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1、化工仪表第二章压力检测方法与仪表第1页，本讲稿共32页压力检测方法压力检测方法v液柱测压法液柱测压法v弹性变形法弹性变形法v电测压力法电测压力法压力检测仪表压力检测仪表v弹簧管压力表弹簧管压力表v霍尔式压力表霍尔式压力表v差压（压力）变送器差压（压力）变送器力平衡式压力变送器力平衡式压力变送器微位移式变送器微位移式变送器智能差压（压力）变送器智能差压（压力）变送器主要内容第2页，本讲稿共32页压力的基本概念压力的基本概念垂直而均匀地作用在单位面积上的力垂直而均匀地作用在单位面积上的力 式中式中压力（压力（PaPa）均匀垂直作用力（均匀垂直作用力（N N）受力面积（受力面积（m m2 2）1Pa
2、 =1*10-3KPa =1*10-6MPa单位单位:牛顿牛顿/米米2 2（N/mN/m2 2），简称），简称“帕帕”，用符号，用符号“PaPa”第3页，本讲稿共32页第4页，本讲稿共32页压力的几种表示形式压力的几种表示形式被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压（或真空度）表压（正压）绝对压力的零线大气压力线绝对压力绝对压力真空度第5页，本讲稿共32页测量压力和真空度的仪表很多，按照其转换原理的不同，大致可分为四大类。1液柱式压力计2弹性式压力计3电气式压力计4活塞式压力计第6页，本讲稿共32页压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表液柱测压法液柱测压法 根据流体静力学原理，将被测压力转换成液
3、柱高度进行测量hh12211p1p2h2P0h1h211p200 常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞式压力表等。测量原理第7页，本讲稿共32页弹性变形法弹性变形法 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表 将被测压力转换成弹性元件变形的位移 测量原理P 弹簧管式弹性元件P 膜片式弹性元件第8页，本讲稿共32页压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表当弹性元件在轴向受到外力作用 时，就会产生拉伸或压缩位移，即 式中 F轴向外力 S位移 C弹性元件的刚度系数 式中 A弹性元件承受压力的有效面积 P被测压力 测量原理S P第9页，本讲稿共32页弹性元件结构和特点第10页，本讲稿共32页
4、 弹簧管压力表弹簧管压力表 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表弹簧管拉杆指针中心齿轮扇形齿轮接头游丝刻度盘调整螺钉第11页，本讲稿共32页第12页，本讲稿共32页电接点信号压力表 压力表指针上有动触点2，表盘上另有两个可调节的指针，上面分别有静触点1和静触点4。当压力超过上限给定数值(此数值由静触点4的指针位置确定)时，动触点2和静触点4接触，红色信号灯5的电路被接通，使红灯发亮，若压力低到下限给定数值时，动触点2与静触点1接触，接通了绿色信号灯3的电路。静触点1、4的位置可根据需要灵活调节。第13页，本讲稿共32页电测压力法电测压力法 利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被测压力变换
5、为电信号来进利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被测压力变换为电信号来进行测量的。行测量的。压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表 测量原理1.1.弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成相应的电弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成相应的电信号，如信号，如电阻式、电感式、电容式、电阻式、电感式、电容式、霍尔片式、应变式、振弦式等；霍尔片式、应变式、振弦式等；2.2.非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理性质与压力非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理性质与压力有关，如压电式、压阻式、压磁式等有关，如压电式、压阻式、压磁
6、式等。第14页，本讲稿共32页电测压力法电测压力法 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表v电容式测压原理电容式测压原理 采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量，然后通过测量电容量的电容量，然后通过测量电容量C C便可以知道被测压力的大小，便可以知道被测压力的大小，从而实现压力从而实现压力-电容转换的。电容转换的。定极板弹性元件动极板被测压力 测量原理 电容器极板间绝缘介质的介电电容器极板间绝缘介质的介电 常数，常数，F/m A电容器两平行板覆盖的面积，电容器两平行板覆盖的面积，m2 d两平行板之间的距离，两平行板之间的距
7、离，m C电容量，电容量，F第15页，本讲稿共32页电测压力法电测压力法 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表v压电式测压原理压电式测压原理 根据“压电效应”把被测压力变换为电信号的。（a）单晶体（b）剖面图（c）X截割的石英片 受力面积 作用在受力面积上的压力压电常数 电荷数第16页，本讲稿共32页电测压力法电测压力法 v应变片式测压原理应变片式测压原理 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表l543211敏感栅 2基片 3粘合剂 4引线 5覆盖片 敏感栅敏感栅 直径为直径为0.025mm0.025mm左右的合金电阻丝左右的合金电阻丝基基 底底 绝缘绝缘覆盖层覆盖层 保护保护位移、力、力矩、位
8、移、力、力矩、加速度、压力加速度、压力应变 弹性敏感元件 外力作用被测对象表面产生微小机械变形应变片敏感栅随同变形电阻值发生相应变化 应变片组成第17页，本讲稿共32页压力检测仪表压力检测仪表 v霍尔式压力表霍尔式压力表 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表霍尔式压力表属于电气式压力表。霍尔式压力表属于电气式压力表。测压原理：利用霍尔片式传感器（根据半导体材料的霍尔效测压原理：利用霍尔片式传感器（根据半导体材料的霍尔效应的原理）实现压力应的原理）实现压力-位移位移-霍尔电势的转换。霍尔电势的转换。霍尔片：是一种半导体或化合物半导体转换元件。霍尔效应：霍尔片：是一种半导体或化合物半导体转换元件。
9、霍尔效应：把一块霍尔元件置于均匀磁场中，并使霍尔片与磁感应强度把一块霍尔元件置于均匀磁场中，并使霍尔片与磁感应强度B B的方向垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵向端面上通入恒定的方向垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵向端面上通入恒定的控制电流的控制电流I I，则会在霍尔片的两个横向端面之间形成电位差，则会在霍尔片的两个横向端面之间形成电位差V VH H，此电位差称为霍尔电势。，此电位差称为霍尔电势。线性非均匀磁场 第18页，本讲稿共32页压力检测仪表压力检测仪表 v霍尔式压力表霍尔式压力表 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表 弹簧管霍尔片 K霍尔式压力传感器输出系数 自由端霍尔元件的位移量磁钢霍尔片
10、+弹簧管第19页，本讲稿共32页电动单元组合仪表（简称为DDZ仪表）差压（压力）变送器差压（压力）变送器 作用：将各种物理量转换成统一的标准信号差压变送器差压变送器 力平衡式变送器力平衡式变送器 位移平衡式变送器位移平衡式变送器气动单元组合仪表（简称为QDZ仪表）DDZ-DDZ-型仪表为型仪表为0 010mADC10mADC DDZ-DDZ-型仪表为型仪表为4 420mADC20mADC20100KPa第20页，本讲稿共32页压力检测仪表压力检测仪表 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表力力平平衡衡式式压压力力变变送送器器 1低压室 2高压室 3测量元件（膜盒、膜片）4轴封膜片 5主杠杆 6过
11、载保护片 7静压调整螺钉 8矢量机构 9零点迁移弹簧 10平衡锤 11量程调整螺钉 12检测片（衔铁）13差动变压器 14副杠杆 15放大器 16反馈动圈 17永久磁钢 18电源 19负载 20调零弹簧 测量机构杠杆机构检测放大 机构反馈 机构第21页，本讲稿共32页压力检测仪表压力检测仪表 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表主杠杆 矢量机构将F1分解成F2和F3，副杠杆平衡：l1l4l3l0lfl2F1F3F2FfF0HMFi5481214第22页，本讲稿共32页压力检测仪表压力检测仪表 v微位移式变送器微位移式变送器 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表I0（1）测量部分测量部分 测量部
12、分包括电容膜盒、高低压室及法兰组件等.测量原理:将被测压力的变化转换成电容量的变化。填充液（硅油）固定电极可动电极P1转换放大单元 P2电容式压力传感器隔离膜片第23页，本讲稿共32页第24页，本讲稿共32页压力检测仪表压力检测仪表 v智能差压（压力）变送器智能差压（压力）变送器 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表 在普通压力传感器上增加微处理器 特点：具有远程通讯的功能 依靠手操通信器，用户可在现场或控制室设定变送器各种参数 使用维护方便 长期稳定工作，每5年才需校检一次。以3051C 为例：组成：传感膜头：被测压力-A/D转换-数字信号 电子线路板：对信号进行修正，线性化处理-D/A转换
13、-420mA信号第25页，本讲稿共32页压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表A/D转换器 温度传感器 电容传感器传感膜头内存 修正系数 膜头信号微处理器传感器线性化重设量程诊断工程单位通信电子板内存量程值变送器组态信息D/A转换数字通信本机量程和零点调整手操器传感膜头电子线路板 420mA3051C型智能变送器原理图第26页，本讲稿共32页压力测量仪表的选用压力测量仪表的选用 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表仪表种类和型号的选择仪表种类和型号的选择 工艺要求工艺要求 现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信号报警 介质性质介质性质 温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性 现场环境现场环境
14、温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性 仪表量程的确定仪表量程的确定 化工自控设计技术规定 被测压力较稳定的情况，最大压力值应不超过满量程的2/3；被测压力波动较大的情况，最大压力值应不超过满量程的1/2 被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3 仪表精度等级的选择仪表精度等级的选择 第27页，本讲稿共32页压力计的安装压力计的安装测压点的选择测压点的选择要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐弯、要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直，测量流动介质的压力时，应使取
15、压点与流动方向垂直，取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，不应有凸出物或毛刺。不应有凸出物或毛刺。测量液体压力时，取压点应在管道下部，使导压管内不积测量液体压力时，取压点应在管道下部，使导压管内不积存气体；测量气体压力时，取压点应在管道上方，使导压存气体；测量气体压力时，取压点应在管道上方，使导压管内不积存液体。管内不积存液体。第28页，本讲稿共32页导压管铺设导压管铺设导出管粗细要合适，一般内径为导出管粗细要合适，一般内径为6lOmm，长度应尽可能，长度应尽可能短，最长不得超过短，最长不得超过50m，以减少压力指示的迟缓。如超，以减少压力
16、指示的迟缓。如超过过50m，应选用能远距离传送的压力计。，应选用能远距离传送的压力计。导压管水平安装时应保证有导压管水平安装时应保证有1：101：20的倾斜度，以的倾斜度，以利于积存于其中之液体利于积存于其中之液体(或气体或气体)的排出。的排出。当被测介质易冷凝或冻结时，必须加保温伴热管线。当被测介质易冷凝或冻结时，必须加保温伴热管线。取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。第29页，本讲稿共32页压力计的安装压力计的安装压力计应安装在易观察和检修的地方。压力计应
17、安装在易观察和检修的地方。安装地点应力求避免振动和高温影安装地点应力求避免振动和高温影测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中性介质的隔离对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中性介质的隔离罐罐压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封的材料，作为密封垫片，以防泄漏。垫片，以防泄漏。当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由此高度差当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时
18、，对由此高度差而引起的测量误差应按而引起的测量误差应按p=Hpg进行修正进行修正为安全起见，测量高压的仪表除选用表壳有通气孔的外，安装时表壳应为安全起见，测量高压的仪表除选用表壳有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外向墙壁或无人通过之处，以防发生意外第30页，本讲稿共32页第31页，本讲稿共32页压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表有一台空压机的缓冲罐，其工作压力变化范围为13.516 MPa，工艺要求最大测量误差为0.8 MPa，并可就地观察及高低限报警。试选一合适的压力表（包括测量范围、精度等级）。例题解空压机的缓冲罐的压力视为脉动压力根据就地观察及能进行高低报警的要求，可选用YX-150型电接点压力表，测量范围为0 40MPa。检验量程下限检验量程下限被测压力的最小值不低于满量程的1/3，符合要求。仪表量程选择仪表量程选择最大引用误差最大引用误差所以选择测量范围为0 40 Mpa，精度等级为1.5级的YX-150型电接点压力表。第32页，本讲稿共32页