化工儀表及自動化第二章ppt

化工(huàgōng)自控儀表識用與操作主講人:周寅飛揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院(xuéyuàn)化學工程系精品資料化工(huàgōng)自控儀表識用與操作第二章壓力(yālì)檢測精品資料壓力單位及測壓儀表彈性(tánxìng)式壓力計彈性(tánxìng)元件彈簧管壓力表電氣式壓力計應(yīng)變片式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器電容式壓力傳感器1目錄(mùlù)：智能式變送器智能變送器的特點智能變送器的結(jié)構(gòu)原理壓力計的選用及安裝壓力計的選用壓力計的安裝精品資料第二章壓力(yālì)檢測合成氨的反應(yīng)(fǎnyìng)中:保證反應(yīng)的進行必須對壓力進行控制3精品資料常用(chánɡyònɡ)壓力表電接點(jiēdiǎn)壓力表HAKK-EKA110A差壓變送器

4精品資料5液柱式壓力計精品資料概述(ɡàishù)6在化工生產(chǎn)中,壓力是指由氣體或液體均勻垂直(chuízhí)地作用于單位面積上的力。在工業(yè)生產(chǎn)過程中,壓力往往是重要的操作參數(shù)之一。

壓力的檢測與控制,對保證生產(chǎn)過程正常進行,達到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗和安全是十分重要的。精品資料第一節(jié)壓力(yālì)單位及測壓儀表壓力是指均勻(jūnyún)垂直地作用在單位面積上的力。壓力的單位為帕斯卡，簡稱帕（Pa）7精品資料第一節(jié)壓力(yālì)單位及測壓儀表為了使大家了解國際單位制中的壓力單位（Pa或MPa）與過去的單位之間的關(guān)系，下面(xiàmian)給出幾種單位之間的換算關(guān)系表。8精品資料9壓力單位帕/Pa兆帕/MPa工程大氣壓/(kgf/cm2)物理大氣壓/atm汞柱/mmHg水柱/mH2O（磅/英寸2）/（1b/in2）巴/bar帕11×1061.0197×10-59.869×10-67.501×10-31.0197×10-41.450×10-41×10-5兆帕1×106110.1979.8697.501×1031.0197×1021.450×10210工程大氣壓9.807×1049.807×10-210.9678735.610.0014.220.9807物理大氣壓1.0133×1050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.3332×1021.3332×10-41.3595×10-31.3158×10-310.01361.934×10-21.3332×10-3水柱9.806×1039.806×10-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅/英寸2）6.895×1036.895×10-30.070310.0680551.710.703110.06895巴1×1050.11.01970.9869750.110.19714.501表3-1各種(ɡèzhǒnɡ)壓力單位換算表精品資料第一節(jié)壓力(yālì)單位及測壓儀表10在壓力測量中，常有表壓、絕對(juéduì)壓力、負壓或真空度之分。當被測壓力低于大氣壓力時，一般用負壓或真空度來表示。p表P真P絕P絕大氣壓力線

零線圖2-1絕對壓力、表壓、負壓（真空度）的關(guān)系精品資料第一節(jié)壓力(yālì)單位及測壓儀表11測量壓力或真空度的儀表(yíbiǎo)按照其轉(zhuǎn)換原理的不同，分為四類。1.液柱式壓力計

它根據(jù)流體靜力學原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進行測量。

按其結(jié)構(gòu)形式的不同

有U形管壓力計、單管壓力計等

優(yōu)點這類壓力計結(jié)構(gòu)簡單、使用方便

缺點

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，一般用來測量較低壓力、真空度或壓力差。

精品資料13精品資料第一節(jié)壓力單位(dānwèi)及測壓儀表2.彈性(tánxìng)式壓力計它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進行測量的。

3.電氣式壓力計

它是通過機械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）來進行測量的儀表。14精品資料種類(zhǒnglèi)彈簧管壓力計、波紋管壓力計及膜式壓力計等。15精品資料種類(zhǒnglèi)電容式、電阻式、電感式、應(yīng)變片式和霍爾片式等壓力計。16精品資料第一節(jié)壓力單位(dānwèi)及測壓儀表4.活塞式壓力計

它是根據(jù)水壓機液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡(pínghéng)砝碼的質(zhì)量來進行測量的。優(yōu)點缺點測量精度很高，允許誤差可小到0.05%～0.02%。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較貴。

17精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計18定義(dìngyì)

彈性式壓力計是利用各種形式的彈性元件，在被測介質(zhì)壓力的作用下，使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測壓儀表。優(yōu)點

具有結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、讀數(shù)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。

可用來測量幾百帕到數(shù)千兆帕范圍內(nèi)的壓力。

精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計19

一、彈性元件

彈性元件是一種簡易(jiǎnyì)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。圖2-2彈性元件示意圖彈簧管式彈性元件如圖(a)和(b)所示，波紋管式彈性元件如圖(e)所示，薄膜式彈性元件如圖(c)和(d)所示。精品資料單圈彈簧管是彎成270度圓弧的空心(kōngxīn)金屬管，其截面為扁圓形或橢圓形等。20精品資料扁圓形橢圓形半圓形雙圓形8字形(zìxínɡ)厚壁扁圓形

彈簧(tánhuáng)管的各種橫截面圖21精品資料膜片膜盒

膜片、膜盒22精品資料一個周圍為波紋(bōwén)狀的薄壁金屬筒體

波紋管23精品資料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(diào)整螺絲；9—接頭彈簧壓力表第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計24二、彈簧(tánhuáng)管壓力表分類使用的測壓元件單圈彈簧管壓力表與多圈彈簧管壓力表。

用途普通彈簧管壓力表，耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。

精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計25精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計基本測量(cèliáng)原理

單圈彈簧管是一根彎成270°圓弧的橢圓截面的空心金屬管子。管子的自由端B封閉，另一端固定在接頭９上。當通入被測的壓力p后，由于橢圓形截面在壓力p的作用下，將趨于圓形，而彎成圓弧形的彈簧管也隨之產(chǎn)生擴張變形。同時，使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移。輸入壓力p越大，產(chǎn)生的變形也越大。由于輸入壓力與彈簧管自由端B的位移成正比，所以只要測得B點的位移量，就能反映壓力p的大小。注意：彈簧管自由端B的位移量一般很小，直接顯示有困難，所以必須通過放大機構(gòu)才能指示出來。26精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計在化工生產(chǎn)過程中，常需要把壓力控制在某一范圍內(nèi)，即當壓力低于或高于給定范圍時，就會破壞正常工藝(gōngyì)條件，甚至可能發(fā)生危險。這時就應(yīng)采用帶有報警或控制觸點的壓力表。將普通彈簧管壓力表稍加變化，便可成為電接點信號壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時，及時發(fā)出信號，以提醒操作人員注意或通過中間繼電器實現(xiàn)壓力的自動控制。警惕！27精品資料彈簧(tánhuáng)管壓力表28精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計

圖2-4

電接點信號壓力表1，4

—靜觸點；2

—動觸點；3

—綠燈；5

—紅燈壓力表指針上有動觸點2，表盤上另有兩根可調(diào)節(jié)指針，上面分別有靜觸點1和4。當壓力超過上限給定數(shù)值(shùzí)時，2和4接觸，紅色信號燈5的電路被接通，紅燈發(fā)亮。若壓力低到下限給定數(shù)值(shùzí)時，2與1接觸，接通了綠色信號燈3的電路。1、4的位置可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。29精品資料電接點(jiēdiǎn)壓力表30精品資料第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計定義(dìngyì)電氣式壓力計是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號進行傳輸及顯示的儀表。31優(yōu)點1.該儀表的測量范圍較廣，分別可測7×10-5Pa至5×102MPa的壓力，允許誤差可至0.2％；

2.由于可以遠距離傳送信號，所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中可以實現(xiàn)壓力自動控制和報警，并可與工業(yè)控制機聯(lián)用。

精品資料第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計組成(zǔchénɡ)

一般由壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置所組成。常用的信號處理裝置有指示儀、記錄儀以及控制器、微處理機等。圖2-5電氣式壓力計組成方框圖32精品資料33第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計一、應(yīng)變(yìngbiàn)片壓力傳感器

應(yīng)變片式壓力傳感器利用電阻應(yīng)變原理構(gòu)成。電阻應(yīng)變片有金屬和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類，被測壓力使應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變。當應(yīng)變片產(chǎn)生壓縮（拉伸）應(yīng)變時，其阻值減小（增加），再通過橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級電勢輸出，并用毫伏計或其他記錄儀表顯示出被測壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計。圖2-6應(yīng)變片壓力傳感器示意圖1—應(yīng)變筒；2—外殼；3—密封膜片精品資料第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計二、壓阻式壓力(yālì)傳感器

壓阻式壓力傳感器利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成。采用單晶硅片為彈性元件，在單晶硅膜片上利用集成電路的工藝，在單晶硅的特定方向擴散一組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。當壓力發(fā)生變化時，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信號。工作原理34精品資料根據(jù)(gēnjù)單晶硅的壓阻效應(yīng)工作，在很薄的單晶硅上利用集成電路工藝擴散出4個小片等值電阻，構(gòu)成惠斯登測量橋路。USR1R2R3R4IS不受壓時：Ri1＝Ri2＝Ri3＝Ri4＝Rr0.635rR1R1、R4變小R2R3R4R2、R3變大35精品資料第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計特點(tèdiǎn)

精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單；

便于實現(xiàn)顯示數(shù)字化；

可以測量壓力，稍加改變，還可以測量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。圖3-12壓阻式壓力傳感器1—基座；2—單晶硅片；3—導(dǎo)環(huán)；4—螺母；5—密封墊圈；6—等效電阻36精品資料第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計三、電容式壓力(yālì)變送器工作原理37先將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，然后進行測量。

圖2-8電容式測量膜盒1—中心感應(yīng)膜片(可動電極)；2—固定電極；3—測量側(cè)；4—隔離膜片精品資料電容式壓力變送器，目前在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛，其輸出(shūchū)信號也是標準4～20mA電流信號。三、電容式壓力(yālì)變送器38精品資料P2P1

輸出信號0~20mA定電極C1C2解調(diào)器功放器反饋、保護電源、振蕩硅油動電極

結(jié)構(gòu)(jiégòu)框圖三、電容式壓力(yālì)變送器39精品資料第四節(jié)智能(zhìnénɡ)式變送器智能型壓力或差壓變送器是在普通壓力或差壓傳感器的基礎(chǔ)上增加微處理器電路(diànlù)而形成的智能檢測儀表。40一、智能變送器的特點①性能穩(wěn)定,可靠性好,測量精度高,基本誤差僅為±0.1%。②量程范圍可達100∶1,時間常數(shù)可在0～36s內(nèi)調(diào)整,有較寬的零點遷移范圍。精品資料第四節(jié)智能(zhìnénɡ)式變送器③具有溫度、靜壓的自動補償功能,在檢測溫度時,可對非線性進行自動校正。④具有數(shù)字、模擬兩種輸出方式,能夠?qū)崿F(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊,可以與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)和上位計算機相連。⑤可以進行遠程通訊,通過(tōngguò)現(xiàn)場通訊器,使變送器具有自修正、自補償、自診斷及錯誤方式告警等多種功能,簡化了調(diào)整、校準與維護過程,使維護和使用都十分方便。41精品資料第四節(jié)智能(zhìnénɡ)式變送器二、智能變送器的結(jié)構(gòu)(jiégòu)原理從整體上來看,由硬件和軟件兩大部分組成。從電路結(jié)構(gòu)上來看,包括傳感器部件和電子部件兩部分。42精品資料第四節(jié)智能(zhìnénɡ)式變送器舉例以美國費希爾-羅斯蒙特公司的3051C型智能差壓變送器為例介紹其工作原理。圖2-93051C型智能差壓變送器（4～20mA）方框圖43精品資料第四節(jié)智能(zhìnénɡ)式變送器3051C型智能差壓變送器所用的手持通信器為275型，帶有鍵盤及液晶顯示器?？梢越釉诂F(xiàn)場變送器的信號端子(duānzǐ)上，就地設(shè)定或檢測，也可以在遠離現(xiàn)場的控制室中，接在某個變送器的信號線上進行遠程設(shè)定及檢測。實現(xiàn)的功能圖2-10手持通信器的連接示意圖（1）組態(tài)（2）測量范圍的變更（3）變送器的校準（4）自診斷

44精品資料第四節(jié)智能(zhìnénɡ)式變送器

要對智能型差壓變送器每五年校驗一次，智能型差壓變送器與手持通信器結(jié)合使用，可遠離生產(chǎn)現(xiàn)場，尤其是危險或不易到達的地方，給變送器的運行和維護帶來了極大的方便。注意45精品資料智能(zhìnénɡ)壓力變送器HAKK-3851高精度智能(zhìnénɡ)變送器46精品資料第五節(jié)壓力計的選用(xuǎnyòng)及安裝一、壓力計的選用(xuǎnyòng)

壓力計的選用應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對壓力測量的要求，結(jié)合其他各方面的情況，加以全面的考慮和具體的分析，一般考慮以下幾個問題。

儀表類型的選用

儀表精度級的選取

儀表測量范圍的確定

47精品資料第五節(jié)壓力計的選用(xuǎnyòng)及安裝1.測壓點的選擇應(yīng)能反映(fǎnyìng)被測壓力的真實大小。①要選在被測介質(zhì)直線流動的管段部分，不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。②測量流動介質(zhì)的壓力時，應(yīng)使取壓點與流動方向垂直，取壓管內(nèi)端面與生產(chǎn)設(shè)備連接處的內(nèi)壁應(yīng)保持平齊，不應(yīng)有凸出物或毛刺。③測量液（氣）體壓力時，取壓點應(yīng)在管道下（上）部，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存氣（液）體。48二、壓力計的安裝精品資料第五節(jié)壓力計的選用(xuǎnyòng)及安裝2.導(dǎo)壓管鋪設(shè)(pūshè)①導(dǎo)壓管粗細要合適，一般內(nèi)徑為6～10mm，長度應(yīng)盡可能短，最長不得超過50m，以減少壓力指示的遲緩。如超過50m，應(yīng)選用能遠距離傳送的壓力計。②導(dǎo)壓管水平安裝時應(yīng)保證有1:10～1:20的傾斜度，以利于積存于其中之液體（或氣體）的排出。③當被測介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時，必須加設(shè)保溫伴熱管線。④取壓口到壓力計之間應(yīng)裝有切斷閥，以備檢修壓力計時使用。切斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方。49精品資料第五節(jié)壓力計的選用(xuǎnyòng)及安裝3.壓力計的安裝(ānzhuāng)①壓力計應(yīng)安裝在易觀察和檢修的地方。②安裝地點應(yīng)力求避免振動和高溫影響。50精品資料第五節(jié)壓力計的選用(xuǎnyòng)及安裝③測量蒸汽壓力時，應(yīng)加裝凝液管，以防止高溫(gāowēn)蒸汽直接與測壓元件接觸[圖3-17（a）］；對于有腐蝕性介質(zhì)的壓力測量，應(yīng)加裝有中性介質(zhì)的隔離罐，右圖（b）表示了被測介質(zhì)密度ρ2大于和小于隔離液密度ρ1的兩種情況。圖2-11壓力計安裝示意圖１—壓力計；２—切斷閥門；３—凝液管；４—取壓容器51精品資料第五節(jié)壓力計的選用(xuǎnyòng)及安裝④壓力計的連接處，應(yīng)根據(jù)被測壓力的高低和介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當?shù)牟牧?，作為密封墊片，以防泄漏。⑤當被測壓力較小，而壓力計與取壓口又不在同一高度時，對由此高度而引起的測量誤差應(yīng)按Δp＝±Hρg進行修正。式中H為高度差，ρ為導(dǎo)壓管中介質(zhì)的密度，g為重力加速度。⑥為安全起見，測量高壓的壓力計除選用(xuǎnyòng)有通氣孔的外，安裝時表殼應(yīng)向墻壁或無人通過之處，以防發(fā)生意外。52精品資料例題(lìtí)分析舉例1.某臺往復(fù)式壓縮機的出口壓力范圍為25～28MPa，測量誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察，并能高低限報警，