压力与压差检测仪表

2021年 1月 25日 第七章 压力与压差检测仪表 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 章节内容 7.1 压力测量的基本知识 7.2 弹性式压力计 7.3 压力（压差）变送器 7.4 压力仪表在核电站的 应用情况 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 7.1 压力测量的基本知识 一、压力的概念和表示方法 工程技术中的 压力 是物理学中的 压强 ，即垂直作用在物 体单位面积上的力的大小。 压力的表示方法以其参考零点压力的不同而不同，可以 分为绝对压力和表压力。 (1)绝对压力 以参考零点所表示的压力。 (2)表压力 以大气压力为参考零点所表示压力。 由管道或容器中直接取出的两个绝对压力值的差值，通 常称为差压。 0PPP e 0PPPe 其中， P为绝对压力； P0为大气压力； Pe为表压力。 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 二、压力的单位 压力的单位是一个导出单位。由压力的定 义可知压力的单位会有多种。 1.帕斯卡（ Pa） 1Pa=1N/m2 2.工程大气压（ kgf/cm2） 3.巴（ bar） 4.毫米水柱（ mmh2o) 5.毫米汞柱（ mmHg) 6.磅力每平方英寸（ ibf/in2） 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 压力单位的换算简表 帕 (Pa) (N/m2) 工程大气压 (kgf/cm2) 标准大气压 (atm) 巴 (bar) 毫米汞柱 (mmHg) 毫米水柱 (mmH2O) 磅力每平 方英寸 (ibf/in2) 1 1.01972 10-5 9.85923 10-6 1 10-5 7.50062 10-3 1.01972 10-1 1.45038 10-4 9.8066 104 1 9.67841 10 -1 9.8066 10-1 7.35559 102 1 104 1.42233 101 1.01325 105 1.03323 1 1.01325 7.60 102 1.03323 104 1.46959 101 1 105 1.01927 9.86923 10-1 1 7.50062 102 1.01972 104 1.45038 101 1.33323 102 1.35951 10-3 1.31579 10-3 1.33322 10-3 1 1.35951 101 1.93368 10-2 9.80665 1 10-4 9.67841 10-5 9.8066 10-5 7.3556 10-2 1 1.42234 10-3 6.89467 103 7.0307 10-2 6.8046 10-2 6.89476 10-2 5.17149 101 7.0307 102 1 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 三、压力测量仪表 在生产过程中和实验室里使用的压力仪表种类很多。 对压力仪表可以从不同的角度进行分类。 按 被测压力 可分为：压力表、真空表、绝对压力表、 真空压力表等。 按 压力表使用的条件 可分为：普通型、耐震型、耐热 型、耐酸型、禁油型、防爆型等压力表。 按 压力表的功能 可分为指示式压力表、压力变送器。 按 压力表的工作原理 可分为：液柱式压力计、弹性式 压力计、物性式压力计、活塞式压力计等。 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 7.2 弹性式压力计 弹性式压力计是生产过程中使用最为广泛的一类压力计。 弹性式压力和压差检测仪表是根据弹性元件受压后产生的 变形与压力（压差）大小有确定关系的原理制成的。 就地显示法（弹性压力计）：感受压力和压差变化得 到的是机械位移量直接或简单转换后进行显示（不便 于远距离传输）。 电变送方法：利用电气位移变换器将压力和压差产生 的弹性元件的机械位移量转换成某种电气量，然后加 以传输。 电容式、电感式、力平衡式、波纹管式、膜片式、 压阻式、霍尔式。 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 一、弹性元件 1、弹性元件 常见的测压用弹性元件有 薄膜式 （含膜盒式）、 波 纹管式 、 弹簧管式 3类。每种弹性元件在结构上又有不同 的形式，如膜片分为平面膜片、波纹膜片和挠性膜片等。 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 各种弹性元件的性质 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 2.弹性元件的特性 (1)蠕变和疲劳形变 (2)弹性迟滞 (3)弹性后效 (4)输出 - 输入特性 (5)温度的影响 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 二、膜盒压力表 适用于测量微小压力和真空。测量范围一般在 -2000 4000Pa，精确度等级一般为 2.5级。 膜盒压力表的结构主要由膜盒、传动机构、调整机 构、游丝指针、表盘等构成 。 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 三、双波纹管差压计 双波纹管差压计在火力发电厂中主要用于流量和水 位测量指示记录的二次仪表。如果用于流量测量，差压 计往往还带有积算装置。各种功能的双波纹管差压计测 量部分的作用原理都是相同的。测量的差压值上限可达 0.4MPa，耐工作压力上限可达 40MPa，精确度可达 1.0 1.5级。 双波纹管差压计主要由测量机构、传动机构、记录 机构以及机械积算装置等部分组成。 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 四、弹簧管压力表 它可以测量压力，也可以测量真空。按照使用的弹 簧管的种类可分为单圈和多圈弹簧管压力表。按照适用 的条件可分为耐振型、耐热型、耐腐蚀型、抗冲击防爆 型以及专用压力表等。它们的工作原理是相同的。 种类： 1.单圈弹簧管压力表 2. 多圈 (螺旋形 )弹簧管压力表 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 7.3 压力（压差）变送器 压力（压差）变送器的种类主要包括： 电容式 电感式 双波纹管式差压计 力平衡式 霍尔式 膜片式 应变式 压阻式 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 一、电容式变送器 电容式压力 (压差 )变送器原理图 1-固定极板； 2-感应极板； 3-弹簧膜片 SC / / 1C SSC CC 时当 1 / 式中， 极板间的介电系数； S 极板间的有效面积； 极板间的距离。 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 电容式差动压力（压差）变送器 灵敏度提高 非线性大大降低 I I 3 电容式差动压力变送器原理图 1-感应极板； 2、 3-固定极板； 4-绝缘垫片 元件结构图 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 电容式压力和差压变送器的测量电路 电容测量电路 (a)交流电桥法； (b)双 T网络法 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 二、力平衡式变送器 力平衡变送器 1-量程调整； 2-参考臂； 3-力杆； 4-密封挠曲件（支点）； 5-压力外壳； 6-膜片； 7-压力接头； 8-力反馈线圈； 9-环路电流； 10-放大器； 11-误差检出器。 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 三、双波纹管式差压计 双波纹管式差压计示意图 1-连接轴； 2-单向受压保护阀； 3-挡板； 4-摆杆； 5-扭力管； 6-芯轴； 7-量程弹簧； 8-中心基座； 9-阻尼阀； 10-阻尼旁路； 11-阻尼环； 12-填充液； 13-滚针轴承； 14-玛瑙轴承。 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 SA KKPPP 121 2 其中， K 波纹管的刚度； A 波纹管的有效面积； K1 量程弹簧总刚度； S 连接轴的位移。 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 四、膜片式压力变送器 膜片式发送器 差动变压器 整流输出电路 整流稳压电路 多频谐荡器 电源变压器 二极管桥 式整流器 阻容滤波 稳压管 稳压 RP1 RP2 膜片式压力（差压）变送器原理图 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 五、压阻式压力（差压）变送器 组成：压阻式压力（差压）传感器、测量线路 工作原理：压力（差压）作用于压阻式压力（差压）传 感器，使其电阻值发生变化，再经过测量线路将其电阻 值的变化量转化为电压或电流信号，从而测得被测压力 （压差）。 金属： E很小， K= (1+2) 1.52 半导体： E比 (1+2)大的多 , K= E 50100 ALR / )( L dLd R dR 21 d 21 EK KE L dL R dR )( )( 21 21 其中： 压阻系数； 应力。 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 测量线路的组成：惠斯顿电桥、供电电源和放大线路 惠斯顿电桥 R1， R3随压力增加而减小， R2， R4随压力增加而增加 。 其中， R为压力（差压）变化引起的电阻变化量； RT为温度变化引起的电阻变化量。 电桥输出与由于压力引起的 电阻变化和电源电流成正比，与温度无关。 D RI RRRIRRRIU TTSC 0 00 2 1 2 1 )()( )( TA D CA B C RRRR 2 恒流源供电 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 恒流源 源极跟随电路 放大电路 传感器 压阻式压力（差压）变送器测量线路 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 7.4 压力仪表在核电站的 应用情况 一回路压力测量的目的在于防止压力过高使 设备受损，或防止压力过低引起冷却剂沸腾。此 外，反应堆冷却剂泵吸入口的压力过低，可能引 起汽蚀，这是必须避免的。 反应堆冷却剂回路压力同样是反应堆控制与 安全运行的重要参数之一，压力传感器一般是利 用液柱高度的改变或弹性元件位移的原理制成的 ，由于仪表液体与冷却剂可能存在偶然相混的缘 故，液柱元件从未广泛地应用于堆芯或壳体内部 压力的测量。通常是使用弹性敏感元件，如广东 核电站使用的压力和差压变送器中的弹性元件为 波纹膜、波纹管及单晶硅等弹性元件。 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 冷却剂压力可用安装在壳体内部的敏感元件 来测量，也可以用延伸到壳体外部的引压管接头 相连接的敏感元件来测量。 压水堆冷却剂回路的压力测量，通常是在稳 压器上安装一个支管段，再从支管段上引出几个 引压管送至压力变送器来测量冷却计回路的压力 。稳压器有七路压力测量通道：两路用于压力调 节，三路向反应堆保护系统提供压力保护信息； 两路用于校正压力测量通道。 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 压力测量按其量程可分为两种：一种为启动 和停堆过程中的宽量程测量；另一种是功率运行 期间的高起点窄量程测量。 宽量程变送器，量程为 020MPa, 在一回路 启动和停堆阶段，用它们来指导运行人员对反应 堆冷却剂压力进行控制。 窄量程测量，稳压器建立汽腔之后， RCP的 压力测量由稳压器的压力测量传感器给出，它们 的量程为 11.018.0MPa,作为调节和保护信号。 第七章 压力与压差检测仪表 华北电力大学核科学与工程学院 本章小结 重点 三种常见测压弹性元件的特性； 电容式差压变送器工作原理； 核反应堆常用压力仪表的种类以及工作原理。