壓力表以及壓力變送器課件

1壓力檢測儀表進(jìn)出站壓力、主要設(shè)備的操作壓力儀表選用：

·就地指示：彈簧管壓力表、膜盒壓力表

·壓力限值檢測：防爆電接點(diǎn)壓力表，防爆壓力開關(guān)

·遠(yuǎn)傳控制：智能壓力變送器

1壓力檢測儀表進(jìn)出站壓力、主要設(shè)備的操作壓力12一、壓力與壓力的表示方法壓力就是垂直均勻作用在物體單位面積上的力。在物理學(xué)上稱之為壓強(qiáng)，但是在工程中常把它稱之為壓力。式中，p

是壓力；F

是垂直作用力；S是受力面積。1.壓力的單位（1）法定計(jì)量單位:

壓力的單位，在國際單位制（SI）中規(guī)定為“帕斯卡”，簡稱“帕”，符號為Pa。一帕相當(dāng)于一平方米面積上垂直均勻作用一牛頓力產(chǎn)生的壓力，即1Pa=1N／m2。工程上用KPa、MPa。2一、壓力與壓力的表示方法式中，p是壓力；F是垂直作用力23（2)非法定計(jì)量單位:

我國過去使用的壓力單位有多種，例如：物理大氣壓(atm)、工程大氣壓(kgf／cm2)、毫米水柱(mmH2O)、毫米汞柱(mmHg)、巴(bar)、托(torr)等等。我國現(xiàn)已推廣使用法定計(jì)量單位，以上非法定計(jì)量單位已限制使用。但各種壓力單位之間的換算關(guān)系如表1所示。3（2)非法定計(jì)量單位:34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/mmH2O（磅/英寸2）/（1b/in2）巴/bar帕11×10-61.0197×10-59.869×10-67.501×10-31.0197×10-11.450×10-41×10-5兆帕1×106110.1979.8697.501×1031.0197×1051.450×10210工程大氣壓9.807×1049.807×10-210.9678735.61×10414.220.9807物理大氣壓1.0133×1050.101331.033217601.0332×10414.701.0133汞柱1.3332×1021.3332×10-41.3595×10-31.3158×10-3113.61.934×10-21.3332×10-3水柱9.8079.807×10-61×10-49.678×10-50.0735511.4220.09806（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1各種壓力單位換算關(guān)系表4壓力單位帕/Pa兆帕/MPa工程大氣壓/(kgf/cm52.壓力的表示法

在壓力測量中，壓力的表示常有表壓力、絕對壓力、負(fù)壓力或真空度之分，關(guān)系如圖所示。圖絕對壓力、表壓力與負(fù)壓力的關(guān)系

表壓力(正壓力）是絕對壓力和大氣壓力之差，即52.壓力的表示法在壓力測量中，壓力的表示常有表壓力、6

當(dāng)被測壓力低于大氣壓時(shí)，一般用負(fù)壓力或真空度來表示，是大氣壓力和絕對壓力之差，即：說明：由于各種工藝設(shè)備和測量儀表通常處于大氣之中，本身就承受著大氣壓力，所以工程上經(jīng)常用表壓或真空度來表示壓力的大小。如無特殊說明，以后提到的壓力均指表壓力或真空度。6當(dāng)被測壓力低于大氣壓時(shí)，一般用負(fù)壓力或真空度來表1、彈性式壓力儀表

（1）彈簧管壓力表

（2）電接點(diǎn)壓力表（3）壓力開關(guān)2、電氣式壓力儀表壓阻式、應(yīng)變式、電容式、電感式

（1）電容式差壓（壓力）變送器

（2）智能型（差壓）壓力變送器1、彈性式壓力儀表78常用彈性元件

彈性元件是彈性式壓力儀表的測壓敏感元件，是壓力-位移轉(zhuǎn)換元件，工業(yè)上常用的彈性元件有膜片、膜盒、波紋管和彈簧管，結(jié)構(gòu)如圖所示。(a)單圈彈簧管（b）多圈彈簧管（c）膜片(d)膜盒（e）波紋管

圖彈性元件結(jié)構(gòu)圖二、彈性式壓力儀表8常用彈性元件彈性元件是彈性式壓力儀表的測壓敏89注意：1.不同材料、不同結(jié)構(gòu)的彈性元件其彈性特性不同，產(chǎn)生的彈性變形也不同。

2.當(dāng)測壓范圍不同時(shí)，所用的彈性元件也不一樣。9注意：1.不同材料、不同結(jié)構(gòu)的彈性元件其彈性特性不同，產(chǎn)生9101.彈簧管壓力表

彈簧管壓力表，其測量范圍廣（10-4～103MPa）,品種規(guī)格多，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、精度較高、堅(jiān)固耐用、價(jià)格便宜的特點(diǎn)。因而被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)上的各種壓力測量場合，并在長期發(fā)展過程中，被附加上各種發(fā)信裝置，用于進(jìn)行壓力信號報(bào)警與遠(yuǎn)傳。如電接點(diǎn)壓力表、霍爾遠(yuǎn)傳壓力表、光電編碼壓力表等。下面以單圈彈簧管壓力表為例分析其工作原理。101.彈簧管壓力表彈簧管壓力表，其測1011111112（1）單圈彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)及原理

拉桿調(diào)整螺釘扇形齒輪彈簧管中心齒輪儀表接頭接儀表指針

油絲拉桿：當(dāng)彈簧管產(chǎn)生形變位移時(shí)，拉桿跟隨其移動，它的另一端與扇形齒輪相連。扇形齒輪：放大彈簧管的位移，在拉桿帶動下，驅(qū)動中心齒輪。中心小齒輪：相連在儀表軸心內(nèi)，在圓柱齒輪軸上裝有指針，隨扇形齒輪帶動旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動指針。油絲：油絲的彈性拉緊圓柱齒輪（中心小齒輪）以消除齒間嚙合間隙。

彈簧管：感受壓力，形變產(chǎn)生位移，

帶動拉桿移動。12（1）單圈彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)及原理 拉桿扇形彈簧中心儀表接12131）單圈彈簧管彈簧管是壓力表的測壓元件，自由端封閉，并連結(jié)傳動機(jī)構(gòu)，用來輸出彈簧管變形位移；固定端與壓力接頭焊接，并固定于表殼上，以便輸入被測壓力到彈簧管內(nèi)腔。131）單圈彈簧管13142）傳動放大機(jī)構(gòu)

包括拉桿、扇形齒輪、中心齒輪、調(diào)整螺釘及游絲，簡稱為機(jī)芯。在這里，傳動放大機(jī)構(gòu)的作用是將彈簧管的變形——自由端位移加以放大，并將其變?yōu)橹羔?的偏轉(zhuǎn)。

圖傳動放大機(jī)構(gòu)原理圖1－拉桿2-活銷3-扇形齒輪4-中心齒輪5-指針注意：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。142）傳動放大機(jī)構(gòu)包括拉桿、扇形齒輪、中心齒輪、14153）指示機(jī)構(gòu)

包括指針5、刻度盤6等，其作用是指示被測壓力的數(shù)值。4)表殼

包括殼座、蓋圈、表玻璃等。它的作用是固定和保護(hù)表內(nèi)各種部件。彈簧管壓力表153）指示機(jī)構(gòu)彈簧管壓力表1516（3）彈簧管的材料因被測介質(zhì)的性質(zhì)和被測壓力的高低而不同：①被測壓力小于20Mpa時(shí)，采用磷青銅；②被測壓力大于20Mpa時(shí)，采用不銹鋼、合金鋼③測量氨氣壓力時(shí)，為防腐蝕采用不銹鋼；④測乙炔時(shí)，不得用銅質(zhì)彈簧管；⑤測氧氣時(shí)，彈簧管不得沾有油脂或用有機(jī)材料附件，以防出現(xiàn)爆炸危險(xiǎn)。⑥測量含硫介質(zhì)壓力時(shí)，采用OCr15Ni40MoCuTiA1B彈性合金材料16（3）彈簧管的材料因被測介質(zhì)的性質(zhì)和被測壓力的高低而不同1617（4)彈簧管壓力表的類型

彈簧管壓力表的規(guī)格很多。按其精度等級可分為：精密壓力表(0.16、0.2、0.25級）、標(biāo)準(zhǔn)壓力表（0.35、0.4級）、普通壓力表（0.5、1.0、1.5、2.5級）等；按其用途可分為：氧氣壓力表、氨用壓力表、車用壓力表等；按顯示及信號方式分：電接點(diǎn)壓力表、遠(yuǎn)傳壓力表等。按功能分：耐振壓力表、耐腐蝕壓力表。17（4)彈簧管壓力表的類型彈簧管壓力表的規(guī)格很多。1718目前彈簧管壓力表的制造已經(jīng)系列化，壓力表的測量上限Pmax有1.0、1.6、2.5、4.0、6.0x10n五個(gè)系列，壓力表的測量下限Pmin一般為零。壓力表常見型號：

Y-60、Z-100、YZ-150、YB-150、YX-100、YXC-100、YTN-150等18目前彈簧管壓力表的制造已經(jīng)系列化，壓力表的測量上限Pma1819警惕！

工業(yè)生產(chǎn)中，常需要把壓力控制在某一范圍內(nèi)。否則，當(dāng)壓力高于或低于規(guī)定數(shù)值時(shí)，就會破壞正常的工藝條件，甚至可能發(fā)生事故。利用電接點(diǎn)信號壓力表就能方便地在壓力偏離正常波動范圍時(shí)及時(shí)發(fā)出燈光、聲響報(bào)警信號，以提醒操作人員注意，或通過繼電器實(shí)現(xiàn)對壓力的自動控制。19警惕！工業(yè)生產(chǎn)中，常需要把壓力控制在某一范圍內(nèi)19202.電接點(diǎn)壓力表

在普通彈簧管壓力表的基礎(chǔ)上稍添部件，便可成為電接點(diǎn)信號壓力表若壓力降到下限值時(shí)，動觸點(diǎn)2與靜觸點(diǎn)1接觸，接通了信號燈3的電路。當(dāng)壓力超過上限值時(shí)，動觸點(diǎn)2和靜觸點(diǎn)4接觸，信號燈5的電路被接通。下限給定值上限給定值202.電接點(diǎn)壓力表下限給定值上限給定值2021

在石油、化工等工業(yè)部門，磁助電接點(diǎn)壓力表用于測量無爆炸危險(xiǎn)的各種流體介質(zhì)的壓力。通常，磁助電接點(diǎn)壓力表與相應(yīng)的電氣器件(如繼電器及接觸器等)配套使用，即可對被測(控)壓力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動控制和發(fā)信(報(bào)警)的目的。磁助電接點(diǎn)壓力表21在石油、化工等工業(yè)部門，磁助電接點(diǎn)壓力表用21223.壓力開關(guān)壓力開關(guān)又稱為壓力控制器，是一種簡單的壓力控制裝置，當(dāng)被測壓力達(dá)到額定值時(shí)，壓力開關(guān)可發(fā)出警報(bào)或控制信號。223.壓力開關(guān)壓力開關(guān)又稱為壓力控制器，是一種簡單的壓力控2223三、電氣式壓力儀表電氣式壓力儀表是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。特點(diǎn)：測量范圍較廣（7×10-5Pa～5×102MPa）精度較高（可達(dá)0.2級）可遠(yuǎn)距離傳送信號（實(shí)現(xiàn)壓力自動控制、報(bào)警）種類：壓阻式、應(yīng)變式、電容式、電感式23三、電氣式壓力儀表電氣式壓力儀表是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信23241、電容式差壓（壓力）變送器組成：測量部分放大部分①測量部分作用：被測差壓ΔP差動電流信號Id②放大部分：電流放大電路；零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移電路；輸出限幅電路；阻尼調(diào)整電路。組成：傳感器測量線路指示器記錄儀控制器輔助電源壓力電量241、電容式差壓（壓力）變送器組成：傳感器測量線路指2425

測壓原理：利用彈性元件受壓變形來改變可變電容器的電容量，然后通過測量電容量便可以知道被測壓力的大小，從而實(shí)現(xiàn)壓力-電容量轉(zhuǎn)換的。電容式壓力傳感器可分為三種類型:改變面積式,變介電質(zhì)的變間隙式(可以用空氣,固體介質(zhì)如云母等)和變極間距離等三類。1.電容式壓力（差壓）變送器25測壓原理：利用彈性元件受壓變形來1.電容式壓力（差壓25P1-P2

=ΔP→中心膜片變形位移→電容量變化P1=P2時(shí)：C1=C2=K2

/d0

K2

=εS/4π

P1＞P2時(shí)：

測量膜片中心位移：

Δd

=

K

1ΔP

K

1—彈力系數(shù)當(dāng)P2是大氣壓時(shí)，為壓力傳感部件。P1-P2=ΔP→中心膜片變形位移→電容量變化P1=P2時(shí)26272727特點(diǎn)：

靈敏度高，量程寬，

過載能力強(qiáng)。結(jié)構(gòu)緊

湊，穩(wěn)定性與抗振性

好，測量精度高，可

達(dá)0.2級。應(yīng)用廣泛，

輸出標(biāo)準(zhǔn)4～20mA

DC

電流信號。特點(diǎn)：28292、智能型（差壓）壓力變送器A/D轉(zhuǎn)換溫度傳感器電容式傳感器傳感膜頭內(nèi)存?zhèn)鞲衅鹘M件壓力微處理器D/A轉(zhuǎn)換電子板模塊內(nèi)存數(shù)字通信本機(jī)量程和零點(diǎn)調(diào)整4～20mA電子組件292、智能型（差壓）壓力變送器A/D轉(zhuǎn)換溫度傳感器電容式傳2930①傳感器組件②電子組件③手持通信器（手操器）功能:

組態(tài)組態(tài)模擬輸出參數(shù)

LCD液晶表頭設(shè)定向變送器輸入信息性數(shù)據(jù)重設(shè)量程變送器的校準(zhǔn)(驗(yàn))

自診斷（當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)，變送器將激活用戶選定的模擬輸出報(bào)警。手持通信器可以詢問變送器，確定問題所在。變送器向手持通信器輸出特定的信息，以識別問題，從而可以快速地進(jìn)行維修。30①傳感器組件③手持通信器（手操器）3031HART275手操器31HART275手操器3132

數(shù)字輸出信號—HART協(xié)議

HART協(xié)議采用基于Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4～20mA模擬信號上疊加幅度為0.5mA的音頻數(shù)字信號進(jìn)行雙向數(shù)字通訊，數(shù)據(jù)傳輸率為1.2Mbps。由于信號的平均值為0，不影響傳送給控制系統(tǒng)模擬信號的大小，保證了與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容性。32數(shù)字輸出信號—HART協(xié)議HART協(xié)議采用3233333334智能型差壓變送器的特點(diǎn):精度高±0.1%～±0.2%,±0.075%；測量范圍寬,量程比可達(dá)40∶1,50∶1,100∶1,甚至400∶1；溫度性能、靜壓性能、單向過載性能等比以往變送器有很大提高；儀表結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、體積??；可利用手操器遠(yuǎn)方設(shè)定儀表的運(yùn)行參數(shù)及對儀表進(jìn)行校準(zhǔn)、自診斷等；可實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信。34智能型差壓變送器的特點(diǎn):3435壓力變送器（ABB）35壓力變送器（ABB）3536壓力變送器（ROSEMOUNT）36壓力變送器（ROSEMOUNT）3637下游開關(guān)閥平衡閥上游開關(guān)閥放空閥液晶顯示屏接線孔上下游導(dǎo)壓管接口ROSEMOUNT差壓變送器生產(chǎn)廠家：美國，羅斯蒙特主要安裝地點(diǎn)：各計(jì)量支路孔板閥。測量范圍：0—6、0—10、0—30、0-40、0—70、0—100、0-160Kpa。ROSEMOUNT差壓變送器將孔板造成的差壓，由壓力信號變?yōu)殡娦盘?。它輸出的信號為直流電流信號，大小?—20mA。37下游開關(guān)閥平衡閥上游開關(guān)閥放空閥液晶接線孔上下游