《压力培训讲义》PPT课件.ppt

检修中心仪表工专业培训,2009-4-22,压力检测与变送原理,一、概述 压力是工业生产中的重要参数之一，为了保证生产正常运行，必须对压力进行监测和控制。这里所说的压力，实际上是物理概念中的压强，即垂直作用在单位面积上的力。 在压力测量中，常用绝对压力、表压力、负压力或真空度之分。所谓绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用符号pj表示。用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力，用符号pq表示。用来测量大气气压力的仪表叫气压表。绝对压力与大气压力之差。称为表压力，用符号pb表示。即pb=pj-pq。当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值（即负压力），此负压力值的绝对值，称为真空度，用符号pz表示。用来测量真空度的仪表称为真空表。既能测量压力值又能测量真空度的仪表叫压力真空表。,压力的基本概念,压力的国际单位为“帕斯卡”，简称“帕”（Pa）。 除此之外，工程界长期使用许多不同的压力计量单位。如“工程大气压”、“标准大气压”、“毫米汞柱”，气象学中还用“巴”（bar）和“托”为压力单位。这些单位在一些进口仪表说明书上可能还会见到。,压力单位转换对照表,二、压力的测量与压力计的选择 压力测量原理可分为液柱式、弹性式、电阻式、电容式、电感式和振频式等等。压力计测量压力范围宽广可以从超真空如13310-13Pa直到超高压280MPa。压力计从结构上可分为实验室型和工业应用型。压力计的品种繁多。因此根据被测压力对象很好地选用压力计就显得十分重要。,1就地压力指示 当压力在2.6Kpa时,可采用膜片式压力表、波纹管压力表和波登管压力表。如接近大气压的低压检测时，可用膜片式压力表或波纹管式压力表。 2远距离压力显示 若需要进行远距离压力显示时，一般用气动或电动压力变压器，也可用电气压力传感器。当压力范围为140280MPa时，则应采用高压压力传感受器。当高真空测量时可采用热电真空计。 3多点压力测量 进行多点压力测量时，可采用巡回压力检测仪。 若被测压力达到极限值需报警的，则应选用附带报警装置的各类压力计。,正确选择压力计除上述几点考虑外，还需考虑以下几点。 （1）量程的选择根据被测压力的大小确定仪表量程。对于弹性式压力表，在测稳定压力时，最大压力值应不超过满量程的3/4；测波动压力时，最大压力值应不超过满量程的2/3。最低测量压力值应不低于全量程的1/3。 （2）精度选择根据生产允许的最大测量误差，以经济、实惠的原则确定仪表的精度级。一般工业用压力表1.5级或2.5级已足够,科研或精密测量用0.5级或0.35级的精密压力计或标准压力表。,（3）使用环境及介质性能的考虑环境条件恶劣，如高温、腐蚀、潮湿、振动等，被测介质的性能，如温度的高低、腐蚀性、易结晶、易燃、易爆等等，以此来确定压力表的种类和型号。 （4）压力表外形尺寸的选择现场就地指示的压力表一般表面直径为100mm，在标准较高或照明条件关差的场合用表面直径为200250mm的，盘装压力表直径为150mm，或用矩形压力表。,压力表 原理：压力表通过表内的敏感元件（波登管、膜盒、波纹管）的弹性形变，再由表内机芯的转换机构将压力形变传导至指针，引起指针转动来显示压力。,性能分类： 普通型（标准）、蒸汽用普通型（M）、耐热型（H）、耐振型（V）、蒸汽用耐振型（MV）耐热耐振型（HV）。,弹性敏感元件：波登管、波纹管、 隔膜 波登管压力表 波登管敏感元件是弯成圆形，截面积显椭圆形的弹性C形管。测量介质的压力作用在波动管的内侧，这样波登管椭圆截面会趋于圆形截面。由于波登管微小变形，形成一定的环应力。此环应力会使波登管向外延伸。由于弹性波登管头部没有固定，其就会产生小小变形，其变形的大小取决于测量介质的压力大小。波登管的变形通过机芯间接地由指针显示测量介质的压力。,膜盒压力表 膜盒敏感元件由两块连接在一起的显圆形波浪的膜片组成。测量介质的压力作用在膜盒腔内侧，由此所产生的变形可用来间接测量介质的压力。压力值的大小由指针显示。膜盒压力表一般用来测量气体的压力，并能测量微压、过压保护在一定程度上也是可以的。当几个膜盒敏感元件叠在一起后会产生较大的传递力来测量极微小的压力。,径向型、轴向型 径向型：指压力表的连接口径与表盘成I型 轴向型：指压力表的连接口径与表盘T型,压力表的种类 1 室内型压力表：A AA A=60 AC C=75 AE E=100 AG G=150 AJ J=200 2 室外型压力表：B BA A=60 BAC C=75 BE E=100 BG G=150 BJ J=200 BL L=300 3 高压表：GH 700MPa 4 差压表：DG 5 双指针压力表：GD1 6 耐震型压力表：GV 7 带接点压力表：JM JC CD（耐压防爆）,型号 类型 压力范围 应用行业 A 室内型压力表 040kPa、0100MPa、-0.10MPa、-0.13.5MPa 一般工业用 B 室外型压力表 040kPa、0100MPa、-0.10MPa、-0.13.5MPa 一般工业用 DG 差压表 00.05kPa、030kPa、0.01-0.04kPa、-0.13.5kPa 一般工业用 GV 耐振型压力表 00.1MPa、0200MPa、-0.10MPa、-0.12MPa 用于强烈振动的场合 JM 带微动开关 01.5MPa、0100MPa、-0.10MPa、-0.12MPa 一般工业用 JC 带触点开关 01.5kPa、070MPa、-0.10MPa、-0.12MPa 一般工业用 SU 卫生型压力表 00.1MPa、05MPa、-0.10MPa、-0.12MPa 食品、化妆品、制药 CD 防爆型带接点压力表 00.1MPa、070MPa、-0.10MPa、-0.12MPa,压力表的安装 1、测压点的选择，所选择的测压点能反映被测压力的真实情况。 （1）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、死角或其它易形成漩涡的地方。 （2）测量流动介质的压力时，应使取压力点与流动方向垂直，清除钻孔毛刺。 （3）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，测量气体时，取压点应在管道上方，使导压管内不积存液体。 2、导压管铺设 （1）导压管粗细合适，一般内径610mm，长度35m。 （2）当被测介质易冷凝或冻结时，必须加保温伴热管线。 （3）取压口到压力表之间应装切断阀，应靠近取压口。,3、压力表的安装 （1）压力表应安装在易观察和检修的地方。 （2）安装地点应力求避免振动和高温影响。 （3）测量蒸汽压力时应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接和测压元件接触；对于有腐蚀介质时，应加装充有中性介质的隔离罐等。总之，针对具体情况（如高温、低温、腐蚀、结晶、沉淀、粘稠介质等），采取相应的防护措施。 压力表的连接处应加装密封垫片，一般低于80及2MPa压力用石棉纸板或铝片，温度及压力更高时（50MPa）用退火紫铜或铅垫。另外还要考虑介质的影响，例如测氧气的压力表不能用带油或有机化合物的垫片，否则会引起爆炸。测量乙炔压力时禁止用铜垫。,压力表选用及使用中的注意事项 压力类仪表是常见的计量器具广泛应用于各个领域。它能直观地显示出各个工序环节的压力变化洞察产品或介质流程中的条件形成监视生产运行过程中的安全动向并通过自动连锁或传感装置构筑了一道迅速可靠的安全保障为防范事故、保障人身和财产安全发挥了重要作用。 (1)量程：装在锅炉、压力容器上的压力表，其最大量程（表盘上刻度极限值）应与设备的工作压力相适应。压力表的量程一般为设备工作压力的1.5 - 3 倍，最好取2 倍。若选用的压力表量程过大，由于同样精度的压力表，量程越大，允许误差的绝对值和肉眼观察的偏差就越大，则会影响压力读数的准确性；反之，若选用的压力表量程过小，设备的工作压力等于或接近压力表的刻度极限，则会使压力表中的弹性元件长期处于最大的变形状态，易产生永久变形，引起压力表的误差增大和使用寿命降低。另外压力表的量程过小，万一超压运行，指针越过最大量程接近零位，而使操作人员产生错觉，造成更大的事故。因此压力表的使用压力范围，应不超过刻度极限的60 - 70 。 (2)工作用压力表的精度是以允许误差占表盘刻度极限值的百分数来表示的。精度等级一般都标在表盘上，选用压力表时，应根据设备的压力等级和实际工作需要来确定精度。,(3)表盘直径为了使操作人员能准确地看清压力值，压力表的表盘直径不应过小，如果压力表装得较高或离岗位较远，表盘直径应增大。 (4)压力表用于测量的介质如果有腐蚀性，那么一定要根据腐蚀性介质的具体温度、浓度等参数来选用不同的弹性元件材料，否则达不到预期的目的。 (5)日常重视使用维护,定期进行检查、清洗并做好使用情况记录。 (6)压力表一般检定周期为半年。强制检定是保障压力表技术性能可靠、量值传递准确、有效保证安全生产的法律措施。,使用与维护 : (1)仪表必须垂直：安装时应使用17mm 扳手旋紧，不应强扭表壳；运输时应避免碰撞。 (2)仪表使用宜在周围环境温度为-25 - 55 。 (3)使用工作环境振动频率25 Hz， 振幅不大于1 mm 。 (4)使用中因环境温度过高仪表指示值不回零位或出现示值超差，可将表壳上部密封橡胶塞剪开，使仪表内腔与大气相通即可。 (5)仪表使用范围，应在上限的1 / 3 一2 / 3 之间。 (6)在测量腐蚀性介质、可能结晶的介质、粘度较大的介质应加隔离装置。,IP防护等级 IP（INTERNATIONALPROTECTION）防护登记系统是由IEC（INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION）所起草的。将仪表依起防尘防湿之特性加以分级。这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到仪表内之带电部分，以免触电。IP樊护等级是由两个数字所组成，第一个数字表示仪表离尘、防止外物侵入的等级，第二个数字表示仪表防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高，两个标示数字所表示的防护等级如表一及表二。,表一：第一个标示特性号码（数字）所指示的防护程度 第一个标示数字 防护等级 定义 0 没有防护 对外界的人或无特殊防护 。 1 防止大于50mm的固体物（直径大于50mm）的外物侵入 。 2 防止大于12mm的固体物（直径大于12mm）外物侵入。 3 防止大于2.5mm的固体物侵入 防止直径或厚度大于2.5mm的工具、电线或类似的细节小外物侵入。 4 防止大于1.0mm的固体物侵入 防止直径或厚度大于1.0mm的工具、电线或类似的细节小外物侵入。 5 防尘 完全防止外物侵入，虽不能完全防止灰尘进入，但侵入的灰尘量并不会影响仪表的正常工作。 6 防尘 完全防止外物侵入，且可完全防止灰尘进入。,表二：第二个标示特性号码（数字）所指示的防护程度 第二个标示数字 防护等级 定义 0 没有防护 没有防护 。 1 防止滴水侵入 垂直滴下的水滴（如凝结水）对仪表不会造成有害影响。 2 倾斜15度时仍可防止滴水侵入 当仪表由垂直倾斜至15度时，滴水对仪表不会造成有害影响 。 3 防止喷洒的水侵入 防雨，或防止与垂直的夹角小于60度的方向所喷洒的水进入仪表造成损害。 4 防止飞溅的水侵入 防止个方向飞溅而来的水进入仪表造成损害。 5 防止喷射的水侵入 防止来自各方向喷嘴射出的水进入仪表内造成损害。 6 防止大浪的侵入 装设于甲板上的仪表，防止因大浪的侵袭而进入造成损坏。 7 防止浸水时水的侵入 仪表浸在水中一定时间或水压在一定的标准以下能确保不因进水而造成损坏。 8 防止沉没时水的侵入 仪表无限期的沉没在指定水压的状况下，能确保不因进水而造成损坏。,电接点压力表 电接点压力表由测量系统、指示装置、磁助电接点装置、外壳、调节装置及接线盒等组成。当被测压力作用于弹簧管时，其末端产生相应的弹性变形 位移，经传动机构放大后，由指示装置在度盘上指示出来。同时指针带动电接点装置的活动触点与设定指针上的触头（上限或下限）相接触的瞬时，致使控制系统接通或断开电路，以达到自动控制和发信报警的目的。 在电接点装置的电接触信号针上，装有可调节的永久磁钢，可以增加接点吸力，加快接触动作，从而使触点接触可靠，消除电弧，能有效地避免仪表由于工作环境振动或介质压力脉动造成触点的频繁关断。所以该仪表具有动作可靠、使用寿命长、触点开关功率较大等优点。,压力传感器 压力传感器原理 压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警使用。 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用,1、应变片压力传感器原理与应用 力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。,在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。,金属电阻应变片的内部结构,如图所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。,电阻应变片的工作原理 金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：R=L/S 式中：R金属导体的电阻值 金属导体的电阻率（cm2/m） S导体的截面积（cm2） L导体的长度（m） 我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度 和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况,2、电容式差压变送器,电容式差压变送器由检测元件、法兰盘、变换器等三个主要部分组成。 测量原理：在法兰盘联接口PH、PL处引入压力信号P1、P2，分别加到测量膜片的高、低压端，根据PH和PL的差压，使测量膜片和连接移动电极的连接轴产生位移；由于移动电极位置的改变，使其和固定电极的相对位置发生改变，则移动电极和固定电极左右两边的电容量产生差动变化。变换器将这变化的电容量变换成420mADC信号。这信号就代表被测量的工艺介质的差压、压力、流量、液位等。,3、扩散硅压力传感器原理及应用 工作原理 被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，单晶硅片受压后电阻会发生变化，则输出一个mV信号，这个mV信号与输入的压差成正比，利用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。 。,4、陶瓷压力传感器原理及应用 抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿070，并可以和绝大多数介质直接接触。陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40135，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。,压力/差压变送器有哪些选型原则？ 在压力/差压变送器的选用上主要依据：一、以被测介质的性质指标为准，以节约资金、便于安装和维护为参考。如被测介质为高黏度易结晶强腐蚀的场合，必须选用隔离型变送器。 二、在选型时要考虑它的介质对膜盒金属的腐蚀，一定要选好膜盒材质，变送器的膜盒材质有普通不锈钢、304不锈钢、316L不锈钢、钽膜盒材质等。 三、在选型时要考虑被测介质的温度，如果温度高一般为200400，要选用高温型，否则硅油会产生汽化膨胀，使测量不准。 四、在选型时要考虑设备工作压力等级，变送器的压力等级必须与应用场合相符合。从选用变送器测量范围上来说，一般变送器都具有一定的量程可调范围，最好将使用的量程范围设在它量程的1/43/4段，这样精度会有保证，对于微差压变送器来说更是重要。实践中有些应用场合（液位测量）需要对变送器的测量范围迁移，根据现场安装位置计算出测量范围和迁移量，迁移有正迁移和负迁移之分。,变送器的二线制和四线制信号传输方式 二线制传输方式中，供电电源、负载电阻、变送器是串联的，即二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号，目前大多数变送器均为二线制变送器；四线制方式中，供电电源、负载电阻是分别与变送器相连的，即供电电源和变送器输出信号分别用二根导线传输。,两线制是指现场变送器与控制室仪表联系仅用两根导线，这两根线既是电源线，又是信号线。两线制与三线制 (一根正电源线，两根信号线,其中一根共GND) 和四线制(两根正负电源线，两根信号线,其中一根GND)相比，两线制的优点是： 1、不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响，可用非常便宜的更细的导线；可节省大量电缆线和安装费用； 2、在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路内的电压，不会产生显著影响，因为干扰源引起的电流极小，一般利用双绞线就能降低干扰；两线制与三线制必须用屏蔽线,屏蔽线的屏蔽层要妥善接地。 3、电容性干扰会导致接收器电阻有关误差，对于420mA两线制环路，接收器电阻通常为250（取样Uout=15V）这个电阻小到不足以产生显著误差，因此，可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远； 4、各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接，不因电线长度的不等而造成精度的差异，实现分散采集，分散式采集的好处就是：分散采集，集中控制 5、将4mA用于零电平，使判断开路与短路或传感器损坏（0mA状态）十分方便。 6,在两线输出口非常容易增设一两只防雷防浪涌器件,有利于安全防雷防爆。,两线制电流变送器的6大全面保护功能： (1)、输入过载保护； (2)、输出过流限制保护； (3)、输出电流长时间短路保护； (4)、两线制端口瞬态感应雷与浪涌电流TVS抑制保护； (5)、工作电源过压极限保护35V； (6)、工作电源反接保护。,蒸汽管,DN15,100,平衡罐,压力 变送器,15,DN15,排污,压力变送器安装图,压力变送器安装说明 1、取压点处应保证有直管段，两边各大于5D(管道通经)； 2、在蒸汽管道上取压时，应在管道的侧面安装引压管； 3、平衡罐应安装在引压管的最高点处； 4、排污管应在靠近变送器引压管连接处安装； 5、取压点与变送器的管道距离应大于1米； 6、变送器的安装位置应低于取压点的位置。,变送器的维护 变送器外观检查、卫生清扫 1、检查变送器外观，包括铭牌、标志、外壳等；外观应整洁,零件完整无缺，铭牌与标志齐全清楚，外壳旋紧盖好； 2 、检查变送器内部，包括电路板、接线端子、表内接线、线号、引出线等；内部应清洁，电路板及端子固定螺丝齐全牢固，表内接线正确，编号齐全清楚，引出线无破损或划痕； 3、 检查变送器接头螺纹有无滑扣、错扣，紧固螺母有无滑丝现象；变送器接头螺纹应无滑扣、错扣现象，紧固螺母应无滑丝现象； 4、用蘸有酒精的白布轻擦电路板、元器件，用抹布清扫壳体卫生。变送器内外部清洁，无积灰。,变送器性能检查 1、密封性检查： 变送器加压后变送器及其连接部分不得有渗漏和损坏现象； 2、 绝缘性能检查：用兆欧表检查输出端子对外壳电阻、测量回路对地电阻；输出端子对外壳电阻10M，测量回路对地绝缘电阻20M； 3、电源确定是否为24V DC，确认电源线及信号线极性是否正确。 4、确认压力管各接口有无泄漏。,压力变送器故障诊断 变送器在测量过程中，常常会出现一些故障，故障的及时判定分析和处理，对正在进行了生产来说是至关重要的。我们根据日常维护中的经验，总结归纳了一些判定分析方法和分析流程。 (1) 调查法：回顾故障发生前的打火、冒烟、异味、供电变化、雷击、潮湿、误操作、误维修。 (2) 直观法：观察回路的外部损伤、导压管的泄漏，回路的过热，供电开关状态等。,(3) 检测法： 断路检测：将怀疑有故障的部分与其它部分分开来，查看故障是否消失，如果消失，则确定故障所在，否则可进行下一步查找，如：智能差压变送器不能正常Hart远程通讯，可将电源从仪表本体上断开，用现场另加电源的方法为变送器通电进行通讯，以查看是否电缆是否叠加约2kHz的电磁信号而干扰通讯。 短路检测：在保证安全的情况下，将相关部分回路直接短接，如：差变送器输出值偏小，可将导压管断开，从一次取压阀外直接将差压信号直接引到差压变送器双侧，观察