第三講壓力的測量

1、熱工測量及儀表熱工測量及儀表第三章第三章 壓力測量及儀表壓力測量及儀表Thermal Thermal Measurement & MeterMeasurement & Meter榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM2013/1/5熱工測量及儀表熱工測量及儀表23彈性式壓力計彈性式壓力計4壓力表的選擇與安裝壓力表的選擇與安裝液柱式壓力計液柱式壓力計概念及壓力測量儀表分類概念及壓力測量儀表分類12第第3 3章章 壓力測量及儀表壓力測量及儀表2壓壓力力測測量量及及儀儀表表榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM2013/1/5熱工測量及儀表

2、熱工測量及儀表一、意義二、壓力概念及表示方法三、單位四、常用壓力測量儀表的分類Page 3目目 錄錄3.1概述第1節(jié) 壓力的概念及壓力測量儀表分類榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM4根據用戶根據用戶( (汽輪機汽輪機) )的要求的要求保質保質(P(P、T T和蒸汽品質和蒸汽品質) )保量保量( (蒸發(fā)量蒸發(fā)量) )產生合格的過熱蒸汽產生合格的過熱蒸汽安全經濟運行安全經濟運行汽機汽機鍋爐鍋爐電氣電氣調調節(jié)節(jié)聯(lián)系聯(lián)系維護維護監(jiān)監(jiān)視視鍋爐在單元機組運行中主要任務鍋爐在單元機組運行中主要任務榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM2013/1/5熱工測量及

3、儀表熱工測量及儀表一、意義榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM6 概念 工程技術中的壓力是物理學中的壓強，即垂直作用在物體單位面積上的力的大小。 二、概念及表示壓力的表示方法l絕對壓力 l相對壓力l表壓l真空度p表表P真真P絕絕P絕絕大氣壓力線 零線絕對壓力、表壓、負壓（真絕對壓力、表壓、負壓（真空度）的關系空度）的關系榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM壓力單位帕千克力/厘米2毫米水柱毫米汞柱毫巴標準大氣壓1帕11.0210-50.1027.50110-310-29.8710-2千克力/厘米29.8061041104735.56980.50.9

4、6781毫米水柱9.80610-417.355610-29.80610-20.967810-4毫米汞柱133.313.610-413.611.3331.31610-4毫巴1000.10210-210.20.750119.8710-4標準大氣壓10.131041.0331.03310476010131三、壓力的單位(壓力的單位是一個導出單位)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM2013/1/5熱工測量及儀表熱工測量及儀表壓力變送器壓力變送器指示式指示式物性式、活塞式物性式、活塞式液柱式、彈性式液柱式、彈性式工作原理工作原理功能功能8耐酸型、禁油型、防爆耐酸型、禁油型、防爆

5、型型普通型、耐震型、耐熱型普通型、耐震型、耐熱型使用的條件使用的條件絕對壓力表、真空壓力絕對壓力表、真空壓力表表壓力表、真空表壓力表、真空表被測壓力被測壓力分類分類四、分類榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM按照其轉換原理的不同，分為四類。按照其轉換原理的不同，分為四類。1.液柱式壓力計 它根據流體靜力學原理，將被測壓力轉換成液柱高度進行測量。它根據流體靜力學原理，將被測壓力轉換成液柱高度進行測量。 按其結構形式的不同 有有U形管壓力計、單管壓力計等形管壓力計、單管壓力計等 優(yōu)點這類壓力計結構簡單、使用方便這類壓力計結構簡單、使用方便 缺點 其精度受工作液的毛細管作用、

6、密度及視其精度受工作液的毛細管作用、密度及視差等因素的影響，測量范圍較窄，一般用來測差等因素的影響，測量范圍較窄，一般用來測量較低壓力、真空度或壓力差。量較低壓力、真空度或壓力差。 四、分類榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM2.彈性式壓力計 將被測壓力轉換成彈性元件變形的位移進行測量將被測壓力轉換成彈性元件變形的位移進行測量3.電氣式壓力計 它是通過機械和電氣元件將被測壓力轉換成電量（如它是通過機械和電氣元件將被測壓力轉換成電量（如電壓、電流、頻率等）來進行測量的儀表。電壓、電流、頻率等）來進行測量的儀表。 四、分類榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)

7、）TMM4.活塞式壓力計 它是根據水壓機液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉它是根據水壓機液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉換成活塞上所加平衡砝碼的質量來進行測量的。換成活塞上所加平衡砝碼的質量來進行測量的。 優(yōu)點缺點測量精度很高測量精度很高允許誤差可小到允許誤差可小到0.05%0.02%結構較復雜，價格較貴結構較復雜，價格較貴四、分類榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM2013/1/5熱工測量及儀表熱工測量及儀表Page 12機械力平衡法活塞式榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM2013/1/5熱工測量及儀表熱工測量及儀表13Page 13第 2 節(jié)

8、 液柱式壓力計榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM14利用一定高度的液柱所產生的壓力平衡被測壓力 用相應的液柱高度去顯示被測壓力的。第 2 節(jié) 液柱式壓力計原理原理榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM簡單，直觀，方便，精確度較高，便宜 測壓上限不高 適用于小壓力、真空及差壓的測量。第 2 節(jié) 液柱式壓力計特點特點榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM U形管壓力計單管壓力計多管壓力計斜管微壓計水銀氣壓計第 2 節(jié) 液柱式壓力計分類分類榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM一、U形管壓力計P=P1P2 =

9、g(h1+h2)提高工作液密度將提高工作液密度將增加壓力的測量范增加壓力的測量范圍，但靈敏度要降圍，但靈敏度要降低。低。榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM二、單管壓力計 由于由于U形管形管壓力計需兩次讀取液壓力計需兩次讀取液面高度，為使用方便，面高度，為使用方便，設計出一次讀取液面設計出一次讀取液面高度的單管壓力計。高度的單管壓力計。榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM 因因 則則 故故 由于由于 Dd，所以，所以 P =gh2 122244hdhD2212dhhD21222dpg(hh )g(1)hD二、單管壓力計榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆

10、林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM問：問：U U形管壓力計兩肘管的內徑分別為形管壓力計兩肘管的內徑分別為d d1 1 = 6mm = 6mm，d d2 2 = 6.5mm = 6.5mm，管內封液，管內封液為水，被測壓力作用于較細肘管，為水，被測壓力作用于較細肘管，使水柱從零位下降使水柱從零位下降195mm195mm。如果以該。如果以該值的值的2 2倍作為被測壓力值，試確定由倍作為被測壓力值，試確定由于沒有讀取較粗肘管的水柱從零位于沒有讀取較粗肘管的水柱從零位的升高值而造成的測量誤差。的升高值而造成的測量誤差。 例題榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM解：解：%100PP

11、P%001Pg 2h 012Pg(hh ) 221122d hd h 212122dhhd%99. 7hhhh%2121例題榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM三、斜管微壓計測量測量微小微小壓力、負壓和壓差壓力、負壓和壓差提高提高靈敏度，靈敏度，減少減少讀數相對誤差讀數相對誤差榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM2111B1222APg (hh )g (shlsiin)lAhlAnA 三、斜管微壓計榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM傾斜角度越小，傾斜角度越小，l越長，測量靈敏度越長，測量靈敏度就越高；但不可太小，否則液柱

12、易沖就越高；但不可太小，否則液柱易沖散，讀數較困難，誤差增大。散，讀數較困難，誤差增大。這種傾斜管液柱式壓力計可以測量到這種傾斜管液柱式壓力計可以測量到0.98Pa的微壓。為了進一步提高微壓的微壓。為了進一步提高微壓計的精確度，應選用密度小的酒精作計的精確度，應選用密度小的酒精作為工作液體。為工作液體。 三、斜管微壓計榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM四、液柱式壓力計的測量誤差及其修正1. 環(huán)境溫度變化環(huán)境溫度變化2. 重力加速度變化重力加速度變化3. 毛細管現(xiàn)象毛細管現(xiàn)象t0t0hh1ttng1 0.00265cos 2g2H1Bnnghhg榆林職業(yè)技術學院（神木校

13、區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM2013/1/5熱工測量及儀表熱工測量及儀表 一、概念二、彈性元件特性三、彈簧管壓力計四、膜盒式微壓計 五、電接點壓力計Page 26目目 錄錄3.3彈性式壓力計第三節(jié)、 彈性式壓力計榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM27定義 彈性式壓力計彈性式壓力計是利用各種形式的是利用各種形式的彈性元件，在被測介質壓力的作用下，彈性元件，在被測介質壓力的作用下，使彈性元件受壓后產生彈性變形的原理使彈性元件受壓后產生彈性變形的原理而制成的測壓儀表。而制成的測壓儀表。 優(yōu)點 具有結構簡單、使用可靠、讀數具有結構簡單、使用可靠、讀數清晰、牢固可靠、價

14、格低廉、測量范圍清晰、牢固可靠、價格低廉、測量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點。寬以及有足夠的精度等優(yōu)點。 可用來測量幾百帕到數千兆帕范圍可用來測量幾百帕到數千兆帕范圍內的壓力。內的壓力。 一、概念榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM2013/1/5熱工測量及儀表熱工測量及儀表28彈性壓力計的基本結構彈性元件彈性元件變換變換放大機構放大機構指示機構指示機構調整機構調整機構榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM彈性壓力計的基本結構敏感元件敏感元件 核心部分，即為膜片、膜盒、波紋管等彈性元件變換放大機構變換放大機構 從彈性元件到顯示指針，常設有簡單的連桿或

15、齒輪器械轉動放大機構，也可以安裝機電轉換裝置，把位移放大或轉換成電信號指示機構指示機構 包括顯示指針與刻度標尺調整機構調整機構 采用表的輸出零點和量程范圍榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMMn彈性元件彈性元件 彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。當測壓范彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。當測壓范圍不同時，所用的彈性元件也不一樣。圍不同時，所用的彈性元件也不一樣。 彈性元件示意圖彈性元件示意圖 彈簧管式彈性元件彈簧管式彈性元件如圖如圖(a)(a)和和(b)(b)所示，所示，波紋管式彈波紋管式彈性元件性元件如圖如圖(e)(e)所示，所示，薄膜式彈性元件薄膜式彈性元件如

16、圖如圖(c)(c)和和(d)(d)所示所示。彈性壓力計榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMMl輸出特性：F=f(px),x= f(px)l蠕變和疲勞形變 彈性元件經過長時間的負荷作用，當負荷取消后，不能恢復原來的形態(tài)，這種特性稱為彈性元件的蠕變。（a）彈性遲滯；（b）彈性后效；（c）彈性滯環(huán)二、彈性元件的特性榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMMl 彈性遲滯 彈性元件在彈性范圍內加負荷與減負荷時其彈性形變輸出特性曲線不重合，這種特性稱為彈性遲滯。 l 彈性后效 當加在彈性元件上的負荷停止變化或被取消時，彈性元件的形變并不是立即就完成，而是要經過一定的

17、時間才完成相應的形變，這種特性稱為彈性后效。 l 溫度特性：輸出特性隨溫度變化（a）彈性遲滯；（b）彈性后效；（c）彈性滯環(huán)二、彈性元件的特性榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMMl 截面為非圓形（橢圓形截面為非圓形（橢圓形或扁圓形），并彎成圓或扁圓形），并彎成圓弧狀的空心管子弧狀的空心管子l 一端為封閉（自由端），一端為封閉（自由端），一端為開口（固定端）一端為開口（固定端）2222201RaP(1)Ebhbk三、彈簧管壓力計測量原理榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM（1）彈簧管壓力表）彈簧管壓力表l 結構簡單，使用方便，結構簡單，使用方便，價

18、格低廉，使用范圍廣，價格低廉，使用范圍廣，測量范圍寬測量范圍寬l 可測負壓、微壓、低壓、可測負壓、微壓、低壓、中壓和高壓中壓和高壓l 精度有精度有0.5、1.0、1.5、2.5等等結構榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM（2）電遠傳式彈簧壓）電遠傳式彈簧壓力儀表力儀表 l霍爾壓力傳感器霍爾壓力傳感器l電感式壓力傳感器電感式壓力傳感器結構榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMMl物性物性&量程量程l溫度溫度l振動振動l垂直，短垂直，短l同一水平同一水平l定期交驗定期交驗注意事項爆 毒 腐爆 毒 腐2/3；1/2(波動波動)-40+600C；=8

19、0%減震裝置減震裝置避遲緩、無泄漏避遲緩、無泄漏誤差誤差榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM適用于測量微小壓力和真空適用于測量微小壓力和真空測量范圍一般在一測量范圍一般在一2000200040004000PaPa精確度等級一般為精確度等級一般為2.52.5級級膜盒風壓表1一膜盒；2一刻度盤；3一零位調整；4一弧形架；5一指針； 6一彈簧片； 7一曲柄；8一 調整螺絲；9一拉桿；10一拐臂；11一固定指針套； 12一固定鈾；13一形絲；14一引壓管接頭 四、膜盒壓力表榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM2013/1/5熱工測量及儀表熱工測量及儀表3

20、8四、膜盒壓力表榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM2013/1/5熱工測量及儀表熱工測量及儀表39五、電接點壓力表工作原理l測量顯示l當其與設定指針上的觸頭（上限或下限）相接觸（動斷或動合）的瞬時，致使控制系統(tǒng)中的電路得以斷開或接通，以達到自動控制和發(fā)信報警的目的。榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMMl彈性元件檢測壓力的輸出只是機械位移信號，該信號可以就地顯示，也可以變換為電信號以供遠傳。這種變換一般稱為電變送。l電阻式、電感式、電容式、應變式、力平衡式、霍爾式、振弦式、光纖式等。l目前工業(yè)生產使用的電變送后的壓力信號都是標準化的電流或電壓信號

21、，其變送器都是定型的產品。第四節(jié) 壓力（差壓）變送器榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM1.概述引進美國羅斯蒙特公司技術并自己開發(fā)生產的一類新型壓力(差壓)變送器。2.特點它具有精確度高，性能穩(wěn)定，單向過載保護性能好，調整方便，體積小，重量輕等一系列優(yōu)點。一、1151系列電容式壓力(差壓)變送器榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM2013/1/5熱工測量及儀表熱工測量及儀表3.3.11511151系列電容式壓力變送器總體結構系列電容式壓力變送器總體結構42I0P測量部分轉換部分24V(DC) 4-20mA(DC)24V(DC) 4-20mA(DC

22、)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM電容式壓力變送器 工作原理工作原理先將壓力的變化轉換為電容量的變化，然后進行測量。 電容式測量膜盒1中心感應膜片 (可動電極)； 2固定電極； 3測量側； 4隔離膜片榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMMl使用在電力、石油、化工等各領域的生產過程中。l在火力發(fā)電廠使用1151電容式壓力(差壓)變送器幾乎有一種替代其他種類壓力(差壓)變送器的趨勢。4.4.應用應用榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM二、智能式變送器二、智能式變送器 智能型壓力或差壓變送器智能型壓力或差壓變送器是在普通壓力或

23、差壓傳感器的基礎上增加微處理器微處理器電路而形成的智能檢測儀表。 從整體上整體上來看,由硬件和軟件兩大部分組成。 從電路結構電路結構上來看,包括傳感器部件和電子部件兩部分。 榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM2013/1/5熱工測量及儀表熱工測量及儀表46二、智能式變送器二、智能式變送器榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM 1.組成框圖舉例舉例以美國費希爾以美國費希爾-羅斯蒙特公司的羅斯蒙特公司的3051C型智能差壓變型智能差壓變送器送器 3051C型智能差壓變送器（420mA）方框圖榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)榆林職業(yè)技術學院（神木校區(qū)）TMM2 2、智能變送器的特點、智能變送器的特點性能穩(wěn)定,可靠性好,測量精度高,基本誤差僅為0.1%。量程范圍可達1001 ,時間常數可在036s內調整,有較寬的零點遷移范圍。具有溫度、靜壓的自動補償功能,在檢