第二章 壓力測(cè)量

第一節(jié)概述第二章壓力測(cè)量一、壓力壓力：

即壓強(qiáng)，介質(zhì)垂直均勻地作用于單位面積上的力。

P=F/S

在石油化工生產(chǎn)中，壓力往往是決定生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要因素。分離器和鍋爐：承壓設(shè)備，必須嚴(yán)格控制壓力不能超過(guò)其額定值。減壓蒸餾裝置：負(fù)壓設(shè)備，必須嚴(yán)格控制壓力不能過(guò)低。壓力形式：

1.絕對(duì)壓力p，即相對(duì)于0壓的壓力；大氣壓力

pa2.正壓力（表壓）絕對(duì)壓力減大氣壓力

pe=p-pa

3.負(fù)壓力（真空度）大氣壓力減絕對(duì)壓力p’

pd=pa

–p’pP’0Pd大氣paPe絕對(duì)壓力p第一節(jié)概述二、壓力的單位帕：帕斯卡

用pa表示

1pa=1N/m2

1Mpa=106Pa標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（kg/cm2）

工程大氣壓（kg/cm2）

巴(bar)表2-1常用壓力單位換算表三、壓力測(cè)量?jī)x表分類壓力測(cè)量?jī)x表又稱壓力表或壓力計(jì)，按照其轉(zhuǎn)換原理不同大致分為以下幾類：（1）液柱式壓力計(jì)（2）彈性式壓力計(jì)（3）電氣式壓力計(jì)（4）活塞式壓力計(jì)根據(jù)流體靜力平衡原理測(cè)量顯示，U形管。根據(jù)彈性元件在壓力作用下產(chǎn)生變形原理制作。利用彈性元件和應(yīng)變?cè)Y(jié)合將彈性元件的形變轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；或利用金屬及半導(dǎo)體的壓變特性直接將壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)利用作用在已知面積上重力平衡被測(cè)壓力的原理。第二節(jié)彈性式壓力計(jì)一、彈性元件利用彈性元件在被測(cè)介質(zhì)的壓力作用下產(chǎn)生形變程度來(lái)衡量被測(cè)介質(zhì)的壓力大小。工作原理：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。測(cè)量范圍廣易于改進(jìn)升級(jí)：增加附加裝置（記錄、電氣變換、控制元件），可實(shí)現(xiàn)測(cè)量信號(hào)的遠(yuǎn)傳、報(bào)警、自動(dòng)控制等。彈性元件是一種測(cè)壓敏感元件，常用的彈性元件有以下幾種：1.彈簧管式單圈圓弧形截面為扁圓或橢圓多圈圓弧形，增加自由端位移膜片2.薄膜式3.波紋管式膜盒，內(nèi)充硅油微壓或低壓測(cè)量第二節(jié)彈性式壓力計(jì)二、彈簧管壓力表測(cè)壓原理：壓力P→（彈性元件A）→產(chǎn)生力F=PA↓（平衡）變形S產(chǎn)生反力f=KS分類：根據(jù)測(cè)壓元件根據(jù)特殊應(yīng)用場(chǎng)合單圈多圈耐腐蝕（氨）禁油（氧氣）1.單圈彈簧管壓力表P壓力S位移彈簧管為一270°圓弧形扁圓截面空心金屬薄管。固定端輸入壓力，自由端連接放大指示機(jī)構(gòu)。在內(nèi)腔壓力p作用下，彈簧管截面變園、產(chǎn)生挺直、擴(kuò)張變形。自由端產(chǎn)生位移S。壓力-

形變

位移

指示位移太小怎么辦？固定自由位移的放大機(jī)構(gòu)：拉桿扇形齒輪中心齒輪齒輪咬合指針支點(diǎn)刻度刻度標(biāo)尺是線性的!組成：由表殼、單圈彈簧管、傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)、指示部分組成。

表殼：殼體、蓋、表面玻璃。

傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)：拉桿與扇形齒輪構(gòu)成一級(jí)杠桿放大，放大倍數(shù)可通過(guò)改變調(diào)整螺釘位置改變。扇形齒輪與中心齒輪構(gòu)成二級(jí)放大。

指示機(jī)構(gòu)：由中心齒輪帶動(dòng)指針沿刻度盤偏轉(zhuǎn)，指示壓力。

原理：壓力P→彈簧管內(nèi)腔→受力，變形→自由端位移↗→拉桿↗→扇形齒輪偏轉(zhuǎn)

→中心齒輪偏轉(zhuǎn)→指針偏轉(zhuǎn)

→指示壓力。

游絲作用：使中心齒輪與扇形齒輪保持同一側(cè)齒面接觸,消除齒輪嚙合間隙帶來(lái)的變差。

調(diào)整螺釘作用：改變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)放大倍數(shù)，消除測(cè)量上限下指示誤差——調(diào)量程。功能擴(kuò)展：帶電接點(diǎn)的壓力表（實(shí)現(xiàn)壓力控制）用途：壓力越限報(bào)警或控制。

1.結(jié)構(gòu)由壓力表加裝電接點(diǎn)制成。動(dòng)觸點(diǎn)，裝在指針上；靜觸點(diǎn)，裝于上下給定指針，并由游絲彈性連接。

2.原理

P≥Pmax時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)2與靜觸點(diǎn)4接觸→接通→高壓報(bào)警，紅燈5亮。

P≤Pmin時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)2與靜觸點(diǎn)1接觸→接通→低壓報(bào)警，綠燈3亮。結(jié)論：①P≥Pmax

高壓報(bào)警（紅燈亮）；②P≤Pmin

低壓報(bào)警（綠燈亮）；③Pmin≤P≤Pmax時(shí)壓力正常（紅綠燈均不亮）第三節(jié)電氣式壓力計(jì)把被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，然后測(cè)量電信號(hào)獲得壓力數(shù)值，這種測(cè)量?jī)x表量?jī)x表叫電氣式壓力計(jì)。組成：一般由壓力傳感器、測(cè)量電路、信號(hào)處理部分組成。

特點(diǎn)：測(cè)量范圍較寬，精度可達(dá)O.2級(jí)。能夠進(jìn)行信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳送，便于實(shí)現(xiàn)壓力的自動(dòng)控制和報(bào)警，方便與計(jì)算機(jī)等工業(yè)控制機(jī)連接，在石油、化工、煉油、冶金等領(lǐng)域應(yīng)用很廣。壓力電信號(hào)傳感器測(cè)量線路顯示記錄儀表輔助電源一、霍爾片式壓力傳感器1、霍爾效應(yīng)：

霍爾片--N型半導(dǎo)體片,置于Z-向磁場(chǎng)中，Y-向通過(guò)電流時(shí)，電子受洛倫茨力的作用向-X方向偏轉(zhuǎn)，X方向電荷積累形成“霍爾電勢(shì)Eh”第三節(jié)電氣式壓力計(jì)式中kh——靈敏系數(shù)，與半導(dǎo)體材料、尺寸和溫度有關(guān)；

B——非均勻磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度！?。。。?！

I——電流。第三節(jié)電氣式壓力計(jì)在上式中，保持電流I不變，則Eh與B呈線性關(guān)系。2、霍爾片式壓力傳感器YSH-3型：霍爾片固定在單圈彈簧管的自由端。處于固定的兩塊磁鐵的非均勻磁場(chǎng)中。壓力P電源I輸出EHSN

NSN

SB第三節(jié)電氣式壓力計(jì)二、應(yīng)變片式壓力傳感器各種應(yīng)變片與彈性元件配用，組成應(yīng)變式壓力傳感器。

應(yīng)變式壓力傳感器：利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的“應(yīng)變效應(yīng)”來(lái)測(cè)量壓力，即通過(guò)應(yīng)變片將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，通過(guò)橋式測(cè)量電路，獲得相應(yīng)的毫伏級(jí)電壓信號(hào)作為輸出。如果配上相應(yīng)的顯示儀表就可顯示出被測(cè)介質(zhì)的壓力。應(yīng)變式壓力傳感器適用于測(cè)量快速變化的壓力和高壓力。1、電阻應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)：當(dāng)導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料應(yīng)變片發(fā)生機(jī)械變形時(shí)其電阻值變化。應(yīng)變片：它是由金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料制成的電阻體，其電阻值隨被測(cè)壓力所產(chǎn)生的應(yīng)變而變化。箔式絲式半導(dǎo)體式第三節(jié)電氣式壓力計(jì)二、應(yīng)變片式壓力傳感器BPR－2型應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變筒下裝承壓膜片，應(yīng)變筒外壁粘貼應(yīng)變片r1(軸向)、r2(徑向)。原理：應(yīng)變筒外壁上，應(yīng)變片R1沿軸向粘貼，作為測(cè)量片；R2沿徑向粘貼，作為溫度補(bǔ)償片。被測(cè)壓力P作用于膜片，底膜片受壓F=P.A→壓縮應(yīng)變筒→軸向應(yīng)變（粗短）→R1減小、R2增加→電橋失去平衡→產(chǎn)生不平衡電壓輸出。第三節(jié)電氣式壓力計(jì)三、壓阻式壓力變送器（略）

固體受力后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。壓阻式壓力變送器就是利用單晶硅材料的壓阻效應(yīng)和微電子技術(shù)制成的一種新型壓力儀表四、電容式差壓變送器

電容式差壓變送器利用彈性膜片作為敏感元件，利用彈性膜片在壓力作用下的變形，改變膜片與電容固定電極之間的距離，由此改變電容式變送器的電容量。第三節(jié)電氣式壓力計(jì)

動(dòng)電極和固定電極構(gòu)成的兩個(gè)電容器的電容量可以近似表示為：式中A——極板截面積其核心元件差動(dòng)電容膜盒5兩側(cè)焊接隔離膜片8、14，系統(tǒng)封閉，充滿硅油。一個(gè)動(dòng)電極（中心感壓膜片11）、兩個(gè)固定電極（弧形電極10、12）形成兩個(gè)電容，經(jīng)導(dǎo)線引出電容膜盒。中心感壓膜片為一圓形薄金屬膜片，它既是動(dòng)電極，又是壓力的敏感元件，將電容膜盒的正、負(fù)壓側(cè)隔開。811101214第三節(jié)電氣式壓力計(jì)電容式壓力變送器，由測(cè)量部分、轉(zhuǎn)換部分組成。測(cè)量部分：ΔP由電容膜盒膜片微位移電容變化ΔC。轉(zhuǎn)換部分：測(cè)量電容變化ΔC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電流4-20mA.輸出。工作原理

膜盒兩邊由隔離膜片密封，內(nèi)部充滿硅油。隔離膜片感受兩側(cè)壓力的作用，通過(guò)硅油傳壓使彈性膜片產(chǎn)生位移，向低壓側(cè)凸起。引起兩側(cè)電容器電容值改變。電容量變化經(jīng)轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（4-20mA）輸出。第三節(jié)電氣式壓力計(jì)P1-P2=0時(shí)，C1=C2=C0P1-P2>0->隔離膜片->硅油傳壓->中心膜片向右側(cè)凸起->兩電容值變化->C1↓->C2↑C2-C1經(jīng)轉(zhuǎn)換放大轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（4-20mA）輸出。特點(diǎn)：精度高（0.25％），結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)，耐震動(dòng)、耐沖擊，穩(wěn)定可靠，靈敏度高過(guò)載能力大；可以測(cè)量壓力和差壓，儀表測(cè)量范圍0.01MPa-70MPa。一、壓力表的選擇1、確定壓力表類型第四節(jié)壓力計(jì)的選擇、校驗(yàn)和安裝注意p’max,p’min3、計(jì)算壓力表精度

根據(jù)工藝要求允許測(cè)量誤差emax

計(jì)算所選精度等級(jí)

根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)、顯示要求、測(cè)量環(huán)境選擇。一般就地指示選Y-100單圈彈簧管壓力表。2、選擇壓力表量程

根據(jù)被測(cè)壓力大小及波動(dòng)情況選擇考慮因素：量程太小，壓力波動(dòng)余地小、彈簧管長(zhǎng)期極限變形影響壽命。量程太大，同精度壓力表誤差大。被測(cè)壓力應(yīng)在壓力表滿量程的（1／3）--（1／2—3／5）之間。

測(cè)量穩(wěn)定壓力時(shí)：

測(cè)量脈動(dòng)壓力時(shí)：

測(cè)量高壓壓力時(shí)：其中：P0max被測(cè)最大壓力；P0min被測(cè)最小壓力；Sp壓力表量程第四節(jié)壓力計(jì)的選擇、校驗(yàn)和安裝舉例：P21某臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)出口壓力范圍為2.5～2.8MPa，測(cè)量誤差不得大于0.1MPa，工藝要求就地觀察。試正確選用一臺(tái)壓力表，指出型號(hào)、精度等級(jí)和測(cè)量范圍。解：由于往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力脈動(dòng)較大，所以選用壓力計(jì)的量程為：選取壓力表量程為6MPa，測(cè)量范圍0～6MPa。所選壓力計(jì)的精度等級(jí)為：選取壓力表精度等級(jí)為1．5級(jí)。用于就地顯示，可選用Y150型普通彈簧管壓力表。第四節(jié)壓力計(jì)的選擇、校驗(yàn)和安裝二、壓力計(jì)校驗(yàn)校驗(yàn):將被校壓力計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)通以相同的壓力，用標(biāo)準(zhǔn)表的示值作為真值，比較被校表的示值，即可確定被校表的誤差、精度、變差等性能原因：1.彈性元件的彈性衰退而產(chǎn)生緩變誤差2.因彈性元件的彈性滯后和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的磨損而產(chǎn)生變差標(biāo)準(zhǔn)表：允許最大絕對(duì)誤差起碼應(yīng)小于被校表允許最大絕對(duì)誤差的三分之一校驗(yàn)結(jié)論：1.引用誤差、變差的值均不大于精