第二章 压力测量及变送-化工

1、 在石油、化工、炼油、储运过程中，经常会遇到压力的测在石油、化工、炼油、储运过程中，经常会遇到压力的测量与控制，其中包括比大气压高很多的高压测量和比大气量与控制，其中包括比大气压高很多的高压测量和比大气压低很多的真空度测量。压低很多的真空度测量。例如：例如：（1）油田开采晚期的注水工艺的压力为）油田开采晚期的注水工艺的压力为十几个十几个MPa；（2）钻井的泥泵出口的压力在）钻井的泥泵出口的压力在25MPa左右左右；（3）高压聚乙烯工艺压力高达）高压聚乙烯工艺压力高达280MPa；（4）而减压塔要低于）而减压塔要低于大气压几百个大气压几百个mmHg（典型值为真空（典型值为真空度度93.1Kpa）

2、；）；（5）输气管道的压力一般为）输气管道的压力一般为10个个MPa左右左右；此外，其它参数的测量也会转换为压力或差压的测量此外，其它参数的测量也会转换为压力或差压的测量压力测量及变送基本概念表达方式压力表分类弹簧管压力计结构型号压力/差压变送器变送器概念变送器使用压力差压变送器结构压力仪表选用与校验选用校验第一节第一节 概述概述第一节第一节 概述概述 1标准大气压标准大气压(atm)=1.013105Pa1工程大气压工程大气压(kgf/cm2)98kPa 0.1MPa1Pa=1N/m21巴巴(bar)=0.1MPa1磅力磅力/英寸英寸2(bf/in2)=6.8949kPa第一节第一节 概述概

3、述第一节第一节 概述概述 绝压绝压: 以绝对真空作为它的基准以绝对真空作为它的基准 表压表压: 以大气压作为它的基准，以大气压作为它的基准，工程上最常用。工程上最常用。 真空度真空度: 低于大气压的压力低于大气压的压力 大气绝表ppp绝大气真ppp大气压大气压: : 大气自重产生的压力大气自重产生的压力 当绝对压力大于大气压时，一般用表压表示；当绝对压力大于大气压时，一般用表压表示；绝对压力小于大气压时，一般用真空度表示。绝对压力小于大气压时，一般用真空度表示。第一节第一节 概述概述第一节第一节 概述概述 压力压力液柱高度液柱高度压力压力弹性元件的变形弹性元件的变形压力压力电量信号（电量信号（

4、C, L, R）第一节第一节 概述概述 压力压力液柱高度液柱高度利用流体静力学原理，利用流体静力学原理，用来测量低用来测量低压及真空度，或作压力标准计量仪压及真空度，或作压力标准计量仪器，结构简单，使用方便，但器，结构简单，使用方便，但测量测量范围窄范围窄，只能测量低压或微压，只能测量低压或微压，易易损坏损坏。第一节第一节 概述概述 压力压力弹性元件的变形弹性元件的变形P 弹簧管式弹性元件弹簧管式弹性元件P 膜片式弹性元件第一节第一节 概述概述 压力压力电量信号（电量信号（C, L, R）（1 1） 弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由

5、端的位移量转换成相应的电信号，如电阻式、电感式、成相应的电信号，如电阻式、电感式、电容式电容式、霍尔片式、霍尔片式、应变式应变式、振弦式等；振弦式等；（2 2）非弹性元件组成的快速）非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体测压元件，主要利用某些物体的某一物理性质与压力有关，的某一物理性质与压力有关，如压电式、压阻式、压磁式等如压电式、压阻式、压磁式等。就地指示和远传的概念装置区装置区/现场现场控制室控制室.1就地指示就地指示远传远传第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计问题问题1、测量仪表的基本组成？2、测量仪表的结构包括哪几种？一、弹性元件一、弹性元件工作原理：工作原理：利用各种弹性元

6、件受压后产生弹性变形利用各种弹性元件受压后产生弹性变形( (位移位移) )测测量压力。量压力。 常用常用弹性元件弹性元件: : 弹簧管、膜片、膜盒、波纹管。弹簧管、膜片、膜盒、波纹管。第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计仪表由测量系统、指示部分和表壳部分等组成。仪表由测量系统、指示部分和表壳部分等组成。表壳部分表壳部分表盖、玻璃和罩壳等组成。表盖、玻璃和罩壳等组成。测量系统测量系统接头、弹簧管和齿轮传动机构等组成。接头、弹簧管和齿轮传动机构等组成。指示部分指示部分分度盘、指针组成。分度盘、指针组成。二、弹簧管压力计二、弹簧管压力计二、弹簧管压力计二、弹簧管压力计结构：结构：扁平、中空，截面为

7、扁圆或椭圆形。扁平、中空，截面为扁圆或椭圆形。 一端固定一端固定( (测量端测量端) )一端封闭一端封闭( (自由端自由端), ), 弧度弧度270。 原理：原理： k1 与弹簧管横截面几何形状与弹簧管横截面几何形状(椭圆度、角度椭圆度、角度)、刚度等有关。、刚度等有关。Pk1 材料：材料：一般为铜、铜合金、不锈钢。一般为铜、铜合金、不锈钢。 对对某些介质材料有特殊要求某些介质材料有特殊要求。测量端测量端自由端自由端二、弹簧管压力计二、弹簧管压力计2. 齿轮传动放大机构齿轮传动放大机构 将弹簧管位移量转换为将弹簧管位移量转换为指针的角位移指针的角位移 二、弹簧管压力计二、弹簧管压力计讨论讨论

8、零点调整零点调整 量程调整量程调整 改变改变B点点位置实现。位置实现。B2. 齿轮传动放大机构齿轮传动放大机构 改变指针初始位置或表盘位置改变指针初始位置或表盘位置（标准表可调整表盘位置）。（标准表可调整表盘位置）。B二、弹簧管压力计二、弹簧管压力计 量程调整量程调整 改变改变B点点位置实现。位置实现。B2. 齿轮传动放大机构齿轮传动放大机构 B040KPa060KPaPk1 OAOAB1B2040060二、弹簧管压力计二、弹簧管压力计3. 游丝游丝 克服因扇形齿轮和中心齿轮的克服因扇形齿轮和中心齿轮的间隙所产生的仪表变差。间隙所产生的仪表变差。 第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计三、电接

9、点压力表三、电接点压力表 与相应的电气器件配用，可对与相应的电气器件配用，可对被测压力系统实现自动控制和发被测压力系统实现自动控制和发信（信（报警报警）。）。工作原理：工作原理：当当指针上指针上的动触点与的动触点与设定指针的静触点接触时，控制设定指针的静触点接触时，控制系统的电路断开或接通，达到自系统的电路断开或接通，达到自动控制和发信的目的。动控制和发信的目的。三、电接点压力表三、电接点压力表三、电接点压力表三、电接点压力表报警报警报警指示灯报警指示灯报警指示灯报警指示灯第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计四、常用压力表型号四、常用压力表型号YX-电接点压力表电接点压力表 Y-标准表标准表

10、YO-氧用压力表氧用压力表 YY-乙炔压力表乙炔压力表YA-氨用压力表氨用压力表四、常用压力表型号四、常用压力表型号优点优点：简单可靠；价格低廉；精度高，简单可靠；价格低廉；精度高， 测量范围宽测量范围宽 （-0.1103MPa）；缺点缺点：只能就地显示或报警。只能就地显示或报警。 - 0.10； - 0.10.06、 0.15 MPa; 01、1.6、2.5、4、6、1010n kPa (n为正、负自然整数为正、负自然整数)国家规定的压力仪表测量范围：国家规定的压力仪表测量范围：国家规定的精度等级：国家规定的精度等级： 0.01、0.02、0.05、0.1、0.16、 0.2、0.25、0.

11、4、0.5、1.0、1.5、2.5等。等。四、常用压力表型号四、常用压力表型号第三节第三节 压力、差压变送器压力、差压变送器第三节第三节 压力、差压变送器压力、差压变送器压力、差压变送器变送器概念变送器使用压力差压变送器结构变送器的作用变送器的作用变送器的能源变送器的能源变送器的变送器的输入和输出输入和输出变送器的接线变送器的接线变送器变送器调零和调量程调零和调量程电容式差压电容式差压变送器变送器第三节第三节 压力、差压变送器压力、差压变送器一、变送器的作用一、变送器的作用 将被测参数（将被测参数（P、L、T、F ）转换成标准统一信号转换成标准统一信号（420mA、20100kPa、010mA

12、等）远传，供显示、等）远传，供显示、记录、控制、运算、报警等。记录、控制、运算、报警等。差压差压温度温度液位液位流量流量电流电流含水率含水率.压力压力工工艺艺参参数数变变 送送 器器显示显示记录记录控制控制现 场控制室第三节第三节 压力、差压变送器压力、差压变送器二、变送器的输入输出关系二、变送器的输入输出关系 输入：输入：XminXmax变送器测量范围变送器测量范围 L =XmaxXmin 变送器量程变送器量程 输出：输出：YminYmax 输出信号范围输出信号范围 不同类型的变送器，其能源及不同类型的变送器，其能源及输出的标准信号范围不同。输出的标准信号范围不同。 输出信号输出信号 能源能

13、源气动变送器：气动变送器： 20100kPa 140kPa 70年代年代-80年代中年代中电动变送器电动变送器: 电电型型 010mA； 220VAC 80年代中年代中-90年代初年代初 电电型型 420mA 24VDC 90年代初年代初-变送器的变送器的输入输入X和输出和输出Y一般为线性关系。一般为线性关系。 二、变送器的输入输出关系二、变送器的输入输出关系 电动变送器电动变送器气动变送器气动变送器例例1：一电一电型压力变送器，测量范围型压力变送器，测量范围210MPa，测得信号为，测得信号为12mA时，时，所测压力是多少所测压力是多少MPa? 当所测压力为当所测压力为7.6MPa时，输出为

14、多少时，输出为多少mA?)MPa()(X62210420412)mA(.)(.Io2154420210267 变送器输出与测量值的换算：变送器输出与测量值的换算：minminmaxminmaxminOOY)YY(XXXX)PI(Y或 测量值与变送器输出的换算：测量值与变送器输出的换算： minminmaxminmaxminX)XX(YYYYX各种输出与被测参数满足线性关系的变送器均可适用。各种输出与被测参数满足线性关系的变送器均可适用。二、变送器的输入输出关系二、变送器的输入输出关系 第三节第三节 压力、差压变送器压力、差压变送器现场现场控制室控制室四线制变送器四线制变送器三、变送器的连线方式

15、三、变送器的连线方式 1. 四线制四线制 四根导线与变送器相连。四根导线与变送器相连。 两根为两根为电源线电源线，两根为，两根为信号线信号线。 电动电动 电动电动电源：电源： 220VAC 24VDC信号：信号： 010mA 420mA2. 二线制二线制现现 场场控制室控制室二线制变送器二线制变送器 两根导线与现场变送器相连。两根导线与现场变送器相连。 既是电源线又是信号线，电源与既是电源线又是信号线，电源与负载串联接入变送器。负载串联接入变送器。 电源：电源：24VDC 信号：信号：420mA三、变送器的连线方式三、变送器的连线方式 3. 三线制变送器三线制变送器三线制变送器三线制变送器现在

16、有一部分仪表，由于传现在有一部分仪表，由于传感器需要的供电电流较大，感器需要的供电电流较大，采用二线制的电流不够，所采用二线制的电流不够，所以采用三线制，即将以采用三线制，即将四线制四线制的电源地与信号地共用一根的电源地与信号地共用一根线。线。现场现场控制室控制室四线制变送器四线制变送器第三节第三节 压力、差压变送器压力、差压变送器四、变送器的零点和量程调整四、变送器的零点和量程调整 零点调整示意图零点调整示意图1、 零点调整零点调整(ZERO）作用作用：使变送器输出的下限值与测量信号输入的下限值相对应。：使变送器输出的下限值与测量信号输入的下限值相对应。当当X=Xmin时，使时，使Y = 4

17、mA（0mA/20kPa）的调整，称作零点调整。）的调整，称作零点调整。通常可通过在变送器外部的标有通常可通过在变送器外部的标有“Z”调整螺钉调整零点。调整螺钉调整零点。零点调整，不改变量程，改变测量范围4200PXminXmax四、变送器的零点和量程调整四、变送器的零点和量程调整 量程调整示意图量程调整示意图420PXminXmax12、 量程调整量程调整 (SPAN） 作用作用：使变送器输出的上限值与测量信号输入的上限值相对应。：使变送器输出的上限值与测量信号输入的上限值相对应。当当X =Xmax时，使时，使Y = 20mA（10mA/100kPa）的调整，称作量）的调整，称作量程调整。可

18、通过在变送器外部的标有程调整。可通过在变送器外部的标有“S”调整螺钉调整量程。调整螺钉调整量程。量程调整，有的改变零点,有的不改变零点Xmax2零点和量程调整应反复调，直到满足要求第三节第三节 压力、差压变送器压力、差压变送器五、电容式压力（差压）变送器五、电容式压力（差压）变送器 1. 测压部件测压部件 由中心感压膜片由中心感压膜片(动电极动电极1) 与正负与正负压两侧弧形电极（压两侧弧形电极（固定电极固定电极2）形成）形成电容电容Ci1、Ci2。P1=P2 时：时：021PPPPF170150dACC02i1i021ddd Ci1，Ci2感压膜片产生位移，感压膜片产生位移，实现由差压向电容

19、的转换。实现由差压向电容的转换。 测压部件结构图测压部件结构图 Ci2Ci1d2d1P 0时：时：五、电容式压力（差压）变送器五、电容式压力（差压）变送器 1. 测压部件测压部件 P1=P2 时：时：021PPPPF170150dACC02i1i021dddP 0时：时：0d0ddPKd 1 ddKCi 021ddKCi 022PdKddCCCCiiii 0101212 差动电容的相对变化值与被测差压成正比。差动电容的相对变化值与被测差压成正比。K K1 1由电极面积与刚度决定的系数由电极面积与刚度决定的系数。 五、电容式压力（差压）变送器五、电容式压力（差压）变送器 2. 传送部分传送部分

20、任务是将任务是将 转换成标准信号转换成标准信号420mADC电流输出。电流输出。 1i2i1i2iCCCC minminmaxminmaxminmaxmin()4(204)4PPPPIIIPPPPmaxminminI4P( PP)P204 11511151电容式差压变送器电容式差压变送器五、电容式压力（差压）变送器五、电容式压力（差压）变送器铭牌上标识铭牌上标识测量范围、精度、型号、厂家测量范围、精度、型号、厂家等等铭牌上标识铭牌上标识测量范围、精度、型号、厂家测量范围、精度、型号、厂家等等铭牌上标识铭牌上标识测量范围、精度、型号、厂家测量范围、精度、型号、厂家等等3051电容式差压变送器电容

21、式差压变送器四、电容式压力（差压）变送器四、电容式压力（差压）变送器第四节第四节 压力仪表的选用与校验压力仪表的选用与校验一、压力仪表的选用一、压力仪表的选用 一、压力仪表的选用一、压力仪表的选用 测微压：测微压：即几百个至几千个帕斯卡（几十个毫米水柱或即几百个至几千个帕斯卡（几十个毫米水柱或汞柱）的压力，则易采用液柱压力计或膜盒压力计。要求汞柱）的压力，则易采用液柱压力计或膜盒压力计。要求迅速读数的，可选用膜盒压力计。迅速读数的，可选用膜盒压力计。 压力在压力在5104Pa以上以上的，一般选用弹簧管压力计的，一般选用弹簧管压力计一、压力仪表的选用一、压力仪表的选用 对稀硝酸、醋酸、氨及其它一

22、般对稀硝酸、醋酸、氨及其它一般腐蚀介质腐蚀介质应选用耐酸应选用耐酸压力计、精密压力计、氨用压力计、不锈钢为膜片的压力计、精密压力计、氨用压力计、不锈钢为膜片的膜片压力计。膜片压力计。 对易结晶、粘度大对易结晶、粘度大的介质，要选用膜片压力表。的介质，要选用膜片压力表。 对对氧、乙炔氧、乙炔等介质，应选用专用压力表。等介质，应选用专用压力表。一、压力仪表的选用一、压力仪表的选用 一、压力仪表的选用一、压力仪表的选用 普通压力表普通压力表Y-100（150）Z压力压力表盘直径表盘直径d=100轴向，不加径向轴向，不加径向特殊压力表特殊压力表 YZ真空真空压力表压力表 YX电接点压力表电接点压力表

23、YA氨用氨用压力表压力表 YO氧用压力表氧用压力表 YY乙炔用压力乙炔用压力表表 一、压力仪表的选用一、压力仪表的选用 2. 测量范围的选择测量范围的选择l 根据工艺要求，确定被测压力的正常工作范围为根据工艺要求，确定被测压力的正常工作范围为PminPmax或正常工作值或正常工作值P正正；l 测量范围上限值确定：测量范围上限值确定：L上上K Pmax或或L上上K P正正 a) 当被测参数比较稳定时：取当被测参数比较稳定时：取K3/2 b)当被测参数是波动时，如泵出口压力：取当被测参数是波动时，如泵出口压力：取K2 c)当被测压力是高压时，当被测压力是高压时，P正正10MPa，取，取K5/3 一

24、、压力仪表的选用一、压力仪表的选用 2. 测量范围的选择测量范围的选择压力计测量范围标准系列有：压力计测量范围标准系列有：-0.10.06、0.15；01、1.6、2.5、4、6、1010nMPa（其中（其中n为自然整数，可为正、负值）为自然整数，可为正、负值）上LP31min或或上正LP31 3. 仪表精度的选择仪表精度的选择国家规定的精度等级：国家规定的精度等级： 0.01、0.02、0.05、0.1、0.16、 0.2、0.25、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5等。等。 根据工艺要求的最大绝对误差和选定的仪表量程，计算仪表根据工艺要求的最大绝对误差和选定的仪表量程，计算仪表qmax

25、，在国家规定的精度等级中确定精度。，在国家规定的精度等级中确定精度。 所选仪表的允许误差应所选仪表的允许误差应小于或至少等于小于或至少等于工艺要求的仪表最工艺要求的仪表最大引用误差大引用误差qmax 。一、压力仪表的选用一、压力仪表的选用 一、压力仪表的选用一、压力仪表的选用 需要就地测量某储罐的压力，被测介质的工作压力为需要就地测量某储罐的压力，被测介质的工作压力为6.0MPa，要求最大测量误差不能超过被测压力的要求最大测量误差不能超过被测压力的2%，仪表应如何选择？，仪表应如何选择？ 解：解：普通弹簧管压力表。普通弹簧管压力表。 选择类型：选择类型：作为就地指示表，没有其它特殊要求。作为就

26、地指示表，没有其它特殊要求。 MPaL9236上测量范围选择：测量范围选择：因为测量的储罐压力变化应比较平稳，则因为测量的储罐压力变化应比较平稳，则仪表允许最大仪表允许最大引用误差为：引用误差为： 选择结果：选择结果：普通弹簧管压力表，测量范围普通弹簧管压力表，测量范围010MPa, 精度精度1.0级。级。 测量范围：测量范围：010MPa精度选择：精度选择：根据题意，工艺所允许的最大绝对误差为根据题意，工艺所允许的最大绝对误差为 MPa.%amax12062仪表要求最大仪表要求最大引用误差为：引用误差为： %.%.%Laqmaxmax2110010120100%.qqmax21允精度应为：精

27、度应为：1.0级级因：因：MPaMPa3106所以测量范围合适所以测量范围合适第四节第四节 压力仪表的选用与校验压力仪表的选用与校验u 1. 校验方法校验方法 二、压力仪表的校验二、压力仪表的校验 仪表在使用中由于磨损、变形，精度会发生改变，校验的目的就仪表在使用中由于磨损、变形，精度会发生改变，校验的目的就是是检验仪表是否还满足所需的精度要求检验仪表是否还满足所需的精度要求（是否符合精度等级），（是否符合精度等级），符合则继续使用，不符合则必须调整，调整后仍不符合，不再使符合则继续使用，不符合则必须调整，调整后仍不符合，不再使用。用。 标准压力法标准压力法 标准表法标准表法 将将被校表的示值

28、与标准压力比较。被校表的示值与标准压力比较。 多用于国家授权的各级标准计量局进行标定。多用于国家授权的各级标准计量局进行标定。 一般采用精度很高的标准仪表或标准参数发生器。一般采用精度很高的标准仪表或标准参数发生器。 将将被校表与标准表示值在相同条件下进行比较。被校表与标准表示值在相同条件下进行比较。 多用于现场和实验室。多用于现场和实验室。u 2. 标准压力法校验仪器标准压力法校验仪器 二、压力仪表的校验二、压力仪表的校验 活塞式压力计活塞式压力计 u 3. 标准表法校验步骤标准表法校验步骤 二、压力仪表的校验二、压力仪表的校验 根据被校表选择标准表根据被校表选择标准表a) 标准表测量范围应

29、大于被校表一个档次。标准表测量范围应大于被校表一个档次。b) 若被校表允许绝对误差为若被校表允许绝对误差为a允允，则标准表的，则标准表的a标允标允 a允允/3，即可认为标准表读数为真实值。即可认为标准表读数为真实值。 调整零点和量程调整零点和量程 在仪表测量范围内均匀取在仪表测量范围内均匀取56个点（包括上限和下限）。个点（包括上限和下限）。 正行程：由小到大改变被测参数，以标准表为准读被校正行程：由小到大改变被测参数，以标准表为准读被校表（或者表（或者被校表为准读标准表）被校表为准读标准表）的示值。的示值。 反行程：由大到小改变被测参数，以标准表为准读被校表反行程：由大到小改变被测参数，以标

30、准表为准读被校表（或者以（或者以被校表为准读标准表）被校表为准读标准表）的示值。的示值。 u 3. 标准表法校验步骤标准表法校验步骤 二、压力仪表的校验二、压力仪表的校验 反复反复23次，次，计算最大引用误差计算最大引用误差qmax和最大变差和最大变差Hmax。 判断、结论：判断、结论： 比较比较 若有一项不符合，可认为压力表不合格，必须进行调整。若有一项不符合，可认为压力表不合格，必须进行调整。 若两项均符合，则认为压力表合格若两项均符合，则认为压力表合格结论结论 例例4：010MPa、2.5级压力表，使用一段级压力表，使用一段时间后，需检验其是否合格，请选用合适时间后，需检验其是否合格，请选用合适的标准表。的标准表。1）选标准表测量范围）选标准表测量范围习题习题 标准表的精度选为标准表的精度选为0.5级。级。2）选标准表精度）选标准表精度MPa.2.550%210允允aMPa标允083.03/25.0允允a31a%518.0%100016083.0标允q 测量范围测量范围016MPa例例