压力测量元件及变送器

1、 第一节.压力测量及变送 第二节.流量测量及变送 第三节.物位测量及其变送 第四节.温度测量及其变送next第二章：测量元件及变送器压力：指均匀垂直的作用于单位面积上的力。压力：指均匀垂直的作用于单位面积上的力。 在化学反应过程中，压力既能影响物料平衡，也影在化学反应过程中，压力既能影响物料平衡，也影响化学反应速度，所以，压力的测量与控制，对保证生响化学反应速度，所以，压力的测量与控制，对保证生产过程正常进行，达到高产、优质、低消耗和安全是十产过程正常进行，达到高产、优质、低消耗和安全是十分重要的。分重要的。 第一节.压力测量及其变送（p 表示压力，F 表示垂直作用力，S 表示受力面积） 根据

2、国际制单位，压力单位为帕斯卡，简称帕(Pa)。1Pa=1N/m2压力可用公式表示为：压力可用公式表示为： 压力压力单位单位帕/Pa 工程大气压kgf/cm2物理大气压atm汞柱/mmHg水柱/mH2O 磅/英寸2lb/ in2巴/barPa11.0197*10-59.869*10-67.501*10-31.0197*10-41.450*10-41*10-5kgf/cm29.807 *10410.9678735.610.0014.220.9807atm1.0133 *1051.0332176010.3314.701.0133mm Hg1.3332 *1021.3595*10-31.3158 *1

3、0-310.01361.934*10-21.3332*10-3 H2O9.806 *1030.10000.0967873.5511.4229.806*10-2lb/ in26.895 *1030.070310.0680551.710.703116.895*10-2bar1*1051.01970.9869750.110.19714.501压力单位换算表表压:p表压=p绝对压力-p大气压力大气压力线大气压力线绝对压力的零线绝对压力的零线真空度真空度(被测压力低于大气压被测压力低于大气压): p真空度真空度 = p大气压力大气压力 - p绝对压力绝对压力表压、真空度、绝对压力压力表的分类 . 按测压

4、范围分 .按测压原理分 一.液柱式压力计 二.弹性式压力计 弹性元件弹性元件 弹簧管压力表弹簧管压力表 膜片式压力表膜片式压力表 霍尔片式弹簧管远传压力表霍尔片式弹簧管远传压力表 三.气动式压力变送器 四.电气式压力计 五.活塞式压力计next按测压范围分按测压范围分: :有气压计、血压有气压计、血压计、真空计、微压计、压力表计、真空计、微压计、压力表等等仪表类别 液柱式弹性式电气式活塞式工作原理连续的液体柱具有静压:P=k*h弹性元件的形变(位移)正比于所受的力同弹性式,电气元件将位移转换为电信号传输受压的连续液体传送压力,再转换成活塞上的砝码细类U形管、倾斜式、杯式、补偿式弹簧管(单圈、多

5、圈)、膜片式、膜盒式、波纹管式、板簧式霍尔片式、电阻式、电容式、应变片式、力矩平衡式单活塞式、双活塞式特点结构简单、使用方便测量范围窄(低压真空)精度（毛细管、密度、视角）简单方便安全价廉；测量使用范围宽；可与附件构成远传仪表输出为电信号，方便传输和处理；适用范围广、发展迅速测量精度高，可达0.050.02；精度受浮力、温度、重力加速度影响；结构复杂、价格贵精度等级0.02、0.05、0.2、0.1、1、1.5一般：1、1.5、2.5精密：0.1、0.25、0.4、0.60.21.5一等、二等、三等0.02、0.05、0.2back各种气体减压表 工作原理： 连续的液体柱具有静压: P = k

6、 * h 分类：U形管、倾斜式、杯式、补偿式 特点 结构简单、使用方便，测量范围窄(低压真空)， 精度（毛细管、密度、视角） 测量范围 00.26、3.30.1 主要用途：测低压及真空或作标准计量仪器back一、液柱式压力计 弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件,在被测介质压力的作用下,使弹性元件受压后产生弹性形变的原理而制成的压力仪表. 特点: 结构简单、使用可靠、价格低廉、测量范围广、有足够的精度。 1.弹性元件:A.薄膜式弹性元件二、弹性式压力计 B.弹簧管式弹性元件 C.波纹管式弹性元件弹性元件n测量原理:弹簧管1是压力计的测量元件。图中所示为单圈弹簧管，它是一根弯成2700圆弧的椭圆

7、截面的空心金属管。管子的自由端B封闭，管子的另一端固定在接头9上。当通入压力p后，由于椭圆形截面在压力的p作用下将趋于圆形,使弹簧管的自由B端产生位移,且与输入压力的大小成正比.所以只要测得点B的位移量,就能反映压力p的大小.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2.弹簧管压力表弹簧管压力表结构示意图弹簧管压力表结构示意图单单圈圈弹弹簧簧管管 图2-1 弹簧管的测压原理 图2-2 传动放大机构原理 将弹簧管受压后自由端产生的位移进行放大、并将线位移变换为角位移，推动同轴指针发生偏转，从而指示所受压力的大小。弹簧管测压工作原理 上图

8、中：弹簧管的固定端；弹簧管的自由端；弹簧管中心轴弹簧管中心角的初始值；中心角的变化量；、弹簧管弯曲圆弧的内、外半径；、弹簧管椭圆截面的长、短半轴。 弹簧管内部受压后（管内压力比管外压力大），其椭圆形截面将趋向于变成圆形，但内外圆弧的弧长不会改变，因而引起弹簧管圆弧趋于挺直，自由端向外伸展。以、分别表示弹簧管受压后的对应值，则有： ； （）（）；因为：；所以。弹簧管测压原理的计算 弹簧管受压后：，所以。弹簧管自由端所在的中心角随之减少，这时自由端由点发生位移到。，（）（）将上式变换，得到： 因此：弹簧管原来的中心角越大，其灵敏度越高；而短半轴越小，中心角的变化量将越大，即在相同的中心角下，短半轴

9、越小越灵敏。bbb弹簧管测压原理的计算(续)3.膜片式压力表隔膜压力表4.霍尔片式弹簧管远传压力表霍尔片：半导体材料制成的薄片，电子在其内可以不均匀分布。霍尔效应：自由电子在霍尔片中运动时，如果受到电磁力的作用，其运动轨迹将发生偏移，造成霍尔片的一个端面上有电子积累，另一个端面上有正电荷过剩，形成电位差霍尔电势。图霍尔效应图霍尔片式压力传感器图霍尔效应图霍尔片式压力传感器霍尔片压力表的测压原理 霍尔电势的大小： 霍尔常数，与霍尔片的材料、几何形状相关；磁感应强度；通过的电流。上式中，如果霍尔片的材料确定(即一定)、电流恒定，则只与有关。如果是非匀强磁场，只与霍尔片所在的位置有关。因此，在弹簧管

10、自由端附上霍尔片，就可以将压力引起的形变位移转换成霍尔电势的大小，方便远传和处理。back其他各种弹性敏感元件其他各种弹性敏感元件 QBY 型气动压力变送器是 QDZ 系列气动单元组合仪表的一个品种,用来测量生产过程中各种液体、蒸汽以及气体的压力、负压或绝对压力。基本原理: 气动压力变送器是根据力矩平衡原理工作的，它可将压力信号 p 成比例地转换成 0.02 - 0.1 MPa的统一标准气压信号，送往调节器或显示仪表进行调节、指示或记录。三. 气动压力变送器 根据测量和传送的参数不同,变送器可分为压力、差压变送器、液位变送器和温度变送器等。（如果变送器以压缩空气为能源，便是气动式）一.气动元件

11、及组件:1.气阻气体流过节流元件时，会受到一定的阻力，这种节流元件叫做气阻。气阻起降压和限流的作用。气阻按其工作特性，可分为恒气阻和变气阻两类。关系式式中p-气阻前后的压降M-流过气阻的质量流量R-气阻值(气阻对空气流动阻碍的程度)气动压力变送器 恒气阻符号:结构:变气阻符号:结构:1.气阻2.气容(C) 、节流盲室2.气容(C)凡是气体流过时,能储存或放出气体的气室称为气容.气容在气动仪表中起缓冲、防止振荡的作用。关系式3.节流盲室节流盲室由一个变气阻和一个气室串联而成.如下图节流盲室n3.节流盲室由一个变气阻和一个气容所构成的阻容藕合元件称为节流盲室.假设变气阻的开度一定时，其阻值为R，气

12、室的气容为C，进入气容的气体重量流量为G，P1与P2为变气阻前和气室内的压力，则通过变气阻的气体流量与压降的关系为：G(P1P2)/Rdmdm/dtM根据气容的定义，可得CdP2dP2/dtdP2/dt所以：MC(dP2/dt)又因为通过气阻的流量就是充入气室的流量，于是(P1P2)/RC(dP2/dt)RC(dP2/dt)P2P1令RCT积分得：P2P1(1e-t/T)这就是节流盲室充气过程中压力与时间的函数关系。(1)p2随的t增大而增大(2)T为时间常数，反映了充气的快慢。(3)放气也有类似的特性。节流盲室特性曲线: 4.节流通室在一个气容的前后，各有一个气阻，所构成的阻容藕合元件称为节

13、流通室.在稳定状态下，单位时间内流过气阻R1的流量M1，应等于流过气阻R2的流量M2 。节流通室喷嘴-挡板机构、功率放大器 5.喷嘴喷嘴-挡板机构挡板机构(符号 ) 6.功率放大器功率放大器(符号)功率放大器可将喷嘴背压放大,使其能驱动显示和执行机构.QTL-500型PI调节器原理简图back 1-过滤器 2,3,8,10-膜片 4,7,9-喷嘴 5-节流孔 6-挡板 11-节流孔 12-阀座 13-阀杆 14-固紧螺丝 15-弹簧 四、电气式压力计 电气式压力计是指把压力转换为电信号输出，然后测量电信号大小的压力表。一般有压力传感器、测量电路和信号处理装置组成。电气式压力计组成方框图(应变片

14、式压力传感器、压阻式压力传感器、电容式压力传感器)n应变片式压力传感器是利用电阻应变原理构成。有金属应变片和半导体应变片。1.应变筒2.外壳3.密封膜片4.输出信号5.恒压直流6.电源特点：:速度快、非线性小、滞后小。应变片式压力传感器SLRn压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应而构成.1.基座2.单晶硅片3.导环4.螺母5.密封垫圈6.等效电阻特点: 精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单。压阻式压力传感器n电容式压力传感器是将压力的变化转换为电容量的变换，然后进行测量。1.中心感应膜片(可动电极)2.固定电极3.测量侧4.隔离膜片特点:精度较高、工作可靠、较耐振动

15、和冲击、稳定性较高。back电容式压力传感器dSCback五、活塞式压力计.n在选择压力计时，应根据工艺要求，加以在选择压力计时，应根据工艺要求，加以全面考虑和具体分析，并注意全面考虑和具体分析，并注意仪表类型的仪表类型的选用选用、仪表测量范围的确定仪表测量范围的确定及及仪表精度等仪表精度等级的选取级的选取。 n压力计的安装压力计的安装 压力计的安装正确与否，直接影响到测压力计的安装正确与否，直接影响到测量的准确性和压力计的使用寿命量的准确性和压力计的使用寿命, ,应注意测应注意测压点的选择、导压管的铺设及压力计的安压点的选择、导压管的铺设及压力计的安装。装。next六、压力计的选用与安装第四

16、节压力仪表的选用、安装与校验 1.1.选用：选用： A.A.类型的选择类型的选择： 满足工艺要求满足工艺要求 远传？自动记录？报警？介质的腐蚀性、温远传？自动记录？报警？介质的腐蚀性、温度、粘度、脏污程度，易燃易爆，安装现场的环度、粘度、脏污程度，易燃易爆，安装现场的环境湿度、温度、磁场强度、振动等。普通压力计境湿度、温度、磁场强度、振动等。普通压力计的弹簧管材料为铜合金、高压为合金钢、氨用为的弹簧管材料为铜合金、高压为合金钢、氨用为碳钢，测氧气用的要禁油，材料同普通型。碳钢，测氧气用的要禁油，材料同普通型。back压力表类型的选用 B.B.测量范围的确定测量范围的确定： 上限：稳态：上限：稳

17、态：PmaxPmax仪表测量上限值的仪表测量上限值的2/32/3 脉动：脉动：PmaxPmax仪表测量上限值的仪表测量上限值的1/21/2； 高压：高压：PmaxPmax仪表测量上限值的仪表测量上限值的3/53/5； 下限：下限： PminPmin仪表测量上限值的仪表测量上限值的1/31/3。 国家规定的压力计测量范围标准系列有：国家规定的压力计测量范围标准系列有： - -0.10.10.060.06、0.150.15； 0 01 1、1.61.6、2.52.5、4 4、6 6、10101010n n PaPa （n n为整数，可为正或负）为整数，可为正或负）back压力表类型的选用 C.C.

18、仪表精度的选择仪表精度的选择： 根据生产工艺的允许最大绝对误差和选定根据生产工艺的允许最大绝对误差和选定的仪表量程，计算出仪表允许的最大引用的仪表量程，计算出仪表允许的最大引用误差，在国家规定的精度等级中确定仪表误差，在国家规定的精度等级中确定仪表的精度。在满足工艺要求的前提下，尽可的精度。在满足工艺要求的前提下，尽可能选用精度较低、价廉耐用的仪表。能选用精度较低、价廉耐用的仪表。back压力表类型的选用 1.1.要选在被测介质直线流动的管道部分，不要要选在被测介质直线流动的管道部分，不要选在管路拐弯、分叉、死角或其他易形成漩选在管路拐弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。涡的地方。 2. 2

19、.测量流动介质的压力时，应使取压点与流动测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直，取压管内端面与生产设备连接处方向垂直，取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持齐平，不应有凸出物或毛刺。的内壁应保持齐平，不应有凸出物或毛刺。 3.3.测量液体压力时测量液体压力时, ,取压点应在管道下部、使管取压点应在管道下部、使管道内不积存气体；测量气体压力时，则应在道内不积存气体；测量气体压力时，则应在管道上方，使管道内不积存液体。管道上方，使管道内不积存液体。back测压点的选择 1. 1.导压管粗细要合适，一般内径为导压管粗细要合适，一般内径为 6-10 6-10 mm,mm,长度应尽可能短，最长

20、不得超过长度应尽可能短，最长不得超过 50 50m,m,以减少以减少压力指示的迟缓。压力指示的迟缓。2.2.水平安装时应保证有水平安装时应保证有 1:10 - 1:20 1:10 - 1:20 的倾斜的倾斜度。度。3.3.当介质易冻时，应加保温管。当介质易冻时，应加保温管。4.4.取压点到仪表之间应有切断阀。取压点到仪表之间应有切断阀。back 导压管的敷设1.1.安装在易观察和检修的地方。安装在易观察和检修的地方。 2. 2.避免振动和高温。避免振动和高温。 3. 3.对于有腐蚀性介质的测量，应加装中性介质做对于有腐蚀性介质的测量，应加装中性介质做隔离。隔离。 4. 4.为防泄漏，应选适当的

21、材料，作为密封垫片。为防泄漏，应选适当的材料，作为密封垫片。 5. 5.当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由高度引起的测量误差应做修正。一高度时，对由高度引起的测量误差应做修正。相关因素有高度差、介质密度、重力加速度。相关因素有高度差、介质密度、重力加速度。 6. 6.仪表的外壳应有通气孔，外壳应面向墙壁或无仪表的外壳应有通气孔，外壳应面向墙壁或无人处。人处。压力计的安装压力计的安装(续) T80T80及及2 2MPaMPa时，用牛皮或橡胶垫；时，用牛皮或橡胶垫；T450T450及及5 5MPaMPa时，用石时，用石棉或铝垫片；温度或压力更高时，用退火紫铜或铝片。棉或铝垫片；温度或压力更高时，用退火紫铜或铝片。 测量测量氧气氧气时，不能用时，不能用浸油片浸油片或或有机材料有机材料 测量测量乙炔或氨乙炔或氨时，不能使用时，不能使用铜铜片片（）测量蒸汽 （ ）测量腐蚀性介质 （）压力表位于被测设备之下图压力表安装示意图back1.1.校验原理校验原理 将被校