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文档简介
,过程控制系统运行与维护,四川工程职业技术学院电气化教研室,第四章,压力控制系统,4-1压力检测方法及仪表4-2简单控制系统4-3复杂控制系统,第四章压力控制系统,4-1压力检测方法及仪表,1-1概述1-2压力表1-3选择、安装与校验,4-1压力检测方法及仪表,1-1概述,、概念,垂直而均匀地作用在单位面积上的力,式中压力(Pa)均匀垂直作用力(N)受力面积(m2),单位:牛顿/米2(N/m2),简称“帕”,用符号“Pa”,1MPa=1*103KPa=1*106Pa,、单位,国际单位制(SI)-帕(Pa),1工程大气压=1kgf/cm2=98066.5Pa1标准大气压=760mmHg=101325Pa1毫米汞柱1mmHg=13.6mmH2O=133.322Pa1毫米水柱1mmH2O=1kgf/m2=9.80665Pa,、压力的表示方法,被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压(或真空度),、分类,液柱式压力计弹性式压力计电气式压力计活塞式压力计,将被测压力转换成液柱高度差进行测量,液柱式压力计,弹性式压力计,(1)测压原理:利用各种弹性元件在被测介质压力作用下会产生弹性变形。(2)特点:结构简单,价格便宜、测压范围宽,测量精度也比较高(3)适用场合:在生产过程中获得了最广泛的应用。,电气式压力计(1)测压原理:把压力转换为电阻、电容、电感或电势等电量,从而实现压力的间接测量。(2)特点:反应较快,测量范围较广、精度可达0.2%,便于远距离传送。在生产过程中可以实现压力自动检测、自动控制和报警。(3)适用场合:适用于测量压力变化快、脉动压力、高真空和超高压的场合。活塞式压力计:将压力转换成活塞上平衡砝码的重量进行测量。,1-2压力表,1、液柱式压力计、弹性式压力计3、电测压力法,1、液柱测压法,将被测压力转换成液柱高度差进行测量,常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞式压力表等。,测量原理,h,h1,2,2,1,1,1,2,h2,、弹性式压力计,弹性元件,当弹性元件在轴向受到外力作用时,就会产生拉伸或压缩位移,即,S,P,式中F轴向外力S位移C弹性元件的刚度系数,式中A弹性元件承受压力的有效面积P被测压力,弹簧管压力表,3、电测压力法,1.弹性元件附加一些变换装置,使弹性元件自由端的位移量转换成相应的电信号,如电阻式、电感式、电容式、霍尔片式、应变式、振弦式等;,2.非弹性元件组成的快速测压元件,主要利用某些物体的某一物理性质与压力有关,如压电式、压阻式、压磁式等。,利用转换元件(如某些机械和电气元件)直接把被测压力变换为电信号来进行测量的。,电容式测压,采用变电容原理,利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量,然后通过测量电容量C便可以知道被测压力的大小,从而实现压力-电容转换的。,定极板,弹性元件,动极板,被测压力,压电式测压原理,根据“压电效应”把被测压力变换为电信号的。,(a)单晶体,(b)剖面图,(c)X截割的石英片,受力面积,作用在受力面积上的压力,压电常数,电荷数,应变片式测压原理,外力作用,应变片,被测对象表面产生微小机械变形,应变片敏感栅随同变形,电阻值发生相应变化,1敏感栅2基片3粘合剂4引线5覆盖片,敏感栅直径为0.025mm左右的合金电阻丝基底绝缘覆盖层保护,组成,霍尔式压力表,线性非均匀磁场,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,霍尔式压力表,霍尔式压力表属于电气式压力表。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。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。,差压(压力)变送器,作用:将各种物理量转换成统一的标准信号,差压变送器力平衡式变送器,位移平衡式变送器,气动单元组合仪表(简称为QDZ仪表),20100KPa,电动单元组合仪表(简称为DDZ仪表),DDZ-型仪表为010mADC,DDZ-型仪表为420mADC或1-5VDC,1低压室2高压室3测量元件(膜盒、膜片)4轴封膜片5主杠杆6过载保护片7静压调整螺钉8矢量机构9零点迁移弹簧10平衡锤11量程调整螺钉12检测片(衔铁)13差动变压器14副杠杆15放大器16反馈动圈17永久磁钢18电源19负载20调零弹簧,力平衡式压力变送器,主杠杆,矢量机构将F1分解成F2和F3,,副杠杆平衡:,微位移式变送器,I0,(1)测量部分,填充液(硅油),测量部分包括电容膜盒、高低压室及法兰组件等.测量原理:将被测压力的变化转换成电容量的变化。,智能差压(压力)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,3051C型智能变送器原理图,1-3选择、安装与校验,、压力表的选择,()仪表的类型必须满足生产过程的要求,例如是否要求指示值的远传或变送、自动记录或报警等;被测介质的性质及状态(如腐蚀性强弱、温度高低、粘度大小、脏污程度、易燃易爆等)是否对仪表提出了专门的要求;仪表安装的现场环境条化,如环境温度、电磁场、振动等。统筹分析这些条件后,正确选用仪表类型,这是仪表正常工作并确保生产安全的重要前提。,(2)仪表的量程,仪表的量程是根据被测压力的大小和保证仪表寿命等方面来考虑的,通常仪表的上限值应稍大于工艺被测压力的最大值。为了避免压力计超过负荷而破坏,仪表的上限值应高于生产过程中可能出现的压力的最大压力值。对于弹性式压力计,在被测压力比较平稳的情况下,被测最大压力应为压力计的上限值的3/4;在压力波动较大测量场合,被测最大压力应为压力计的上限值的2/3。一般为了保证测量的精度,被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3。,(3)仪表精度等级,应根据生产工艺对压力测量所允许的最大误差来决定。工业用选1.5级或2.5级,实验室或校验选用0.4级及0.25级以上。,、压力表的安装,(1)取压点的设置必须有代表性,应将取压点选在能正确而及时反映被测压力实际数值的地方。例如,设置在被测介质流动平稳的部位,不应太靠近有局部阻力或其他受干扰的地方。取压管内端面与设备连接处的内壁应保持平齐,不应有突出物或毛刺,以免影响液体的平衡流动。,(2)测量蒸汽压力时,应装设冷凝管,以避免高温蒸汽与测压元件直接接触。对于有腐蚀性或粘度较大、有结晶、沉淀等介质,可安装的隔离罐,罐中充以中性的隔离液体,以防腐参与蚀或堵塞导压管和压力表。,(3)取压口到压力表之间应装有切断阀,以备检修压力表时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。需要进行现场校验或经常冲洗导压管的地方,切断阀可改用三通阀。,(4)当被测压力较小,而压力表与取压口又不在同一高度,对由此液柱高度差而引起的测量误差,应进行修正。,(5)当被测压力波动剧烈和频繁(如泵、压缩机的出口压力)时,应装缓冲器或阻尼器。,、压力表的校验,(1)校验仪器常用校验压力表的标准仪器为活塞式压力表,它的准确度等级有0.02、0.05和0.2级,可用来校准0.25级精密压力表,亦可校准各种工业用压力表,被校压力的最高值有0.6MPa、6MPa、60MPa三种。,(2)校验方法,1)检验点应在测量范围内均匀选取34个点,一般应选在带有刻度
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