第三章压力测量ppt课件

第三章压力 压差测量仪表 郭妙娜 第一节概述 1压力 压差测量的意义 在发电厂生产过程中 正确地测量和控制压力是保证生产过程良好运行 减低能源消耗的重要环节 是提高经济效益的有力保证 也可以防止生产设备因压力过压所引起的设备损坏或爆炸 如在发电厂中饱和蒸汽可以由压力直接确定其状态 所以 通过压力测量 还可以监视各重要压力容器运行情况 如除氧器 加热器等以及压力管道的承压情况 防止社超压爆破 2概念2 1压力的定义 压力是垂直地作用在单位面积上的力 即物理学上的压强 工程上常将压强称为压力 压强差称为压差 压力的表达式 p F AP 压力 Pa MPa F 垂直作用力A 受力单位面积m2压力单位换算表见P156页 2 2单位在国际单位制 SI 和我国法定计量单位中 压力的单位是 帕斯卡 简称 帕 符号为 Pa 即1N的力垂直均匀作用在1m2的面积上所形成的压力值为1Pa 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 2 3压力的表示方式由于压力参考点不同 在工程上压力的表示方式有3种 绝对压力Pa 表压P 真空度或负压Pv1 绝对压力Pa是被测介质作用于物体表面上的全部压力 以绝对压力零位为基准 也就是以绝对真空作为基准所表示的压力 用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表 2 表压P是指一般压力表所测得的压力 它以大气压为基准 等于绝对压力与当地大气压P0的之差 由于大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力 故相对压力也称表压力 P Pa P03 真空度指接近真空的程度 当绝对压力小于大气压是 表压力为负值 其绝对值称为真空度 Pv P0 Pa 它们的关系 绝对压力 大气压力 相对压力真空度 大气压力 绝对压力 我国法定的压力单位为Pa N 称为帕斯卡 简称帕 由于此单位太小 因此常采用它的106倍单位MPa 兆帕 4 差压是任意两个压力的差值 用 p表示 是相对压力 即是以其中一个压力作参考点差压在热工量中用得很多 差压测量使用的仪表为差压计 压力高的一侧为正压 低的一侧为负压 3压力测量仪表的分类 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弹性式 根据弹性元件受力变形的原理 将被测压力转换成位移来实现测量的 负压式 活塞式 基于重力平衡原理 主要为活塞压力计 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 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 压力测量仪表的测量范围 第二节液柱压力计 液柱压力计是利用液柱所产生的重力与被测压力平衡 并根据液柱高度来确定被测压力大小的压力计 一般用水 水银 酒精等作为工作液 采用U形管 单管进行测量 且要求工作不能与被测介质起化学作用 并保证管内界面界线清晰 常用的有U形管压力计 单管压力计 斜管压力计 液柱压力计特点 优点 结构简单 使用方便 准确度较高 缺点 量程受液柱高低的限制 玻璃管易碎 只能就地显示 不能远传 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 1U形管压力计1 1原理 在U形管的两个管口分别接压力p1 p2 当p1 p2时 两管的液体高度相等 当p1 p2时 管内的液面便会产生高度差 如果将其中一管通大气压 则所测得的压力为表压 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 U形管压力计 1 2用U形管测量压力时 其误差主要有 温度误差安装误差重力加速度误差传压介质误差读数误差 2单管压力计2 1由于U形管压力计需两次读取液面高度 为使用方便 设计出一次读取液面高度的单管压力计 其实就是两个管子的直径大小相差大 即作成一边大一边小 且将读数改为一边读数 如图 3斜管压力计因用U形管或单管压力计来测量微小压力时 由于液柱高度变化很小 读数困难 为提高灵敏度 减小读数误差 将单管压力计的玻璃管制成斜管 以拉长液柱 主要用来测量微小压力 负压和压力差 如图 倾斜角度越小 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 第三节弹性压力计 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 1 原理 弹性元件受外部压力作用后 通过受压表表现为力的作用 其力F的大小为 F APA 弹性元件受力面积m2C 弹性元件的刚度系数N mX 弹性元件在外力F的作用下所产生的位移 m 2 弹性元件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 弹性元件是弹性压力计的测压敏感元件 工业常有的敏感元件有3种 弹簧管 也叫波登管 膜片 膜盒 波纹管 2 1弹簧管弹簧管 也叫波登管 敏感元件是一根弯成270 圆弧 截面积显椭圆形 或扁圆形 的弹性空心C形管 金属管 管子的自由端B封闭 另一端A开口且与固定在接头上 当被测介质从开口端进入并充满弹簧管的整个内腔时 弹簧管椭圆截面在被测压力的作用下将趋向圆形 由于弹簧管的长度一定 弹簧管随着压力产生向外挺直扩张变形 结果改变弹簧管的中心角 使其自由端产生位移 带动指针旋转 2 2膜片 膜盒 膜片是一种沿外缘固定的片状测压弹性元件 在外力的作用下通过膜片的变形位移测量取得压力的大小 膜片有平面膜片 波纹膜片和挠形膜片 平面膜片 可承受较大被测压力 一般用在测量较大压力且要求变形不大时使用 但灵敏度不高 波纹膜片 是一种压有环状同心的圆形薄膜 波纹数目 形状 尺寸和分布均与压力测量范围有关 灵敏度高 适用小量程 为提高灵敏度 将两块金属膜片沿周边对焊起来 形成一个薄膜盒子 称为膜盒 挠形膜片 一般不单独作为弹性元件使用 膜片可直接带动传动机构就地显示 但位移小 灵敏度低 更多的是与变送器配合使用 2 3波纹管是一种具有等间隔同轴环状波纹 能沿轴向伸缩的测压弹性元件 形状类似手风琴的褶皱风箱 由于波纹管的位移较大 一般可直接带动传动机构 就地显示 优点 灵敏度高 可用来测取较低压力或压差 缺点 波纹管迟滞误差较大 准确度最高只有1 5级 3单圈弹簧管压力表 3 1结构 结构简单 使用方便 价格低廉 使用范围广 测量范围宽 可测负压 微压 低压 中压和高压 精度有0 5 1 0 1 5 2 5等 一般式压力表 精密压力表 3 2工作原理当被测介质从开口端进入并充满弹簧管的整个内腔时 弹簧管椭圆截面在被测压力的作用下将趋向圆形 由于弹簧管的长度一定 弹簧管随着压力产生向外挺直扩张变形 结果改变弹簧管的中心角 使其自由端产生位移 带动指针旋转 3 3电接点压力表 其测量工作原理和一般弹簧管压力计完全相同 它有一套发讯机构 在指针的下部有两个指针 一个为高压给定指针 另一个为低压给定指针 利用专用钥匙在表盘的中间旋动给定指针的销子 将给定指针拨到所要控制的压力上 下限值上 电接点压力表 径向 电接点压力表的用途 a 可作为高 低压报警 b 可以接其它继电器等自动设备 起联锁和自动操作作用 C 但不能远传压力指示 触点的供电电压 交流电不得超过380V 直流220V以下 触点的最大容量10VA 电流1A 下图为不锈钢耐震电接点压力表 在热力生产过程中 不仅需要进行压力的显示 而且还需要将压力控制在某一范围内 例如 锅炉汽包压力 过热蒸汽压力等 3 4膜片电接点压力表 常用于火力发电厂锅炉风烟系统的风 烟压力测量及锅炉炉膛负压测量 测量范围为150 4000Pa 准确度等级一般为2 5级 3 5膜合式微压表 原理 压力信号从引压口 导压管引入膜盒 使膜盒产生变形 通过传动机构带动指针转动进行压力值指示 用途 常用于火力发电厂锅炉风烟系统的风 烟压力测量及锅炉炉膛负压测量 结构图 测量范围为150 4000Pa 准确度等级一般为2 5级 膜合压力表 YEJ 1 YEJ 1F矩形膜合压力表用于测量不起腐蚀作用的空气或其他气体介质的微压或负压 一般用在空气管道 燃烧装置以及其他类似的设备上 矩形膜合压力表 耐震压力表 第四节负荷式压力计 特点 应用范围广 结构简单 稳定可靠 准确度高 重复性好 是检验 标定压力表的标准仪器之一 常用有活塞式压力计 浮球式压力计 1活塞式压力计1 1原理 是根据流体静力平衡原理工作的 利用压力作用在活塞上的力与砝码的重力相平衡的原理设计而成的 如图所示 主要由压力发生部分和测量部分组成 压力发生部分 测量部分 常用校验压力表的标准仪器 活塞式压力计 超高压活塞压力计 1 2使用注意事项 1 使用前应检查油路是否畅通 密封处是否紧固 不得存在有堵塞或泄漏的现象 2 活塞进入活塞筒中的部分等于活塞全长的3 3 3 4 3 活塞压力计的编号应与专用砝码编号一致 4 活塞与活塞筒之间配合间隙非常小 测量时应轻轻地转动活塞 5 活塞应处于沿直位置 可应用活塞压力计底盘上的水泡来调节 6 当用作检定压力仪表的标准仪器时 其压力计的综合误差应不大于被检仪表基本误差的绝对误差的1 3 2浮球式压力计组成 由浮球 喷嘴 砝码支架 专业砝码 流量调节器 气体过滤器 底座组成 浮球压力计主要用于计量室 实验室以及生产或科学实验环节作为压力基准器使用 浮球式压力计是以压缩空气或氮气作为压力源 以精密浮球处于工作状态时的球体下部的压力作用面积为浮球有效面积的一种气动负荷式压力计 如右图所示 右图 浮球式压力计原理图 工作原理从汽源来的压缩空气经气体过滤器减压 再经流量调节器调节 达到所需流量 由流量计读出 后 进入内腔为锥形喷嘴 并喷向浮球 气体向上的压力使浮球在喷嘴内漂浮起来 浮球上挂有砝码 和砝码架 当浮球所受的向下的重力和向上的浮力相平衡时 就输出一个稳定而准确的压力 浮球式压力计具有下列特点 与活塞式压力计相比 1 浮球式压力计内置自动流量调节器 增 减砝码后无须再作任何操作 即可得到精确的输出压力 2 工作时浮球不下降 可连续稳定地输出精确的压力信号 3 浮球式压力计具有流量自行调节功能 其精确度与操作者的技术水平无关 4 仪器工作时气流使浮球悬浮于喷嘴内 球体与喷嘴之间处于非接触状态 其摩擦小 重复性好 分辨能力高 且免除了旋转砝码的必要 这是浮球式压力计所独具的特性 5 工作进程中 气流能不断地对浮球体进行自清洗 确保仪器的高可靠性 浮球式压力计的底盘安装在一个箱式底座上 右图所示 底盘即为压力计的工作台面 其上设有水平仪和操控阀 其下侧设有气源接口 用于压力计与压力源的连接 第五节电气式压力检测仪表 电气式压力检测仪表是利用压力敏感元件 将被测压力转换成各种电量 如电阻 频率 电荷量等来实现测量的 能实现压力 电量转换的压敏元件主要有压电材料 应变片和压阻元件 适合于压力变化快和高真空 超高压的测量 主要有压电式压力计 压阻式压力计等 5 1压电式压力计主要用于测量内燃机汽缸 进排气管压力 压电效应 压电材料受压时发生机械变形 在其两个相对表面上产生电荷分离 使其中一个表面带正电荷 另一个带负电荷 其电荷量与所受的压力成正比 压电元件 具有压电效应的材料 压电材料 单晶体 多晶体 特点 结构简单 紧凑 小巧轻便 工作可靠 线性度好 频率响应高 量程范围广 工作过程 压电元件被夹在两块性能相同的弹性元件 膜片 之间 膜片的作用是把压力收集转换成集中力 再传递给压电元件 电气式压力计开机显示图 电气式压力计使用接管图 5 2压阻式压力计压阻元件是基于压阻效应工作的一种压力敏感元件 它指在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻 当它受外力作用时 其阻值由于电阻率的变化而改变 扩散电阻正常工作需依附弹性元件 常用的是单晶体硅膜片 优点 体积小 结构简单 能直接反映微小的压力变化 动态响应好缺点 敏感元件易受温度的影响 从而影响压阻系数的大小 第六节压力变送器 为适应集中检测 热工保护 自动调节等热工测量和自动化的需要 通常测压弹性元件输出的位移或力变换成统一的电信号 为此产生了压力变送器 常用新型的变送器有电容式变送器 智能型变送器两种 一 电容式变送器 电容式变送器主要用于连续测量流体介质的压力 差压 流量 液位等热工参数 将它们转换成直流电流 类型有差动电容式和单端电容式 1 1151系列差动式变送器电容式变送器结构上由测量和转换两部分构成 1151电容式压力变送器的总体结构 被测差压 p作用在金属膜片上 使膜片产生微小位移 d 引起差动电容量发生变化 再由测量电路和放大输出电路将电容量的变化转换成标准电流信号 它采用24V DV 集中供电 4 2OmA的二线制电流信号 1 1测量部分工作原理电容式变送器有一个可变电容的传感器组件 称为 元件 被测介质的两种压力通入高 低两压力室 作用在 元件的两侧隔离膜片上 过程压力通过隔膜片和 元件内的填充液传到中心的测量膜片两侧 当两侧压力不一致时 致使测量膜片产生位移 其位移量和压力差成正比 故两侧电容就不等 膜片和两侧固定电容极板之间的电容差由电子电路检测 放大转换成4 2OmA的标准直流电流信号输出 1151系列差动式变送器 1 2功能参数 1 使用对象 液体 气体和蒸汽 2 测量范围 0 0 1KPa至0 40MPa 3 输出信号 4 20mADC 特殊可为四线制220VAC供电 0 10mADC输出 4 供电电源 12 45VDC 一般为24VDC 5 负载特性 与供电电源有关 在某一电源电压是带负载能力 负载阻抗RL与电源电压Vs关系式 R1 50 Vs 12 6 指示表 指针式线性指示0 100 刻度或LCD液晶式显示 7 防暴 a 隔爆型 dIIBT4b 本质安全型 iaIICT6 8 量程和零点 外部连续可调 9 正负迁移 零点经过正迁移和负迁移后 量程 测量范围的上限值和下限值的绝对值 均不能超过测量范围上限的100 智能型 量程比15 1 最大正迁移量为最小调校量程的500 最大负迁移量为最小调校量程的600 10 温度范围 放大器工作温度范围 29 93 灌冲硅油的测量元件 40 104 法兰式变送器灌充高温硅油时 20 315 普通硅油 40 149 11 静压 4 10 25 32MPa 1 31151系列差压变送器调校与使用 1 量程调整范围 任何一台差压变送器 都有一个从最小量程到最大量程的量程范围 2 零点调整范围1151系列差压变送器的正迁移量为其最小量程的500 负迁移量为其最小迁移量的600 必须注意 无论任何情况 进行零点迁移之后 测量膜片所承受的差压值都不能超过变送器的最大量程值 否则将使膜片处于差压和位移关系的非线性区域 而给测量差压带来很大误差 甚至无法工作 3 零点和量程的调整调整零点和进行零点迁移对量程没有影响 但调整量程则会影响零点 无零点迁移时影响较小 a 在变送器输入差压为零时 调零点调整电位器R35 使输出电流为4mA 给变送器加满量程的差压信号 调整量程调整电位器R32 使输出电流为20mA 反复进行零点和满量程的调整直至满足准确度要求为止 b 将被测差压范围分为四等份 按0 25 50 75 100 测出输出电流分别为4 8 12 16 20mA 其误差应小于基本允许误差 c 在调好变送器准确度之后 进行零点迁移 根据正或负迁移 将插接件SW1插在相应的位置上 然后给变送器加零点迁移信号 调整零点调整电位器R35 使变送器输出电流为4mA 二 智能压力变送器 是一种成功地应用集成技术 微机控制及数据通讯的新型仪表 利用现场通讯器 在集中控制室可以对150m以内的各个智能型压力变送器进行各种参数的选择和标定 罗斯蒙特 EJA系列 3051压力变送器 一 工作原理工作时 高 低压侧的隔离膜片和灌充液将过程压力传递给灌充液 接着灌充液将压力传递到传感器中心的传感膜片上 传感膜片是一个张紧的弹性元件 其位移随所受压而变化 对于GP表压变送器 大气压如同施加在传感膜片的低压侧一样 AP绝压变送器 低压侧始终保持一个参考压力 传感膜片的最大位移量为0 004英寸 0 1毫米 且位移量与压力成正比 两侧的电容极板检测传感膜片的位置 传感膜片和电容极板之间电容的差值被转换为相应的电流 电压 高速可寻址远程发送器数据公路 输出信号 HQ 3051压力 差压 绝压变送器用于测量液体 气体或蒸汽的液位 密度和压力 然后将其转变成4 20mADC信号输出 HQll5l智能型可与HART手操器相互通讯 通过它进行设定 监控或与上位机组成现场监控系统 HQ 3051现场可调式智能差压变送器 可脱离手操器 通过按键方式实现现场调零 状态等操作 HQ 3051压力 差压 绝压变送器 3051变送器及其分类 3051C型 表压与绝压变送器性能优异 精度0 075 量程比100 1表压 校验量程从2 5inH2O至2000psi绝对压力 校验量程从0 167psia至4000psia过程隔离膜片 不锈钢 哈氏合金CR 设计小巧 坚固而质轻 易于安装3051T型表压与绝对变送器性能优异 精度0 075 绝对压力 校验量程从0 3至10000psi表压 校验量程从0 3至10000psi单隔离膜片设计灌充液 硅油与惰性油可选DIN与Autoclave相配的过程连接 罗斯蒙特3051远传 EJA差压变送器 第七节压力检测仪表的选择与校验 一 压力表的选择 1 根据被测压力的种类 被测压力的介质 化学性质和用途及生产过程的技术要求 仪表输出信号的要求 使用的环境 2 压力表的种类与结构形式可选弹性式压力表或非弹性式压力表 就地 集中控制盘 从被测介质压力大小考虑 从被测介质的性质考虑从仪表输出信号的要求考虑 3 仪表量程的选择 被测压力较稳定时 最大工作压力不应超过仪表满量程的3 4 被测压力波动较大或测脉动压力 最大工作压力不应超过仪表满量程的2 3 测量高压时 不应超过量程的3 5 为保证测量准确度 最小工作压力不应低于满量程的1 3 设仪表满量程为Pm 则被测压力为P应满足以下关系 测量平稳压力 1 3Pm P 3 4Pm测量波动压力 1 3Pm P 2 3Pm优先满足最大工作压力条件原则 我国目前的测压仪表是按统一系列量程生产 其上限刻度值有1kPa 1 6kPa 2 5kPa 4 0kPa 6 0kPa及它们的10n倍数 我国规定的测压仪表准确度等级 标准仪表 0 05 0 1 0 16 0 2 0 25 0 35 工业仪表 0 5 1 0 1 5 2 5 4 0 4 仪表准确度等级的选择压力检测仪表的准确度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 二 压力仪表的校验 就是将被校验压力表和标准压力表通以相同压力 比较它们的指示数值 如果被校表对于标准表的读数误差 不大于被校表规定的最大准许绝对误差时 则认为被校表合格 1 常用的校验仪器校验的标准仪器为活塞式压力计 它由压力发生部分和测量部分组成 它的精度等级有0 02 0 05和0 2级 可用来校准0 25级精密压力表 也可校准各种工业用压力表 被校压力的最高值为60MPa 压力发生部分 测量部分 2 校验方法 1 校验点应在测量范围内均匀选取4个点 2 均匀增压至刻度上限 保持上限压力3min 然后 均匀降至0 主要观察指示有无跳动 停止或卡塞现象 3 单方向增压至校验点后读数 轻敲表壳再读数 然后再单方向缓慢降压至每一校验点进行校验 并计算出被校表的基本误差 变差 零位和轻敲位移 三 压力表的安装 取压口的选择A取压口