压力仪表课件.ppt

项目三压力测量仪表的应用任务一压力测量仪表的选择、安装和应用,合肥二电厂高级技师宋毓楠,主要内容,一、压力仪表概念二、测压仪表的分类三、压力表的选用、校验、安装四、故障分析,一、压力仪表概念,压力：垂直均匀地作用在单位面积上的力，它的法定计量单位是帕斯卡（简称帕），符号为Pa，其它常用法定计量单位还有Kpa、Mpa。1Pa就是1牛顿（N）的力作用在1平方米（m2）面积上所产生的压力。1MPa=1000KPa=106Pa根据测量要求，按零标准的方法，可分为绝对压力、表压力、差压力等。工业上相应检测压力的仪表有压力表、真空表、压力真空两用表。工程上检测压力的仪表多数是表压，但工程上仪表调校和计算时，又多数用绝对压力。应根据实际情况，分清是什么压力。,绝对压力是以完全真空作为零标准的压力。在用绝对压力表示低于大气压时，把该绝对压力称为真空度。表压力是以当地大气压作为零标准的压力。通常，所谓压力就是指表压力。差压是用两个压力之差表示的压力，也就是以大气压以外的任意压力作零标准的压力,aP表压=P绝对压力P大气压bP真空度=P大气压力P绝对压力,因为各种工艺设备和测量仪表通常是处于大气之中，本身就承受着大气压力。所以，工程上常用表压或真空度来表示压力的大小。下面提到的压力无特别说明都是表压或真空度。,二、测压仪表的分类：1弹性式压力计2液柱式压力计。3电气式压力计4活塞式压力计,（1）弹性压力计弹性压力计:依据弹性力与被测压力平衡的原理制成，弹性元件变形位移量的多少反映了被测压力的大小。常用的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管，相应的有弹簧管压力计、膜式压力计和波纹管式压差计。,弹簧管弹性元件有：,弹簧管是弹簧管压力计的主要测压元件。弹簧管的横截面呈椭圆形或扁圆形，是一根空心的金属管，其一端封闭为自由端，另一端固定在仪表的外壳上，并与被测介质相通的管接头连接，当具有压力的介质进入管的内腔后，由于弹簧管的横截面是椭圆形或扁圆形的。所以在压力的作用下它会发生变形。短轴方向的内表面积比长轴方向的大，因而受力也大，当管内压力比管外大时，短轴要变长些，长轴要变短些，管子截面趋于更圆，产生弹性变形。使弯成圆弧状的弹簧管向外伸张，在自由端产生位移。此位移经杆系和齿轮机构带动指针，指出相应的压力值。,电位器式压力表,膜式压力计：膜式压力计分为膜片压力计和膜盒压力计两种。前者主要用于测量腐蚀性介质或非凝固、非结晶的粘性介质的压力；后者常用于测量气体的微压或负压。它们的敏感元件分别是膜片和膜盒。,膜片压力计：膜片压力计的膜片可分为弹性膜片和挠性膜片两种。膜片呈圆形，一般由金属制成，常用的弹性波纹膜片是一种压有环状同心波纹的圆形薄片，它的四周被固定起来。通入压力后，膜片将向压力低的一面弯曲，其中心产生一定的位移（即挠度），通过传动机构带动指针转动，指示出被测压力。（a）弹性膜片（b）挠性膜片,膜盒压力计：为了增大膜片的位移量以提高灵敏度，可以把两片金属膜片的周边焊接在一起，形成膜盒。1-调零螺杆；2-机座；3-刻度板；4-膜盒；5-指针；6-调零板；7-限位螺钉；8-弧形连杆；9-双金属片；10-轴；11-杠杆架；12-连杆；13-指针轴；14-杠杆；15-游丝；16-管接头；17-导压管,波纹管式弹性元件：这种弹性元件容易变形，而且位移大，常用于微压和低压测量。（一般不超过1MP）,弹性式压力计的误差：1迟滞误差相同压力下，同一弹性元件正反行程的变形量不一样，产生迟滞误差。2后效误差弹性元件的变形落后于被测压力的变化，引起弹性后效误差。3间隙误差仪表的各种活动部件之间有间隙，示值与弹性元件的变形不可能完全对应，引起间隙误差。4摩擦误差仪表的活动部件运动时，相互间存在摩擦力，产生摩擦误差。5温度误差环境温度的变化会引起金属材料弹性模量的变化，造成温度误差。,2液柱式压力计,液柱式压力计：是根据流体静力学原理，利用液柱所产生的压力与被测压力平衡，并根据液柱高度来确定被测压力大小的压力计。所用液体叫作封液，常用的有水、酒精、水银等。液柱式压力计多用于测量低压、负压和压力差。常用的液注式压力计有U型管压力计、单管压力计和斜管微压计。,U型管压力计,单管压力计,斜管微压计,液柱式压力计的测量误差：环境温度变化的影响环境温度偏离规定温度20C后，封液密度改变对压力计读数影响仪器使用地点的重力加速度影响毛细现象造成的误差毛细现象使封液表面形成弯月面，这不仅会引起读数误差，而且会引起液柱的升高或降低。这种误差与封液的表面张力、管径、管内壁的洁净度等因素有关，难以精确得到。实际应用时，常常通过加大管径来减少毛细现象的影响。,此外液柱式压力计还存在刻度、读数、安装等方面的误差。读数时，眼睛应与封液弯月面的最高点或最低点持平，并沿切线方向读数。U型管压力计和单管压力计都要求垂直安装，否则将带来较大误差。,3活塞式压力计活塞式压力计：将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的重量进行测量。活塞式压力计是基于帕斯卡定律及流体静力学平衡原理产生的一种高准确度、高复现性和高可信度的标准压力计量仪器.,（4）电气式压力计,电气式压力计：:电气式压力计通常是将压力的变化转换为电阻、电感或电势等电量的变化，构成各种压力传感器。由于它输出的是电量，便于信号远传，尤其是便于与计算机连接组成数据自动采集系统，所以得到了广泛的应用，极大地推进了试验技术的发展。电气式压力计组成：压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。电气式压力计的种类很多，分类方式也不尽相同。从压力转换成电量的途径来看，可分为电阻式、电容式、电感式等等；还有电磁效应、压阻效应、压电效应、光电效应等等。,电阻应变片式压力传感器被测压力作用于弹性敏感元件上，使它产生变形，在其变形的部位粘贴有电阻应变片，电阻应变片感受被测压力的变化，按这种原理设计的传感器称为电阻应变片式压力传感器。,电感式压力传感器：电感式压力传感器以电磁感应原理为基础，利用磁性材料和空气的导磁率不同，把弹性元件的位移量转换为电路中电感量的变化或互感量的变化，再通过测量线路转变为相应的电流或电压信号。,电感式传感器工作原理：当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力P的作用下产生与压力P大小成正比的位移，于是衔铁也发生移动，从而使气隙发生变化，流过线圈的电流也发生相应的变化，电流表A的指示值就反映了被测压力的大小。,电容式压力传感器：将压力转换为电容量的变化，然后进行测量。测量膜盒一般填充硅油。中心感应片和两边固定弧形电极。当被测压力作用在隔离膜片上时通过硅油传递压力，引到中间感应膜片，使之产生位移，这样中间膜片到俩膜片距离不相再等，使俩边电容不相等通过转换放大为4-20ma信号。电容式压力传感器的精度高。允许误差0.25%,主要优点：输入能量小而灵敏度高。极距变化型电容式传感器只需要很小的能量就能改变电容极板的位置。因此电容传感器可以测量很小的力、振动加速度，而且很灵敏。动态特性好。电容传感器活动零件少，而且质量很好，本身具有很高的自振频率，所以动态特性好。,能量损耗小。电容式传感器的工作是变化极板的间距，而电容变化并不产生热量。结构简单，适应性好。电容式传感器的主要结构是两块金属极板和绝缘层，结构很简单，在振动、辐射环境下仍能正常工作。,主要缺点：非线性大。电缆分布电容影响大。,(5)压力开关压力开关:是一种简单的压力控制装置。当被测压力达到额定值时，压力开关可发出警报或控制信号。压力开关的工作原理是：当被测压力超过额定值时，弹性元件的自由端产生位移，直接或经过比较后推动开关元件，改变开关元件的通断状态，达到控制被测压力的目的。,压力开关采用的弹性元件有单圈弹簧管、膜片、膜盒及波纹管等。开关元件有磁性开关、水银开关、微动开关。开关形式有常开式和常闭式两种。调节方式有两位式和三位式两种。,（6）变送器,智能变送器是在普通的模拟式变送器的基础上，增加了微处理器而形成的一种智能式检测仪表。时间应用的智能变送器种类很多，结构各有差异。按照被检测变量的不同，分为智能压力变送器、智能差压变送器、智能温度变送器等。智能式变送器的特点：1.在检测部件中，除了压力（差压）传感元外，一般还有温度传感元件。产品采用微机械电子加工技术、超大规模的专用集成电路（ASIC）和表面安装技术（SMT），因此仪表结构紧凑，可靠性高，体积很小。,2.智能变送器的精度较高，一般在0.1%0.2%，有的还能到0.075%；测量范围很宽，量程比达40、50、100甚至400；其他如温度性能、静压性能、单向过载性能等也比以往的变送器有很大的提高。3.智能变送器可以在手持通信器（又称手操器、手持终端）上远方设定仪表的零点和量程，因此仪表可以在不通信号压力的情况下更改测量范围，这对于人员难以达到的场合特别感到方便。4.智能变送器和DCS控制系统之间可数字通信，就为全数字化的现场总线控制系统提供了条件。,手操器,在各个公司的智能变送器中存在着两种不同的通信协议，一种是HART通信协议，另一种是DE通信协议。如霍尼韦尔ST3000/900采用DE通信协议，而罗斯蒙特智能变送器、横河EJA智能变送器等就采用HART通信协议。将数字信号叠加在模拟信号上，两者可同时传输的是HART协议；数字信号和模拟信号分开传输，当传输数字信号时，模拟信号需中断的是DE协议。当变送器进行数字通信时，如果串在输出回路中的电流表还能有稳定的指示，则该变送器采用的是HART协议；如果电流表指针上下跳动，无法读出示值时，则该表采用的是DE协议。在数字通信时，以频率的高低来代表逻辑“1”和“0”的是HART协议；而以脉冲电流的多少来代表逻辑“1”和“0”的是DE协议,智能变送器的结构原理：智能变送器从整体上看，是由硬件和软件俩大部分构成。硬件不分包括传感器部分、微处理器部分、输入输出电路、人-机联系部分等。软件部分包括系统程序和用户程序。不同的程序和不同的厂家的只能变送器组成基本相同。下面以霍尼韦尔公司的一般智能变送器为例对其工作原理做简单介绍：,它由检测部件和电子转换部件两大部分组成。被测过程压力作用在隔离膜片上，通过封入液传到膜盒内的传感器的硅片上，使其应力发生变化，因而其电阻值也跟着变化。通过电桥产生与压力成正比的电压，再经A/D转换器转换成数字信号后送电子转换部件中的微处理器。在传感器的芯片上，还有两个辅助传感元件：一个是温度传感元件，用于检测表体温度；另一个是压力传感元件，用于检测过程静压。温度和静压的模拟值也被转化成数字信号，并送至转换部件中的微处理器。微处理器对以上信号进行转化和补偿运算后，输出相应的420mA模拟信号或数字信号。,三、压力表的选用、校验、安装,（1）压力表的选择：仪表量程的选择：在被测压力较稳定的情况下，最大工作压力不应超过仪表满量程的3/4；在压力波动较大时，不应超过仪表满量程的2/3；为保证测量的准确度，最小工作压力不应小于满量程的1/3。我国生产的压力表有统一的量程系列，它们是1、1.6、2.5、4.0、6.0kPa以及它们的10n倍数。,仪表精度的选择：主要根据生产允许的最大误差来确定，即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差。仪表类型的选择：从压力大小来考虑：小压力采用液柱式或膜盒式，较大的采用弹簧管。从被测介质来考虑：腐蚀性介质采用不锈钢材质，氧气、乙炔等介质采用专用的压力表。,（2）压力仪表的校验：校验就是将被校压力表和标准压力表通以相同压力，比较它们的指示值，如果被校表对于标准表的读数误差不大于被校表的最大允许绝对误差时，则认为被校表合格。常用的校验仪表是活塞式压力计。,（3）压力表的安装压力表的安装基本要求如下：a测压点:按被测介质的需求选取正确的测压点，插入生产设备的取压管的内端面，与工艺设备的接触处内壁应保持平齐，不许有凸出物或毛刺，以免影响静压力的正确取得。根据不同的被测介质选择不同的测压位置。b安装地点的选择:避免振动与高温的影响。c防温、防腐、防冻、防堵措施例如检测蒸汽压力时，应加装凝液罐，以防止高温蒸汽与测压元件直接接触而损坏测压元件。对于有腐蚀性的被测介质，应加装充有中性介质的隔离罐。一般来讲，对于不同的被测介质，如高温、低温、腐蚀、脏污、结晶、沉淀、粘稠等，被测装置应采取相应的防护措施。,d检修方便安装压力表时，应考虑今后检修方便，压力的取压口到压力表之间应安装切断阀，切断阀安装在靠近取压口的地方。如需在现场调校，被测介质又有脏污的情况，切断阀改用三通阀。e安装时引压管不宜过长，否则容易造成测量滞后。滞后时间又叫时滞，它是从输入产生变化的瞬间起，到它所引起的输出量开始变化的瞬间为止的时间间隔。,四、故障分析,压力控制仪表系统故障的基本分析思路根据测量参数的不同，来分析不同的现场压力仪表故障所在。1首先，在分析现场压力仪表故障前，要比较透彻地了解相关仪表系统的生产过程、生产工艺情况及条件，了解仪表系统的设计方案、设计意图，仪表系统的结构、特点、性能及参数要求等。2在分析检查现场仪表系统故障之前，要向现场操作工人了解生产的负荷及原料的参数变化情况，查看故障仪表的记录曲线，进行综合分析，以确定仪表故障原因所在。3如果仪表记录曲线为一条死线（一点变化也没有的线称死线），或记录曲线原来为波动，现在突然变成一条直线；故障很可能在仪表系统。因为目前记录仪表大多是DCS计算机系统，灵敏度非常高，参数的变化能非常灵敏的反应出来。此时可人为地改变一下工艺参数，看曲线变化情况。如不变化，基本断定是仪表系统出了问题；如有正常变化，基本断定仪表系统没