化工儀表檢測(cè)技術(shù)第2章壓力檢測(cè)

化工(huàgōng)儀表及自動(dòng)化第二章壓力(yālì)檢測(cè)精品資料內(nèi)容提要(nèirónɡtíyào)壓力單位及測(cè)壓儀表彈性式壓力計(jì)彈性元件彈簧管壓力表電氣(diànqì)式壓力計(jì)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精品資料內(nèi)容提要(nèirónɡtíyào)智能式變送器智能變送器的特點(diǎn)智能變送器的結(jié)構(gòu)原理壓力計(jì)的選用(xuǎnyòng)及安裝壓力計(jì)的選用(xuǎnyòng)壓力計(jì)的安裝2精品資料概述(ɡàishù)3在化工生產(chǎn)中,壓力是指由氣體或液體均勻(jūnyún)垂直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(cè)與控制,對(duì)保證生產(chǎn)過程正常進(jìn)行,達(dá)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)壓力單位(dānwèi)及測(cè)壓儀表一.壓力的單位及壓力的表示(biǎoshì)方法壓力的單位為帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕（Pa）4精品資料第一節(jié)壓力單位(dānwèi)及測(cè)壓儀表為了使大家了解國際(guójì)單位制中的壓力單位（Pa或MPa）與過去的單位之間的關(guān)系，下面給出幾種單位之間的換算關(guān)系表。5精品資料6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各種壓力(yālì)單位換算表精品資料第一節(jié)壓力(yālì)單位及測(cè)壓儀表7在壓力測(cè)量(cèliáng)中，常有表壓、絕對(duì)壓力、負(fù)壓或真空度之分。當(dāng)被測(cè)壓力低于大氣壓力時(shí)，一般用負(fù)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(duì)壓力、表壓、負(fù)壓（真空度）的關(guān)系精品資料二.壓力計(jì)的分類(fēnlèi)8測(cè)量壓力(yālì)或真空度的儀表按照其轉(zhuǎn)換原理的不同，分為四類。1.液柱式壓力計(jì)

它根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測(cè)量。

按其結(jié)構(gòu)形式的不同

有U形管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)和斜管壓力計(jì)等。優(yōu)點(diǎn)這類壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便

缺點(diǎn)

其精度受工作液的毛細(xì)管作用、密度及視差等因素的影響，測(cè)量范圍較窄，一般用來測(cè)量較低壓力、真空度或壓力差。精品資料第一節(jié)壓力單位(dānwèi)及測(cè)壓儀表2.彈性(tánxìng)式壓力計(jì)它是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測(cè)量的。

3.電氣式壓力計(jì)

它是通過機(jī)械和電氣元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）來進(jìn)行測(cè)量的儀表。電容式電阻式電感式應(yīng)變片式和霍爾片式9彈簧管壓力計(jì)波紋管壓力計(jì)膜式壓力計(jì)精品資料第一節(jié)壓力(yālì)單位及測(cè)壓儀表4.活塞式壓力計(jì)

它是根據(jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼(fǎmǎ)的質(zhì)量來進(jìn)行測(cè)量的。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)測(cè)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(jià)格較貴。

10一般做為標(biāo)準(zhǔn)型壓力測(cè)量器。精品資料1.某設(shè)備進(jìn)出口測(cè)壓儀表的讀數(shù)分別為p1(表壓）=1200mmHg和p2（真空度）=700mmHg，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?50mmHg，則兩處的絕對(duì)壓強(qiáng)差為（）mmHg。A500B1250C1150D19002.當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?00kPa,若設(shè)備上的真空表讀數(shù)為20mmHg，則設(shè)備中的絕壓為97.33kPa。（）3.壓力的法定計(jì)量單位是，符號(hào)表示為。4.“Pa”的單位太小，工程(gōngchéng)上習(xí)慣以“帕”的1×106倍為壓力單位：即符號(hào)表示。5.以下哪個(gè)不屬于壓力的表示單位（）。A.帕斯卡 B.工程(gōngchéng)大氣壓 C.巴 D.牛頓復(fù)習(xí)(fùxí)精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計(jì)11定義(dìngyì)

彈性式壓力計(jì)是利用各種形式的彈性元件，在被測(cè)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(cè)壓儀表。優(yōu)點(diǎn)

具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價(jià)格低廉、測(cè)量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點(diǎn)。

可用來測(cè)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(jì)12

一、彈性元件

彈性元件是一種簡(jiǎn)易可靠(kěkào)的測(cè)壓敏感元件。當(dāng)測(cè)壓范圍不同時(shí)，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。精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計(jì)13二、彈簧(tánhuáng)管壓力表分類使用的測(cè)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。

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—接頭彈簧壓力表精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計(jì)基本測(cè)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(dāng)通入被測(cè)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(kuò)張變形。同時(shí)，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(cè)得B點(diǎn)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(jī)構(gòu)才能指示出來。14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—接頭彈簧壓力表彈簧(tánhuáng)管壓力表的結(jié)構(gòu)及其工作過程精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計(jì)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(dāng)壓力低于或高于給定范圍時(shí)，就會(huì)破壞正常工藝條件，甚至可能發(fā)生危險(xiǎn)。這時(shí)就應(yīng)采用帶有報(bào)警或控制觸點(diǎn)的壓力表。將普通彈簧管壓力表稍加變化，便可成為電接點(diǎn)信號(hào)壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時(shí)，及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以提醒(tíxǐng)操作人員注意或通過中間繼電器實(shí)現(xiàn)壓力的自動(dòng)控制。警惕！15精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計(jì)圖2-4電接點(diǎn)信號(hào)壓力表1，4

—靜觸點(diǎn)；2

—?jiǎng)佑|點(diǎn)；3

—綠燈；5

—紅燈壓力(yālì)表指針上有動(dòng)觸點(diǎn)2，表盤上另有兩根可調(diào)節(jié)指針，上面分別有靜觸點(diǎn)1和4。當(dāng)壓力(yālì)超過上限給定數(shù)值時(shí)，2和4接觸，紅色信號(hào)燈5的電路被接通，紅燈發(fā)亮。若壓力(yālì)低到下限給定數(shù)值時(shí)，2與1接觸，接通了綠色信號(hào)燈3的電路。1、4的位置可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。16精品資料第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計(jì)定義(dìngyì)電氣式壓力計(jì)是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。17優(yōu)點(diǎn)1.該儀表的測(cè)量范圍較廣，分別可測(cè)7×10-5Pa至5×102MPa的壓力，允許誤差可至0.2％；

2.由于可以遠(yuǎn)距離傳送信號(hào)，所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中可以實(shí)現(xiàn)壓力自動(dòng)控制和報(bào)警，并可與工業(yè)控制機(jī)聯(lián)用。

精品資料分類(fēnlèi)彈簧(tánhuáng)管式的電氣式壓力計(jì)應(yīng)變片式壓阻式電容式不能適應(yīng)快速變化的脈動(dòng)壓力和高真空、超高壓場(chǎng)合檢測(cè)的需要。電阻式電感式霍爾片式精品資料19第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計(jì)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?cè)順?gòu)成。電阻應(yīng)變片有金屬和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類，被測(cè)壓力使應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生壓縮（拉伸）應(yīng)變時(shí)，其阻值減?。ㄔ黾樱?，再通過橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級(jí)電勢(shì)輸出，并用毫伏計(jì)或其他記錄儀表顯示出被測(cè)壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計(jì)。圖2-6應(yīng)變片壓力傳感器示意圖結(jié)構(gòu)：傳感筒：1—應(yīng)變筒；2—外殼；3—密封膜片橋式電路彈性元件精品資料第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計(jì)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(kuò)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(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測(cè)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(hào)。工作原理20精品資料第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計(jì)特點(diǎn)(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(jiǎn)單；

便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化；

可以測(cè)量壓力，稍加改變，還可以測(cè)量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。21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—等效電阻結(jié)構(gòu)：?jiǎn)尉Ч杵戎惦娮鑲鞲星痪焚Y料第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計(jì)三、電容式壓力(yālì)變送器工作原理22先將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，然后進(jìn)行測(cè)量。

圖2-8電容式測(cè)量膜盒測(cè)量部分結(jié)構(gòu)：1—中心感應(yīng)膜片(可動(dòng)電極)；2—固定電極；3—測(cè)量側(cè)；4—隔離膜片？彈性元件精品資料電氣(diànqì)式壓力計(jì)的組成一般由壓力傳感器、測(cè)量電路和信號(hào)處理裝置所組成。常用(chánɡyònɡ)的信號(hào)處理裝置有指示儀、記錄儀以及控制器、微處理機(jī)等。圖2-5電氣式壓力計(jì)組成方框圖18精品資料傳感器:能將非電量被測(cè)參數(shù)按確定函數(shù)(hánshù)關(guān)系轉(zhuǎn)換成電量的設(shè)備/器件。變送器：（1）將被測(cè)參數(shù)成比例(bǐlì)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)，并能將統(tǒng)一信號(hào)有限距離的遠(yuǎn)傳。（2)可調(diào)量程：把同一參數(shù)不同的測(cè)量范圍轉(zhuǎn)換成為成比例(bǐlì)的統(tǒng)一信號(hào)。傳感器和變送器的關(guān)系？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(cè)儀表。23一、智能變送器的特點(diǎn)①性能穩(wěn)定,可靠性好,測(cè)量精度高,基本誤差僅為±0.1%。②量程范圍可達(dá)100∶1,時(shí)間常數(shù)可在0～36s內(nèi)調(diào)整,有較寬的零點(diǎn)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(dòng)補(bǔ)償功能,在檢測(cè)溫度時(shí),可對(duì)非線性進(jìn)行自動(dòng)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(chǎng)(xiànchǎng)總線網(wǎng)絡(luò)和上位計(jì)算機(jī)相連。⑤可以進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊,通過現(xiàn)場(chǎng)(xiànchǎng)通訊器,使變送器具有自修正、自補(bǔ)償、自診斷及錯(cuò)誤方式告警等多種功能,簡(jiǎn)化了調(diào)整、校準(zhǔn)與維護(hù)過程,使維護(hù)和使用都十分方便。24精品資料第四節(jié)智能(zhìnénɡ)式變送器二、智能(zhìnénɡ)變送器的結(jié)構(gòu)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。25精品資料第四節(jié)智能(zhìnénɡ)式變送器舉例以美國費(fèi)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26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。可以接在現(xiàn)場(chǎng)(xiànchǎng)變送器的信號(hào)端子上，就地設(shè)定或檢測(cè)，也可以在遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)(xiànchǎng)的控制室中，接在某個(gè)變送器的信號(hào)線上進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定及檢測(cè)。實(shí)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(cè)量范圍的變更（3）變送器的校準(zhǔn)（4）自診斷

27精品資料第四節(jié)智能(zhìnénɡ)式變送器

要對(duì)智能型差壓變送器每五年校驗(yàn)一次，智能型差壓變送器與手持通信器結(jié)合使用，可遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，尤其是危險(xiǎn)或不易到達(dá)的地方，給變送器的運(yùn)行和維護(hù)帶來了極大的方便。注意28精品資料第五節(jié)壓力計(jì)的選用(xuǎnyòng)及安裝一、壓力計(jì)的選用(xuǎnyòng)

壓力計(jì)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，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(gè)問題。

儀表類型的選用

儀表精度級(jí)的選取

儀表測(cè)量范圍的確定

29精品資料第五節(jié)壓力計(jì)的選用(xuǎnyòng)及安裝1.測(cè)壓點(diǎn)的選擇應(yīng)能反映(fǎnyìng)被測(cè)壓力的真實(shí)大小。①要選在被測(cè)介質(zhì)直線流動(dòng)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(cè)量流動(dòng)介質(zhì)的壓力時(shí)，應(yīng)使取壓點(diǎn)與流動(dòng)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(cè)量液（氣）體壓力時(shí)，取壓點(diǎn)應(yīng)在管道下（上）部，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存氣（液）體。30二、壓力計(jì)的安裝精品資料第五節(jié)壓力計(jì)的選用(xuǎnyòng)及安裝2.導(dǎo)壓管鋪設(shè)(pūshè)①導(dǎo)壓管粗細(xì)要合適，一般內(nèi)徑為6～10mm，長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，最長(zhǎng)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(yuǎn)距離傳送的壓力計(jì)。②導(dǎo)壓管水平安裝時(shí)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(dāng)被測(cè)介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時(shí)，必須加設(shè)保溫伴熱管線。④取壓口到壓力計(jì)之間應(yīng)裝有切斷閥，以備檢修壓力計(jì)時(shí)使用。切斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方。31精品資料第五節(jié)壓力計(jì)的選用(xuǎnyòng)及安裝3.壓力計(jì)的安裝(ānzhuāng)①壓力計(jì)應(yīng)安裝在易觀察和檢修的地方。②安裝地點(diǎn)應(yīng)力求避免振動(dòng)和高溫影響。32精品資料第五節(jié)壓力計(jì)的選用(xuǎnyòng)及安裝③測(cè)量蒸汽壓力時(shí)，應(yīng)加裝凝液管，以防止高溫蒸汽直接與測(cè)壓元件接觸[圖3-17（a）］；對(duì)于(duìyú)有腐蝕性介質(zhì)的壓力測(cè)量，應(yīng)加裝有中性介質(zhì)的隔離罐，右圖（b）表示了被測(cè)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(jì)安裝示意圖１—壓力計(jì)；２—切斷閥門；３—凝液管；４—取壓容器33精品資料第五節(jié)壓力計(jì)的選用(xuǎnyòng)及安裝④壓力計(jì)的連接處，應(yīng)根據(jù)被測(cè)壓力的高低和介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當(dāng)(shìdàng)的材料，作為密封墊片，以防泄漏。⑤當(dāng)被測(cè)壓力較小，而壓力計(jì)與取壓口又不在同一高度時(shí)，對(duì)由此高度而引起的測(cè)量誤差應(yīng)按Δp＝±Hρg進(jìn)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(cè)量高壓的壓力計(jì)除選用有通氣孔的外，安裝時(shí)表殼應(yīng)向墻壁或無人通過之處，以防發(fā)生意外。34精品資料例題(lìtí)分析舉例1.某臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力范圍為25～28MPa，測(cè)量誤差不得大于1