化工儀表檢測技術第2章壓力檢測

化工(huàgōng)儀表及自動化第二章壓力(yālì)檢測精品資料內容提要(nèirónɡtíyào)壓力單位及測壓儀表彈性式壓力計彈性元件彈簧管壓力表電氣(diànqì)式壓力計應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精品資料內容提要(nèirónɡtíyào)智能式變送器智能變送器的特點智能變送器的結構原理壓力計的選用(xuǎnyòng)及安裝壓力計的選用(xuǎnyòng)壓力計的安裝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。

壓力的檢測與控制,對保證生產(chǎn)過程正常進行,達到高產(chǎn)、優(yōu)質、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，簡稱帕（Pa）4精品資料第一節(jié)壓力單位(dānwèi)及測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系，下面給出幾種單位之間的換算關系表。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)單位及測壓儀表7在壓力測量(cèliáng)中，常有表壓、絕對壓力、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）的關系精品資料二.壓力計的分類(fēnlèi)8測量壓力(yālì)或真空度的儀表按照其轉換原理的不同，分為四類。1.液柱式壓力計

它根據(jù)流體靜力學原理，將被測壓力轉換成液柱高度進行測量。

按其結構形式的不同

有U形管壓力計、單管壓力計和斜管壓力計等。優(yōu)點這類壓力計結構簡單、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換成電量（如電壓、電流、頻率等）來進行測量的儀表。電容式電阻式電感式應變片式和霍爾片式9彈簧管壓力計波紋管壓力計膜式壓力計精品資料第一節(jié)壓力(yālì)單位及測壓儀表4.活塞式壓力計

它是根據(jù)水壓機液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉換成活塞上所加平衡砝碼(fǎmǎ)的質量來進行測量的。優(yōu)點缺點測量精度很高，允許誤差可小到0.05%～0.02%。結構較復雜，價格較貴。

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

具有結構簡單、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)千兆帕范圍內的壓力。

精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計12

一、彈性元件

彈性元件是一種簡易可靠(kěkào)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。精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計13二、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。

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—調整螺絲；9—接頭彈簧壓力表彈簧(tánhuáng)管壓力表的結構及其工作過程精品資料第二節(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，即當壓力低于或高于給定范圍時，就會破壞正常工藝條件，甚至可能發(fā)生危險。這時就應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(tíxǐng)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！15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(yālì)表指針上有動觸點2，表盤上另有兩根可調節(jié)指針，上面分別有靜觸點1和4。當壓力(yālì)超過上限給定數(shù)值時，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(yālì)低到下限給定數(shù)值時，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)需要靈活調節(jié)。16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換成電信號進行傳輸及顯示的儀表。17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。

精品資料分類(fēnlèi)彈簧(tánhuáng)管式的電氣式壓力計應變片式壓阻式電容式不能適應快速變化的脈動壓力和高真空、超高壓場合檢測的需要。電阻式電感式霍爾片式精品資料19第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計一、應變(yìngbiàn)片壓力傳感器

應變片式壓力傳感器利用電阻應變原理構成。電阻應變片有金屬和半導體應變片兩類，被測壓力使應變片產(chǎn)生應變。當應變片產(chǎn)生壓縮（拉伸）應變時，其阻值減?。ㄔ黾樱?，再通過橋式電路獲得相應的毫伏級電勢輸出，并用毫伏計或其他記錄儀表顯示出被測壓力，從而組成應變片式壓力計。圖2-6應變片壓力傳感器示意圖結構：傳感筒：1—應變筒；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而構成。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。當壓力發(fā)生變化時，單晶硅產(chǎn)生應變，使直接擴散在上面的應變電阻產(chǎn)生與被測壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應的電壓輸出信號。工作原理20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、頻率響應高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結構簡單；

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)。21圖3-12壓阻式壓力傳感器1—基座；2—單晶硅片；3—導環(huán)；4—螺母；5—密封墊圈；6—等效電阻結構：單晶硅片等值電阻傳感腔精品資料第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計三、電容式壓力(yālì)變送器工作原理22先將壓力的變化轉換為電容量的變化，然后進行測量。

圖2-8電容式測量膜盒測量部分結構：1—中心感應膜片(可動電極)；2—固定電極；3—測量側；4—隔離膜片？彈性元件精品資料電氣(diànqì)式壓力計的組成一般由壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置所組成。常用(chánɡyònɡ)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18精品資料傳感器:能將非電量被測參數(shù)按確定函數(shù)(hánshù)關系轉換成電量的設備/器件。變送器：（1）將被測參數(shù)成比例(bǐlì)轉換成標準統(tǒng)一信號，并能將統(tǒng)一信號有限距離的遠傳。（2)可調量程：把同一參數(shù)不同的測量范圍轉換成為成比例(bǐlì)的統(tǒng)一信號。傳感器和變送器的關系？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上增加微處理器電路(diànlù)而形成的智能檢測儀表。23一、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內調整,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,能夠實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊,可以與現(xiàn)場(xiànchǎng)總線網(wǎng)絡和上位計算機相連。⑤可以進行遠程通訊,通過現(xiàn)場(xiànchǎng)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,簡化了調整、校準與維護過程,使維護和使用都十分方便。24精品資料第四節(jié)智能(zhìnénɡ)式變送器二、智能(zhìnénɡ)變送器的結構原理從整體上來看,由硬件和軟件兩大部分組成。從電路結構上來看,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?？梢越釉诂F(xiàn)場(xiànchǎng)變送器的信號端子上，就地設定或檢測，也可以在遠離現(xiàn)場(xiànchǎng)的控制室中，接在某個變送器的信號線上進行遠程設定及檢測。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

27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28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)

壓力計的選用應根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對壓力測量的要求，結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

29精品資料第五節(jié)壓力計的選用(xuǎnyòng)及安裝1.測壓點的選擇應能反映(fǎnyìng)被測壓力的真實大小。①要選在被測介質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測量流動介質的壓力時，應使取壓點與流動方向垂直，取壓管內端面與生產(chǎn)設備連接處的內壁應保持平齊，不應有凸出物或毛刺。③測量液（氣）體壓力時，取壓點應在管道下（上）部，使導壓管內不積存氣（液）體。30二、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.導壓管鋪設(pūshè)①導壓管粗細要合適，一般內徑為6～10mm，長度應盡可能短，最長不得超過50m，以減少壓力指示的遲緩。如超過50m，應選用能遠距離傳送的壓力計。②導壓管水平安裝時應保證有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當被測介質易冷凝或凍結時，必須加設保溫伴熱管線。④取壓口到壓力計之間應裝有切斷閥，以備檢修壓力計時使用。切斷閥應裝設在靠近取壓口的地方。31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壓力計應安裝在易觀察和檢修的地方。②安裝地點應力求避免振動和高溫影響。32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，應加裝凝液管，以防止高溫蒸汽直接與測壓元件接觸[圖3-17（a）］；對于(duìyú)有腐蝕性介質的壓力測量，應加裝有中性介質的隔離罐，右圖（b）表示了被測介質密度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33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，應根據(jù)被測壓力的高低和介質性質，選擇適當(shìdàng)的材料，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按Δp＝±Hρg進行修正。式中H為高度差，ρ為導壓管中介質的密度，g為重力加速度。⑥為安全起見，測量高壓的壓力計除選用有通氣孔的外，安裝時表殼應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.某臺往復式壓縮機的出口壓力范圍為25～28MPa，測量誤差不得大于1