第二章压力检测及仪表

1、1,检测仪表与控制装置,南京化工职业技术学院 自动控制系,主讲:邓素萍,2,第二章 压力检测及仪表,本章知识点及习题, 2.1 概述 2.2 弹性式压力表 2.3 电测式压力表 2.4 压力检测仪表的使用,3, 2.1.1 压力检测的目的,第二章 压力检测及仪表, 2.1 概述, 2.1.2 压力检测的基本概念,压力的定义: 垂直均匀作用在单位面积上的力，单位Pa 实际应用中还有kPa、MPa等,P大,大气压力线,绝对压力零线,绝对压力,表压,绝对压力,负压力（真空度）,差压,压力的表示方法,P绝1,P绝2,P表,P差压,4,第二章 压力检测及仪表, 2.1.3 压力的传递,表2-1.压力单位

2、换算表,压力单位的换算, 2.1 概述,5,第二章 压力检测及仪表, 2.1.3 压力检测仪表的类型,3.活塞式压力仪表,1.液式压力仪表,4.电气式压力仪表,2.弹性式压力仪表, 2.1 概述,6,第二章 压力检测及仪表, 2.1.3 压力检测仪表的类型,1.液柱式压力仪表（U形管式、单管式、斜管式）, 2.1 概述,7,第二章 压力检测及仪表, 2.1.3 压力检测仪表的类型,2.弹性式压力仪表, 2.1 概述,8,第二章 压力检测及仪表, 2.1.3 压力检测仪表的类型,3.活塞式压力仪表, 2.1 概述,9,第二章 压力检测及仪表, 2.1.3 压力检测仪表的类型,4.电气式压力仪表,

3、 2.1 概述,10,第二章 压力检测及仪表, 2.2 弹性式压力表, 弹性式压力表工作原理: 是基于以弹性受压后弹性元件产生弹性变形(位移)为基础的压力测量仪表,弹性元件:,膜片 膜盒 波纹管 单、多圈弹簧管,11,第二章 压力检测及仪表, 2.2 弹性式压力表, 2.1.3 弹性元件的特性,弹簧管将压力P转换为角位移x,x,x,12,第二章 压力检测及仪表, 2.2 弹性式压力表, 2.1.1 弹性元件的特性,弹簧管将压力P转换为角位移,弹簧管的截面图,扁圆形 椭圆形 半圆形,双圆形 8字形 厚壁扁圆形,13,第二章 压力检测及仪表, 2.2 弹性式压力表, 2.1.1 弹性元件的特性,弹

4、簧管将压力P转换为角位移x,虎克定律:,x, 2.2.2 弹簧管压力表,1. 作用,2. 结构组成,14,第二章 压力检测及仪表, 2.2 弹性式压力表, 2.2.2弹簧管压力表,3. 工作原理,1. 作用,2. 结构组成,游丝的作用:克服由于机械传动结构的间隙而产生的测量误差(变差),调整螺钉的作用:实现量程的调整,15,第二章 压力检测及仪表, 2.2.2弹簧管压力表,4. 应用注意问题,弹簧管压力表型号的编写规则,Y-50/60/100/150系列弹簧管 一般压力表适用测量无爆炸，不结晶，不凝固，对铜和铜合金无腐蚀作用的液体、气体或蒸汽的压力。,使用工作温度：-4070仪表执行标准：GB

5、/T1226-2001,型号命名： Y-B-Z系列全不锈钢耐震压力表, 2.2 弹性式压力表,16,第二章 压力检测及仪表, 2.2.2弹簧管压力表,技术参数：,使用工作温度：-4070仪表执行标准：GB/T1226-2001,弹簧管压力表型号的编写规则, 2.2 弹性式压力表,17,第二章 压力检测及仪表, 2.2.2弹簧管压力表,4. 应用注意问题,压力表内弹簧管的材料的选择, 2.2 弹性式压力表,使用注意问题： 弹簧管的材料是根据被测介质的化学性质和被测压力的高低来决定。 当压力20MPa时采用不銹钢或合金钢材料； 当测量氨气压力时必须采用能够耐腐蚀的不銹钢弹簧管； 测量乙炔压力时不得

6、用铜质材料弹簧管； 测量氧气压力时,则严禁沾有油脂的工艺管道设备； 否则将有爆炸危险。,18,第二章 压力检测及仪表, 2.2.2弹簧管压力表,4. 应用注意问题,压力表外壳颜色的规定,表2-3 特殊介质弹簧管压力表色标, 2.2 弹性式压力表,19,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 概述,1. 原理,压力pi电量 R、C、L、U、E、f,2. 电测式压力的种类,3. 电测式压力仪表的构成原理,压阻式、电感式、电容式、压电式、磁电式等,敏感元件,转换部件,转换电路,显示部分,p,p,l,测量部件,电量： R.C.L. U.E.f,电信号： I.V,420mA,15 V,20,第

7、二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.1压力(差压)变送器,压力(差压)变送器的作用： 将各种被测工艺变量（P、P、F、L、T）转换换成相应的统一标准信号（420mA DC,15V DC）传送到 指示记录仪、运算器、调节器，以实现自动检测与自动控制。,1. 压力(差压)变送器的作用,21,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.1压力(差压)变送器,1. 压力(差压)变送器的作用,施加在高压侧腔体内的压力p与液位h成正比：,p = g h, 利用差压变送器测量液体的液位高度h,压力变送器,h,p,22,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3

8、.1压力(差压)变送器,1. 压力(差压)变送器的作用,p =K Q2, 利用差压变送器测量液体的流量Q,差压变送器,Q,Pi,I0,显示仪表,23,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.1压力(差压)变送器,2. 压力(差压)变送器的构成原理,根据“负反馈原理”构成的,变送器的组成及组成方块图,深度负反馈时:,变送器输出输入关系：,24,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.1压力(差压)变送器,3.变送器输出输入关系及特性曲线,25,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.1压力(差压)变送器,变送器的量程调整、零点调整和零点迁移,

9、量程调整： 1.量程调整的目的：将输出信号的上限值Ymax与测量范围的上限值Xmax相对应 2.量程调整的方法：改变F或D 零点调整及零点迁移 1.零点调整的目的：将输出信号的下限值Ymin与测量范围的下限值Xmin对应 2.什么叫零点迁移、类型的概念： 零点迁移、零点调整的方法：加、减零点或零点迁移信号Z,使用注意问题: 先调整零点,后进行零点迁移; 调整零点和量程时,应先粗调后细调;,26,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.2电容式压力(差压)变送器,1. 电容式压力(差压)变送器的作用,piC I ( V)(420 mA 15 V),2. 特点,3. 工作原理,1

10、151系列电容式变送器是引进美国罗斯蒙特公司技术制造的产品具有设计原理新颖、品种规格齐全、安装使用简便、本质安全防爆等特点。尤以精度高、体积小、重量轻、坚固耐振、调整方便、长期稳定性高、单向过载保护特性好而著称。因此在国内外市场上享有很高的声誉。,没有杠杆系统和电磁反馈机构 开环系统 检测元件:差动电容 结构组件化 标准信号制(二线制) 可在任意角度下安装。,27,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.2电容式压力(差压)变送器,1. 电容式压力(差压)变送器的作用,piC I ( V)(420 mA 15 V),2. 特点,工作原理： 当pi感压膜片dCiIiI0,3.

11、工作原理,结构组成： 由测量部件、转换电路、放大电路三部分组成,28,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.2电容式压力(差压)变送器,感压 膜片,电容-电流 转换器,Pi,CiH-CiL,c,Ii,放大和输出 限制电路,反馈电路,-,If,调零、迁移 电路,I,I0,(I2-I1),0100 kPa,420 mA,差动 电容,S,测量部件,转换电路,放大电路,输入输出特性,3. 工作原理,29,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.2电容式压力(差压)变送器,3. 工作原理,1高压侧进气口 2低压侧进气口 3过滤片 4空腔 5柔性不锈钢 波 纹隔离膜片

12、,测量部件的工作原理,6导压硅油 7 凹形玻璃圆片 8镀金凹形电极 9弹性平膜片 10 腔,转换部分的工作原理,放大部分的工作原理,30,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.2 电容式压力(差压)变送器,4. 变送器整机工作原理及输出电路的工作原理,输入输出特性,二线制变送器工作原理?,31,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.2 电容式压力(差压)变送器,安全火花防暴措施: 1.输出限制电路(过流过压保护) 2.阻尼电路 3.反向保护电路D0 4.温度补偿电路,5.差压变送器的应用:,输入输出特性,零点调整?,量程调整?,零点迁移?,零点迁移的实质

13、?,差压变送器与压力变送器?,32,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.3 扩散硅式压力(差压)变送器,1.扩散硅式压力(差压)变送器的作用,piR I ( V)(420 mA 15 V),2. 特点,稳定性高,每年优于0.1满量程。 温度偏移小,由于取消了测量元件中的中介液，因而传感器不仅获得了很高的测量精度。 可靠性好，采用大规模IC，电路可靠性好，抗干扰性能强。 适用性广,产品具有多种型号，多种过程连接形式，可适应工业测量中的各种介质。 安装维护简便、产品结构合理、体积小、重量轻、可直接任意位置安装。,33,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.

14、3 扩散硅式压力(差压)变送器,3. 压阻效应,当在半导体材料上施加一作用F力时，其电阻率将发生显著的变化，这种现象称为“压阻效应”。,半导体材料,l,A,压阻效应：,34,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.3 扩散硅式压力(差压)变送器,单晶硅片,采用的集成电路的扩散工艺，在单晶硅片上扩散杂质（硅）形成四个阻值相同的扩散电阻R1、R2 、 R3 、 R4,4.扩散硅式压力(差压)变送器的工作原理,扩散硅杯,P2,Pi,F2,F1,正应力：,r,0.635r,R1,R1 、R4变小,R2,R3,R4,R2 、R3变大,piR I ( V)(420 mA 15 V),(2

15、)结构组成,(1)作用,基于半导体材料的”压阻效应”原理,35,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.3 扩散硅式压力(差压)变送器,4.扩散硅式压力(差压)变送器的工作原理,(2)结构组成,36,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.3 扩散硅式压力(差压)变送器,4.扩散硅式压力(差压)变送器的工作原理,Pi Fi , u,(3)工作原理,37,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.3 扩散硅式压力(差压)变送器,4.扩散硅式压力(差压)变送器的工作原理,(3)工作原理,38,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.

16、3.3 扩散硅式压力(差压)变送器,(4)差压变送器的应用:,输入输出特性,零点调整?,量程调整?,零点迁移?,4.扩散硅式压力(差压)变送器的工作原理,39,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.4 智能压力(差压)变送器,一、概述,1.智能变送器概念,2.智能变送器特点,3.智能变送器的结构组成,二、电容式智能变送器,305lC差压变送器是国内引进费希尔-罗斯蒙特公司技术而生产的一种二线制智能变送器，它将输入的差压信号转换成4一20mA直流电流或数字信号输出（HART协议）。,40,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.4 智能压力(差压)变送器,二

17、、电容式智能变送器,1.作用,2.结构组成,3.工作原理,piC I ( V)(420 mA 15 V),电子线路板,存储器,A/D转换器,CPU,通讯方式及通讯器,D/A转换器,差动电容传感器,41,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.4 智能压力(差压)变送器,二、电容式智能变送器,3.工作原理,42,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.4 智能压力(差压)变送器,二、电容式智能变送器,4.差压变送器的应用:,输入输出特性,零点调整?,量程调整?,零点迁移?,线性化措施?,HART手操器,43,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2

18、.3.4 智能压力(差压)变送器,二、扩散硅式智能变送器,ST3000变送器是由美国霍尼韦尔公司开发的，利用单片机与微位移式压力(差压)敏感元件相结合而产生的智能压力(差压)变送器，实现了多功能的检测和非电量到电量的变换。 它是带微处理器的智能变送器，具有优良的性能和出色的稳定性。它能测量气体、液体和蒸汽的流量、压力和液位。对于被测量的差压输出420mA模拟量信号和数字量信号。 它也能通过DE协议实现SFC(智能现场通信器)与TDC3000或3000X和数据库的双向通信，从而方便了自诊断、测量范围重新设置和自动调零。,44,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.4 智能压力

19、(差压)变送器,二、扩散硅式智能变送器,piR I ( V)(420 mA 15 V),Pi Fi , u,(3)工作原理,(2)结构组成,(4)应用,(1)作用,基于半导体材料的”压阻效应”原理,45,第二章 压力检测及仪表, 2.3 电测式压力表, 2.3.4 智能压力(差压)变送器,二、扩散硅式智能变送器,(3)工作原理,(4)应用,P27 图2-21,输入输出特性,零点调整,量程调整,零点迁移,线性化措施,SFC手操器,46,EJA特点单晶硅谐振式传感器采用微电子机械加工高新技术（MEMS）传感器直接输出频率信号，简化与数字系统的接口高精度，一般为0.065%高稳定性和高可靠性 连续1

20、0万次过压试验后影响量0.03%/16MPa 连续工作五年不需调校零点 支持：BRAIN/HART/FF/PROFIBUS现场总线四种通讯协议 完善的自诊断及远程设定通讯功能 可无需三阀组而直接安装使用 基本品的接液膜片材质为：哈氏合金C-276 外部零点/量程调校,补充：,EJA智能差压变送器,47,工作原理由单晶硅谐振式传感器上的两个H形的振动梁分别将差压、压力信号转换为频率信号，送到脉冲计数器，再将两频率之差直接传递到CPU（微处理器）进行数据处理，经D/A转换器转换为与输入信号相对应的420mA DC的输出信号，并在模拟信号上叠加一个BRAIN/HART数字信号进行通信。 通过I/O口

21、与外部设备（如手持智能终端BT200或375以及DCS中的带通信功能的I/O卡）以数字通信方式传递数据，即高频2.4kHz（BRAIN协议）或1.2kHz（HART协议）数字信号叠加在420mA的信号线上。在进行通讯时，频率信号420mA的信号不产生任何扰动影响。,48,工作原理,49,EJA110A差压变送器: 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的电流信号输出。EJA430A压力变送器: 用于测量气体、液体和蒸汽的压力，然后转变成4-20MADC的电流信号输出。EJA210A,220A法兰安装差压式变送器: 用于测量含有固体和沉淀性液体和蒸汽的液位和密

22、度，然后转变成4-20MADC的电源信号输出。EJA310A绝对压力变送器: 用于测量气体、液体和蒸汽的压力，然后转变成4-20MADC的电流信号输出。,50,第二章 压力检测及仪表, 2.4 压力检测表的使用, 2.4.1 压力表的选用,1.压力表种类和型号的选用,2.压力表量程的选用,3.仪表精度的选用,压力检测仪表的种类和型号的选择要根据工艺要求,介质性质及现场环境等因素来确定,在被测压力比较平稳的情况下,压力表量程的上限值应为被测最大工作压力的4/3倍 ， 在测量波动较大的压力时,压力表量程的上限值应为被测最大工作压力的3/2倍 被测压力的最小值应不低于测量范围的1/3,51,第二章

23、压力检测及仪表, 2.4 压力检测表的使用, 2.4.1 压力表的选用,3.仪表精度的选用,仪表精度的选择主要是根据生产工艺指标中所允许的最大绝对误差来确定. 在选用仪表精度等级时,应将计算所得的最大允许误差去掉百分号后,实取稍高的相邻规格值,以满足工艺生产最大绝对误差的要求。,52,第二章 压力检测及仪表, 2.4 压力检测表的使用, 2.4.1 压力表的选用,例2-1 某气水分离器的最高工作压力为1.0-1.2MPa,要求测量值的绝对误差小于0.03MPa,试确定用于测量该分离器内压力的弹簧管压力表的量程和精度。,53,第二章 压力检测及仪表, 2.4 压力检测表的使用, 2.4.2 压力

24、表的校验,压力表的校验是根据压力表出厂所给出的质量指标，在使用前或者在使用一段时间以后，对压力表的指标进行验证或者调校。 常用的压力表校验设备是活塞式压力计和压力校验泵，活塞式压力计是用码校验标准压力表。而压力校验泵则是用标准表的比较法来校验工业用压力表。,54,第二章 压力检测及仪表, 2.4 压力检测表的使用, 2.4.3 压力表的安装,1.测压点的选择（原则） 测压点要选在被测介质直线流动的管段上,不得选在管道拐弯,分岔,死角及流束形成涡流的地方. 就地安装的压力表在水平管道上的测压点,一般在顶部或侧面. 测量流动介质的压力时,应使测压点与介质流动方向垂直,清除钻孔中的毛刺. 引至变送器的导压管,其水平管道上的测压点方位要求如下: 测量液体介质压力时,测压点应选在管道的下部,导压管内不能积存有气体, 测量气体介质压力时,测压点应在管道的上部,导压管内不能积存有液体.,55,第二章 压力检测及仪表, 2.4 压力检测表的使用, 2.4.3 压力表的安装,2.导压管的铺设 导压管的直径,长短要合适,一般内径为6-10mm,长度为3-60m. 当被测介质易冷凝或冻结时,必须加保温伴热管线. 水平安装的导压管应有1:10-1:20的坡度,坡向应有利于排液(测量气体介质压力时)或排气(测量