压力测量及变送

第二章 压力测量及变送 第一节 概述 压力是工业生产中的重要参数，在生产过程中，对压 力的检测是保证工艺要求、设备和人身安全并使设备经济 运行的必要条件。 例如氢气和氮气合成氨气的压力 32而炼油厂中的减压蒸馏，则要在比大气压低约 93 压力测量仪表简称压力计或压力表。它根据生产工艺过程的不同要求，可以有指示、记录和带有远传变送、报警、调节装置等。被测压力的显示方式多采用指针机械位移，也有的采用数字显示形式。 工程上所说的压力即压强，是垂直作用于物体单位面积上的力。 压力的单位：帕斯卡， 1帕斯卡 = 1牛顿米 2，符号： 压力的表示方法：表压、绝对压力、负压或真空度 第一节 概述（续） 工程上所用的压力指示值，大多为表压（绝对压力的指示值除外）。表压是绝对压力和大气压力之差，即： 当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示， 它是大气压力对于绝对压力之差。 以绝对压力零线作起点计算的压力称为绝对压力 第一节 概述（续） 常用的测压仪表 液柱式压力计 根据流体静力学的原理， 将被测压力转换成液柱高度进行测量。如： 管压力计 弹性式压力计 将被测压力转换成弹性形变的位移进行测量。如：弹簧管压力计、波纹管压力计、薄膜式 电气式压力计 将被测压力通过机械和电气元件转换成各种电量（电压、电流等）进行 测量。如：电容式、应变片式、电感式 第一节 概述（续） 第二节 液柱式压力计 （ 1） 型管压力计 p g h表A 型管内孔截面积； 型管内所充工作液的密度； 大气压力； h左右两边液面高度差 ， h 作用在 2 大 ） A 液体密度 (kg/重力加速度 (m/常数，被测压 力与液面高度差成正比。在玻璃管外设置刻度标尺，便可 直接读出表压力 值，如： 液柱式压力计常用于测气体压力，气体密度远小于液体， 故管内气柱的重力影响可以忽略。 精、水、四氯化碳、汞。 第二节 液柱式压力计（续） （ 2） 单管压力计 在压力差（ P 的作用下，右边杯内工作液体积减小，并始终与左边管内工作液体积的增加量相等，所以右边液面的下降将远小于左边液面的上升（即 h2h 1）。 即可求出液面高度差 21 2 1 221 2(1 )(1 )dh h h g 第二节 液柱式压力计（续） （ 3）斜管压力计 将单管压力计的直管倾斜放置，就成为斜管压力计。上式说明在同样的压力差（ P 条件下，斜管压力计的读数 l 比单管压力计 的读数 倍。 读数标尺同单管一起倾斜放置，使刻度标尺的分度间距放大。 s 第二节 液柱式压力计（续） 1 在同样压力差（ 件下，斜管压力计的读数 单管压力计的读数 倍。一般可用于测量到十分之 一毫米水柱的微压。 液柱式测压原理有难以克服的缺点： （ 1）量程受到液体密度限制 （ 2）不适合测量剧烈变动的压力 （ 3）对安装位置和姿势有要求 但在科学实验中仍较常用，因为它简单、灵敏、精确。 第二节 液柱式压力计（续） 1 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。这种仪表结构简单、牢固可靠，价格低廉，测量范围宽（ 10 2 109 且易与现代测量、控制系统配合，实现压力的记录、远传、信号报警、自动控制等。因此在工业上是应用最为广泛的一种测压仪表。 第三节 弹性式压力计 一 、 弹性元件 弹性元件不仅是弹性式压力计的感测元件 ， 也是常用来作为气动单元组合仪表的基本组成元件 ， 应用较广 。当测压范围不同时 ， 所用的弹性元件也不一样 ， 常用的几种弹性元件如下 。 （ 1） 弹簧管式弹性元件 （ 2）薄膜式弹性元件 （ 3）波纹管式弹性元件 弹性式压力计（续） （ 1）弹簧管式弹性元件 单圈弹簧管是弯成圆弧形的金属管子 ,它的截面积做成 扁圆形或椭圆形 ，当通入压力后，它的自由端就会产生位 移。这种单圈弹簧自由端位移量较小， 测量压力较高， 可测 量高达 1000了增加自由端的位移，可以制成 多圈弹簧管。 P 续） （ 2）薄膜式弹性元件 薄膜式弹性元件根据其结构不同还可以分为膜片与膜盒 等。它的测压范围较弹簧管式的为低。如所示为膜片式弹元件，它是由金属或非金属材料做成的具有弹性的一张膜（有平膜片与波纹膜片两种形式），在压力作用下能产生变形。有时也可以由两张金属膜片沿周口对焊起来，成一薄壁 盒子，内充液体（例如硅油），称为膜盒。 ） （ 3）波纹管式弹性元件 波纹管式弹性元件是一个周围为波纹状的薄壁金属筒体，这种弹性元件易于变形，而且位移很大，常用于微压与低压的测量或气动仪表的基本元件，不适合测高压力。 ） 二、弹簧管压力表 弹簧管压力表 是工业生产中应用广泛的测压仪表，并以单圈弹簧的应用为最多。 弹性式压力计（续） 单圈弹簧管是弯成圆弧形的空心管子 ， 它的截面积呈扁圆或椭圆形 ， 椭圆形的长轴 2与弹簧管中心轴 即被测压力的输入端； 封闭 ） ， 即位移输出端； 为弹簧管中心角初始角 ， 一般在 2700左右； 为中心角的变化量； R和 2 弹簧管压力表（续） 作为压力位移转换元件的弹簧管，当它的固定端通入被测压力 于椭圆形截面在压力 自由端就由 （虚线所示），弹簧管的中心角随即减小。 根据弹性变形的原理可知，中心角的相对变化值与被测压力 弹簧管压力表（续） 22220211如要求 成正比关系，必须使式中其余各参数均为定值 式中： 、 a/ 由上式可看出， 增加椭圆短半轴 b，加大壁厚，减少曲率半径 会使测量上限压力增加， 测高压的压力表其弹簧管断面较接近圆形，壁较厚， 弹簧管压力表（续） 弹簧管压力表的结构 弹簧管压力表（续） 弹簧管压力表 1弹簧管； 2拉杆； 3扇形齿轮； 4中心齿轮； 5指针； 6面板； 7游丝； 8调整螺钉； 9接头 被测压力由接头 9通入后，弹簧管由椭圆形截面张大趋于圆形，由于变形，使弹簧管的自由端 由端的位移量一般很小，直接显示有困难，所以必须通过放大机构才能指示出来。放大过程如下：自由端 使扇形齿 3作逆时针转动，于是指针 5通过同轴的中心齿轮 4带动而作顺时针偏转，从而在面板 6的刻度标尺上显示出被测压力间有正比关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺是线性的。 弹簧管的材料，一般在 P 20 P 20 弹性元件 传送放大机构P 测指针位移弹簧管压力表的结构（续） （一）压力表的选用 （ 1） 仪表类型的选用： 仪表类型的选用必须满足工艺生产 的要求。例如是否需要远传、自动记录或报警；被测介质的性质（如被测介质的温度高低、粘度大小，腐蚀性， ,是否易燃易爆等），是否对仪表提出特殊要求；现场环境条件（如湿度、温度、磁场强度、震动等）对仪表类型的要求等。因此根据工艺要求正确地选用仪表类型是保证仪表正常工作及安全生产的重要前提。 （ 2)仪表测量范围的确定 ：为了保证弹性元件能在弹性变形的安全范围内可靠地工作， 在选择压力表量程时，必须根据被测压力的大小和压力变化的快慢，留有足够的余地，压力的上限值应该高于工艺生产中可能的最大压力值。 第四节、压力表的选用、安装和校验 1、 在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的 2/3； 2、测量脉动压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的 1/2； 3、测量高压压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的 3/5。 4、一般被测压力的最小值应不低于仪表测量上限值的 1/3 从而保证仪表的输出量与输入量之间的线性关系，提高仪表测量结果的精确度和灵敏度。 压力表的选用（续） 根据被测参数的最大值和最小值计算出仪表的上、下 限后，还不能以此数值直接作为仪表的测量范围。应在标准系列中选取。我国的压力计测量范围标准系列有： 0 1、 4、 6、 10 10n 中 为正、负值）。 （ 3）仪表精度的选取：根据工艺生产上允许的最大绝对 误差和选定的仪表量程，计算出仪表允许的最大引用误差，在国家标准精确度等级系列中确定仪表的精度。并在满足工艺要求的前提下，尽量选用精度较低，价廉耐用的仪表。 压力表的选用（续） 例 4 例 5 某台往复式压缩机出口压力范围为 2528测量误差不得大于 1请正确选用一台压力表 ， 指出型号 、 精度与测量范围 。 压力表的选用（续） 思考 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量的大小来选取？选一只量程很大的仪表来测量很小的参数值可以吗？ 压力表的选用（续） （ 二 ） 压力计的安装 压力计的安装正确与否 ， 直接影响到测量结果的准确性和仪表的使用寿命 。 （ 1） 取压点的选择：取压点要有代表性 ， 应能真实的反映被测压力的大小 。 为此必须注意以下几点 。 为保证测量的是静压 ， 取压管与容器壁要垂直 ， 并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 、 死角或其它易形成旋涡的地方 。 取压管内端面与生产设备连接处的内壁保持平齐 ， 不应有凸出物或毛刺 。 测量液体压力时 ， 取压点应在管道下部 ， 使导压管内不积存气体；测量气体压力时 ， 取压点应在管道上方 ， 使导压管内不积存液体 。 压力表的选用（续） （ 2） 导压管铺设 导压管应保证传递压力的精确性与快速性 ， 因此必须做到： 导压管粗细要合适 ， 一般内径为 6 10长度应尽量短 ，最长不得超过 50m， 以减少压力指示的迟缓 。 如超过 50m，应选用远传式压力计 。 导压管水平安装时应保证有 1 10 1 20的倾斜度 ， 以利于积存于其中之液体 （ 或气体 ） 的排除 。 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 。 压力计的安装（续） （ 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 。 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 （ a） 所示 。 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 ， 图 (b） 所示 。 压力计的安装（续） 压压力表安装示意图 11 压力表； 2切断阀门； 3隔离罐； 4生产设备； 1、 2中性隔离液和被测介质的密度 压力计的安装（续） 压力表的连接处，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。 一般低于80 及 2牛皮或橡皮垫片 ； 在 450 及 5 温度及压力更高时用退火紫铜或铝垫片 。 普通压力表 普通压力表 电接点压力表 压力计的安装（续） （ 三 ） 压力计的校验 压力计在长期的使用中 ， 会因弹性元件疲劳 ， 传动机构磨损及化学腐蚀等造成测量误差 。 所以有必要对仪表定期进行校验；新仪表在安装使用前也应校验 ， 以便更恰当的估计仪表指示值的可靠程度 。 （ 1） 校验原理 ：校验工作是将被校仪表与标准表处在相同条件下的比较过程 。 标准仪表的选择原则是 ， 当被校仪表的允许绝对误差为 标准仪表的允许绝对误差不得超过 x。 这样可以认为标准仪表的读数就是真实值 。 为防止标准仪表超程损坏 ， 标准仪表的测量范围应比被校仪表大一档次 。 比较结果若被校仪表的精确度等级高于仪表标明的等级 ， 仪表合格 。 13压力计的校验 （续） （ 2） 检验仪表 活塞式压力计： 在一个密闭的容器内充满变压器油 （ 6 或蓖麻油 （ 6 。 转动手轮使活塞向前推进 ， 对油产生一个压力 ， 这个压力在密闭的系统内向各个方向传递 ， 所以进入标准仪表 、 被校仪表和标准器的压力是相等的 。 因此利用比较的方法便可得出被校仪表的绝对误差 。 标准器由活塞和砝码构成 。 活塞的有效面积和活塞杆 、砝码的重量都是已知的 ， 这样 ， 标准器的标准压力值就可根据压力的定义准确地计算出来 。 活塞式压力计的精确度有 如被校压力计的精确度不高 ， 则不用砝码校验 ， 而采用被校仪表与标准仪表比较的方法校验 。 这时要关闭针阀 。 压力计的校验（续） 活塞式压力计示意图 压力计的校验（续） （ 3） 校验内容： 校验分为现场校验和实验室校验，校验内容包括指示值误差，变差和线性调整。 具体步骤是：首先在被校表量程范围内均匀地确定几个被校点（一般为 5 6个，一定有测量的下限和上限值），然后由小到大（上行程）逐点比较标准表的指示值，直到最大值。在推进一点点，使指针稍超过最大值，再进行下行程的校验。这样反复 2 3次，最后依各项技术指标的定义进行计算，确定仪表是否合格。 压力计的校验（续） 工作原理 ：压力计下入井内后测量，井内液体有进液口通过滤网、毛细管、进入波纹管，被测压力作用于波纹管上。由于整个波纹管、毛细管和弹簧管所组成的封闭系统内的工作液具有不可压缩性，此压力经毛细管后传递给弹簧管，多圈弹簧管的自由端将产生一个与被测压力成正比的中心角位移。弹簧管自由端的角位移，通过与之固连