化工仪表及自动化：chap02 压力测量及变送

1、第二章 压力测量及变送 第一节 概述 第二节 弹性式压力计 第三节 压力、差压变送器 第四节 压力仪表的选用与校验 小 结 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压低很多的真空度测量。例如：（1）油田开采晚期的注水工艺的压力为十几个MPa；（2）钻井的泥泵出口的压力在25MPa左右；（3）高压聚乙烯工艺压力高达280MPa；（4）而减压塔要低于大气压几百个mmHg（典型值为真空度93.1Kpa）；（5）输气管道的压力一般为10个MPa左右；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

2、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 概述 一、 压力单位 二、 压力表示 三、 测压仪表第一节 概述 一、压力单位 国际标准单位：Pa, kPa, MPa 其它工程单位：1标准大气压(atm)=1.013105Pa1工程大气压(kgf/cm2)98kPa 0.1MPa1Pa=1N/m21巴(bar)=0.1MPa1磅力/英寸2(bf/in2)=6.8949kPa第一节 概述 一、 压力单位 二、 压力表示 三、 测压仪表第一节 概述 二、压力表示绝压: 以绝对真空作为它的基准 表压: 以大气压作为它的基准，工程上最常用。 真空度:

3、 低于大气压的压力 大气压: 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；绝对压力小于大气压时，一般用真空度表示。第一节 概述 一、 压力单位 二、 压力表示 三、 测压仪表第一节 概述 三、测压仪表 液柱式压力计 弹性式压力计 电气式压力计 压力液柱高度压力弹性元件的变形压力电量信号（C, L, R）U型管压力计、斜管压力计、单管压力计弹簧管压力计、波纹管压力计、薄膜式压力计电容式、电感式、霍尔式压力计第一节 概述 三、测压仪表 液柱式压力计压力液柱高度利用流体静力学原理，用来测量低压及真空度，或作压力标准计量仪器，结构简单，使用方便，但测量范围窄，只能测量低压或微压，易损坏

4、。第一节 概述 三、测压仪表 弹性式压力计 压力弹性元件的变形用来测量压力及真空度，可就地指示，测量范围宽，价格便宜，可制成电气远传式，广泛使用 P 弹簧管式弹性元件P 膜片式弹性元件弹簧管压力计、波纹管压力计、薄膜式压力计第一节 概述 三、测压仪表 电气式压力计 压力电量信号（C, L, R）用于压力需要远传和集中控制的场合。 （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成相应的电信号，如电阻式、电感式、电容式、霍尔片式、应变式、振弦式等；（2）非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理性质与压力有关，如压电式、压阻式、压磁式等。就地指示和远传的概念装置区/现

5、场控制室.1就地指示远传第二章 压力测量及变送 第一节 概述 第二节 弹性式压力计 第三节 压力、差压变送器 第四节 压力仪表的选用与校验 小 结 第二节 弹性式压力计 一、 弹性元件 二、 弹簧管压力计 三、 电接点压力表 四、 常用压力表型号问题1、测量仪表的基本组成？2、测量仪表的结构包括哪几种？一、弹性元件工作原理：利用各种弹性元件受压后产生弹性变形(位移)测量压力。 常用弹性元件: 弹簧管、膜片、膜盒、波纹管。单圈弹簧管多圈弹簧管膜片膜盒波纹管第二节 弹性式压力计 一、 弹性元件 二、 弹簧管压力计 三、 电接点压力表 四、 常用压力表型号仪表由测量系统、指示部分和表壳部分等组成。表

6、壳部分表盖、玻璃和罩壳等组成。测量系统接头、弹簧管和齿轮传动机构等组成。指示部分分度盘、指针组成。二、弹簧管压力计二、弹簧管压力计1. 测量元件（弹簧管） 结构：扁平、中空，截面为扁圆或椭圆形。 一端固定(测量端)一端封闭(自由端), 弧度270。 原理： k1 与弹簧管横截面几何形状(椭圆度、角度)、刚度等有关。P扁圆的截面趋于圆形自由端角位移材料：一般为铜、铜合金、不锈钢。 对某些介质材料有特殊要求。测量端自由端二、弹簧管压力计2. 齿轮传动放大机构 将弹簧管位移量转换为指针的角位移 拉杆扇形齿轮中心齿轮指针二、弹簧管压力计讨论 零点调整 量程调整 改变B点位置实现。B2. 齿轮传动放大机

7、构 改变指针初始位置或表盘位置（标准表可调整表盘位置）。B二、弹簧管压力计 量程调整 改变B点位置实现。B2. 齿轮传动放大机构 B040KPa060KPaOAOAB1B2040060二、弹簧管压力计3. 游丝 克服因扇形齿轮和中心齿轮的间隙所产生的仪表变差。 一定材料制成的金属丝，有一定的刚度 第二节 弹性式压力计 一、 弹性元件 二、 弹簧管压力计 三、 电接点压力表 四、 常用压力表型号三、电接点压力表 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信（报警）。工作原理：当指针上的动触点与设定指针的静触点接触时，控制系统的电路断开或接通，达到自动控制和发信的目的。三、电接点压力表

8、三、电接点压力表压力达到上、下限时，可进行报警指示。 实现二位式控制 报警报警指示灯报警指示灯第二节 弹性式压力计 一、 弹性元件 二、 弹簧管压力计 三、 电接点压力表 四、 常用压力表型号四、常用压力表型号YX-电接点压力表 Y-标准表YO-氧用压力表 YY-乙炔压力表YA-氨用压力表四、常用压力表型号优点：简单可靠；价格低廉；精度高， 测量范围宽 （-0.1103MPa）；缺点：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)国家规定的压力仪表测量范围：国家规定的精度等级： 0.01、

9、0.02、0.05、0.1、0.16、 0.2、0.25、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5等。四、常用压力表型号第二章 压力测量及变送 第一节 概述 第二节 弹性式压力计 第三节 压力、差压变送器 第四节 压力仪表的选用与校验 小 结 第三节 压力、差压变送器 一、 变送器的作用 二、 变送器的输入输出关系 三、 变送器的连线方式 四、 变送器零点和量程调整 五、 电容式压力(差压)变送器第三节 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能源变送器的输入和输出变送器的接线变送器调零和调量程电容式差压变送器第三节 压力、差压变送器一、变送器的

10、作用 将被测参数（P、L、T、F ）转换成标准统一信号（420mA、20100kPa、010mA等）远传，供显示、记录、控制、运算、报警等。差压温度液位流量电流含水率.压力变 送 器显示记录控制现 场控制室第三节 压力、差压变送器 一、 变送器的作用 二、 变送器的输入输出关系 三、 变送器的连线方式 四、 变送器零点和量程调整 五、 电容式压力(差压)变送器二、变送器的输入输出关系 输入：XminXmax变送器测量范围 L =XmaxXmin 变送器量程 输出：YminYmax 输出信号范围 不同类型的变送器，其能源及输出的标准信号范围不同。 输出信号 能源气动变送器： 20100kPa 1

11、40kPa 70年代-80年代中电动变送器: 电型 010mA； 220VAC 80年代中-90年代初 电型 420mA 24VDC 90年代初-变送器的输入X和输出Y一般为线性关系。 二、变送器的输入输出关系 将差压信号P或压力信号 线性地 转换为: 20100KPa(气动）或420mA（电动） Po(Io)KP +ZoPIo(mA)420PmaxPminPPo(kPa)20100PmaxPmin电动变送器气动变送器例1：一电型压力变送器，测量范围210MPa，测得信号为12mA时，所测压力是多少MPa? 当所测压力为7.6MPa时，输出为多少mA? 变送器输出与测量值的换算： 测量值与变送

12、器输出的换算： 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 第三节 压力、差压变送器 一、 变送器的作用 二、 变送器的输入输出关系 三、 变送器的连线方式 四、 变送器零点和量程调整 五、 电容式压力(差压)变送器现场控制室四线制变送器三、变送器的连线方式 1. 四线制 四根导线与变送器相连。 两根为电源线，两根为信号线。 电动 电动电源： 220VAC 24VDC信号： 010mA 420mA2. 二线制现 场控制室二线制变送器 两根导线与现场变送器相连。 既是电源线又是信号线，电源与负载串联接入变送器。 电源：24VDC 信号：420mA三、变送器的连线方式

13、 3. 三线制变送器三线制变送器现在有一部分仪表，由于传感器需要的供电电流较大，采用二线制的电流不够，所以采用三线制，即将四线制的电源地与信号地共用一根线。现场控制室四线制变送器第三节 压力、差压变送器 一、 变送器的作用 二、 变送器的输入输出关系 三、 变送器的连线方式 四、 变送器零点和量程调整 五、 电容式压力(差压)变送器四、变送器的零点和量程调整 零点调整示意图1、 零点调整(ZERO）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。当X=Xmin时，使Y = 4mA（0mA/20kPa）的调整，称作零点调整。通常可通过在变送器外部的标有“Z”调整螺钉调整零点。零点调整，不

14、改变量程，改变测量范围4200XminXmax四、变送器的零点和量程调整 量程调整示意图420XminXmax12、 量程调整 (SPAN） 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。当X =Xmax时，使Y = 20mA（10mA/100kPa）的调整，称作量程调整。可通过在变送器外部的标有“S”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 压力、差压变送器 一、 变送器的作用 二、 变送器的输入输出关系 三、 变送器的连线方式 四、 变送器零点和量程调整 五、 电容式压力(差压)变送器五、电容式压力（差压）变送器

15、 1. 测压部件 由中心感压膜片(动电极1) 与正负压两侧弧形电极（固定电极2）形成电容Ci1、Ci2。P1=P2 时： Ci1，Ci2感压膜片产生位移，实现由差压向电容的转换。 测压部件结构图 Ci2Ci1d2d1P 0时：五、电容式压力（差压）变送器 1. 测压部件 P1=P2 时：P 0时：测压部件等效电路图差动电容的相对变化值与被测差压成正比。K1由电极面积与刚度决定的系数。 五、电容式压力（差压）变送器 2. 传送部分 任务是将 转换成标准信号420mADC电流输出。 1151电容式差压变送器五、电容式压力（差压）变送器铭牌上标识测量范围、精度、型号、厂家等铭牌上标识测量范围、精度、

16、型号、厂家等铭牌上标识测量范围、精度、型号、厂家等3051电容式差压变送器四、电容式压力（差压）变送器第二章 压力测量及变送 第一节 概述 第二节 弹性式压力计 第三节 压力、差压变送器 第四节 压力仪表的选用与校验 小 结 第四节 压力仪表的选用与校验 一、 压力仪表的选用 二、 压力仪表的校验一、压力仪表的选用 1. 仪表类型的选择 2. 测量范围的选择 3. 仪表精度的选择 压力表种类和型号的选择要根据被测介质压力的大小、介质的物理和化学性质，现场环境和工艺要求来确定。 测量范围应大于被测参数的正常工作值，被测参数的正常工作范围应在仪表测量范围的1/3到2/3之间。 应使所选仪表的允许误

17、差小于或等于测量要求的最大引用误差，即q选允qmax。 一、压力仪表的选用 1. 仪表类型的选择压力表种类和型号的选择要根据被测介质压力的大小、介质的物理和化学性质，现场环境和工艺要求来确定。 1）从被测介质压力大小来考虑 测微压：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。要求迅速读数的，可选用膜盒压力计。 压力在5104Pa以上的，一般选用弹簧管压力计一、压力仪表的选用 1. 仪表类型的选择压力表种类和型号的选择要根据被测介质压力的大小、介质的物理，化学性质，现场环境和工艺要求来确定。 2）从被测介质性质来考虑 对稀硝酸、醋酸、氨及其它一般腐蚀介质

18、应选用耐酸压力计、精密压力计、氨用压力计、不锈钢为膜片的膜片压力计。 对易结晶、粘度大的介质，要选用膜片压力表。 对氧、乙炔等介质，应选用专用压力表。一、压力仪表的选用 1. 仪表类型的选择 3）从使用环境来考虑对爆炸性气氛环境，使用电气压力表时，应选择防爆性压力表。机械震动强烈的场合，应选用船用压力表等。 4）从工艺要求来考虑需要就地指示，可选用就地测量指示的压力表，如弹簧管压力计。 需远距离传送压力信号，可选用压力变送器。 需报警或位式调节，可选用电接点压力表。一、压力仪表的选用 1. 仪表类型的选择 5）弹簧管压力计的命名与选型普通压力表Y-100（150）Z压力表盘直径d=100轴向，

19、不加径向特殊压力表 YZ真空压力表 YX电接点压力表 YA氨用压力表 YO氧用压力表 YY乙炔用压力表 一、压力仪表的选用 2. 测量范围的选择测量范围应大于被测参数的正常工作值，被测参数的正常工作范围应在仪表测量范围的1/3到2/3之间。 1）确定测量范围上限值L上根据工艺要求，确定被测压力的正常工作范围为PminPmax或正常工作值P正；测量范围上限值确定：L上K Pmax或L上K P正 a) 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K2 c)当被测压力是高压时，P正10MPa，取K5/3 一、压力仪表的选用 2. 测量范围的选择1）确定测量范围上限值L上

20、；2）根据各种表的量程规范，对L上进行修正；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n为自然整数，可为正、负值）若不满足，重新选择。3）验证：要求被测参数正常工作的最小值Pmin或正常工作值P正满足： 或 3. 仪表精度的选择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。 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，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小于或至少等于工艺要求的仪表最大引用误差qmax 。q选允

21、 qmax一、压力仪表的选用 精度等级不是越高越好，只需满足测量要求即可。一、压力仪表的选用 例2 ：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2%，仪表应如何选择？ 解：普通弹簧管压力表。 选择类型：作为就地指示表，没有其它特殊要求。 测量范围选择：因为测量的储罐压力变化应比较平稳，则仪表允许最大引用误差为： 选择结果：普通弹簧管压力表，测量范围010MPa, 精度1.0级。 测量范围：010MPa精度选择：根据题意，工艺所允许的最大绝对误差为 仪表要求最大引用误差为： 精度应为：1.0级因：所以测量范围合适第四节 压力仪表的选用与校验 一

22、、 压力仪表的选用 二、 压力仪表的校验 1. 校验方法 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，校验的目的就是检验仪表是否还满足所需的精度要求（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，不再使用。 标准压力法 标准表法 将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。 一般采用精度很高的标准仪表或标准参数发生器。 将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。 2. 标准压力法校验仪器 二、压力仪表的校验 活塞式压力计 利用标准砝码的重力作用在活塞有效面积上产生的压力与被测压力相平衡来测量压力。精度

23、高。作为标准表用于检定压力仪表。 3. 标准表法校验步骤 二、压力仪表的校验 根据被校表选择标准表a) 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a允，则标准表的a标允 a允/3，即可认为标准表读数为真实值。 调整零点和量程 在仪表测量范围内均匀取56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表（或者被校表为准读标准表）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（或者以被校表为准读标准表）的示值。 3. 标准表法校验步骤 二、压力仪表的校验 反复23次，计算最大引用误差qmax和最大变差Hmax。 判断、结论： 比较 qmaxq允hmaxq允若有一项不符合，可认为压力表不合格，必须进行调整。若两项均符合，则认为压力表合格结论 例4：010MPa、2.5级压力表，使用一段时间后，需检验其是否合格，请选用合适的标准表。1）选标准表测量范围习题 标准表的精度选为0.5级。2）选标准表精度 测量范围016MPa例5：010MPa、2.5级压力表，使用一段时间后，需检验其是否合格，请选用合适的标准表。对压力表进行校验的数据如下，判断是否合格？标准表：测量范围016MPa，精度0.5级。amax=0.1