第2章壓力檢測(cè)

1、檢測(cè)技術(shù)及儀表 主編毛徐辛 第2章壓 力 檢 測(cè)2.1壓力檢測(cè)的方法2.2壓力檢測(cè)儀表2.3壓力儀表的選用、校驗(yàn)與安裝2.4實(shí)訓(xùn)2.1壓力檢測(cè)的方法2.1.1壓力與壓力的表示方法工程上所說(shuō)的壓力是指介質(zhì)（液體或氣體）垂直均勻地作用于單位面積上的力，即物理學(xué)中的壓強(qiáng)。AFp 2.1壓力檢測(cè)的方法表2-1各種壓力單位換算關(guān)系表壓力單位工程大氣壓/kgf/c毫米汞柱/mmHg毫米水柱/mmO物理大氣壓/atm帕斯卡/Pa工程大氣壓/kgf/c107355611109678098071毫米汞柱/mmHg135911135951013161133321毫米水柱/mmO110735561109678109

2、80710物理大氣壓/atm1033276010332111013251帕斯卡/Pa101971075110197109869111.壓力的單位2.1壓力檢測(cè)的方法2.壓力的表示方法圖2-1表壓、絕對(duì)壓力、真空度的關(guān)系2.1壓力檢測(cè)的方法1.液柱式2.彈性式3.電氣式4.活塞式2.1.2測(cè)壓儀表的類型2.2壓力檢測(cè)儀表2.2.1彈性式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種壓力儀表，它利用彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成。這種儀表具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，讀數(shù)清晰，價(jià)格便宜，測(cè)量范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。若與適當(dāng)?shù)膫鞲性嗯浜?，可將彈性變形所引起的位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，便可實(shí)現(xiàn)壓力的記錄、遠(yuǎn)傳、

3、自動(dòng)控制和信號(hào)報(bào)警等功能。1.彈性元件圖2-2常用彈性元件示意圖2.2壓力檢測(cè)儀表(1)彈簧管彈簧管的測(cè)壓范圍較寬，可測(cè)量高達(dá)103MPa的壓力。(2)薄膜薄膜式彈性元件根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同可分為膜片與膜盒等。(3)波紋管波紋管是外周沿軸向有深槽形波紋皺褶，可沿軸向伸縮的薄壁金屬筒體。2.彈簧管壓力表圖2-3彈簧管的測(cè)壓原理2.2壓力檢測(cè)儀表(1)彈簧管的測(cè)壓原理單圈彈簧管是一根彎成圓弧形的空心金屬薄壁管，如圖2-3所示。(2)彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)如圖2-4所示，主要由單圈彈簧管、傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)、指示機(jī)構(gòu)和表殼四部分構(gòu)成。圖2-4彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)1彈簧管2拉桿3扇形齒輪4中心齒輪5指

4、針6刻度盤7游絲8調(diào)整螺釘9接頭2.2壓力檢測(cè)儀表圖2-5傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)原理1拉桿2活銷3扇形齒輪4中心齒輪5指針2.2壓力檢測(cè)儀表(3)彈簧管壓力表類型彈簧管壓力表作為應(yīng)用非常廣泛的測(cè)壓儀表，其品種及規(guī)格繁多。 普通壓力表 耐震壓力表 耐腐蝕壓力表 耐高溫壓力表 2.2壓力檢測(cè)儀表3.電接點(diǎn)壓力表圖2-6電接點(diǎn)壓力表1，4靜觸點(diǎn)2動(dòng)觸點(diǎn)3綠燈5紅燈2.2壓力檢測(cè)儀表圖2-7隔膜式壓力表4.隔膜式壓力表2.2壓力檢測(cè)儀表圖2-8隔膜隔離器示意圖2.2壓力檢測(cè)儀表圖2-9壓力開(kāi)關(guān)外形5.壓力開(kāi)關(guān)2.2壓力檢測(cè)儀表圖2-10單刀雙擲微動(dòng)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖2.2壓力檢測(cè)儀表應(yīng)變式壓力傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)

5、體在壓力作用下，產(chǎn)生變形后發(fā)生電阻變化的原理來(lái)測(cè)量壓力的。該傳感器具有準(zhǔn)確度高、體積小、質(zhì)量輕、測(cè)量范圍寬、耐振動(dòng)和沖擊性能良好等優(yōu)點(diǎn)。1.電阻應(yīng)變片(1)電阻應(yīng)變效應(yīng)導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化的物理現(xiàn)象。(2)應(yīng)變片的種類與結(jié)構(gòu)金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。2.2.2應(yīng)變式壓力傳感器2.2壓力檢測(cè)儀表圖2-11金屬電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)2)半導(dǎo)體應(yīng)變片(3)應(yīng)變片的使用應(yīng)變片是通過(guò)粘接劑粘貼到彈性元件表面上使用的，其電信號(hào)的傳遞作用在于使電阻絲反映其表面變形。1)金屬電阻應(yīng)變片2.2壓力檢測(cè)儀表圖2-12直流電橋電路2.測(cè)量電路2.2壓力檢測(cè)儀表(1)單臂

6、電橋(2)雙臂電橋(相鄰臂)(3)雙臂電橋(相對(duì)臂)(4)四臂電橋(2-10)(2-10)111044KERREU(2-11)(2-11)(4)(42122110KERRRREU(2-12)(2-12)(4)(44144110KERRRREU(2-9)(2-9)(443210KEU3.應(yīng)變式壓力傳感器圖2-13應(yīng)變式壓力傳感器示意圖2.2壓力檢測(cè)儀表2.2.3電感式壓力傳感器電感式壓力傳感器是一種利用磁路磁阻變化，引起傳感器線圈的電感（自感或互感）變化來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量的裝置，其核心部分是可變自感或可變互感。根據(jù)其轉(zhuǎn)換原理，電感式傳感器分為自感式和互感式兩大類。2.2壓力檢測(cè)儀表(1)結(jié)構(gòu)及原理圖

7、2-15差動(dòng)式自感式傳感器結(jié)構(gòu)原理圖2-14自感式傳感器的典型結(jié)構(gòu)1.自感式傳感器2.2壓力檢測(cè)儀表圖2-16差動(dòng)自感式壓力傳感器(2)差動(dòng)自感式壓力傳感器2.2壓力檢測(cè)儀表2.互感式傳感器(差動(dòng)變壓器)(1)結(jié)構(gòu)及工作原理互感式傳感器由一次繞組、二次繞組、鐵心和銜鐵四部分組成。圖2-17差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)2.2壓力檢測(cè)儀表圖2-18差動(dòng)變壓器工作原理圖2.2壓力檢測(cè)儀表圖2-19差動(dòng)變壓器式壓力傳感器結(jié)構(gòu)(2)差動(dòng)變壓器式壓力傳感器2.2壓力檢測(cè)儀表2.2.4電容式壓力變送器電容式壓力（差壓）變送器是利用彈性膜片在壓力（差壓）作用下的變形，改變膜片與電容固定電極之間的距離，由此改變電容量的大小

8、，實(shí)現(xiàn)壓力（差壓）電容之間的轉(zhuǎn)換。通過(guò)測(cè)量電容的變化量，便可得知被測(cè)壓力（差壓）的大小。圖2-20電容式差壓變送器的系統(tǒng)框圖2.2壓力檢測(cè)儀表1.檢測(cè)部分圖2-21電容式差壓變送器的傳感器部分1隔離膜片2，7固定極板3硅油4測(cè)量膜片5玻璃層6底座8引線2.2壓力檢測(cè)儀表2.傳送部分圖2-22電容式差壓變送器傳送部分框圖(1)電容電流轉(zhuǎn)換電路電容電流轉(zhuǎn)換電路包括高頻振蕩器、2.2壓力檢測(cè)儀表振蕩控制放大器、解調(diào)器等，其作用是將差動(dòng)電容的相對(duì)變化量轉(zhuǎn)換為高頻電流i1和i2的變化，經(jīng)解調(diào)器相敏整流后，輸出兩組信號(hào)，一組為差模信號(hào)Id(Idi2-i1)，另一組為共模信號(hào)Icm(Icmi1+i2)。(2

9、)電流放大電路電流放大電路主要包括電流放大器、反饋電路(量程調(diào)整電路)、調(diào)零與零點(diǎn)遷移電路、功放和限流器等。電容式壓力（差壓）變送器優(yōu)點(diǎn)：1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，密封性和抗振性好，體積小、重量輕。2)測(cè)量準(zhǔn)確度高，準(zhǔn)確度等級(jí)可達(dá)0.2級(jí)。3)測(cè)量范圍寬，靜壓誤差小。4)調(diào)整、使用方便。5)安全防爆性能好，為本質(zhì)安全型儀表。2.2壓力檢測(cè)儀表圖2-23智能差壓變送器的外形圖2.2.5智能壓力變送器2.2壓力檢測(cè)儀表1.智能壓力(差壓)變送器的組成及原理圖2-243051C型智能差壓變送器原理框圖(1)傳感器組件傳感器組件包括電容式差壓傳感器、溫度傳感器、傳感器組件存儲(chǔ)器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等。2.2壓力檢

10、測(cè)儀表)電容式差壓傳感器的組成及工作原理與模擬式電容差壓變送器中的差壓傳感器基本相同。)溫度傳感器用于測(cè)量差壓傳感器的工作介質(zhì)溫度，供微處理器進(jìn)行溫度補(bǔ)償用。)傳感器組件存儲(chǔ)器用于保存?zhèn)鞲衅鞯南嚓P(guān)信息和修正系數(shù)。)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將電容式差壓傳感器、溫度傳感器測(cè)得的差壓、溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。(2)電子組件電子組件包括微處理器、電子組件存儲(chǔ)器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和數(shù)字通信單元等幾部分。2.2壓力檢測(cè)儀表)微處理器是電子組件部分的核心，它協(xié)調(diào)和控制整個(gè)儀表的工作，對(duì)傳感器組件送來(lái)的信息進(jìn)行處理。)電子組件存儲(chǔ)器用于保存變送器組態(tài)過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)。)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器用于把微處理器計(jì)算處理后的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為

11、DC 420mA模擬信號(hào)送至輸出回路。)數(shù)字通信單元在變送器和手操器(又稱手持通信器)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間提供通信接口，使得遠(yuǎn)程設(shè)定和修改參數(shù)得以實(shí)現(xiàn)。2.2壓力檢測(cè)儀表(3)變送器的組態(tài)和調(diào)校利用手操器或計(jì)算機(jī)可對(duì)智能差壓變送器進(jìn)行遠(yuǎn)程組態(tài)和調(diào)校。圖2-25手操器的連接示意圖2.2壓力檢測(cè)儀表2.智能壓力(差壓)變送器特點(diǎn)1)測(cè)量準(zhǔn)確度高，基本誤差一般為0.1%0.2%，有的可達(dá)0.075%。2)測(cè)量范圍寬，量程比可達(dá)40 1100 1，有的甚至達(dá)400 1。3) 儀表結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、體積小巧、抗振性能好。4) 溫度性能、靜壓性能以及單向過(guò)載性能好。5)具有遠(yuǎn)程通信功能，遠(yuǎn)程組態(tài)和調(diào)校，使用

12、、維護(hù)十分方便。6) 具有自修正、自補(bǔ)償、自診斷及錯(cuò)誤方式報(bào)警等多種功能。2.3壓力儀表的選用、校驗(yàn)與安裝2.3.1壓力表的選用壓力表的選用應(yīng)根據(jù)工藝要求和使用環(huán)境，針對(duì)具體情況做具體分析。在滿足工藝要求的前提下，本著節(jié)約的原則，進(jìn)行類型、型號(hào)、量程和準(zhǔn)確度等級(jí)的選擇。2.3壓力儀表的選用、校驗(yàn)與安裝表2-3普通壓力表的主要技術(shù)指標(biāo)型號(hào)Y40Y60Y100Y150Y250公稱直徑/mm?40?60?100?150?250接頭螺紋M101M1415M2015準(zhǔn)確度等級(jí)2515測(cè)量范圍/MPa001；016；025；04；06；1；16；25；4；6006；1；16；25；4；6010；16；25

13、010；16；25；40；60010;006；015；03；05；09；15；242.3壓力儀表的選用、校驗(yàn)與安裝1.類型選擇)如果要求現(xiàn)場(chǎng)指示壓力，應(yīng)選用現(xiàn)場(chǎng)指示型壓力表，并注意以下幾點(diǎn)。 在大氣腐蝕性較強(qiáng)、粉塵較多和易噴淋液體等環(huán)境惡劣的場(chǎng)合，應(yīng)選用密閉式不銹鋼或全塑壓力表。 對(duì)特殊介質(zhì)的測(cè)量應(yīng)選用專用壓力表。 在機(jī)械振動(dòng)較強(qiáng)的場(chǎng)合，應(yīng)選用耐振壓力表。2.3壓力儀表的選用、校驗(yàn)與安裝 在易燃易爆危險(xiǎn)場(chǎng)所，如需電接點(diǎn)信號(hào)時(shí)，應(yīng)選用防爆電接點(diǎn)壓力表。)如果要求壓力信號(hào)遠(yuǎn)傳，應(yīng)選用壓力傳感器或變送器，同時(shí)注意以下幾點(diǎn)。 要求以標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(DC 420mA)遠(yuǎn)傳時(shí)，應(yīng)選用變送器。 要求以開(kāi)關(guān)信號(hào)遠(yuǎn)傳

14、時(shí)，應(yīng)選用壓力開(kāi)關(guān)。 在易燃易爆危險(xiǎn)場(chǎng)所，應(yīng)選用具有防爆功能的傳感器、變送器或壓力開(kāi)關(guān)。 對(duì)易結(jié)晶、易凝、粘稠等介質(zhì)，應(yīng)選用法蘭式結(jié)構(gòu)的傳感器或變送器。 對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度和可靠性要求不高時(shí)，可選取電阻式、電感式、霍爾式遠(yuǎn)傳壓力表及傳感器。2.3壓力儀表的選用、校驗(yàn)與安裝2.量程選擇 考慮不同壓力場(chǎng)合，保證儀表應(yīng)有的準(zhǔn)確度、線性特性、使用壽命等。3.準(zhǔn)確度等級(jí)選擇根據(jù)生產(chǎn)上允許的最大測(cè)量誤差來(lái)確定準(zhǔn)確度等級(jí)舉例說(shuō)明2.3壓力儀表的選用、校驗(yàn)與安裝2.3.2壓力表的校驗(yàn)壓力表在長(zhǎng)期使用中，會(huì)由于彈性元件的彈性衰退及彈性滯后、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的磨損和腐蝕、電子元器件的老化、工作條件的變化等因素產(chǎn)生測(cè)量誤差。所以

15、必須定期對(duì)壓力表進(jìn)行校驗(yàn)，以保證測(cè)量的可靠性。另外新儀表在安裝使用前也應(yīng)進(jìn)行校驗(yàn)，以防止運(yùn)輸過(guò)程中因振動(dòng)、碰撞所造成的誤差。2.3壓力儀表的選用、校驗(yàn)與安裝圖2-26活塞式壓力計(jì)的結(jié)構(gòu)原理1測(cè)量活塞2砝碼3測(cè)量活塞筒4螺旋壓力發(fā)生器5工作液6被校壓力表7手輪8絲杠9工作活塞10油杯11進(jìn)油閥12,13,14切斷閥活塞式壓力計(jì)2.3壓力儀表的選用、校驗(yàn)與安裝校驗(yàn)壓力表時(shí)注意：1)所選標(biāo)準(zhǔn)表的允許絕對(duì)誤差應(yīng)小于被校表允許絕對(duì)誤差的1/3。2)在被校表測(cè)量范圍內(nèi)，校驗(yàn)點(diǎn)的選擇應(yīng)均勻并達(dá)到5點(diǎn)或5點(diǎn)以上，其中包括零點(diǎn)和滿量程點(diǎn)。3)標(biāo)準(zhǔn)表的測(cè)量上限應(yīng)比被校表大一檔，以防止校驗(yàn)過(guò)程中的誤操作而損壞標(biāo)準(zhǔn)表

16、。4)為方便讀數(shù)，提高校驗(yàn)準(zhǔn)確性，通常使被校表指示校驗(yàn)點(diǎn)壓力，讀取標(biāo)準(zhǔn)表的示值。2.3壓力儀表的選用、校驗(yàn)與安裝2.3.3壓力表的安裝壓力表的安裝正確與否，直接影響到測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和壓力表的使用壽命。1.取壓點(diǎn)的選擇1)取壓點(diǎn)要選在被測(cè)介質(zhì)直線流動(dòng)的管段部分，不要選在管道彎曲、分叉、死角及旋渦區(qū)。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)有突出物或毛刺。3)當(dāng)管道中有突出物(如溫度計(jì)套管)時(shí)，取壓點(diǎn)要選在突出物之前。2.3壓力儀表的選用、校驗(yàn)與安裝圖2-27水平管路取壓點(diǎn)位置示意圖4)引至變送器的導(dǎo)壓管，注意其水平和傾斜管道上取壓點(diǎn)

17、的位置。2.3壓力儀表的選用、校驗(yàn)與安裝2.導(dǎo)壓管的安裝1) 導(dǎo)壓管最長(zhǎng)不要超過(guò)50m，內(nèi)徑一般為610mm。2)導(dǎo)壓管水平安裝時(shí)應(yīng)保證有1 101 20的傾斜度，有利于積存在管內(nèi)的液體或氣體的排出。3)當(dāng)被測(cè)介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時(shí)，必須采取保溫伴熱措施。4)在靠近取壓點(diǎn)的引壓管上應(yīng)裝切斷閥，以便于檢修壓力表。2.3壓力儀表的選用、校驗(yàn)與安裝3.壓力表的安裝1)壓力表應(yīng)安裝在易觀察和檢修的地方，盡可能避免振動(dòng)、高溫影響。2)測(cè)量蒸汽壓力時(shí)，應(yīng)加裝凝液管，以防止高溫蒸汽與測(cè)壓元件直接接觸；測(cè)量腐蝕性介質(zhì)時(shí)，應(yīng)加裝隔離罐，隔離罐內(nèi)充有稱為隔離液的中性介質(zhì)。3)當(dāng)被測(cè)壓力不高，而壓力表與取壓點(diǎn)不在同一高

18、度時(shí)，對(duì)由此高度差所引起的測(cè)量誤差應(yīng)進(jìn)行修正。4)壓力表的連接處應(yīng)根據(jù)被測(cè)壓力的高低和介質(zhì)特性，加裝合適材料的密封墊片，以防泄漏。2.3壓力儀表的選用、校驗(yàn)與安裝圖2-28壓力表安裝示意圖1壓力表2切斷閥3隔離罐4生產(chǎn)設(shè)備5凝液管2.3壓力儀表的選用、校驗(yàn)與安裝5) 測(cè)量高壓的儀表除選用表殼有通氣孔的外，安裝時(shí)表殼應(yīng)朝向墻壁或無(wú)人通過(guò)之處。2.4實(shí)訓(xùn)2.4.1彈簧管壓力表的拆裝與校驗(yàn)1.實(shí)訓(xùn)目的1) 熟悉彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)組成和工作原理。2)掌握彈簧管壓力表零點(diǎn)、量程、線性度的調(diào)整及示值校驗(yàn)方法。2.實(shí)訓(xùn)設(shè)備1)壓力表校驗(yàn)臺(tái)(儀)一臺(tái)。2)普通彈簧管壓力表一塊，準(zhǔn)確度自定。3)標(biāo)準(zhǔn)彈簧管壓力表一塊，準(zhǔn)確度根據(jù)被校壓力表準(zhǔn)確度等級(jí)選擇。4)工作液若干，建議用變壓器油。2.4