壓力檢測(cè)及儀表

關(guān)于壓力檢測(cè)及儀表第一頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日表壓:是絕對(duì)壓力和大氣壓力之差,P表壓

=P絕對(duì)壓力

-P大氣壓力

負(fù)壓或真空度:是當(dāng)被測(cè)壓力低于大氣壓力時(shí),大氣壓力和絕對(duì)壓力之差,P真空度

=P大氣壓力

-P絕對(duì)壓力絕對(duì)零壓線絕對(duì)壓力P絕大氣壓P0表壓P表真空度P真絕對(duì)壓力P絕第二頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.壓力計(jì)的分類(lèi)（按信號(hào)轉(zhuǎn)換原理不同）液柱式壓力計(jì):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。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,但精度低,測(cè)量范圍窄。彈性式壓力計(jì):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。彈簧管壓力計(jì)。電氣式壓力計(jì):通過(guò)機(jī)械和電氣元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電量來(lái)測(cè)量的儀表。壓力變送器?；钊綁毫τ?jì):根據(jù)水壓機(jī)傳送壓力原理,將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。二、彈性式壓力計(jì)1.定義: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。2.特點(diǎn):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、有足夠的精度、應(yīng)用廣泛。3.測(cè)量范圍:幾百帕到數(shù)千兆帕。第三頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日4.彈性元件（根據(jù)測(cè)壓范圍的不同）

(1).彈簧管式彈性元件(單圈和多圈的)是截面呈橢圓或扁圓型的中空金屬管,當(dāng)通入壓力p后,它的自由端就會(huì)產(chǎn)生位移。適合測(cè)高、中、低壓。第四頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(2).薄膜式彈性元件：(膜片a或膜盒b)由具有彈性的金屬或非金屬片構(gòu)成,在壓力作用下能產(chǎn)生變形。膜盒中內(nèi)充硅油。適合測(cè)中、低壓。第五頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(3).波紋管式彈性元件:有一端封閉,外部存在波紋的彈性金屬片構(gòu)成金屬筒體,是氣動(dòng)單元組合儀表中不可缺少的部分。彈性元件易于變形,且位移很大。適合測(cè)微壓和低壓,在氣動(dòng)壓力變送器上應(yīng)用較多。第六頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日5.彈簧管壓力表應(yīng)用廣范,品種繁多。可分單圈和多圈;按用途分普通壓力表、耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表。它們外形和結(jié)構(gòu)相同,只是所用材料不同。(1).結(jié)構(gòu)

1—彈簧管;2—拉桿;3—扇形齒輪;5--指針;4—中心齒輪;6—面板;7—游絲;8—調(diào)節(jié)螺釘;9—接頭。第七頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(2).工作原理工作原理:彈簧管1是壓力表的測(cè)量元件。圖為單圈彈簧管,它是一根彎成270°圓弧的橢圓截面的空心金屬管。管子的自由端B封閉,管子的另一端固定在接頭9上。當(dāng)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,使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移,且與輸入壓力的大小成正比(具有線性刻度)。所以只要測(cè)得B點(diǎn)的位移量,就能反映壓力P的大小。放大過(guò)程:自由端B的位移通過(guò)拉桿2使扇形齒輪3作逆時(shí)針偏轉(zhuǎn),指針5通過(guò)同軸的中心齒輪4的帶動(dòng)作順時(shí)針偏轉(zhuǎn),在面板6的刻度標(biāo)尺上顯示出被測(cè)壓力p的數(shù)值。由于自由端的位移與被測(cè)壓力的大小成正比,則刻度標(biāo)尺是線性的。游絲7用來(lái)克服因扇形齒輪與中心齒輪間的傳動(dòng)間隙而產(chǎn)生的儀表變差。改變調(diào)節(jié)螺釘8的位置,可調(diào)整儀表的量程。第八頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(3).彈簧管材料的選擇當(dāng)P≥19.6MPa時(shí),選用合金鋼或不銹鋼的材料。當(dāng)P<19.6MPa時(shí),選用磷青銅或黃銅的材料,所測(cè)流體種類(lèi)不同,所用彈簧管材料不同。第九頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(4).電接點(diǎn)信號(hào)壓力表是在普通彈簧管壓力表上帶有報(bào)警或控制觸點(diǎn)的壓力表。當(dāng)壓力偏離給定范圍時(shí),及時(shí)發(fā)出信號(hào),提醒操作人員注意或通過(guò)中間繼電器實(shí)現(xiàn)壓力控制。第十頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、電氣式壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì)的不足在于不能測(cè)量脈動(dòng)、真空和超高壓力,而電氣壓力計(jì)可克服上述不足。1.定義:把壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。2.組成:壓力傳感器、測(cè)量電路和信號(hào)處理裝置。3.測(cè)量范圍:7×10-5Pa---5×102MPa,測(cè)量范圍廣。4.壓力傳感器作用:把壓力信號(hào)檢測(cè)出來(lái),并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行輸出。當(dāng)輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí),壓力傳感器稱(chēng)為壓力變送器。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào):是指物理量的形式和數(shù)值范圍都符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。如直流電流4-20mA(0-10mA),空氣壓力0.02-0.1MPa都為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。5.壓力傳感器分類(lèi):霍爾片式、應(yīng)變片式、壓阻式壓力傳感器和力平衡式、電容式壓力變送器。第十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(1).霍爾片式壓力傳感器依據(jù):根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的,即利用霍爾元件將由壓力所引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成霍爾電勢(shì),實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量?；魻栃?yīng):霍爾片由半導(dǎo)體材料制成的薄片,如圖在Z軸方向上加恒定磁場(chǎng)B,在Y軸方向上加外電場(chǎng)(直流穩(wěn)壓電源),電子在霍爾片中運(yùn)動(dòng)(逆Y軸方向運(yùn)動(dòng))時(shí),由于受電磁力的作用,使電子運(yùn)動(dòng)軌道發(fā)生偏移,則一個(gè)端面有電子,另一個(gè)端面上正電荷過(guò)剩,在X軸方向上出現(xiàn)電位差,稱(chēng)為霍爾電勢(shì)。這物理現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。Y第十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(1).霍爾片式壓力傳感器霍爾電勢(shì):UH=RHBIRH--霍爾常數(shù),與霍爾片材料、幾何形狀有關(guān)。導(dǎo)體也有霍爾效應(yīng),但霍爾電勢(shì)比半導(dǎo)體的霍爾電勢(shì)小得多?；魻栯妱?shì)與位移關(guān)系:根據(jù)UH=RHBI,若I為定值,在非均勻磁場(chǎng)中,霍爾元件所處位置不同,所受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度就不同,可得到與位移成正比例的霍爾電勢(shì),實(shí)現(xiàn)位移－電勢(shì)的線性轉(zhuǎn)換?；魻柶綁毫鞲衅鹘Y(jié)構(gòu):霍爾元件與彈簧管配合,組成霍爾片式壓力傳感器。Y第十三頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(1).霍爾片式壓力傳感器工作原理：在被測(cè)壓力作用下,彈簧管自由端產(chǎn)生位移,則改變霍爾片在非均勻磁場(chǎng)中的位置,使所產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)與被測(cè)壓力成比例。即:壓力→彈性位移→霍爾片移動(dòng)→霍爾電勢(shì)。應(yīng)用:用于所測(cè)壓力不高、壓力波動(dòng)小、信號(hào)需要遠(yuǎn)傳的場(chǎng)合。第十四頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(2).應(yīng)變片式壓力傳感器工作原理:利用電阻應(yīng)變?cè)順?gòu)成。有壓力作用時(shí),應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變,表現(xiàn)為應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化,通過(guò)橋式電路轉(zhuǎn)換為毫伏級(jí)電勢(shì)輸出,從所測(cè)電壓的大小讀出所測(cè)的壓力。結(jié)構(gòu):1.應(yīng)變筒;2.外殼;3.密封膜片;4.輸出信號(hào);5.恒壓直流;6.電源?？点~絲應(yīng)變片r1沿應(yīng)變筒軸向貼放,為測(cè)量片;r2沿徑向貼放,為溫度補(bǔ)償片。特點(diǎn):速度快.動(dòng)態(tài)性能好.非線性誤差小.滯后小.適合測(cè)高(25MPa)且脈動(dòng)較大的壓力。變小變大546第十五頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(3).壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)：

1.基座

2.單晶硅片

3.導(dǎo)環(huán)

4.螺母

5.密封墊圈

6.等效電阻第十六頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(3).壓阻式壓力傳感器工作原理: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,在單晶硅彈性膜片上用集成電路工藝,在單晶硅的特定方向上擴(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)。儀表特點(diǎn):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。適于在惡劣環(huán)境下使用,便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化。稍作改變后可以用來(lái)測(cè)差壓、速度、高度、加速度等參數(shù)。第十七頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(5).電容式壓力變送器結(jié)構(gòu):1.隔離膜片;2,7固定電極;3.硅油;4.測(cè)量膜片5.玻璃層;6.底座;8.引線。工作原理:先將壓力變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化,然后進(jìn)行測(cè)量的。壓力作用在兩側(cè)的隔離膜片上,通過(guò)硅油將差壓傳遞到測(cè)量膜片上,使其向壓力小的一側(cè)彎曲變形,使兩電極的電容變化,電容的變化量通過(guò)引線傳至測(cè)量電路,P1P2儀表特點(diǎn):

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.過(guò)載能力強(qiáng).精度高可達(dá)0.2級(jí).工作可靠.體積小.重量輕.使用方便;可以用來(lái)測(cè)差壓和液位等參量。通過(guò)測(cè)量電路的檢測(cè)和放大,轉(zhuǎn)換成4~20mA的直流標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)進(jìn)行輸出。第十八頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日四.智能型的壓力變送器結(jié)構(gòu):普通的壓力或差壓傳感器上增加微處理器電路即形成智能檢測(cè)儀表。特點(diǎn):可進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。利用手持通信器,可對(duì)1500m內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)變送器進(jìn)行各種運(yùn)行參數(shù)的選擇和標(biāo)定;精度高,使用和維護(hù)方便。通過(guò)編制各種程序可實(shí)現(xiàn)自修正、自補(bǔ)償、自診斷及錯(cuò)誤方式報(bào)警功能,便于實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。第十九頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二十頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日五、壓力計(jì)的選用及安裝1.壓力表的選用:根據(jù)工藝生產(chǎn)過(guò)程的要求,結(jié)合各方面的情況,加以全面考慮和具體的分析。(1).儀表類(lèi)型的選用:必須滿足工藝生產(chǎn)的要求?？紤]被測(cè)介質(zhì)、現(xiàn)場(chǎng)條件和工藝要求。(2).確定儀表測(cè)量范圍及量程：測(cè)穩(wěn)定壓力時(shí),Pmax≤2/3

P上限,即P上限≥3/2

Pmax;

測(cè)脈動(dòng)壓力時(shí),Pmax≤P上限/2

,即P上限≥2Pmax;

測(cè)高壓時(shí),Pmax≤3/5

P上限,

P上限≥5/3

Pmax;

最小值,Pmin≥N/3,N≤3Pmin

。(3).選取儀表的精度根據(jù)生產(chǎn)上允許的最大測(cè)量誤差來(lái)確定儀表的精度等級(jí),在滿足工業(yè)要求的情況下盡可能選用精度較低、價(jià)廉耐用的壓力表。K%<|δ現(xiàn)允|第二十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日例: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1MPa。工藝上要求就地觀察,并能高低報(bào)警,

試正確選用一臺(tái)壓力表,指出型號(hào)、精度與測(cè)量范圍。

解:由于是往復(fù)式壓縮機(jī),則儀表的上限值為：Pmax≤P上限/2,P上限≥2Pmax

＝2×28＝56MPa,根據(jù)就地觀察及高低報(bào)警,查表選電接點(diǎn)壓力表,測(cè)量范圍0～60MPa。下限值為:因Pmin≥N/3=60/3=20,則Pmin=25﹥20MPa,滿足要求。精度等級(jí):因K%<|δ現(xiàn)允|,選1.5級(jí)?？芍?選1.5級(jí),0～60MPa,YX-150A型電接點(diǎn)壓力表。第二十三頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.壓力計(jì)的安裝壓力計(jì)的安裝正確與否,直接影響到測(cè)量的準(zhǔn)確性和壓力計(jì)的使用壽命,應(yīng)注意測(cè)壓點(diǎn)的選擇、導(dǎo)壓管的鋪設(shè)及壓力表的安裝。(1).測(cè)壓點(diǎn)的選擇：能反映被測(cè)壓力的真實(shí)大小。(a).要選在被測(cè)介質(zhì)直線流動(dòng)的管道部分,不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。(b).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)保持齊平,不應(yīng)有凸出物或毛刺。(c).測(cè)量液體壓力時(shí),取壓點(diǎn)應(yīng)在管道下部、使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存氣體;測(cè)量氣體壓力時(shí),取壓點(diǎn)應(yīng)在管道上方,使管道內(nèi)不積存液體。

第二十四頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(2).導(dǎo)壓管的鋪設(shè)(a).導(dǎo)壓管的粗細(xì)要合適,一般內(nèi)徑為6~10mm,長(zhǎng)度盡可能短,一般為3~50m,超過(guò)50m選用電遠(yuǎn)傳壓力表。(b).導(dǎo)壓管水平安裝時(shí),應(yīng)保證有傾斜度(1:10~1:20),以利于積存于其中的液體或氣體排出。(c).當(dāng)被測(cè)介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時(shí),必須加保溫裝置。(d).取壓口到壓力表之間應(yīng)有切斷閥,以備檢修壓力計(jì)。切斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方。(3).壓力表的安裝(a).安裝在易觀察和檢修的地方。(b).避免振動(dòng)和高溫。(c).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)由此高度引起的測(cè)量誤差應(yīng)按△p=±Hρg進(jìn)行修正。H為高度差,ρ為介質(zhì)密度,g為重力加速度。第二十五頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(3).壓力表的安裝(d).壓力表的連接處,應(yīng)選適當(dāng)?shù)牟牧?作為密封墊片,以防泄漏。(e).為了安全,測(cè)高壓的壓力表的外殼應(yīng)有通氣孔,安裝時(shí)外殼應(yīng)向墻壁或無(wú)人處。(f).針對(duì)被測(cè)介質(zhì)的不同性質(zhì),要采取相應(yīng)的防熱、防腐、防凍、防堵等措施。如測(cè)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。如測(cè)有腐蝕性介質(zhì)壓力時(shí),應(yīng)加裝有中性介質(zhì)的隔離罐,其中ρ2為被測(cè)介質(zhì)的密度,ρ1為隔離液的密度。第二十六頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日壓力計(jì)安裝的特殊問(wèn)題第二十七頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二十八頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(4).力矩平衡式壓力變送器工作原理:是一種典型的自平衡檢測(cè)儀表,利用力矩平衡和負(fù)反饋的工作原理。結(jié)構(gòu):測(cè)量部分、杠桿系統(tǒng)、位移檢測(cè)放大器、波紋管反饋機(jī)構(gòu)(氣動(dòng)壓力變送器)或電磁反饋機(jī)構(gòu)(電動(dòng)壓力變送器)。特點(diǎn):測(cè)量精度高、工作穩(wěn)定可靠、線性好、不靈敏區(qū)小等。第二十九頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日DDZ-Ⅲ型電動(dòng)力矩平衡壓力變送器直流電源24V,輸出4-20mA(DC),兩線制,安全防暴。1.測(cè)量膜片;2.軸封膜片;3.主杠桿;4.矢量機(jī)構(gòu);5.量程調(diào)整螺釘;6.連桿;7.副杠桿;8.檢測(cè)片;9.差動(dòng)變壓器;10.反饋線圈11.放大器;12.調(diào)零彈簧;13.永久磁鋼;第三十頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日被測(cè)壓力p作用在測(cè)量膜片1上,則Fi=fp式中f為膜片的有效面積當(dāng)主杠桿3平衡時(shí),則Fil1=F1l2F1=Fi×l1/l2式中l(wèi)1.l2分別為Fi.F