化工测量仪表压力PPT学习课件

1、2021-4-261 第一篇第一篇 压力测量压力测量 概述概述 第一章第一章 非远传式压力测量仪表非远传式压力测量仪表 第二章第二章 远传式压力测量仪表远传式压力测量仪表 第三章第三章 压力测量仪表的选择压力测量仪表的选择、 校验和安装校验和安装 小结小结 返回 2021-4-262 概述概述 压力: 返回下一页 压力单位换算关系，参见表1-1-1 其它原工程常用单位： 工程大气压（kgf/cm2）、标准大气压（atm）： 毫米水柱（mmH2O）、毫米汞柱（mmHg） 垂直均匀地作用在单位面积上的力，即压强。 PFA F垂直作用力； A受力面积。 法定计量单位： N/m2 帕斯卡，以Pa表示。

2、 2021-4-263 在压力测量中，有大气压力、绝对压力、表压和真空度之分。 各种压力关系各种压力关系： 返回上一页 P 表=P绝 - P大气 P真= P大气 - P绝 若无特殊说明，仪表显示的 测量结果均为表压或真空度。 绝压 大气压，称表压或正压； 绝压 大气压，称真空度或负压 2021-4-264 第一章第一章 非远传式压力测量仪表非远传式压力测量仪表 返回 第一节第一节液柱式压力计液柱式压力计 第二节第二节 应用弹性变形测量压力应用弹性变形测量压力 2021-4-265 第一节第一节 液柱式压力计液柱式压力计 U U形管压力计形管压力计 单管压力计单管压力计 斜管压力计斜管压力计 返

3、回 2021-4-266 一、一、U型管压力计型管压力计 PAghAghAp A A A U形管内孔截面积； 工作液的密度； 被测介质的密度； g 重力加速度； h 左右两边液柱差，h=h1+h2 ; PA 相对较低的压力或大气压； P 相对较高的压力。 可得 返回下一页 (1-2-2) g PP h A )( 2021-4-267 若PA为大气压，被测介质为气体， ， 可忽略不计。则上式可表示为： h p g 上一页 浸润性工作液读取凹月面的最低点；非浸润性 工作液读取凸月面的最高点。 (1-2-3) U型管压力计第二页 返回 因工作液不同，液柱表面会出现弯月 现象。 2021-4-268

4、二、单管压力计二、单管压力计 Phhg() 12 h1 大容器中工作液下降的高度； h2 玻璃管中工作液上升的高度。 h1A1=h2A2 2 2 2 2 1 2 1 h D d h A A h 返回 A1 大容器截面； d 玻璃管直径； A2 玻璃管截面； D 大容器直径。 (1-2-4) P d D hg()1 2 2 2 若Dd 压力P作用下，大容器内工作液下降的体积等于玻璃管 内工作液上升的体积 ，即 Phg 2 2021-4-269 三、斜管压力计三、斜管压力计 Phhg() 12 因 Dd ，则 h1+h2h2=Lsin L 斜管内液柱的长度； 斜管倾斜角。 精确测量时，应考虑下降高

5、度h1 g A A LLghhP)sin()( 1 2 12 返回 L d D gKL(sin) 2 2 因 Lh2 ，则，则灵敏度高于单管灵敏度高于单管。 singLP 常用于微小压力测量常用于微小压力测量, 测量范围一般为02000Pa。 2021-4-2610 第二节第二节 应用弹性变形应用弹性变形 测量压力测量压力 原理原理 弹性元件弹性元件 弹簧管压力表弹簧管压力表 讨论讨论 返回 2021-4-2611 一、原理一、原理 基于弹性元件的弹性特性。当弹性元件在其轴向受到外力作用时，会产生拉伸或压缩位移， 即 FCX F 轴向外力; X 弹性元件的变形位移; C 弹性元件的刚度系数。

6、因为 FA P e Ae 弹性元件的有效面积; P 被测压力 。 返回 则 (1-2-9) (1-2-10) (1-2-11) p C A X e 若 Ae / C 为常数，则 X 与 P 为线性关系。 2021-4-2612 二、弹性元件二、弹性元件 返回 弹性后效与弹性滞后现象弹性后效与弹性滞后现象 下一页 弹簧管弹簧管膜片膜片膜盒膜盒波纹管波纹管 2021-4-2613 返回上一页 2021-4-2614 P E R bh b a 1 1 222 22 () 、E 弹簧管材料的泊松 系数和弹性模量； h 弹簧管壁厚； 弹簧管几何参数， 、 与a/b比值有关的参数。 Rh a 2 返回 1

7、 1、测压原理、测压原理 下一页 三、弹簧管压力表三、弹簧管压力表 利用椭圆或扁圆特殊截面，受压后利用椭圆或扁圆特殊截面，受压后长轴变短、短轴变长长轴变短、短轴变长，从而引起自由端位移。，从而引起自由端位移。 2021-4-2615 2、弹簧管压力表结构、弹簧管压力表结构 （1）弹簧管 扁平、中空，横截面为椭圆，一端固定 ，另一端 为自由端，弧度270。 返回上一页 原理图 （2） 齿轮、杠杆传动机构 （3） 游丝：克服齿轮间的间隙, 减少变差。 （4） 指针、表盘 显示 2021-4-2616 讨论讨论 1. 弹簧管压力表的量程与哪些因素有关？ 2. 当弹簧管刚度、几何形状确定，量程应如何调

8、整？ 弹簧管初始几何形状（角度、截面）、 刚度（材料、壁厚） 改变放大机构的放大倍数。 调整拉杆与扇形齿轮连接点（调整螺钉） 3. 具有均匀壁厚的圆形弹簧管能否作为测压元件？ 不能。 上一页返回 2021-4-2617 第二章第二章 远传式压力测量仪表远传式压力测量仪表 返回 概述概述 第一节第一节 力平衡式压力变送器力平衡式压力变送器 第二节第二节 电阻式压力传感器电阻式压力传感器 第三节第三节 电容式压力传感器电容式压力传感器 第四节第四节 电感式压力传感器电感式压力传感器 第五节第五节 其它压力传感器其它压力传感器 2021-4-2618 概概 述述 0.14MPa压缩空气 220V（交

9、流） 24V（直流） 返回 标准信号：气动 20100kPa 电动 0 10 mA 4 20 mA 变送器：将各种非电量的工艺参数（压力、流量、物位、温度等） 转换成统一标准信号，传送到有关仪表进行显示或控制。 传感器：将各种非电量的工艺参数（压力、流量、物位、温度等） 转换成为各种便于远传的电量信号。 2021-4-2619 第一节第一节 力平衡式压力变送器力平衡式压力变送器 测量部分（输入转换部分测量部分（输入转换部分） 转换部分转换部分 工作原理工作原理 返回 2021-4-2620 返回 一、测量部分（输入转换部分）一、测量部分（输入转换部分） 将被测压力通过弹性元件转换为作用在主杠杆

10、上的力Fi ，经主杠杆传递到转换部分。 下一页 高压弹簧管；中压波纹管；低压膜片。 1. 压力变送器压力变送器 2021-4-2621 膜盒：基座、硬芯、膜片、硅油、密封圈。 具有单向过载保护作用。 高、中、低差压变送器采用膜盒， 微差压变送器采用金属或橡胶膜片。 2. 2. 差压变送器差压变送器 硅油：温度系数小，凝固点低(-40)。作 为力的传递媒质，并使膜片的运动受到阻尼作用。 返回上一页 2021-4-2622 二、转换部分二、转换部分 1. 低频位移检测放大器低频位移检测放大器 由低频位移检测放大器和电磁反馈机构组成。 下一页返回 组成：差动变压器，低频振荡器， 整流滤波，功率放大器

11、。 作用：将衔铁的微小位移 S 转换成直流输出电流 I0， 即 位移电流转换器。 2021-4-2623 （1） 差动变压器 SUCD 衔铁（检测片） 上罐形磁芯：磁芯的中心柱截面积等于其 外环截面积 下罐形磁芯： 与上罐形磁芯结构相同，中 心柱人为地磨去一固定气隙 = 0.76mm 四组线圈： AB原边，同相连接； CD副边，反相连接。 VCD相位取决于检测片位移是大于还是小于/2 。 VAB一定，VCD=e2 e2 上一页下一页返回 S=/2时，e2e2，VCD=0 Se2，VCD0，VCD与VAB同相； S/2时，e2e2，VCD0，VCD与VAB反相。 2021-4-2624 ( 2

12、) 低频振荡器 LAB和C4构成的并联谐振回路， 振荡条件： S，VCD，VAB= K VCD （3）整流滤波 （4）功率放大器 将振荡器的输出进行整流 放大，变为直流标准信号输出。 下一页上一页返回 振幅： KF1，F振荡器反馈系数， K放大器电压放大倍数。 相位： 要求VCD与VAB同相，即S /2/2 ， 正反馈， VCVBVAB _ 2021-4-2625 2电磁反馈机构电磁反馈机构 作用：将电流I0转换为反馈力Ff 。 组成：反馈动圈 、导磁体、永久磁钢 。 FfB I0BDWI0Kf I0 Ff的方向由左手定则判定。 上一页返回 主导线长度， DW W反馈动圈匝数； D动圈平均直径

13、； B磁场强度。 2021-4-2626 力矩平衡（力平衡） 变送器输入与输出为线性关系 改变W或矢量角可改变量程； 改变F0 可调整零点或进行零点迁移。 三、工作原理三、工作原理 返回 ff id BDW F P BDWl tglA I 00 1 2 0 2021-4-2627 第二节第二节 电阻式压力传感器电阻式压力传感器 工作原理工作原理 应变片应变片 压力传感器压力传感器 返回 2021-4-2628 一、工作原理一、工作原理 R L A 电阻率； L 电阻的长度； A 电阻的截面。 返回下一页 电阻受到拉力作用，电阻变化率为 d A dA L dL R dR dd L dL R dR

14、 )21()21( 对圆截面电阻A=D2/4，则： 轴向应变， =dL/L dA A dD D 2 据材料力学： dD D dL L dD/D金属电阻丝的径向应变；dL/L金 属电阻丝的轴向应变； 材料的泊松系数。 K dRdR / )21( / 电阻应变灵敏系数。 2021-4-2629 半导体材料的压阻系数 纵向应力 , E 半导体材料的弹性模量； 纵向应变。 1. 金属导体金属导体 E R R EK 返回上一页 E (1-2-16) (1-2-17) = E ，半导体灵敏系数。 2. 半导体半导体 K R R )21( （1-3-7） = 1+2 ，导体应变灵敏系数。 2021-4-26

15、30 二、应变片二、应变片 应变片 返回 2021-4-2631 三、压力传感器三、压力传感器 返回下一页 由图可得 （1-3-8） 应变筒 1. 应变式压力传感器应变式压力传感器 U RRRR RRRR UUU cbabsc )( 4321 3241 2021-4-2632 桥路处于平衡时，应使Usc=0 ，即应满足 R RR R 1423 若四个桥臂电阻均为应变片，有压力作用时，设每个桥臂电阻变化Ri , 并且 Ri 0时，动极板位移，间距减小x C A dx A d x d x ()1 当x d时，可近似为 )1( 0 d x CC x a x CC 0 返回上一页 2 2变间隙式（改变

16、变间隙式（改变d d） 2021-4-2639 变面积式压力传感器变面积式压力传感器 返回 2021-4-2640 根据变送器的测量范围、工作能源、输出信号范围可由下式求得 下下上 ） III L lx I ( min 0 I0 变送器的输出信号值； x 被测参数的测量值（单位量纲应与变送器量程一致）； I上 、I下 变送器输出的上限值、下限值 ; lmin 变送器测量范围的下限值。 各种输出与被测参数满足线性关系的变送器均可适用。 返回 四、四、 变送器输出与被测参数的换算关系变送器输出与被测参数的换算关系 2021-4-2641 第四节第四节 电感式压力传感器电感式压力传感器 自感式传感器

17、自感式传感器 互感式传感器互感式传感器 返回 2021-4-2642 一、自感式传感器一、自感式传感器 L N RM 2 N线圈匝数； RM 磁路总磁阻。 当空气隙较小时，总磁阻为 R l AA M 10 2 导磁体导磁率； 0 空气导磁率； l 导磁体长度； 气隙长度 ； A1 导磁体截面积； A 气隙截面积。 返回 一般: 导磁体磁阻空气隙磁阻 则前项可略，线圈电感可为： 下一页 L AN 0 2 2 1.1.工作原理工作原理 2021-4-2643 衔铁上移 ：=0 - , 对应电感为 )(2 0 2 0 AN L 0 0 00 2 0 0 )(2 L AN LLL 3 0 2 00 2

18、 0000 )()(1 L L 衔铁下移 ： =0 + , 对应电感为 0 0 LL 3 0 2 000 )()( L L 同理： 当/01时，上式可展开成级数形式 忽略二次项以上的高次项，则有 下一页返回上一页 00 L L 2021-4-2644 2. 2. 差动式自感传感器差动式自感传感器 返回下一页 00 0 00 0 00 0 2 )2( 4LjR LjU L LjR jU U 对高Q值差动式传感器 （Q =L0/R0） 上一页 K U U 0 0 2 2021-4-2645 差动式自感压力传感器差动式自感压力传感器 返回上一页 2021-4-2646 返回 二、互感式传感器二、互感

19、式传感器 次级绕组通过互感系数的变化得到不同的输出电压。多采用差动形式，又称差动变压器。 2 2 21 0 )( )( PP P LR UMM U LP、RP初级线圈电感 及损耗电阻； M1、M2互感系数； UP激励电压； 激励电压角频率。 输出由互感M1和M2大小所决定。相位反映铁芯移动方向； 幅值反映铁芯移动距离。 1. 1. 工作原理工作原理 下一页 2021-4-2647 2. 2. 压力传感器压力传感器 传感器的工作原理，如何实现压力测量？ 将铁心与可产生位移（变形）的弹性元件连接。 返回上一页 P弹性元件弹性元件铁芯位移铁芯位移M变化变化U0变化变化 2021-4-2648 第五节

20、第五节 其它压力传感器其它压力传感器 压电式压力传感器压电式压力传感器 霍尔式压力传感器霍尔式压力传感器 谐振式压力传感器谐振式压力传感器 返回 2021-4-2649 一、压电式压力传感器一、压电式压力传感器 1. 1. 压电效应压电效应 返回下一页 压电效应 某些物质沿一定方向施加外力（受压或受拉）发生机械变形时，它的两个表面上会产生异 性电荷。当外力去掉后，会重新回到不带电的状态，此现象称“压电效应”。 2021-4-2650 xxx pAkfkq 11 Ax 确定，测出 qx 即可得压力P。 上一页返回 纵向压电效应: 在x 轴方向施加作用力Fx , 则 x方向产生的电荷为 横向压电效

21、应: 在y 轴方向施加作用力Fy , 则 x方向产生的电荷为 qk a b PAk a b PA yyy 21 a 压电厚度; b y 方向长度. 因轴的对称性，则压电系数 k1 = -k2 = k 下一页 可视为一个电荷发生器, 若在两受力面上加上电极, 又可视为平行板电容 d A C 压电材料的介电常数; A 极板面积; d 压电元件厚度. (1-2-12) 2021-4-2651 为提高测量灵敏度, 可采用串并联组合方式(类似电容串并联)。 串联: U串=2U q串=q C串=C/2 输出电压大, 电容小, 适宜以电压作输出信号. 且要求测量电路输入阻抗要高。 并联: U并=U q并=2

22、q C并=2C 输出电荷大, 电容大, 适宜以电荷作输出信号。 上一页返回 因产生电荷只有在无泄漏情况才可保存, 需测量回路输入阻抗无穷大。 不适宜静态及缓变参数的测量。 2. 2. 常用结构形式常用结构形式 2021-4-2652 三、谐振式压力传感器三、谐振式压力传感器 1. 1. 基本原理基本原理 任意机械振动系统中振子的谐振频率可按下式计算 ： fK c m 0 f0 谐振元件的固有频率； C 谐振元件材料的刚度； 谐振元件的质量； 与量纲有关的常数。 返回下一页 可采用间歇激振或连续激振方式使谐振元件产生振动。 常用谐振元件：振弦、振膜、振筒、振梁等。 2021-4-2653 2.

23、2. 压力传感器压力传感器 返回下一页上一页 （1 1）振弦式压力传感器 2021-4-2654 （2） 振膜式压力传感器 返回上一页 2021-4-2655 第三章第三章 压力测量仪表的选择、压力测量仪表的选择、 校验和安装校验和安装 返回 第一节第一节 压力仪表的选择压力仪表的选择 第二节第二节 压力仪表的校验压力仪表的校验 第三节第三节 压力表的安装压力表的安装 2021-4-2656 第一节第一节 压力仪表的选择压力仪表的选择 测量范围选择测量范围选择 准确度等级选择准确度等级选择 仪表类型选择仪表类型选择 返回 2021-4-2657 一、测量范围的选择一、测量范围的选择 稳定压力：

24、 K = 3/2 脉动压力： K = 2 高压： K = 5/3 返回 根据被测压力的最大值和最小值计算求出仪表的上、下限。 P = K P测 P测 被测压力值 国家规定的压力仪表测量范围： - 0.10； - 0.10.06、 0.15 MPa; 01、1.6、2.5、4、6、1010n kPa（n为正、负自然整数） 即 Pmax P ，且 P测min1/3（Pmin Pmax） 根据计算值，在国家规定的测量范围中选择大于或 等于P值，且应满足被测压力最小值不应低于仪表测量 范围的1/3。 2021-4-2658 二、准确度等级的选择二、准确度等级的选择 国家规定的准确度等级： 0.01、0

25、.02、0.05、0.1、0.16、 0.2、0.25、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5等。 根据工艺允许的最大绝对误差和选定的仪表量程，计算仪表的最大引用误差qmax，在 国家规定的准确度等级中确定准确度。 三、仪表类型的选择三、仪表类型的选择 所选准确度等级加上“”、“”后应小于或至少等于工艺允许的仪表最大引用误差 qmax 。 q允 qmax 根据被测介质的性质、是否提出特殊要求、是否需信号远传以及现场环境条件等对仪 表类型进行选择。 返回下一页 2021-4-2659 某测温仪表的测量范围为0 01000, 1000, 据工艺要求, ,温度测量误差不允许超过7, 7, 应 如何选

26、择仪表准确度才能满足要求? ? %7.0%100 01000 7 max q 返回上一页 结论结论: : q允 qmax q允 qmax 且 q允 hmax 根据工艺要求选择仪表准确度等级: 将仪表的允许误差去掉“”号与“”号，此值介于0.50.5级和1.01.0级 之间若选择等级为1.01.0级的仪表，其允许误差为1.01.0， 超过了 工艺要求的允许误差，故应选择 0.50.5 级的准确度才能满足要求。 仪表允许的最大引用误差应为: : 例2 根据仪表校验数据确定准确度等级: 2021-4-2660 第二节第二节 压力仪表的校验压力仪表的校验 校验方法校验方法 活塞式压力计活塞式压力计 校

27、验注意的问题校验注意的问题 返回 2021-4-2661 一、校验方法一、校验方法 （1） 标准表允许绝对误差应小于或等于被校表允许绝对误差的1/3。 1 、将被校表的示值与标准压力比较。 标准仪表的选择原则： 返回 （2） 要求标准表的测量上限应比被校表大一档。 Y标允（1/3）Y 被允 2 、将被校表的示值与标准表的示值在相同条件下进行比较。 2021-4-2662 二、活塞式压力计二、活塞式压力计 力平衡关系为 PAWW 0 P A WW 1 0 () A 测量活塞1的截面积； W、W0 砝码和测量活塞 （包括托盘）的重量； P 被测压力。 返回 活塞式压力计 2021-4-2663 三

28、、校验注意的问题三、校验注意的问题 1. 在被校仪表的测量范围内均匀选择5点以上; 2. 确保得到正、反行程误差; 3. 为减小读数误差, 误差值应在标准表上读取; 4. 根据校验数据处理, 最终按准确度等级要求得出结论。 返回 2021-4-2664 第三节第三节 压力仪表的安装压力仪表的安装 取压位置的选择取压位置的选择 导压管的安装导压管的安装 压力仪表的安装压力仪表的安装 返回 2021-4-2665 一、取压位置的选择一、取压位置的选择 1. 对管路压力的测量，应避开死角、拐角及旋涡区。 返回 气体取于管道截面上半部分， 液体取于管道截面下半部分。 3. 对水平管路取压点位置： 2.

29、 管路中不应有突出物，若存在时，取压点应在其之前。 2021-4-2666 二、导压管的安装二、导压管的安装 返回 1. 导压管不要超过50m，一般内径为610mm。 2. 水平敷设的导压管应有1：101：20的倾斜度。液体引压管下倾， 气体引压管上倾。测液体在引压管最高点装排气阀，测气体在引 压管最低点装排液阀。 3. 易冻易凝介质加装保温伴热。 4. 在靠近取压点的引压管上装切断阀，便于维修。 2021-4-2667 三、压力仪表的安装三、压力仪表的安装 1、压力表应装于易观察和检修的地方，尽可能避免振动、高温。 2、测量蒸汽压力时加装凝液管，防止高温蒸汽直接与测压元件接触， 测腐蚀介质时

30、加隔离罐。 3、压力表的连接处加装密封垫片，材料视耐压、耐温情况而定，注意 介质特性要求。乙炔气、氨气不能用铜垫，氧 不能沾油或有机物。 4、若压力表与取压位置不在同一高度时，要考虑修正。 压力仪表安装示意图 返回 2021-4-2668 返回 压力表安装示意图压力表安装示意图 2021-4-2669 本篇小结本篇小结 一、压力的概念 压力的定义；表压、绝压、负压（真空度）之间的关系；单位。 二、非远传测压仪表 1. 液柱式压力计 流体静力平衡 P(P)h 2. 弹簧管压力表 弹性元件弹性变形 P(P) x 三、远传式测压仪表 1. 力平衡式变送器 力(矩)平衡 P(P)F(M) 位移检测放大

31、(差动变压器 低频放大器 ) 电磁反馈机构 应变式(金属应变片) 返回下一页 压阻式(硅杯) 2. 电阻式传感器 应变效应 P(P) 2021-4-2670 3. 电容式变送器 差动电容 P(P)C 电容-电流转换(高频振荡器 解调器 振荡控制电路) 4. 电感式传感器 电磁感应 P(P)L(M) 自感式 减小非线性的方法互感式 差动变压器 5. 其他压力传感器压电式 压电效应 P(P)qx 谐振式 弹性元件的谐振 P(P)f 返回 四、压力仪表的选择、校验、安装 1. 选择 据测量值选量程; 据误差要求选精度; 据介质性质及使用要求选类型。 2. 校验标准压力法标准表法（标准表的选择原则 ） 3. 安装 取压点的选择; 导压管的敷设; 仪表的安装. 校验注意问题 上一页 2021-4-2671 返回上一页 2021-4-2672 半导体材料的压