膜片式彈性元件膜片式彈性元件 將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移CSF 當(dāng)彈性元件在軸向受到外力作用當(dāng)彈性元件在軸向受到外力作用 時(shí)，就會產(chǎn)生拉伸或壓縮位移，即時(shí)，就會產(chǎn)生拉伸或壓縮位移，即 APF PCAS S P式中式中 FF軸向外力軸向外力 SS位移位移 CC彈

7、性元件的剛度系數(shù)彈性元件的剛度系數(shù) 式中式中 AA彈性元件承受壓力的有效面積彈性元件承受壓力的有效面積 PP被測壓力被測壓力 彈簧管壓力表彈簧管壓力表彈簧管彈簧管拉桿拉桿指針指針中心齒輪中心齒輪扇形齒輪扇形齒輪接頭接頭游絲游絲刻度盤刻度盤調(diào)整螺釘調(diào)整螺釘3、電測壓力法電測壓力法1.1. 彈性元件附加一些變換裝置，使彈性元件自由端彈性元件附加一些變換裝置，使彈性元件自由端的位移量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，如電阻式、電感式、的位移量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，如電阻式、電感式、電容式、霍爾片式、應(yīng)變式、振弦式等；電容式、霍爾片式、應(yīng)變式、振弦式等；2.2. 非彈性元件組成的快速測壓元件，主要利用某非彈性元件組成

8、的快速測壓元件，主要利用某些物體的某一物理性質(zhì)與壓力有關(guān)，如壓電式、壓些物體的某一物理性質(zhì)與壓力有關(guān)，如壓電式、壓阻式、壓磁式等。阻式、壓磁式等。 利用轉(zhuǎn)換元件（如某些機(jī)械和電氣元件）直接把被利用轉(zhuǎn)換元件（如某些機(jī)械和電氣元件）直接把被測壓力變換為電信號來進(jìn)行測量的。測壓力變換為電信號來進(jìn)行測量的。電容式測壓采用變電容原理，利用彈性元件受壓變形來改變可變電采用變電容原理，利用彈性元件受壓變形來改變可變電容器的電容量，然后通過測量電容量容器的電容量，然后通過測量電容量C C便可以知道被測便可以知道被測壓力的大小，從而實(shí)現(xiàn)壓力壓力的大小，從而實(shí)現(xiàn)壓力- -電容轉(zhuǎn)換的。電容轉(zhuǎn)換的。 dC定極板定極板

9、彈性元件彈性元件動極板動極板被測壓力被測壓力 電容器極板間絕緣介質(zhì)的介電電容器極板間絕緣介質(zhì)的介電 常數(shù)，常數(shù)，F(xiàn)/m A電容器兩平行板覆蓋的面積，電容器兩平行板覆蓋的面積，m2 d兩平行板之間的距離，兩平行板之間的距離，m C電容量，電容量，F(xiàn)壓電式測壓原理壓電式測壓原理根據(jù)根據(jù)“壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)”把被測壓力變換為電信號把被測壓力變換為電信號的。的。（a）單晶體 （b）剖面圖 （c）X截割的石英片 xxxAKPQ 受力面積受力面積 作用在受力面積上的壓力作用在受力面積上的壓力壓電常數(shù)壓電常數(shù) 電荷數(shù)電荷數(shù)應(yīng)變片式測壓原理應(yīng)變片式測壓原理外力作用外力作用應(yīng)變片應(yīng)變片被測對象表面產(chǎn)生微小機(jī)械變形

10、被測對象表面產(chǎn)生微小機(jī)械變形應(yīng)變片敏感柵隨同變形應(yīng)變片敏感柵隨同變形電阻值發(fā)生相應(yīng)變化電阻值發(fā)生相應(yīng)變化 1敏感柵 2基片 3粘合劑 4引線 5覆蓋片 llKRR敏感柵敏感柵 直徑為直徑為0.025mm0.025mm左右的合金電阻絲左右的合金電阻絲基基 底底 絕緣絕緣覆蓋層覆蓋層 保護(hù)保護(hù)位移、力、力矩、位移、力、力矩、加速度、壓力加速度、壓力應(yīng)變 彈性敏感元件 組成l54321霍爾式壓力表霍爾式壓力表線性非均勻磁場線性非均勻磁場 彈簧管彈簧管霍爾片霍爾片KxVH K霍爾式壓力傳感器輸出系數(shù)霍爾式壓力傳感器輸出系數(shù) 自由端霍爾元件的位移量自由端霍爾元件的位移量磁鋼磁鋼霍爾片霍爾片 + 彈簧管彈

11、簧管霍爾式壓力表霍爾式壓力表霍爾式壓力表屬于電氣式壓力表?；魻柺綁毫Ρ韺儆陔姎馐綁毫Ρ怼y壓原理測壓原理：利用霍爾片式傳感器（根據(jù)半導(dǎo)：利用霍爾片式傳感器（根據(jù)半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)的原理）實(shí)現(xiàn)壓力體材料的霍爾效應(yīng)的原理）實(shí)現(xiàn)壓力- -位移位移- -霍爾電勢的轉(zhuǎn)換?；魻栯妱莸霓D(zhuǎn)換?；魻柶魻柶菏且环N半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換：是一種半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換元件。元件?；魻栃?yīng)霍爾效應(yīng)：把一塊霍爾元件置于均：把一塊霍爾元件置于均勻磁場中，并使霍爾片與磁感應(yīng)強(qiáng)度勻磁場中，并使霍爾片與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直，在沿著霍爾片的左右兩個(gè)的方向垂直，在沿著霍爾片的左右兩個(gè)縱向端面上通入恒定的控制電流縱向端面上

12、通入恒定的控制電流I，則會，則會在霍爾片的兩個(gè)橫向端面之間形成電位在霍爾片的兩個(gè)橫向端面之間形成電位差差VH，此電位差稱為霍爾電勢。，此電位差稱為霍爾電勢。IBKVHH差壓（壓力）變送器差壓（壓力）變送器作用作用：將各種物理量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號：將各種物理量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號差壓變送器差壓變送器 力平衡式變送器力平衡式變送器 位移平衡式變送器位移平衡式變送器氣動單元組合儀表（簡稱為QDZ儀表） 20100KPa電動單元組合儀表（簡稱為DDZ儀表） DDZ-DDZ-型儀表為型儀表為0 010mADC10mADC DDZ-DDZ-型儀表為型儀表為4 420mADC20mADC或或1-5VDC1

13、-5VDC1低壓室 2高壓室 3測量元件（膜盒、膜片） 4軸封膜片 5主杠桿 6過載保護(hù)片 7靜壓調(diào)整螺釘 8矢量機(jī)構(gòu) 9零點(diǎn)遷移彈簧 10平衡錘 11量程調(diào)整螺釘 12檢測片（銜鐵） 13差動變壓器 14副杠桿 15放大器 16反饋動圈 17永久磁鋼 18電源 19負(fù)載 20調(diào)零彈簧 測量機(jī)構(gòu)杠桿機(jī)構(gòu)檢測放大 機(jī)構(gòu)反饋 機(jī)構(gòu)力平衡式壓力變送器力平衡式壓力變送器 主杠桿 211lFlFMiiPAFi矢量機(jī)構(gòu)將F1分解成F2和F3， tgFF12tgPAllFi212副杠桿平衡：ffLFlFlF00320IKFff002310FKllPKllAtgllIffffl1l4l3l0lfl2F1F3F

14、2FfF0HMFi5481214v微位移式變送器微位移式變送器 I0（1）測量部分測量部分 填充液（硅油）固定電極可動電極P1轉(zhuǎn)換放大單元 P2電容式壓力傳感器隔離膜片p 測量部分包括電容膜盒、高低壓室及法蘭組件等.p 測量原理: 將被測壓力的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化。智能差壓（壓力）變送器智能差壓（壓力）變送器 在普通壓力傳感器上增加微處理器在普通壓力傳感器上增加微處理器 特點(diǎn)：具有遠(yuǎn)程通訊的功能，依靠手操通信器，用戶可特點(diǎn)：具有遠(yuǎn)程通訊的功能，依靠手操通信器，用戶可在現(xiàn)場或控制室設(shè)定變送器各種參數(shù)，使用維護(hù)方便，在現(xiàn)場或控制室設(shè)定變送器各種參數(shù)，使用維護(hù)方便， 長期穩(wěn)定工作，每長期穩(wěn)定工作，

15、每5 5年才需校檢一次年才需校檢一次。以以3051C 為例：為例： 組成：傳感膜頭：被測壓力組成：傳感膜頭：被測壓力- A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換-數(shù)數(shù)字信號字信號 電子線路板：對信號進(jìn)行修正，線性化處理電子線路板：對信號進(jìn)行修正，線性化處理-D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換- 420mA信號信號A/D轉(zhuǎn)換器 溫度傳感器 電容傳感器傳感膜頭內(nèi)存 修正系數(shù) 膜頭信號微處理器傳感器線性化重設(shè)量程診斷工程單位通信電子板內(nèi)存量程值變送器組態(tài)信息D/A轉(zhuǎn)換數(shù)字通信本機(jī)量程和零點(diǎn)調(diào)整手操器傳感膜頭電子線路板3051C型智能變送器原理圖1-3選擇、安裝與校驗(yàn)選擇、安裝與校驗(yàn)、壓力表的選擇、壓力表的選擇（）儀表的類型（）儀表的類型必須滿足

16、生產(chǎn)過程的要求，例如是否要求指示值的必須滿足生產(chǎn)過程的要求，例如是否要求指示值的遠(yuǎn)傳或變送、自動記錄或報(bào)警等；被測介質(zhì)的性質(zhì)遠(yuǎn)傳或變送、自動記錄或報(bào)警等；被測介質(zhì)的性質(zhì)及狀態(tài)（如腐蝕性強(qiáng)弱、溫度高低、粘度大小、臟及狀態(tài)（如腐蝕性強(qiáng)弱、溫度高低、粘度大小、臟污程度、易燃易爆等）是否對儀表提出了專門的要污程度、易燃易爆等）是否對儀表提出了專門的要求；儀表安裝的現(xiàn)場環(huán)境條化，如環(huán)境溫度、電磁求；儀表安裝的現(xiàn)場環(huán)境條化，如環(huán)境溫度、電磁場、振動等。統(tǒng)籌分析這些條件后，正確選用儀表場、振動等。統(tǒng)籌分析這些條件后，正確選用儀表類型，這是儀表正常工作并確保生產(chǎn)安全的重要前類型，這是儀表正常工作并確保生產(chǎn)安全

17、的重要前提。提。（2 ）儀表的量程）儀表的量程儀表的量程是根據(jù)被測壓力的大小和保證儀儀表的量程是根據(jù)被測壓力的大小和保證儀表壽命等方面來考慮的，通常儀表的上限值應(yīng)稍表壽命等方面來考慮的，通常儀表的上限值應(yīng)稍大于工藝被測壓力的最大值。為了避免壓力計(jì)超大于工藝被測壓力的最大值。為了避免壓力計(jì)超過負(fù)荷而破壞，儀表的上限值應(yīng)高于生產(chǎn)過程中過負(fù)荷而破壞，儀表的上限值應(yīng)高于生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的壓力的最大壓力值。對于彈性式壓力可能出現(xiàn)的壓力的最大壓力值。對于彈性式壓力計(jì)，在被測壓力比較平穩(wěn)的情況下，被測最大壓計(jì)，在被測壓力比較平穩(wěn)的情況下，被測最大壓力應(yīng)為壓力計(jì)的上限值的力應(yīng)為壓力計(jì)的上限值的3/4；在壓力

18、波動較大；在壓力波動較大測量場合，被測最大壓力應(yīng)為壓力計(jì)的上限值的測量場合，被測最大壓力應(yīng)為壓力計(jì)的上限值的2/3。一般為了保證測量的精度，被測壓力的最一般為了保證測量的精度，被測壓力的最小值也不應(yīng)低于全量程的小值也不應(yīng)低于全量程的1/3。 （3 ）儀表精度等級）儀表精度等級應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝對壓力測量應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝對壓力測量所允許的最大誤差來決定。所允許的最大誤差來決定。工業(yè)用選工業(yè)用選1.5級或級或2.5級，級，實(shí)驗(yàn)室或校驗(yàn)選用實(shí)驗(yàn)室或校驗(yàn)選用0.4級及級及0.25級以上。級以上。、壓力表的安裝、壓力表的安裝 （1）取壓點(diǎn)的設(shè)置必須有代表性，應(yīng)）取壓點(diǎn)的設(shè)置必須有代表性，應(yīng)將取壓點(diǎn)選在能正確而

19、及時(shí)反映被測壓力將取壓點(diǎn)選在能正確而及時(shí)反映被測壓力實(shí)際數(shù)值的地方。例如，設(shè)置在被測介質(zhì)實(shí)際數(shù)值的地方。例如，設(shè)置在被測介質(zhì)流動平穩(wěn)的部位，不應(yīng)太靠近有局部阻力流動平穩(wěn)的部位，不應(yīng)太靠近有局部阻力或其他受干擾的地方。取壓管內(nèi)端面與設(shè)或其他受干擾的地方。取壓管內(nèi)端面與設(shè)備連接處的內(nèi)壁應(yīng)保持平齊，不應(yīng)有突出備連接處的內(nèi)壁應(yīng)保持平齊，不應(yīng)有突出物或毛刺，以免影響液體的平衡流動。物或毛刺，以免影響液體的平衡流動。 （2）測量蒸汽壓力時(shí)，應(yīng)裝設(shè)冷）測量蒸汽壓力時(shí)，應(yīng)裝設(shè)冷凝管，以避免高溫蒸汽與測壓元件直凝管，以避免高溫蒸汽與測壓元件直接接觸。對于有腐蝕性或粘度較大、接接觸。對于有腐蝕性或粘度較大、有結(jié)晶

20、、沉淀等介質(zhì)，可安裝的隔離有結(jié)晶、沉淀等介質(zhì)，可安裝的隔離罐，罐中充以中性的隔離液體，以防罐，罐中充以中性的隔離液體，以防腐參與蝕或堵塞導(dǎo)壓管和壓力表。腐參與蝕或堵塞導(dǎo)壓管和壓力表。（3）取壓口到壓力表之間應(yīng)裝有）取壓口到壓力表之間應(yīng)裝有切斷閥切斷閥，以備檢修壓力表時(shí)使用。切，以備檢修壓力表時(shí)使用。切斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方。需斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方。需要進(jìn)行現(xiàn)場校驗(yàn)或經(jīng)常沖洗導(dǎo)壓管的要進(jìn)行現(xiàn)場校驗(yàn)或經(jīng)常沖洗導(dǎo)壓管的地方，切斷閥可改用地方，切斷閥可改用三通閥三通閥。（4）當(dāng)被測壓力較小，而壓力表與取壓）當(dāng)被測壓力較小，而壓力表與取壓口又口又不在同一高度不在同一高度，對由此液柱高度，對由此液柱高度差而引起的測量誤差，應(yīng)差而引起的測量誤差，應(yīng)進(jìn)行修正進(jìn)行修正。 （5）當(dāng)被