壓力測量元件及變送器

1、 第一節(jié).壓力測量及變送 第二節(jié).流量測量及變送 第三節(jié).物位測量及其變送 第四節(jié).溫度測量及其變送next第二章：測量元件及變送器壓力：指均勻垂直的作用于單位面積上的力。壓力：指均勻垂直的作用于單位面積上的力。 在化學反應過程中，壓力既能影響物料平衡，也影在化學反應過程中，壓力既能影響物料平衡，也影響化學反應速度，所以，壓力的測量與控制，對保證生響化學反應速度，所以，壓力的測量與控制，對保證生產(chǎn)過程正常進行，達到高產(chǎn)、優(yōu)質、低消耗和安全是十產(chǎn)過程正常進行，達到高產(chǎn)、優(yōu)質、低消耗和安全是十分重要的。分重要的。 第一節(jié).壓力測量及其變送（p 表示壓力，F(xiàn) 表示垂直作用力，S 表示受力面積）根據(jù)國

2、際制單位，壓力單位為帕斯卡，簡稱帕(Pa)。1Pa=1N/m2壓力可用公式表示為：壓力可用公式表示為： 壓力壓力單位單位帕/Pa 工程大氣壓kgf/cm2物理大氣壓atm汞柱/mmHg水柱/mH2O磅/英寸2lb/ in2巴/barPa11.0197*10-59.869*10-67.501*10-31.0197*10-41.450*10-41*10-5kgf/cm29.807 *10410.9678735.610.0014.220.9807atm1.0133 *1051.0332176010.3314.701.0133mm Hg1.3332 *1021.3595*10-31.3158 *10-

3、310.01361.934*10-21.3332*10-3 H2O9.806 *1030.10000.0967873.5511.4229.806*10-2lb/ in26.895 *1030.070310.0680551.710.703116.895*10-2bar1*1051.01970.9869750.110.19714.501壓力單位換算表表壓:p表壓=p絕對壓力-p大氣壓力大氣壓力線大氣壓力線絕對壓力的零線絕對壓力的零線真空度真空度(被測壓力低于大氣壓被測壓力低于大氣壓): p真空度真空度 = p大氣壓力大氣壓力 - p絕絕對壓力對壓力表壓、真空度、絕對壓力壓力表的分類 .按測壓范圍分

4、 .按測壓原理分 一.液柱式壓力計 二.彈性式壓力計 彈性元件彈性元件 彈簧管壓力表彈簧管壓力表 膜片式壓力表膜片式壓力表 霍爾片式彈簧管遠傳壓力表霍爾片式彈簧管遠傳壓力表 三.氣動式壓力變送器 四.電氣式壓力計 五.活塞式壓力計next按測壓范圍分按測壓范圍分: :有氣壓計、血壓有氣壓計、血壓計、真空計、微壓計、壓力表計、真空計、微壓計、壓力表等等儀表類別 液柱式彈性式電氣式活塞式工作原理連續(xù)的液體柱具有靜壓:P=k*h彈性元件的形變(位移)正比于所受的力同彈性式,電氣元件將位移轉換為電信號傳輸受壓的連續(xù)液體傳送壓力,再轉換成活塞上的砝碼細類U形管、傾斜式、杯式、補償式彈簧管(單圈、多圈)、

5、膜片式、膜盒式、波紋管式、板簧式霍爾片式、電阻式、電容式、應變片式、力矩平衡式單活塞式、雙活塞式特點結構簡單、使用方便測量范圍窄(低壓真空)精度（毛細管、密度、視角）簡單方便安全價廉；測量使用范圍寬；可與附件構成遠傳儀表輸出為電信號，方便傳輸和處理；適用范圍廣、發(fā)展迅速測量精度高，可達0.050.02；精度受浮力、溫度、重力加速度影響；結構復雜、價格貴精度等級0.02、0.05、0.2、0.1、1、1.5一般：1、1.5、2.5精密：0.1、0.25、0.4、0.60.21.5一等、二等、三等0.02、0.05、0.2back各種氣體減壓表 工作原理： 連續(xù)的液體柱具有靜壓: P = k *

6、h 分類：U形管、傾斜式、杯式、補償式 特點 結構簡單、使用方便，測量范圍窄(低壓真空)， 精度（毛細管、密度、視角） 測量范圍 00.26、3.30.1 主要用途：測低壓及真空或作標準計量儀器back一、液柱式壓力計 彈性式壓力計是利用各種形式的彈性元件,在被測介質壓力的作用下,使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性形變的原理而制成的壓力儀表. 特點: 結構簡單、使用可靠、價格低廉、測量范圍廣、有足夠的精度。 1.彈性元件:A.薄膜式彈性元件二、彈性式壓力計 B.彈簧管式彈性元件 C.波紋管式彈性元件彈性元件n測量原理:彈簧管1是壓力計的測量元件。圖中所示為單圈彈簧管，它是一根彎成2700圓弧的橢圓截面的

7、空心金屬管。管子的自由端B封閉，管子的另一端固定在接頭9上。當通入壓力p后，由于橢圓形截面在壓力的p作用下將趨于圓形,使彈簧管的自由B端產(chǎn)生位移,且與輸入壓力的大小成正比.所以只要測得點B的位移量,就能反映壓力p的大小.1-彈簧管;2-拉桿;3-扇形齒輪;4-中心齒輪;5-指針;6-面板;7-游絲;8-調節(jié)螺釘;9-接頭2.彈簧管壓力表彈簧管壓力表結構示意圖彈簧管壓力表結構示意圖單單圈圈彈彈簧簧管管 圖2-1 彈簧管的測壓原理 圖2-2 傳動放大機構原理 將彈簧管受壓后自由端產(chǎn)生的位移進行放大、并將線位移變換為角位移，推動同軸指針發(fā)生偏轉，從而指示所受壓力的大小。彈簧管測壓工作原理 上圖中：彈

8、簧管的固定端；彈簧管的自由端；彈簧管中心軸彈簧管中心角的初始值；中心角的變化量；、彈簧管彎曲圓弧的內、外半徑；、彈簧管橢圓截面的長、短半軸。 彈簧管內部受壓后（管內壓力比管外壓力大），其橢圓形截面將趨向于變成圓形，但內外圓弧的弧長不會改變，因而引起彈簧管圓弧趨于挺直，自由端向外伸展。以、分別表示彈簧管受壓后的對應值，則有： ； （）（）；因為：；所以。彈簧管測壓原理的計算 彈簧管受壓后：，所以。彈簧管自由端所在的中心角隨之減少，這時自由端由點發(fā)生位移到。，（）（）將上式變換，得到： 因此：彈簧管原來的中心角越大，其靈敏度越高；而短半軸越小，中心角的變化量將越大，即在相同的中心角下，短半軸越小越

9、靈敏。bbb彈簧管測壓原理的計算(續(xù))3.膜片式壓力表隔膜壓力表4.霍爾片式彈簧管遠傳壓力表霍爾片：半導體材料制成的薄片，電子在其內可以不均勻分布?；魻栃鹤杂呻娮釉诨魻柶羞\動時，如果受到電磁力的作用，其運動軌跡將發(fā)生偏移，造成霍爾片的一個端面上有電子積累，另一個端面上有正電荷過剩，形成電位差霍爾電勢。圖霍爾效應圖圖霍爾效應圖霍爾片式壓力傳感器霍爾片式壓力傳感器霍爾片壓力表的測壓原理 霍爾電勢的大?。?霍爾常數(shù)，與霍爾片的材料、幾何形狀相關；磁感應強度；通過的電流。上式中，如果霍爾片的材料確定(即一定)、電流恒定，則只與有關。如果是非勻強磁場，只與霍爾片所在的位置有關。因此，在彈簧管自由端

10、附上霍爾片，就可以將壓力引起的形變位移轉換成霍爾電勢的大小，方便遠傳和處理。back其他各種彈性敏感元件其他各種彈性敏感元件 QBY 型氣動壓力變送器是 QDZ 系列氣動單元組合儀表的一個品種,用來測量生產(chǎn)過程中各種液體、蒸汽以及氣體的壓力、負壓或絕對壓力?；驹? 氣動壓力變送器是根據(jù)力矩平衡原理工作的，它可將壓力信號 p 成比例地轉換成 0.02 - 0.1 MPa的統(tǒng)一標準氣壓信號，送往調節(jié)器或顯示儀表進行調節(jié)、指示或記錄。三. 氣動壓力變送器 根據(jù)測量和傳送的參數(shù)不同,變送器可分為壓力、差壓變送器、液位變送器和溫度變送器等。（如果變送器以壓縮空氣為能源，便是氣動式）一.氣動元件及組件

11、:1.氣阻氣體流過節(jié)流元件時，會受到一定的阻力，這種節(jié)流元件叫做氣阻。氣阻起降壓和限流的作用。氣阻按其工作特性，可分為恒氣阻和變氣阻兩類。 關系式式中p-氣阻前后的壓降M-流過氣阻的質量流量R-氣阻值(氣阻對空氣流動阻礙的程度)氣動壓力變送器 恒氣阻符號: 結構:變氣阻符號:結構:1.氣阻2.氣容(C) 、節(jié)流盲室2.氣容(C)凡是氣體流過時,能儲存或放出氣體的氣室稱為氣容.氣容在氣動儀表中起緩沖、防止振蕩的作用。關系式3.節(jié)流盲室節(jié)流盲室由一個變氣阻和一個氣室串聯(lián)而成.如下圖節(jié)流盲室n3.節(jié)流盲室由一個變氣阻和一個氣容所構成的阻容藕合元件稱為節(jié)流盲室.假設變氣阻的開度一定時，其阻值為R，氣室

12、的氣容為C，進入氣容的氣體重量流量為G，P1與P2為變氣阻前和氣室內的壓力，則通過變氣阻的氣體流量與壓降的關系為：G(P1P2)/Rdmdm/dtM根據(jù)氣容的定義，可得CdP2dP2/dtdP2/dt所以：MC(dP2/dt)又因為通過氣阻的流量就是充入氣室的流量，于是(P1P2)/RC(dP2/dt)RC(dP2/dt)P2P1令RCT積分得：P2P1(1e-t/T)這就是節(jié)流盲室充氣過程中壓力與時間的函數(shù)關系。(1)p2隨的t增大而增大(2)T為時間常數(shù)，反映了充氣的快慢。(3)放氣也有類似的特性。節(jié)流盲室特性曲線: 4.節(jié)流通室在一個氣容的前后，各有一個氣阻，所構成的阻容藕合元件稱為節(jié)流

13、通室.在穩(wěn)定狀態(tài)下，單位時間內流過氣阻R1的流量M1，應等于流過氣阻R2的流量M2 。節(jié)流通室噴嘴-擋板機構、功率放大器 5.噴嘴噴嘴-擋板機構擋板機構(符號 ) 6.功率放大器功率放大器(符號)功率放大器可將噴嘴背壓放大,使其能驅動顯示和執(zhí)行機構.QTL-500型PI調節(jié)器原理簡圖back 1-過濾器 2,3,8,10-膜片 4,7,9-噴嘴 5-節(jié)流孔 6-擋板 11-節(jié)流孔 12-閥座 13-閥桿 14-固緊螺絲 15-彈簧 四、電氣式壓力計 電氣式壓力計是指把壓力轉換為電信號輸出，然后測量電信號大小的壓力表。一般有壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置組成。電氣式壓力計組成方框圖(應變片式

14、壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電容式壓力傳感器)n應變片式壓力傳感器是利用電阻應變原理構成。有金屬應變片和半導體應變片。1.應變筒2.外殼3.密封膜片4.輸出信號5.恒壓直流6.電源特點：:速度快、非線性小、滯后小。應變片式壓力傳感器SLRn壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應而構成.1.基座2.單晶硅片3.導環(huán)4.螺母5.密封墊圈6.等效電阻特點: 精度高、工作可靠、頻率響應高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結構簡單。壓阻式壓力傳感器n電容式壓力傳感器是將壓力的變化轉換為電容量的變換，然后進行測量。1.中心感應膜片(可動電極)2.固定電極3.測量側4.隔離膜片特點:精度較高、工作可靠、較耐振動和

15、沖擊、穩(wěn)定性較高。back電容式壓力傳感器dSCback五、活塞式壓力計.n在選擇壓力計時，應根據(jù)工藝要求，加以在選擇壓力計時，應根據(jù)工藝要求，加以全面考慮和具體分析，并注意全面考慮和具體分析，并注意儀表類型的儀表類型的選用選用、儀表測量范圍的確定儀表測量范圍的確定及及儀表精度等儀表精度等級的選取級的選取。 n壓力計的安裝壓力計的安裝 壓力計的安裝正確與否，直接影響到壓力計的安裝正確與否，直接影響到測量的準確性和壓力計的使用壽命測量的準確性和壓力計的使用壽命, ,應注意應注意測壓點的選擇、導壓管的鋪設及壓力計的測壓點的選擇、導壓管的鋪設及壓力計的安裝。安裝。next六、壓力計的選用與安裝第四節(jié)

16、壓力儀表的選用、安裝與校驗 1.1.選用：選用： A.A.類型的選擇類型的選擇： 滿足工藝要求滿足工藝要求 遠傳？自動記錄？報警？介質的腐蝕性、溫遠傳？自動記錄？報警？介質的腐蝕性、溫度、粘度、臟污程度，易燃易爆，安裝現(xiàn)場的環(huán)度、粘度、臟污程度，易燃易爆，安裝現(xiàn)場的環(huán)境濕度、溫度、磁場強度、振動等。普通壓力計境濕度、溫度、磁場強度、振動等。普通壓力計的彈簧管材料為銅合金、高壓為合金鋼、氨用為的彈簧管材料為銅合金、高壓為合金鋼、氨用為碳鋼，測氧氣用的要禁油，材料同普通型。碳鋼，測氧氣用的要禁油，材料同普通型。back壓力表類型的選用 B.B.測量范圍的確定測量范圍的確定： 上限：穩(wěn)態(tài)：上限：穩(wěn)態(tài)

17、：PmaxPmax儀表測量上限值的儀表測量上限值的2/32/3 脈動：脈動：PmaxPmax儀表測量上限值的儀表測量上限值的1/21/2； 高壓：高壓：PmaxPmax儀表測量上限值的儀表測量上限值的3/53/5； 下限：下限： PminPmin儀表測量上限值的儀表測量上限值的1/31/3。 國家規(guī)定的壓力計測量范圍標準系列有：國家規(guī)定的壓力計測量范圍標準系列有： - -0.10.10.060.06、0.150.15； 0 01 1、1.61.6、2.52.5、4 4、6 6、10101010n n PaPa （n n為整數(shù)，可為正或負）為整數(shù)，可為正或負）back壓力表類型的選用 C.C.儀

18、表精度的選擇儀表精度的選擇： 根據(jù)生產(chǎn)工藝的允許最大絕對誤差和選定根據(jù)生產(chǎn)工藝的允許最大絕對誤差和選定的儀表量程，計算出儀表允許的最大引用的儀表量程，計算出儀表允許的最大引用誤差，在國家規(guī)定的精度等級中確定儀表誤差，在國家規(guī)定的精度等級中確定儀表的精度。在滿足工藝要求的前提下，盡可的精度。在滿足工藝要求的前提下，盡可能選用精度較低、價廉耐用的儀表。能選用精度較低、價廉耐用的儀表。back壓力表類型的選用1.1.要選在被測介質直線流動的管道部分，不要要選在被測介質直線流動的管道部分，不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。渦的地方。 2. 2.測

19、量流動介質的壓力時，應使取壓點與流動測量流動介質的壓力時，應使取壓點與流動方向垂直，取壓管內端面與生產(chǎn)設備連接處方向垂直，取壓管內端面與生產(chǎn)設備連接處的內壁應保持齊平，不應有凸出物或毛刺。的內壁應保持齊平，不應有凸出物或毛刺。 3. 3.測量液體壓力時測量液體壓力時, ,取壓點應在管道下部、使取壓點應在管道下部、使管道內不積存氣體；測量氣體壓力時，則應管道內不積存氣體；測量氣體壓力時，則應在管道上方，使管道內不積存液體。在管道上方，使管道內不積存液體。back測壓點的選擇 1. 1.導壓管粗細要合適，一般內徑為導壓管粗細要合適，一般內徑為 6-10 mm, 6-10 mm,長度應盡可能短，最長

20、不得超過長度應盡可能短，最長不得超過 50m, 50m,以減少以減少壓力指示的遲緩。壓力指示的遲緩。2.2.水平安裝時應保證有水平安裝時應保證有 1:10 - 1:20 1:10 - 1:20 的傾斜的傾斜度。度。3.3.當介質易凍時，應加保溫管。當介質易凍時，應加保溫管。4.4.取壓點到儀表之間應有切斷閥。取壓點到儀表之間應有切斷閥。back 導壓管的敷設1.1.安裝在易觀察和檢修的地方。安裝在易觀察和檢修的地方。 2. 2.避免振動和高溫。避免振動和高溫。 3. 3.對于有腐蝕性介質的測量，應加裝中性介質做對于有腐蝕性介質的測量，應加裝中性介質做隔離。隔離。 4. 4.為防泄漏，應選適當?shù)?/p>

21、材料，作為密封墊片。為防泄漏，應選適當?shù)牟牧?，作為密封墊片。 5. 5.當被測壓力較小，而壓力計與取壓口又不在同當被測壓力較小，而壓力計與取壓口又不在同一高度時，對由高度引起的測量誤差應做修正。一高度時，對由高度引起的測量誤差應做修正。相關因素有高度差、介質密度、重力加速度。相關因素有高度差、介質密度、重力加速度。 6. 6.儀表的外殼應有通氣孔，外殼應面向墻壁或無儀表的外殼應有通氣孔，外殼應面向墻壁或無人處。人處。壓力計的安裝壓力計的安裝(續(xù)) T80 T80及及2MPa2MPa時，用牛皮或橡膠墊；時，用牛皮或橡膠墊；T450T450及及5MPa5MPa時，用石時，用石棉或鋁墊片；溫度或壓力更高時，用退火紫銅或鋁片。棉或鋁墊片；溫度或壓力更高時，用退火紫銅或鋁片。 測量測量氧氣氧氣時，不能用時，不能用浸油片浸油片或或有機材料有機材料 測量測量乙炔或氨乙炔或氨時，不能使用時，不能使用銅銅片片（）測量蒸汽 （ ）測量腐蝕性介質 （）壓力表位于被測設備之下圖壓力表安裝示意圖back1.1.校驗原理校驗原理 將被校