eq情商_压力检测仪表2

3 3压力检测仪表 黄平捷huangpingjie 2013年12月5日 自动化专业课程 现代传感技术和过程检测系统 浙江大学控制科学与工程学系 2013年12月5日 2 过程检测系统 温度检测仪表 压力检测仪表 物位检测仪表 流量检测仪表 成分检测仪表 掌握检测技术和检测仪表共性问题 基本原理 选型 配置方法 进行自动化系统设计 2013年12月5日 3 压力检测仪表 压力检测的重要性 压力的表示方法 压力检测的主要方法和工作原理 压力检测仪表的使用与注意事项 2013年12月5日 4 压力检测与控制的重要性 保证化学反应过程的正常进行压力影响物料平衡压力影响化学反应速度保证安全生产防止生产设备因过压而引起破坏或爆炸 化学反应 安全生产 2013年12月5日 5 2013年12月5日 6 主要内容 3 3 1概述压力表示方法压力检测方法及仪表的分类3 3 2液体压力计3 3 3弹性压力检测仪表3 3 4电远传式压力检测仪表3 3 5物性型压力传感器3 3 6压力检测仪表的使用问题与思考 要点各种压力检测仪表的特点选用和使用时需注意的事项准确度等级量程迁移 2013年12月5日 7 3 3 1概述 1 压力的定义 2 压力的表示方法 3 压力检测的主要方法及压力检测仪表的分类 2013年12月5日 8 一些工程问题 压力单位帕斯卡 1N m3巴 1 105Pa1kgf cm2公斤压力 1kgf cm2 0 1MPa 100kPa标准大气压 1 01325 105Pa工程大气压 0 98 105Pa1kgf cm2压力检测仪表选用 类型 量程 准确度等级 压力检测系统 注意事项 量程迁移 1公斤压力大约是多少 如何测量压力 2013年12月5日 9 1 压力的定义 压力的定义 物理学中的压强 p压力单位帕斯卡 Pa 1Pa 1N m3 法定 工程大气压 1工程大气压 1kgf cm2 1公斤压力 0 1MPa 100kPa物理大气压 1atm 1 01325 105Pa 1 033 104mmH2O巴 1bar 105Pa 1kgf cm2毫米汞柱毫米水柱 atmosphere 压力单位换算表详见课本P466附录4 2013年12月5日 10 1巴 bar 1标准大气压 atm 1公斤 平方厘米 100千帕 kPa 0 1兆帕 MPa 压力单位近似换算公式 国家统一规定的仪表准确度等级 0 05 0 1 0 25 0 35 0 5 1 0 1 5 2 5 4 0 P11 仪表的最大允许误差 测量范围的上限值 下限值 准确度等级 100 目前我国出厂的压力 包括差压 检测仪表的统一量程系列 P178 1kPa 1 6kPa 2 5kPa 4 0kPa 6 0kPa以及它们的10n 倍数 n为整数 2013年12月5日 11 2013年12月5日 12 压力表示方法绝对压力pa表压力p pa p0真空度或负压ph p0 pa差压 p p2 p1大气压p0 工程上 一般用表压和真空度来表示压力 2 压力的表示方法 ph 2013年12月5日 13 3 压力检测方法及仪表的分类 根据敏感元件和转换原理的不同 一般分为四类 1 液柱式充水或水银等的玻璃U形管或单管 2 弹性式根据弹性元件受力变形的原理 将压力转换成位移如 弹簧管 膜片和波纹管等 3 电远传式将与被测压力成正比的敏感元件 弹性元件 的位移转换为电信号输出 实现信号的远距离传输 如力平衡式 电容式 霍尔式 4 物性型在压力的作用下 敏感元件的某些物理特性发生变化 应变式 压阻式 压电式等 均有电远传功能 还有 活塞式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 测量精度较高 0 05 0 02 一般用作标准表 2013年12月5日 14 绝压表 真空表 气压表 差压计 统一称为 压力表等术语 2013年12月5日 15 3 3 2液体压力计 1 工作原理 2 误差分析温度 标尺长度 工作液密度安装 安装不垂直重力加速度传压介质 密度 引压管高度差 温度 溶解和化学反应 读数 毛细现象 3 使用注意事项重力加速度垂直安装 否则修正工作液选择 相溶或发生化学反应 P 密度大的瞬时工作压力不可超过量程 2013年12月5日 16 特点 直观 可靠 准确度较高等 只能测量较低的压力或差压 易破损 只能进行现场指示 误差来源主要有 温度误差 由环境温度的变化引起工作液密度变化 如水温度10 20 密度从999 8 998 3kg m3 0 15 安装误差 当U形管安装不垂直时将会产生安装误差 传压介质误差 对工作液产生压力 温度 读数误差 毛细现象 液体压力计 p2 p1 gh 2013年12月5日 17 U形管 2013年12月5日 18 注意事项 g h垂直 被测介质不反应 高压 低压 被测瞬时压力值不可超过测量范围 2013年12月5日 19 3 3 3弹性式压力检测仪表 1 弹簧管压力表 2 波纹管差压计 3 其它弹性式压力表膜片式膜盒式 原理动画 用弹性元件作为压力敏感元件把压力转换成弹性元件的位移 并经适当的机械传动和放大机构 通过指针指示被测压力大小的一种压力表 统称弹性式压力表 2013年12月5日 20 弹簧管压力表 螺旋弹簧管 盘簧管 波纹管 双波纹管压力表 膜片式 膜盒式 金属膜片 2013年12月5日 21 弹性式压力检测 弹簧管简单 方便 便宜 测量范围宽 可以测量负 微 低 中 高压 应用十分广泛 根据制造的要求 仪表精度最高可达0 15级 膜片可直接带指示机构 更多是和其他转换元件结合把压力转换成电信号 波纹管位移相对较大 特点是灵敏高 特别是在低压区 常用于检测较低的压力 1 0 106Pa 迟滞误差较大 精度一般只能达到1 5级 膜片 波纹管 弹簧管 2013年12月5日 22 2013年12月5日 23 弹簧管和弹簧管压力表 横截面呈非圆形 椭圆形或扁圆形 圆弧状 中心角常为270 空心管子 一端封闭 自由端 一端开口 固定端 介质从开口端进入弹簧管内腔 非圆截面使它变圆并伴伸直的趋势 自由端产生位移 中心角改变量和压力有关 式中 0为弹簧管中心初始角 为受压后中心角改变量 R为弹簧管弯曲圆弧的外半径 h为管壁厚度 a b为弹簧管椭圆形截面的长 短半轴 2013年12月5日 24 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 调节螺钉9 接头 单圈弹簧管自由端位移量一般很小 需要放大机构 也可采用多圈弹簧管 原理与单圈管相似 单圈弹簧管压力表是最普遍的就地指示式压力检测仪表 也有电接点输出 简单 方便 便宜 测量范围宽 一般工业用弹簧管压力表的精度多为1 5或2 5级 最高可达0 15级 2013年12月5日 25 高压 低压 补偿 2013年12月5日 26 3 3 4电远传式压力检测仪表 一般弹性式压力仪表的不足现场安装就地指示电远传式压力检测仪表将弹性元件的位移转换为电信号输出 实现信号的远传压力传感器压力变送器 2013年12月5日 27 力平衡式压力变送器 工作原理 力矩平衡 检测元件 膜盒 膜片 杠杆系统则有单杠杆 双杠杆和矢量机构 构成框图 气动 140kPa气源 20 100kPa空气压力信号电动 DDZ II I 220VACO 0 10mA DDZ III I 24VDCO 4 20mA 2013年12月5日 28 DDZ III型差压变送器 检测部分 P 输入力Fi 杠杆系统 力的传递和力矩比较 生成位移信号 位移检测放大器 位移 输出Io 电磁反馈装置 输出 反馈力Ff 2013年12月5日 29 1 测量部分 差压 P 输入力Fi A1 A2 Ad Ad P1 P2 Ad P Fi A1P1 A2P2 2013年12月5日 30 2 杠杆系统 进行力的传递和力矩比较 主杠杆 将Fi转换为F1 矢量机构 将F1转换为F2 副杠杆 将F2产生的力矩与Ff产生的力矩进行比较 生成位移变化 z z 2013年12月5日 31 主杠杆 将Fi转换为F1F1作用于矢量机构上 2013年12月5日 32 矢量机构 将输入力F1转换为作用于副杠杆上的力F2 2013年12月5日 33 副杠杆 进行力矩的比较 F2产生的力矩 Ff产生的力矩 合力矩 调零力Fz产生的力矩 最终的合力矩 z z 2013年12月5日 34 3 电磁反馈装置 作用 把变送器的输出电流I0转换成作用于副杠杆的电磁反馈力Ff Ff KfI0 Kf可实现3 1的量程调整 2013年12月5日 35 4 整机特性 回放 2013年12月5日 36 2013年12月5日 37 1 I0和 P间呈线性关系 2 调整调零弹簧Fz可以使I0在 P 0时为4mA 3 改变tg 或Kf可以调整变送器的量程 4 零点和量程要反复调整 2013年12月5日 38 电容式差压变送器 电容式差压变送器采用差动电容作为检测元件主要包括测量部件和转换放大电路两部分 差压电容膜盒 电容 电流转换电路 调零 零迁电路 电流放大器 反馈电路 p C Ii If Iz Io 测量部分 转换放大部分 2013年12月5日 39 P 0Ci1 Ci2 15pF P 0Ci1的电容量减小Ci2的电容量增大 差动电容测量原理 2013年12月5日 40 P 0 S1 S2 S0 P 0 S1 S0 S2 S0 P P 2013年12月5日 41 2013年12月5日 42 供参考 2013年12月5日 43 框图 供参考 2013年12月5日 44 电容式压力 差压 变送器在工业现场应用非常广泛 其输出信号也是标准4 20mADC电流信号 传感器有左右固定极板 在两个固定极板之间是由弹性材料制成的测量膜片 作为电容的中央动极板 在空腔中充满硅油 电容式差压变送器没有机械结构 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 2013年12月5日 45 2013年12月5日 46 3 3 5物性型压力传感器 测量原理基于物质定律基础上 敏感元件感受被测压力 并将压力的大小转换成敏感元件的某个物理量输出分类应变式压阻式压电式 2013年12月5日 47 物性型压力检测 应变片压力 差压 变送器 利用金属或半导体材料制成的电阻体的阻值可表示为 当电阻体受外力作用时 电阻体的长度l 截面积S或电阻率 会发生变化 即其阻值也会发生变化 这种因尺寸变化 l S 引起阻值变化称为应变效应 此时的电阻体称为应变片应变片多以金属材料为主 一般和弹性元件一起使用 因电阻率变化 引起阻值变化称为压阻效应 2013年12月5日 48 物性型压力检测 应变片压力 差压变送器 应变片r1和r2用贴在应变筒的外壁 r1沿应变筒轴向贴放 作为测量片 r2沿径向贴放 作为温度补偿片 r1 r2的静态性能完全相同 当膜片受压时 r1产生轴向应变 阻值变小r2受到轴向压缩 引起径向拉伸 阻值变大 r2的变化量比r1的变化量要小 r2的主要作用是温度补偿 2013年12月5日 49 R3和R4是两个阻值相等的精密固定电阻 不受压时r1 r2 r0R3 R4 r 若应变片受压 则 r1 r0 r1 r2 r0 r2 r1 r2 2013年12月5日 50 受压时 r1和r2一减一增 使电桥有较大的输出 环境温度变化时 r1 r2同时增减 不影响电桥平衡 如果仪表能把Ui进一步转换为标准输出 则该仪表即可称为应变式压力变送器 应变片式压检测仪表 多属于中低档产品 具有较大的测量范围 被测压力可达几百MPa具有良好的动态性能 适用于快速变化的压力测量虽有温度补偿 仍有比较明显的温漂和时漂 测量精度一般在0 5 1 0 左右 2013年12月5日 51 压阻式 扩散硅 压力 差压变送器 因电阻率变化引起阻值变化称为压阻效应半导体材料的压阻效应比较明显传感器基片材料主要为硅片和锗片扩散硅压力检测仪表应用广泛 2013年12月5日 52 构成框图 扩散硅压阻传感器 前置放大器 调零电路 V I转换 P US U01 UZ IO 检测部分 电磁放大部分 2013年12月5日 53 整机电路图 RETURN 供参考 2013年12月5日 54 测量部分 扩散硅压阻传感器 把被测差压 P成比例地转换为不平衡电压US 1 负压室2 正压室3 硅杯4 引线5 硅片 2013年12月5日 55 测量部分 惠斯顿电桥 不受压时 Ri1 Ri2 Ri3 Ri4 R 2013年12月5日 56 测量部分 电压转换 受压时 Ri1 Ri4 r1 Ri2 Ri3 r2 受压时 流经2桥臂的电流始终相等 2013年12月5日 57 结论 体积小 结构简单 精度一般比应变片式仪表高 灵敏系数是金属应变片的几十倍 能直接测量出微小的压力变化 良好的动态响应 迟滞小 可用来测量几千赫兹乃至更高的脉动压力 也存在温度效应 容易受环境温度的影响 但比应变片式仪表好 2013年12月5日 58 物性型压力传感器小结 2013年12月5日 59 3 3 6压力检测仪表的使用 两个注意事项压力仪表的选用取压点及引压管路的设计取压口引压管路常用附件特殊介质的取压方式 量程准确度等级类型 生产工艺对压力检测的要求被测介质的特性现场使用环境 2013年12月5日 60 压力仪表的选用 仪表量程的选择被测压力较稳定 P工作max P量程max 3 4被测压力波动大 P工作max P量程max 2 3P工作min P量程max 1 3若P工作max和P工作min难同时满足 先P工作max条件仪表准确度等级的选择仪表的基本误差 实际被测压力允许的最大绝对误差 MAX节约原则 满足要求即可所选仪表的相对百分误差 MAX MAX 1 100 仪表类型的选择 量程系列 p178 1kPa 1 6kPa 2 5kPa 4 0kPa 6 0kPa 以及它们10n倍数准确度等级 p11 0 05 0 1 0 25 0 35 0 5 1 0 1 5 2013年12月5日 61 仪表类型的选择被测介质的性质对仪表输出信号的要求使用的环境静压大小 腐蚀性较强的介质 不锈钢之类的弹性元件或敏感元件 氧气 乙炔 专用压力仪表 氨 不能用铜质仪表 观察压力变化 直接指示型 远传到控制室或其他电动仪表 电远传或具有电信号输出型 快速变化的压力 电气式 如压阻式 爆炸性强 防爆型 T特高或低 温度系数小的 差压 高 低压侧实际工作压力 静压 压力仪表额定静压 1 5 2 0 P实际静 2013年12月5日 62 仪表精度 只要能满足生产要求 不必追求过高的精度 例 有一压力容器在正常工作时压力范围为0 4 0 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 被测压力比较稳定 设仪表量程为0 AMPa 则 根据仪表的量程系列 可选0 1 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 016MPa0 016 1 0 100 1 6 按照仪表的精度等级 可选择1 5级的压力表 设满量程 APmin 1 3 APmax 3 4 A Pmin 4 求出满刻度相对误差再选精度等级 2013年12月5日 63 取压点及引压管路的设计 压力检测系统取压口代表性方便安装与维护原则被测介质直线流动处 避开阻力件和死角垂直 与内壁平齐 保证测取的是流体的静压信号水平管道和水平安装的设备 液体 中下 气体 上部 2013年12月5日 64 取压点及引压管路的设计 引压管路应保证压力传递的实时 可靠和准确引压管路敷设原则内径一般为6 10mm 长度不得超过50m 粘度 长度 内径 若水平敷设1 10 1 20的倾斜度 液 下倾斜 气 上倾斜 当被测介质为易冷凝易结晶易凝固流体时 引压管路需有保温伴热措施 压力传递速度 防杂质防堵塞 介质特性稳定 2013年12月5日 65 引压管路中常用的一些附件截止阀 工作和检修隔离罐 被测介质腐蚀性较强集气器 被测介质为液体集液器 被测介质为湿气体冷凝器 被测介质为蒸汽 腐蚀性介质 1压力表2切断阀3隔离罐4生产设备 2013年12月5日 66 一些特殊介质的取压方式气固两相流介质 过滤网和反吹气液两相流介质 在引压管路中需增加分离罐高粘度 易结晶介质 隔离罐采用夹套方式用蒸汽加热或保温法兰式压力 差压 变送器反吹热液 123针阀4堵头5限流孔板 1被测管路2分离罐3连接管4压力表5排气阀 2013年12月5日 67 双法兰压力变送器 由差压变送器和远传式压力隔离膜盒组成 可应用于腐蚀性 高粘度 易结晶等介质的压力检测 2013年12月5日 68 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 环境温度变化大的场合 应选择使用温度适当 温度系数小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 2013年12月5日 69 压力检测仪表的安装 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 2013年12月5日 70 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 选择适当的材料作为密封垫圈 以防泄漏尽可能安装在室温 相对湿度小于80 振动小 灰尘少 无腐蚀性 尽可能避免受到电磁干扰压力仪表应垂直安装 安装高度应与人的视线齐平 对于高压测量 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管径一般为6 10mm 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 2013年12月5日 71 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 压力仪表之前应加装U形管或盘旋管等形式的冷凝器 如图 a b 测量高压时 仪表表壳应朝向墙壁或无人通过之处 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 如图 c d 2013年12月5日 72 测量特殊介质时的压力测量仪表安装 测量波动剧烈 如泵出口压力 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 测量高粘或易结晶介质压力时 应安装隔离罐 必要时可采取保温措施 如图 f 测量含尘介质压力时 最好安装除尘器 如图 g 一句话 要采取相应的放热 防腐 防冻 防堵和防尘等措施 2013年12月5日 73 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 2013年12月5日 74 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0 45 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 问 能否从底部引出 为什么 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0 45 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0 45 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 2013年12月5日 75 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 2013年12月5日 76 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 取样口 取样口 取样口 2013年12月5日 77 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 1 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 2 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