热能工程专业过程参数检测及仪表经典第5章压力仪表ppt课件.ppt

第五章压力检测及仪表 压力是工质热力状态的主要参数之一 火电厂中为设备的安全经济运行 需测量压力 在火力发电厂中 待测压力的范围比较宽 约从103Pa到24MPa 且压差测量也广泛应用在液位和流量测量中作为中间变换电厂中使用的压力计和差压计主要是弹性的 低压和试验时用液柱式 另外压力和差压的测量受管路限制 一般用压力或差压变送器将信号转换成电信号进行远传 1 第五章压力检测及仪表 压力定义为 物体单位面积上作用的法向力的大小 物理学中也称之为 压强 在国际单位制中 压力的单位是 帕斯卡 Pasc91 简称 帕 Pa 过去采用毫米汞柱 毫米水柱 工程大气压 公斤力 厘米2 表压力 绝对压力 表压力 大气压力表压力 绝对压力 大气压力高于大气压的表压力叫正压 反之叫负压 负压的绝对值也称真空 2 第五章压力检测及仪表 绝对压力Pa大气压力Pb表压力PP Pa Pb真空度PZ 负压 PZ Pb Pa 3 第五章压力检测及仪表 过去采用的压力单位 工程大气压力 kgf cm2 毫米汞柱 mmHg 毫米水柱 mmH2O 物理大气压 atm 巴 bar PSI 等均应改成法定计量单位帕 1kgf cm2 0 9807 105Pa1mmH2O 0 9807 10Pa1mmHg 1 332 102Pa1atm 1 01325 105Pa1bar 105Pa1PSI 6 89 103Pa 4 1 平衡法 通过仪表使液柱高度的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理测量压力2 弹性法 利用各种形式的弹性元件 在被测介质的表压力或负压力作用下产生的弹性变形来反映被测压力的大小3 电气式 用压力敏感元件直接将压力转换成电阻 电荷量等电量的变化 压力检测方法 5 压力传感器从其原理及结构来看可分为 液柱式 机械式及电气式测量压力的仪表 按信号原理不同 大致可分为四类 液柱式 根据流体静力学原理 把被测压力转换成液柱高度机械式 根据弹性元件受力变形的原理 将被测压力转换成位移 压力测量仪表的分类 6 压力测量仪表的分类 电气式 将被测压力转换成各种电量 如电感 电容 电阻 电位差等 依据电量的大小实现压力的间接测量活塞式 根据水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 7 第五章压力检测及仪表 8 第一节液柱式压力计 利用液柱对液柱底面产生的静压力与被测压力相平衡的原理 通过液柱高度来反映被测压力的大小优点 结构简单 使用方便 有相当高的准确度 在本专业中应用很广泛缺点 量程受液柱高度的限制 体积大 玻璃管容易损坏及读数不方便 9 一 U型管压力计 采用水银或水为工作液 用U形管或单管进行测量 常用于低压 负压或压力差的检测被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟 风道各段压力 通风空调系统各段压力的测量 10 一 U型管压力计 U型管压力计两端差压与液柱高度h间有如下关系 p p1 p2 h 1 2 g h1 h2 1 2 g 式中 1 2 封液密度和封液上面的介质密度h 两侧封液的高度差h h1 h2 g 重力加进度 11 一 U型管压力计 P P1 P2 g h1 h2 提高工作液密度将增加压力的测量范围 但灵敏度要降低 12 一 U型管压力计 注意事项为减小毛细现象 U型管的内径一般为5 20mm 内径最好不小于10mm使用时保持垂直减小两次读数误差 读数时眼睛与液面平齐 以封液弯月面顶部切线为准读取液面高度 应选择密度小的封液 以增大左右管液体的高度差 减小读数误差 水 汞 四氯化碳 13 二 单管式压力计 U形管压力计要读两次数增大了读数误差 也不方便 将一边的肘管换成大截面容积构成单管式压力计 原理 大容器中封液的减少等于管中封液的增加h2f h1A f A 分别为管子截面积和大容器的截面积 14 单管压力计的应用 将数根肘管连至同一个大截面容器 则成为多管压力计 电厂用它测炉膛和烟道各处的负压 大容器内通大气 各肘管连至烟道各测点 此时各肘管中的液体高度即代表各处负压 15 三 斜管式微压计 热力实验中用斜管式微压计测微小压力 负压 差压 测正压 被测压力送入大容器测负压 被测压力送入肘管测差压 将较高压力送入大容器 较低压力送入肘管 16 三 斜管式微压计 17 三 斜管式微压计 则 p p1 p2 h1 h2 1 2 g且h2 Lsin h1 LA2 A1 L d2 D2 由于被测介质通常为液体 所以 2可忽略 整理得 p L sin d2 D2 1g kL其中k为系数 若 一定 则为k常数 则读取L数值表示被测差压 p 优点 因为L比h2放大了1 sin 倍 所以读数得相对误差小改变 可改变k值 但不得小于150 18 三 斜管式微压计 斜管式微压计应用范围 一般100 2500pa 19 三 斜管式微压计 斜管式微压计应用范围 一般100 2500pa 倾斜角度越小 l越长 测量灵敏度就越高 但不可太小 否则液柱易冲散 读数较困难 误差增大 这种倾斜管液柱式压力计可以测量到0 98Pa的微压 为了进一步提高微压计的精确度 应选用密度小的酒精作为工作液体 20 三 斜管式微压计 21 第二节弹性式压力计 用弹性传感器 又称弹性元件 组成的压力测量仪表称为弹性式压力计 弹性元件受压后产生的形变输出 力或位移 可以通过传动机构直接带动指针指示压力 或压差 也可以通过某种电气元件组成变送器 实现压力 或压差 信号的远传 22 第二节弹性式压力计 根据弹性元件受压后产生变形和压力大小有确定关系的原理制成 适用范围 0 103Mpa 结构简单 广泛应用 包括 金属膜片式 包括膜片式 波纹管式和弹簧管式 一 弹性元件的特性三 膜片和膜盒四 波纹管五 弹簧管 23 弹簧管结构示意图波纹管 筒 结构示意图 a 单圈弹簧管 b 盘旋形弹簧 a 波纹筒结构示意 c 螺旋形弹簧管 d 组合弹簧管 b 与弹簧组合使用的波纹筒 膜片结构示意 a 平面膜片 b 波纹膜片 c 挠性膜片 膜盒结构示意图 24 第二节弹性式压力计 弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形 变形大小与被测压力成正比关系 25 二 膜盒压力表膜盒压力表是用于生产过程的工业仪表 它适用于测量微小压力和真空 测量范围一般在一2000 4000Pa 精确度等级一般为2 5级 膜盒压力表的结构主要由膜盒 传动机构 调整机构 游丝指针 表盘等构成 膜盒风压表1一膜盒 2一刻度盘 3一零位调整 4一弧形架 5一指针 6一弹簧片 7一曲柄 8一调整螺丝 9一拉杆 10一拐臂 11一固定指针套 12一固定铀 13一形丝 14一引压管接头 26 弹簧管 弹簧管是弹簧管压力计的主要元件 各种形式的弹簧管如图所示 工作原理 弯曲的弹簧管是一根空心的管子 其自由端是封闭的 固定端焊在仪表的外壳上 弹簧管及其横截面 扁圆 椭圆 单圈 盘旋多圈 螺旋形 27 弹簧管 弹簧管截面为非圆形 椭圆形或扁圆形 并弯成圆弧状的空心管子一端为封闭 自由端 一端为开口 固定端 28 三 弹簧管压力表弹簧管压力表是生产过程中和实验室应用非常普遍的测压仪表 它可以测量压力 也可以测量真空 按照使用的弹簧管的种类可分为单圈和多圈弹簧管压力表1 单圈弹分管压力表的结构及工作原理结构组成如图所示 29 用途 弹簧管压力表是生产过程中和实验室应用非常普遍的测压仪表 它可以测量压力 也可以测量真空 种类 按照使用的弹簧管的种类可分为单圈和多圈弹簧管压力表 型号 按照适用的条件可分为耐振型 耐热型 耐腐蚀型 抗冲击防爆型以及专用压力表等 它们的工作原理是相同的 30 四 双波纹管差压计双波纹管差压计在火力发电厂中主要用于流量和水位测量指示记录的二次仪表 如果用于流量测量 差压计往往还带有积算装置 测量的差压值上限可达0 4MPa 耐工作压力上限可达40MPa 精确度可达1 0 1 5级 31 第四节压力变送器 压力传感器 能够感受压力 压差 并能按一定规律将压力 压差 转换成同种或别种性质输出量的仪表 输出电量的压力传感器是讨论的内容 弹性元件检测压力的输出只是机械位移信号 该信号可以就地显示 也可以变换为电信号以供远传 这种变换一般称为电变送 其方法很多 如电阻式 电感式 电容式 应变式 力平衡式 霍尔式 振弦式 光纤式等 目前工业生产使用的电变送后的压力信号都是标准化的电流或电压信号 其变送器都是定型的产品 32 第四节压力变送器 电容式压力传感工作原理 以已弹性元件膜片为电容器的可动极板 它与固定极板之间形成一可变电容 随被测压力的变化 膜片产生位移 使电容器的可动极板与固定极板之间的距离改变 从而改变了电容器的电容量 完成压力信号与电容量之间的变化 电容器的电容量由它的两个极板的大小 形状 相对位置和电介质的介电常数决定 33 组成 变送器由两部分组成 差动式压力 差压 电容转换和测量电路 差动式压力 差压 电容转换是将被测压力 差压 转换成差动变化的电容CL CH 其结构如图所示 34 感压元件是膜片 两电容的固定极板为球面形结构 测量膜片位于两固定极板的中央 它与固定极板构成两个小室 两室结构对称 固定极板是将玻璃绝缘体磨成球形凹面 并在该表面镀上一层金属薄膜而成 金属薄膜和弹性膜片都接有输出引线 测量膜片与固定极板形成的电容在30 150pf范围内 室通孔与自己一侧隔离膜片腔室连通 室和隔离腔室内充有硅油 35 被测压力作用于隔离膜片 通过硅油使测量膜片产生与压力成正比的位移 从而改变了可动极板与固定极板间的距离 引起电容的变化 此电容变化通过引线传给测量显示电路 工作原理 传感部分 显示电路部分 36 1 差压 位移转换 d0 K1 p 2 位移 电容转换 3差压转换成电容组成部分相关知识 4 几个需注意的问题 为什么采用差动平板电容 为提高灵敏度和改善非线性 采用差动形式 37 3 当采用差动时 CL增加 CH减少 电容总变化量为 4 几个需注意的问题 为什么采用差动平板电容 与非差动相比 灵敏性有所提高和非线性程度减小 但非线性仍不满足高精度要求 实际中 为什么采用电容之差与电容之和的比值 38 好处比值CL CH CL CH与压力成正比 比值CL CH CL CH介电常数 无关 如与 有关就会产生很大误差 如 是温度的函数 如果差动电容的结构完全对称 则可得到良好的稳定性 4 几个需注意的问题 实际中 为什么采用电容之差与电容之和的比值 39 1151系列电容式压力 差压 变送器1151系列电容式压力 压差 变送器是我国引进美国罗斯蒙特公司技术并自己开发生产的一类新型压力 差压 变送器 特点 它具有精确度高 性能稳定 单向过载保护性能好 调整方便 体积小 重量轻等一系列优点 应用 使用在电力 石油 化工等各领域的生产过程中 在火力发电厂使用1151电容式压力 差压 变送器几乎有一种替代其他种类压力 差压 变送器的趋势 组成 变送器由两部分组成 差动式压力 差压 电容转换和测量电路 差动式压力 差压 电容转换是将被测压力 差压 转换成差动变化的电容CL CH 其结构如图所示 40 应变式压力变送器应变式压力传感器利用金属应变片或半导体应变片将测压弹性元件的应变转换成电阻变化 1金属丝的应变效应和半导体的压阻效应弹性元件的应变转换成电阻值的大小是由金属或半导体材料制成的电阻体 即应变片 完成 常用的金属应变片 金属丝式 箔式 薄膜式 基于金属丝的应变效应工作 半导体应变片 体式 薄膜式 扩散式 基于半导体压阻效应工作 41 应变式压力变送器1原理 利用金属应变片或半导体应变片将测压弹性元件的应变转换成电阻变化 2应变式压力变送器的型式1 组成 两部分 感压弹性元件 应变片 也可将二者结合成一体 2 测量电路的工作 将应变片电阻的变化转换成电流或电压输出是由测量电路完成的 42 r 0 r t达最大值 r 0 58r0 r 0 r r0 r达负的最大值 r r0 t 0 43 1 应变片的贴法 两片在膜片中心感受正的轴向应力 两片在边缘感受负的轴向应变 2 测量桥路 2 测量电路的工作 44 3 测量桥路的输出 2 测量电路的工作 45 第五节压力仪表的选用与安装 46 47 48 当被测介质压力变化较缓慢时 所选仪表的测量上限以比被测压力最大值高l 3为佳 当被测介值压力波动较大时 所选仪表的测量上限以比被测压力最大值高1 2为宜 然后在测量上限系列中 选择相近的类别并选高不选低 比如 某液压检测设备所需测量的压力值大约在30Mpa 波动范围为10Mpa 根据上述原则 应选用测量上限为60MPa的压力表 而不能选择40MPa的压力表 49 准确度的选择 压力仪表准确度的选择是讲究科学性 合理性的 许多人片面追求高精度因而造成浪费 而选择过低准确度的压力表又无法满足测量准确度的要求 常用压力仪表的准确度有1 0级 1 6级 2 5级 4 0级等四个级别 在实用中 应先选定仪表的测量上限 然后试选一准确度等级 并按上述公式计算出最大允差 如果允差值小于工艺要求的准确度 则可选择该准确度等级的压力仪表 如果允差值超过工艺要求的准确度 则需更换准确度高一级的压力仪表 50 表径的选择压力仪表的表径指仪表外壳的直径 常用的有60mm l00mm 150mm 200mm 250mm等规格 一般根据检测 仪表所处位置和照明情况来选用适合的表径 以能便于观察清楚为宜 在远距离和较暗处 适于用中l00mm以上直径的仪表 51 压力仪表的正确安装与使用 进行压力检测 实际上需要一个测量系统来实现 要做到准确测量 除对仪表进行正确选择和检定 校准 外 还必须注意整个系统的正确安装 如果只是仪表本身准确 其示值并不能完全代表被测介质的实际参数 因为测量系统的误差并不等于仪表的误差 系统正确安装包括取压口的开口位置 连接导管的合理铺设和仪表安装位置的正确等 对于新购置的压力仪表 在安装使用之前 一定要进行计量检定 以防压力仪表运输途中震动 损坏或其它因素破坏准确度 52 取压口的位置选择 1 取压口应与工质流速方向垂直 与设备内壁平齐2 防止仪表感受件与高温和有害的被测介质接触 高温介质要冷凝 含尘气体要设灰尘捕集器 腐蚀介质应加装隔离容器3 仪表与取压口如不在同一水平上 应注意校正由于高度差对仪表造成的额外的读数误差 4 压力取出口位置 测量气体介质应在工艺管道的上部 测量蒸汽应在工艺管道的两侧 测量液体压力应在工艺管道的下部 53 取压口的选择在管道或烟道上取压测量流动介质的压力测量液体介质的管道上取压 54 取压口的位置选择 5 为了准确测得静压 压力表取压点应在直管段上 并设切断阀 其中 清洁无腐蚀性介质用针形阀粘度大 有腐蚀性介质用闸阀 可免除突然的压力波动和消除脉动 使用于腐蚀性介质和重油时 可在压力表和阀门间装隔离器 隔离器内装隔离液 隔离液可为轻柴油或甘油水溶液等 55 取压口的位置选择 6 压力表应尽可能在常温下测量 65摄氏度以下 在高温下压力表内的焊口会损坏 因此 高温管道的压力表要设置管圈 流体脉动处 设置脉冲缓冲器 以免脉动传给压力表 对于腐蚀性流体应设置隔离膜片式压力表 以免该流体进入压力表内 56 取压口的位置选择 7 振动设备的压力表 可装在墙上 柱上或仪表盘上 用软管与设备上的取压口连接 测量设备的微压 真空 或介质有沉淀物时 应使开口的标高低于和尽可能靠近仪表 以减少附加误差或避免沉淀物进入压力表内 57 取压口的位置选择 8 工艺设备上的测压点开口应在气相段 对立式高设备 例如分馏塔 顶部压力 可沿塔顶出口管在其较低处取压 以便于维护检修 9 取压点的位置要注意工艺管道分叉 阀前 阀后 严格按工艺流程要求 同一处测压点 压力表和压力变送器可合用一个取压口 10 压力表管嘴安装位置一般离焊缝大于100mm 距法蓝小于300mm 11 现场指示用压力表的设置位置 最适宜的高度为1300 1800mm 过高时 2200mm 应设平台或直梯 以便检查和维护 58 取压口的位置选择 12 避免处于管路弯曲 分又及流束形成涡流的区域 13 当管路中有突出物体 如测温元件 时 取压口应取在其前面 14 当必须在调节阀门附近取压时 若取压口在其前 则与阀门距离应不小于2倍管径 若取压口在其后 则与阀门距离应不小于3倍管径 15 对于宽广容器 取压应处于流体流动平稳和无涡流的区域 总之 在工艺流程上确定的取压口位置应能保证测得所要选取的工艺参数 59 2 导压管的铺设导压管是传递压力 压差信号的 60 连接导管的铺设 连接导管的水平段应有一定的斜度 以利于排除冷凝液和气体 当被测介质为气体时 导管应向取压口方向低倾 当被测介质为液体时 导管应向测压仪表方向倾斜 当被测参数为较小差压值时 倾斜度可再稍大一点 此外 如导管在上下拐弯处 则应根据导管中的介质情况 在最低点安装排泄冷凝液体装置或在最高处安置排气装置 以保证在相当长的时间内不致因在导管中积存冷凝液体或气体而影响测量的准确度 冷凝液体或气体要定期排放 61 连接导管的铺设 导压管粗细长短要合适 一般内径为6 8mm 长度不超过50mm 必要时采取措施 防止被测介质冷凝或结冰 导压管敷设时 应保持1 10 1 20的坡度 以利于导压管内积存的少量液体或气体的排出 62 工业压力表的校验与调整 电厂中校验测压仪表的标准器有两类 一类是活塞式压力计 常用于105pa压力以上 另一类是液柱式压力计 低压范围内0 105Pa 也可用空气浮球式压力计代替液柱式压力计 校验测压仪表用标准器1活塞式压力计工作原理 用直接作用在已知活塞面积上的砝码重力来平衡被测压力 从已知的活塞面积和砝码重量 求得被测压力的值 63 64 65 工业压力表的校验与调整 2 弹簧管压力计的检定 准确度等级上来讲 分为两类精密的 精密压力表 0 06 0 1 0 16 0 25 0 4 0 6普通的 一般压力表1 0 1 6 2 5 4 0 66 检定弹簧管压力计所需的设备 一般来讲 弹簧管压力精度较低 所以标准器的选择范围比较大 精密表 二等标准压力计即可 活塞式压力计 液体压力计等 普通表 三等标准压力计即可 在检定时 要求标准表精度等级比被校表等级高一级以上 或者 标准器测量的允许误差被校仪器的允许误差1 4 67 检定弹簧管压力计所需的设备 允许误差 准确度等级 测量量程 对于一般压力表来讲 初始为0 大气压 表压 量程 测量上限 标准表的精度等级 1 4 被检表精度等级 被检仪表上限 标准仪表上限 68 检定弹簧管压力计所需的设备 上限如何决定 测量仪表测量上限如何决定 69 检定弹簧管压力计所需的设备 对于压力计量仪表 压力源很稳定 所以标准仪表的上限 被校仪表上限 1 1 3 然后选择最靠近该计算值的测量上限标准值 一只0 25级的被校压力仪表 0