压力计.ppt

第二节压力检测及仪表,一、压力单位及测压仪表,回顾,压力检测仪表的分类,目前工业上常用的压力检测方法和压力检测仪表很多，根据敏感元件和转换原理的不同，一般分为四类：(1)液柱式压力检测一般采用充有水或水银等液体的玻璃U形管或单管进行测量。(2)弹性式压力检测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。(3)电气式压力检测它是利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电量进行测量的仪表，如电阻、电荷量等。(4)活塞式压力检测它是根据液压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量来进行测量。活塞式压力计的测量精度较高，允许误差可以小到0.050.02，它普遍被用作标准仪器对压力检测仪表进行检定。,二、弹性式压力计,分类：,工作原理：在压力的p作用下,使弹性元件产生位移,且与输入压力的大小成唯一在对应关系（最好是正比例关系）.,三、电气式压力计,霍尔片压力传感器：原理是通过压力弹簧管位移霍尔电势的产生，实现压力信号的远传或显示。电气压力计工作原理：外界压力P-弹性元件位移x-霍尔片在非均匀磁场中位置变化，对应一定的B，霍尔片产生一定在霍尔电势UH,常见压力变换器（压力探头）有：1、霍尔片压力传感器2、应变片式压力传感器3、压阻式压力传感器4、力矩平衡式压力变送器5、电容式压力变送器6、电感式压力变换器；,常用电参数有：电阻、电感、电容、电压等。,霍尔电势的产生,图3-10霍尔片式压力传感器1-弹簧管2-磁钢3-霍尔片,2、应变式压力传感器,应变式压力传感器是把压力的变化转换成电阻值的变化来进行测量的，应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值随压力所产生的应变而变化。,电线的电阻为：R=L/S当电线受到拉（应）力作用时，L变大，S变小，R变大。当粘一组串联平行细导线（电阻应变片）的金属（弹性元件）因压力变化而发生微小变形（应变）时，细导线的电阻随之发生变化。从而，将压力参数转化为电阻参数。,压力变化,弹性变形,电阻变化,对于金属导体，电阻变化率的表达式为：,式中材料的泊松系数；应变量。,应变片式远传压力表,通过应变片将被测压力转换成电阻值的变化，远传至桥式电路，获得相应的毫伏级电量输出信号，然后在毫伏计或记录仪上显示。适用于测量快速变化的压力和高压力。,书P43,动画：压力传感,3、压阻式压力传感器,利用单晶硅的压阻效应构成。采用单晶硅片为弹性元件，当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。,TZ200系列扩散硅压力变送器是引进美国Nova公司隔离式传感器组件和组装技术。该压力变送器是先进的扩散硅+温度补偿+模拟信号处理技术的结晶。其宽广的量程、多种规格和标准化的结构能最大限度地满足用户的需要。它可广泛地应用于石油、化工、钢铁、电力、建材、车工等工业领域，实现对流体压力的测量和控制。并适用于各种场合全天候恶劣危险环境的各种腐蚀性流体。该压力变送器分为普通型和防爆型两种，隔爆型压力变送器完全符合GB3836.1-83;GB3836.2-83。并取得爆合格证书，而本质安全型完全符合GB3836.4-83的规定。,工作原理,变送器的核心部件是Nova公司的NPI系列隔离式传感器组件。该组件的敏感元件是利用单晶硅的压阻效应。在单晶硅膜片上扩散一个惠斯登电桥，被测压力通过隔离膜片和灌充的硅油传送到敏感元件上，由于压阻效应，四个桥臂电阻的阻值发生变化，电桥失衡，敏感元件输出端就有一个对应于压力变化的电信号输出。此信号经由IC放大电路，输出一个标准的420mA二线制电流信号。,4力矩平衡式压力变送器,按力矩平衡工作原理工作，采用负反馈克服不得因素的影响。,5、电容式远传压力表,电容式远传压力表。采用变电容原理，用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量，用测量电容的方法测出电容量，便可知被测压力大小，从而实现压力-电容转换。适用于测量快速变化的压力和高压力。,1-隔离膜片;2,7-固定电极3-硅油4-测量膜5-玻璃极6-底座8-引线,电容式压力计一次探头,电容器的电容量：C=S/d当S或d发生变化时，电容量发生变化。,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420mADC电流信号。电容式压力变送器是先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量的。,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。电容式差压变送器的结构可以有效地保护测量膜片，当差压过大并超过允许测量范围时，测量膜片将平滑地贴靠在玻璃凹球面上，因此不易损坏，与力矩平衡式相比，电容式没有杠杆传动机构，因而尺寸紧凑，密封性与抗振性好，测量精度相应提高，可达0.2级。,SKS-3351GP系列电容式压力变送器,6、差动式电感压力传感器,由弹簧管和差动式电感转换器组成差动式电感转换器，由公共衔铁和两个相同的简单电感转换器结合在一起构成，通过变化引起电感变化，引起电流变化，引起或输出电压变化，可知被测压力的大小。适用于静态压力测量。,电感式压力计一次探头,磁路的磁阻与铁芯的间隙相关。所以，当衔铁或铁芯的位置发生变化时，其电感也随之发生变化。从而，可以将位移量转化为电感量。,在工业过程控制系统中，压力/差压变送器是常用的测量仪表，适用于几乎所有的工厂，常用来测量关键的过程参数。因此，用户对该设备的要求不断提高。为了满足用户的这种要求，紫江集团-上海威尔泰工业自动化股份有限公司和ABB-Hartmann&Braun公司进行成功合作，在上海进行生产由ABB-Hartmann&Braun公司研制的全新的具有复合传感器技术的MultiVision2000T系列差压/压力变送器。,MV2000T系列智能压力变送器,四、智能型压力变送器,MV2000T系列智能压力变送器,电气压力计前置放大器,传感元件的参量变化通常是非常微弱的，不能进行远距离传送，需要进行初步放大。电阻和电容传感器一般采用电桥放大，以电压方式输出；电感式传感器一般采用振荡电路放大，以频率方式输出；电压传感器一般采用直流放大器，以电压或电流方式输出。,电气压力计前置放大器,电气压力计二次仪表,作用：将传感器信号转换为标准通讯信号。DDZ型仪表标准通讯信号为：420mA。智能型压力传感器在二次仪表中另外附加一些功能，如：模/数转换与数据通讯，工程单位转换，信号（变化）阻尼，故障诊断等。,五、压力计的选用,三个方面选用时应根据生产工艺对压力检测的要求、被测介质的特性、现场使用的环境等条件本着节约的原则合理地考虑仪表的量程、精度、类型（材质）等。,量程,仪表的量程是指该仪表可按规定的精确度对被测量进行测量的范围关键：根据操作中需要测量的参数的大小来确定。同时必须考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地。测量稳定压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的3/4测量脉动压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的2/3测量高压压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的3/5最小工作压力Pimin不低于上限值Pmax的1/3仪表的量程等级：1、1.6、2.5、4.0、6.0kPa以及它们10n倍。在选用仪表量程时，应采用相应规程或者标准中的数值。,这只是一个一般经验要求，不是绝对的！,仪表精度,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。在选择时应坚持节约的原则，只要测量精度能满足生产的要求，就不必追求用过高精度的仪表。,例：有一压力容器在正常工作时压力范围为0.40.6MPa，要求使用弹簧管压力表进行检测，并使测量误差不大于被测压力的4，试确定该表的量程和精度等级。,解：,由题意可知，被测对象的压力比较稳定，设仪表量程为0AMPa，则,根据工作压力的要求：,根据仪表的量程系列，可选用量程范围为01.0MPa的弹簧管压力表。,由题意，被测压力的允许最大绝对误差为：max=0.4*4%=0.016MPa这就要求所选仪表的相对百分误差为：0.016/（1-0）*100%=1.6%按照仪表的精度等级，可选择15级的压力表。,仪表类型,正确选用仪表类型是保证仪表正常工作及安全生产的前提。主要应考虑以下几个方面:,仪表的材料,压力检测(检测仪表)的特点是压力敏感元件往往要与被测介质直接接触，因此在选择仪表材料的时候要综合考虑仪表的工作条件。,输出信号类型,只需观察压力变化的，可选如弹簧管压力表、液柱式压力计那样的直接指示型的仪表；如需将压力信号远传到控制室或其他电动仪表，则可选用电气式压力检测仪表或其他具有电信号输出的仪表；如果要检测快速变化的压力信号，则可选用电气式压力检测仪表，如压阻式压力传感器；如果控制系统要求能进行数字量通信，则可选用智能式压力检测仪表。,例如：对腐蚀性较强的介质应使用像不锈钢之类的弹性元件或敏感元件；氨用压力表则要求仪表的材料不允许采用铜或铜合金，因为氨气对铜的腐蚀性极强；又如氧用压力表在结构和材质上可以与普通压力表完全相同，但要禁油，因为油进入氧气系统极易引起爆炸。,使用环境,对爆炸性较强的环境，在使用电气压力仪表时，应选择防爆型压力仪表；对于温度特别高或特别低的环境，应选择温度系数小的敏感元件以及其他变换元件。,上述选型原则也适用于差压、流量、液位等其它检测仪表的选型,常见压力传感器外形,六、压力计的安装,安装事项：取压位置：由工艺条件确定；尽量避免涡流影响；避免流速影响；避免导压管产生压差。隔离：温度隔离：采用铜管散热；腐蚀性隔离：采用隔离箱（凝液管）；脏污隔离：采用空气包。,分三种情况介绍：,一般压力检测仪表的安装特殊压力检测仪表的安装（高温、高压、腐蚀等）压力变送器的安装,一般压力测量仪表的安装,无论选用何种压力仪表和采用何种安装方式，在安装过程中都应注意以下几点：压力仪表必须经检验合格后才能安装压力仪表的连接处，应根据被测压力的高低和被测介质性质，选择适当的材料作为密封垫圈，以防泄漏压力仪表尽可能安装在室温，相对湿度小于80，振动小，灰尘少，没有腐蚀性物质的地方，对于电气式压力仪表应尽可能避免受到电磁干扰压力仪表应垂直安装。一般情况下，安装高度应与人的视线齐平，对于高压压力仪表，其安装高度应高于一般人的头部测量液体或蒸汽介质压力时，应避免液柱产生的误差，压力仪表应安装在与取压口同一水平的位置上，否则必须对压力仪表的示值进行修正导压管的粗细合适，一般为610mm，长度尽可能短，否则会引起测量迟缓压力仪表与取压口之间应安装切断阀，以便维修,测量特殊介质时的压力测量仪表安装,测量高温（60以上）流体介质的压力时，为防止热介质与弹性元件直接接触，压力仪表之前应加装U形管或盘旋管等形式的冷凝器，避免因温度变化对测量精度和弹性元件产生的影响。如图(a)、(b),测量高压流体介质的压力时，安装时压力仪表表壳应朝向墙壁或者无人通过之处，以防发生以外。测量腐蚀性介质的压力时，除选择具有防腐能力的压力仪表之外，还应加装隔离装置，利用隔离罐中的隔离液将被测介质和弹性元件隔离开来，如图(c)、(d),测量波动剧烈（如泵、压缩机的出口压力）的压力时，应在压力仪表之前加装针形阀和缓冲器，必要时还应加装阻尼器，如图(e),测量粘性大或易结晶的介质压力时，应在取压装置上安装隔离罐，使罐内和导压管内充满隔离液，必要时可采取保温措施，如图(f),测量含尘介质压力时，最好在取压装置后安装一个除尘器，如图(g)。,总之，针对被测介质的不同性质，要采取相应的防热、防腐、防冻、防堵和防尘等措施,差压变送器的安装,三个方面的内容：取压口的选择引压管的安装变送器本身的安装,差压变送器取压口的选择,液体、气体、蒸汽？,被测介质为液体时，取压口应位于管道下半部与管道水平线成045角内，目的是保证引压管内没有气泡，两根引压管内液柱产生的附加压力可以相互抵消；,被测介质为气体时，取压口应位于管道上半部与管道垂直中心线成045角内，其目的时为了保证引压管中不积聚和滞留液体。,被测介质为蒸汽时，取压口应位于管道上半部与管道水平线成045角内。最常见的接法是从管道水平位置接出，并分别安装凝液罐，这样两根引压管内部都充满冷凝液，而且液位高度相同。,差压变送器引压管的安装,引压管应按最短距离敷设，引压管的弯曲处应该是均匀的圆角，曲率半径一般不小于引压管外径的10倍。引压管的管路应保持垂直，或者与水平线之间不小于1:10的倾斜度，必要时要加装气体、凝液、微粒收集器等设备，并定期排除收集物。,引压管内径与引压管长度,在测量液体介质时，变送器只能安装在取样口之上时，在引压管的管路中应有排气装置，如图(a)所示，这样，即使有少量气泡，也不会对测量精度造成影响。在测量气体介质时，如果差压变送器只能安装在取样口之下时，必须加装如图(b)所致的贮液罐和排放阀，克服因滞留液对测量精度产生影响。测量蒸汽时的引压管管路则如图(c)所示。,差压变送器本身的安装,差压变送器通常必须安装切断阀1、2和平衡阀3，构成三阀组,差压变送器是用来测量差压的，但如果正、负引压管上的两个切断阀不能同时打开或者关闭时，就会造成差压变送器单向受很大的静压力，有时会使仪表产生附加误差，严重时会使仪表损坏。为了防止差压计单向受很大的静压力，必须正确使用平衡阀。在启用差压变送器时，应先开平衡阀3，使正、负压室连通，受压相同，然后再打开切断阀1、2，最后再关闭平衡阀3，变送器即可投入运行。差压变送器需要停用检修时，应先打开平衡阀，然后再关闭切断阀1、2。当切断阀1、2关闭，平衡阀3打开时，即可以对仪表进行零点校验。,第三节流量检测及其仪表,一、概述二、压差式流量计三、转子流量计四、椭论齿轮流量计五、涡轮流量计六、电磁流量计,一、概述1、应用,流量测量是研究物质量变的科学。因此其测量对象不限于传统意义上的管道流体，凡需掌握量变的地方都有流量测量的问题，例如城市交通的调度，需掌握汽车的车流量的变化，它是现代化城市交通管理需检测的一个参数。流量和压力、温度并列为三大检测参数，对于一定的流体，只要知道这三个参数就可计算其具有的能量，在能量转换的测量中必须检测此三个参数，而能量转换是一切生产过程和科学实验的基础，因此流量和压力温度仪表得到最广泛的应用。,国际标准化组织（ISO）有9个技术委员会涉及流量或流速的测量，它们是：TC（技术委员会）30（封闭管道）、TC113（明渠）、TC28（石油产品）、TC115（泵）、TC117（工业风机）、TC118（压缩机）、TC131（液压）、TC112（真空技术）、TC116（采暖）。国际电工委员会（IEC）有3个委员会：TC4（水轮机）、TC5（汽轮机）、TC65（流程测控）。国际法制计量组织（OIML）有十余个国际建议或国际文件涉及流量测量。,测量流体流量的仪表叫流量计,测量流体总量的仪表叫总量计.常用的流量单位为吨每小时(t/h)、千克每小时(kg/h)、千克每秒(kg/s)、立方米每小时(m3/h)、升每小时(l/h)、升每秒(l/min),3、按测量途径分类：速度式流量计通过测量过流速度，用过流面积换算成流量。容积式流量计采用固定溶剂空间逐次衡量过流容积。质量流量计计量可压缩流体的质量通过量。,3、流量测量的分类方法1）.速度式流量仪表这是一种以测量流体在管道内的速度作为测量依据来计算流量的仪表。例如压差式流量计、转子流量计、电磁流量计、涡轮流量计、靶式流量计、堰式流量计等。,2）.容积式流量计这是一种以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表。例如椭圆齿轮流量计、活塞式流量计等。3）.质量式流量计这是一种以测量流过的质量M为依据的流量计。例如惯性式质量流量计、补偿质量流量计等。,二、压差式流量计,压差式流量计是基于流体的节流原理,利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的.流体在管道中流动时,在节流装置前后的管壁处,流体的静压力产生差异的现象称为节流现象.,节流原理,流动流体的能量有两种形式：静压能和动能。流体由于有压力而具有静压能，又由于有流动速度而具有动能，这两种形式的能量在一定条件下是可以相互转化的。,流量方程,根据流体力学中的伯努利方程，可以推导得出节流式流量计的流量方程，也就是差压和流量之间的定量关系式：,主要与节流装置的型式、取压方式、流体的流动状态（如雷诺数）和管道条件等因素有关。因此，是一个影响因素复杂的综合性参数，也是节流式流量计能否准确测量流量的关键所在，雷诺数大于某一数值（界限雷诺数）时，值可认为是一常数。对于标准节流装置，可以从有关手册中查出；对于非标准节流装置，其值要由实验方法确定。,可膨胀性系数用来校正流体的可压缩性，它与节流件前后压力的相对变化量、流体的等熵指数等因素有关，其取值范围小于等于1。对于不可压缩性流体，1；对于可压缩性流体，则1。应用时可以查阅有关手册而得,-流量系数；-膨胀校正系数；F0-节流装置的开孔截面积；1-节流装置的流体密度；P-节流装置前后实际测得的压力差,利用流体流经节流装置时产生的压力差来实现流量测量。通常是由能将被测流体的流量转换成压差信号的节流装置，和能将此压差转换成对应的流量值显示出来的差压流量计所组成。可用于测量液体、气体和蒸汽的流量。目前国内外节流装置的型式已标准化，称为标准节流装置：标准节流装置的结构型式、尺寸要求、取压方式、使用条件等均有统一规定。节流装置包括节流件和取压装置。节流件是使管道中的流体产生局部收缩的元件。,在管道通路上安装孔板、喷嘴或文丘利管等节流件。当流体流过节流元件时，流束局部收缩。其流速增加，静压降低，使节流元件前后产生静压差,标准节流件(孔板),节流装置包括节流件、取压装置和符合要求的前后直管段标准节流装置是指节流件、取压装置都标准化，前后直管段符合规定要求，可以直接投入使用,标准孔板，要求：d/D应在0.20.75之间d不小于12.5mm直孔厚度h应在0.005D到0.02D之间孔板的总厚度H应在h和0.05D之间圆锥面的斜角应在3045之间标准喷嘴和标准文丘里管的结构参数的规定也可以查阅相关的设计手册。,有手册可查，不要求记,LGW型经典（古典）文丘里管又称古典文丘里管，也俗称为标准文丘里管，符合ISO5167或GB/T2624-93标准。,节流件形式表示方法,标准取压方式,国家规定标准的取压方式有角接取压、法兰取压和DD/2取压。,角接取压,角接取压的两个取压口分别位于孔板上下端面与管壁的夹角处取压口可以是环隙取压口和单独钻孔取压口,环隙取压利用左右对称的两个环室把孔板夹在中间，通常要求环隙在整个圆周上穿通管道，或者每个夹持环应至少有四个开孔与管道内部连通，每个开孔的中心线彼此互成等角度，再利用导压管把孔板上下游的压力分别引出,当采用单独钻孔取压时，取压口的轴线应尽可能以90与管道轴线相交,环隙宽度和单独钻孔取压口的直径a通常在410mm之间显然，环隙取压由于环室的均压作用，便于测出孔板两端的平稳差压，能得到较好的测量精度，但是夹持环的加工制造和安装