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压力单位及测压仪表弹性式压力计弹性元件弹簧管压力表电气式压力计应变片式压力传感器压阻式压力传感器电容式压力传感器,目录：,智能式变送器智能变送器的特点智能变送器的结构原理压力计的选用及安装压力计的选用压力计的安装,第二节 压力检测及仪表,合成氨的反应中:,保证反应的进行必须对压力进行控制,3,常用压力表,电接点压力表,HAKK-EKA110A差压变送器,轮胎测压计,液柱式压力计,第二节 压力检测及仪表,压力：指由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。,化工生产中，通常遇到压力和真空度的测量。若压力不符合要求，不仅会影响生产效率，降低产品质量，还会造成严重生产事故。化学反应中，压力既影响物料平衡关系，也影响化学反应速度。所以，压力的测量与控制，对保证生产过程正常进行，达到高产、优质、低消耗和安全是十分重要的。,一、压力单位及测压仪表由公式,得其单位为,国际单位为：帕帕斯卡,工厂中还常用公斤力（工程大气压）Kgf/cm2 1MPa10 Kgf/cm2,常用压力单位之间换算关系：1MPa=1103KPa=1106 Pa1mmH2O=9.807 Pa1mmHg=133.32 Pa我国目前生产的各种压力仪表都用统一的KPa或MPa为基本单位。,表3-1 各种压力单位换算表,（一）压力指示值,除特殊说明之外，以后所提及的压力均指表压。,压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度。,当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。,（二）测压仪表分类,测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。,1.液柱式压力计,它根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。,按其结构形式的不同,有U形管压力计、单管压力计等,13,优点,这类压力计结构简单、使用方便,缺点,其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测量较低压力、真空度或压力差。,2、弹性式压力计: 它是根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移进行测量的。常用的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管等。例：弹簧管压力计、膜式压力计、波纹管压力计,3、电气式压力计 通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。例：各种压力传感器和压力变送器。,4、活塞式压力计 根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量。特点：测量精度高，允许误差可小到0.05%0.02%。但结构较复杂，价格较贵。一般作为标准表来校验其他类型的压力计。,数字式活塞式压力计,二、 弹性式压力计,定义,弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。,优点,1、弹性元件,弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围不同时，所用的弹性元件也不一样。,弹性元件示意图,弹簧管式弹性元件如图(a)和(b)所示，波纹管式弹性元件如图(e)所示，薄膜式弹性元件如图(c)和(d)所示。,单圈弹簧管是弯成270度圆弧的空心金属管，其截面为扁圆形或椭圆形等。,扁圆形 椭圆形 半圆形 双圆形 8字形 厚壁扁圆形,弹簧管的各种横截面图,21,膜片,膜盒,膜片、膜盒,22,一个周围为波纹状的薄壁金属筒体,波纹管,23,弹簧管是横截面呈非圆形（椭圆形或扁圆形），弯成圆弧状（中心角常为270）的空心管子。,管子的一端为封闭，另一端为开口。闭口端作为自由端，开口端作为固定端。,式中0为弹簧管中心角的初始角；为受压后中心角的改变量,2. 弹簧管压力表,测量原理:输入压力与弹簧管自由端的位移成正比,故只要测得B点的位移量,就能反映压力P的大小.,弹簧管自由端B的位移量一般很小，需要通过放大机构才能指示出来,为了加大弹簧管自由端的位移量，也可采用多圈弹簧管，其原理与单圈弹簧管相似。,弹簧管压力表结构简单、使用方便、价格低廉、测量范围宽，可以测量负压、微压、低压、中压和高压,在化工生产过程中，常需要把压力控制在某一范围内，即当压力低于或高于给定范围时，就会破坏正常工艺条件，甚至可能发生危险。这时就应采用带有报警或控制触点的压力表。将普通弹簧管压力表稍加变化，便可成为电接点信号压力表，它能在压力偏离给定范围时，及时发出信号，以提醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。,警惕！,弹簧管压力表,压力表指针上有动触点2，表盘上另有两根可调节指针，上面分别有静触点1和4。当压力超过上限给定数值时，2和4接触，红色信号灯5的电路被接通，红灯发亮。若压力低到下限给定数值时，2与1接触，接通了绿色信号灯3的电路。1、4的位置可根据需要灵活调节。,电接点压力表,定义,电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。,三、电气式压力计,组成,一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。,电气式压力计组成方框图,1、霍尔式压力表,测压原理：利用霍尔片式传感器（根据半导体材料的霍尔效应的原理）实现压力-位移-霍尔电势的转换。,线性非均匀磁场,霍尔片：是一种半导体或化合物半导体转换元件。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控制电流I，则会在霍尔片的两个横向端面之间形成电位差VH，此电位差称为霍尔电势。,1、霍尔片式压力传感器,当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。,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 + 弹簧管,2.应变片式压力传感器,电阻应变片工作原理是基于金属导体或半导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化象。,利用金属或半导体材料制成的电阻体的阻值可表示为：,当电阻体受外力作用时，电阻体的长度、截面积或电阻率会发生变化，即其阻值也会发生变化。这种因尺寸变化引起阻值变化称为应变效应。,应变片多以金属材料为主，一般和弹性元件一起使用。,金属应变片结构：网状敏感栅高阻金属丝、金属箔 基片绝缘材料 盖片保护层,F,应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置,A.去污,应变片的粘贴技术：,C.测量：用万用表测量应变片的电阻，发现端子折断和坏的应变片。,D.焊接：将引线和端子用烙铁焊接起来,结论：应变片式压检测仪表具有较大的测量范围，被测压力可达几百MPa，并具有良好的动态性能，适用于快速变化的压力测量。但是，尽管测量电桥具有一定的温度补偿的作用，应变片式压力检测仪表仍有比较明显的温漂和时漂，因此，这种压力检测仪表较多地用于一般要求的动态压力检测，测量精度一般在0.5-1.0左右。,3. 压阻式的压力传感器,固体受到作用力后，电阻率就要发生变化，这种效应称为压阻效应 。半导体材料(如单晶硅)的压阻效应特别强。,特点：,精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；,便于实现显示数字化；,可以测量压力，稍加改变，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。,4. 电容式压力变送器,电容式差压变送器采用差动电容作为检测元件。主要包括测量部件和转换放大电路两部分：,差压电容膜盒,电容-电流转换电路,调零、零迁电路,电流放大器,反馈电路,p,C,Ii,If,Iz,Io,测量部分,转换放大部分,差压传感器,测量原理:将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量的。,由物理学可知，两块平行金属板构成的电容器，其电容量为,初始时,动极板上移,差动式,电容式压力变送器，目前在工业生产中应用非常广泛，其输出信号也是标准4 20mA DC电流信号。,电容式差压变送器的原理图可见传感器有左右固定极板，在两个固定极板之间是弹性材料制成的测量膜片，作为电容的中央动极板，在测量膜片两侧的空腔中充满硅油。,I0,填充液（硅油）,四、智能式变送器,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- 420mA信号,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,420mA,3051C型智能变送器原理图,智能压力变送器,HAKK-3851高精度智能变送器,46,五、压力计选用安装,其它仪表也基本适应,1、压力计的选用,压力计的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的分析， 一般考虑以下几个问题。,仪表类型的选用,仪表精度级的选取,仪表测量范围的确定,47,仪表种类和型号的选择 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：温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性 现场环境；温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性,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（脉动压力）的情况，最大压力值应不超过上限值的1/2； 测量高压压力：最大工作压力不超过上限值的3/5 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,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0.7 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1,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。,仪表量程选择,被测压力的最小值不低于满量程的1/3，符合要求。,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。,检验量程下限,2. 如果某反应器最大压力为0.6MPa，允许最大绝对误差为0.02MPa。现用一台测量范围为01.6MPa，准确度为1.5级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为01.0MPa，准确度为1.5级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。,解：对于测量范围为01.6MPa，准确度为1.5级的压力表，允许的最大绝对误差为 1.61.5% = 0.024(MPa),因为此数值超过了工艺上允许的最大绝对误差数值,所以是不合格的。对于测量范围为01.0MPa，准确度亦为1.5级的压力表,允许的最大绝对误差为 1.01.5% = 0.015(MPa) 因为此数值小于工艺上允许的最大绝对误差,故符合对测量准确度的要求,可以采用。 该例说明了选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值是不适宜的。,（1）测压点的选择应能反映被测压力的真实大小。, 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。 测量流动介质的压力时，应使取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，不应有凸出物或毛刺。 测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部，使导压管内不积存气（液）体。,2、压力计的安装,（2）导压管铺设, 导压管粗细要合适，一般内径为610mm，长度应尽可能短，最长不得超过50m，以减少压力指示的迟缓。如超过50m，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1:101:20的倾斜度，以利于积存于其中之液体（或气体）的排出。 当被测介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管线。 取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。,49,（3）压力计的安装,压力计应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响。,50,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图3-17（a）；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，右图（b）表示了被测介质密度2大于和小于隔离液密度1的两种情况。,51,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，对由此高度而引起的测量误差应按pHg进行修正。式中H为高度差，为导压管中介质的密度，g为重力加速度。为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。,52,
