压力检测仪表

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,*,3,检测仪表,3.,检测仪表,第,3,节 压力检测仪表,1,基本要求,了解压力检测的重要意义,明确压力的基本概念及表示方法,掌握四类压力传感器的测量方法和原理,掌握压力仪表的量程选择、精度等级选择及类型选择,熟悉压力表的安装,2,压力,是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。,压力,的单位为帕斯卡，简称帕（,Pa,）,3.3.1,概述,(1),压力的定义,3,约定毫米汞柱,符号：,mm Hg,榜力每平方英寸,符号：,1bf/in,2,约定毫米水柱,符号：,mm H,2,O,巴 、 托,符号：,bar,、,Torr,非法定压力计量单位,工程大气压,符号：,at,标准大气压,即物理大气压,符号：,atm,4,压力单位,帕,/Pa,兆帕,/,MPa,工程大气压,/ (kgf/cm,2,),物理大气压,/,atm,汞柱,/ mmHg,水柱,/ mH,2,O,（磅,/,英寸,2,）,/,（,1b/in,2,）,巴,/bar,帕,1,1,10,6,1.0197,10,-5,9.869,10,-6,7.501,10,-3,1.0197,10,-4,1.450,10,-4,1,10,-5,兆帕,1,10,6,1,10.197,9.869,7.501,10,3,1.0197,10,2,1.450,10,2,10,工程大气压,9.807,10,4,9.807,10,-2,1,0.9678,735.6,10.00,14.22,0.9807,物理大气压,1.0133,10,5,0.10133,1.0332,1,760,10.33,14.70,1.0133,汞柱,1.3332,10,2,1.3332,10,-4,1.3595,10,-3,1.3158,10,-3,1,0.0136,1.934,10,-2,1.3332,10,-3,水柱,9.806,10,3,9.806,10,-3,0.1000,0.09678,73.55,1,1.422,0.09806,（磅,/,英寸,2,）,6.895,10,3,6.895,10,-3,0.07031,0.06805,51.71,0.7031,1,0.06895,巴,1,10,5,0.1,1.0197,0.9869,750.1,10.197,14.50,1,各,种压力单位换算表,5,（,2,）压力的表示方式,绝对压力,表压力或,相对压力,真空度或负压,差压,6,绝对压力,指作用于物体表面积上的全部压力，其零点以绝对真空为基准，又称总压力或全压力，一般用符号,Pa,表示,.,大气压力,是指地球表面上的空气柱重量所产生的压力，以,P,0,表示。,7,表压力：,一般用,p,表示。测压仪表一般指示的压力都是表压力，表压力又称,相对压力,。,真空度：,当绝对压力小于大气压力时，则表压力为,负压,，负压的绝对值称为,真空度,。一般用,p,h,表示。,8,差压,任意两个压力之差称为差压。,如静压式液位计就是利用测量差压的大小来确定液位的大小。,注意,工程技术上所说的压力一般指表压力,p,（相对压力）。当,p,为负值的情况下就是真空度。,9,（,3,）压力检测的主要方法及压力检测仪表的分类,液体压力计,弹性式压力计,电远传式压力仪表,物性型压力传感器,10,3.3.2,液体压力计,根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。,（,1,）按其结构形式的不同分三类：,U,形管,单管,斜管,11,U,形管,结构：,如下图，一般常由一支,U,型玻璃管构成。,充液介质：,水银、水、酒精等。,液柱测压原理,12,单管压力计,如果在结构上把,U,型管压力计中的一只管换成大直径的杯，即可构成单管压力计。,结构：,如下图，杯径较管径大得多。,原理：,同,U,型管,13,斜管压力计,14,液柱式测压原理的缺点,量程受到液体密度的限制,不适合测量剧烈变动的压力,对安装位置和姿势有要求,15,（,2,）液体压力计的误差分析,读数误差,温度误差,安装误差,重力加速度变化误差,传压介质误差,其它影响测量结果的因素：,充液密度的影响,标尺刻度误差,毛细管的吸附作用,使用的地点及环境温度影响等,16,（,3,）液体压力计使用时须注意以下问题：,压力计工作时，如实际工作温度和当地重力加速度偏离仪表设计值，应对仪表读数进行修正,正确选择充液介质,测低压充低密度介质（可使,h,大）,测高压充高密度介质（否则冒顶）,要避免充液与被测介质有化学反应,17,-,读数的位置（见右图）,1,）眼与液柱面水平,2,）水银柱读凸部,3,）水读凹部,-,应垂直安装，否则引入附加误差,-,常用的标尺材料：,玻璃、钢、铜,18,3.3.3,弹性式压力检测仪表,检测原理：,弹性式压力检测仪表是用弹性元件作为压力敏感元件，把,压力转换成弹性元件的位移,，并经适当的机械传动和放大机构，通过指针指示被测压力大小的一种压力表，统称弹性式压力表。,19,弹性元件,弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围不同时，所用的弹性元件也不一样。,弹性元件示意图,20,（,1,）弹簧管压力表,弹簧管压力表是最常用的一种指示式压力检测仪表,弹簧管压力表结构简单、使用方便、价格低廉，它测量范围宽，可以测量负压、微压、低压、中压和高压（可达,1000MPa,）,根据制造的要求，仪表的准确度等级最高为,0.1,级,21,分类,使用的测压元件,单圈弹簧管压力表与多圈弹簧管压力表。,用途,普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。,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,调整螺丝；,9,接头,弹簧压力表,22,弹簧管压力表,螺旋弹簧管、盘簧管,23,（,2,）波纹管差压计,波纹管的特点是灵敏度高（特别是在低压），但是迟滞误差较大，波纹管压力表的测量范围较小，一般为,0,0.4MPa,，仪表的准确度等级为,1.5,2.5,级,.,波纹管,双波纹管压力表,24,（,3,）其它弹性式压力表,膜片和膜盒也常常被用作压力测量的弹性元件，从而构成,膜片压力表,和,膜盒压力表,。,膜盒压力表,主要用于测量较低压力或负压的气体压力，压力测量范围为,20,40kPa,，仪表的准确度等级一般为,1.5,2.5,级。,25,膜片压力表,的工作原理与膜盒压力表相近，测量准确度也差不多，但膜片压力表的可测压力范围较宽，最高可达,2.5MPa,。,另外，作为弹性元件的膜片常常和其他转换元件一起使用构成,电远传式压力仪表,膜片压力表,膜盒压力表,金属膜片,26,3.3.4,电远传式压力检测仪表,电远传式压力仪表也是利用弹性元件作为敏感元件，在仪表中增加了转换元件（或装置）和转换电路，将弹性元件的位移转换为电信号输出，实现信号的远传。,27,1.,力平衡式压力变送器,气动压力变送器,电动压力变送器,DDZ-,DDZ-,28,DDZ-,型电动力矩平衡压力变送器,DDZ-,型电动力矩平衡压力变送器示意图,1,测量膜片；,2,轴封膜片；,3,主杠杆；,4,矢量机构,5,量程调整螺钉；,6,连杆；,7,副杠杆；,8,检测片（衔铁）；,9,差动变压器；,10,反馈动圈；,11,放大器；,12,调零弹簧；,13,永久磁钢,DDZ-,型系列为直流,24V,供电，输出,4,20mA,（,DC,）,两线制，安全防爆。,被测压力,p,作用在测量膜片,1,上，通过膜片的有效面积转变成集中力,F,i,29,2.,电容式压力,(,差压,),变送器,结构,工作原理,电容式差压变送器原理图,1,隔离膜片；,2,，,7,固定电极；,3,硅油；,4,测量膜片；,5,玻璃层；,6,底座；,8,引线,先将压力的变化转换为电容量的变化，然后将电容量的变化转换成标准的电流信号进行测量。,30,电容式差压变送器,电容式压力,/,差压变送器,31,3.,其它电远传式压力检测仪表,（,1,）霍尔压力传感器,它主要有弹簧管、霍尔元件和磁极组成,32,（,2,）电位器式压力传感器,33,（,3,）电感式压力传感器,在电感式压力传感器中，首先用弹性元件将,被测压力,转换成,弹性元件的位移,，再将位移转换成,自感或互感系数的变化,，最后由测量电路转换成与被测压力成正比的,电流,或,电压,输出。,34,（,4,）谐振式压力传感器,谐振式压力传感器是依靠被测压力改变弹性元件或与弹性元件相连的振动元件的谐振频率，经过适当的电路输出脉冲频率信号或电流（电压）信号 。,根据谐振原理的不同，谐振式压力传感器有,振弦式、振膜式,及,振筒式,几种。,35,振膜式压力传感器,36,振膜式压力传感器,37,振筒式压力传感器,振筒式压力传感器,的感压元件是一个薄壁金属圆筒，圆柱筒本身具有一定的固有频率，当筒壁受压张紧后，其刚度发生变化，固有频率相应改变。,振筒式压力传感器,由,振筒组件,和,激振电路,组成,38,此种仪表体积小，输出频率信号，重复性好，耐振；精确度高，其精确度为,0.1,和,0.01,；适用于气体测量。,振筒式压力传感器的特点,振弦式压力传感器及变送器,39,3.3.5,物性型压力传感器,测量原理,是基于物质定律基础上的，敏感元件感受被测压力，并将压力的大小转换成敏感元件的某个物理量输出。,由于该物理量常常是一种电量信号，因此这类传感器也是电远传式的。,物性型压力传感器主要有,应变式压力传感器、压阻式压力传感器、压电式压力传感器,40,（,1,）应变式压力传感器,组成：,弹性元件、应变片以及相应的测量电路。,类型：,应变式压力传感器所用弹性元件可根据被测介质和测量范围的不同而采用各种型式，常见有,圆膜片、弹性梁、应变筒,等。,41,膜片式压力传感器,42,径向应变,切向应变,径向应力,切向应力,在圆板,中心,（,r,= 0,）处，,切向应力与径向应力相等,，,切向应变与径向应变相等,，而且具有正的最大值。,43,径向应变,切向应变,径向应力,切向应力,在圆板的,边缘,（,r,=,a,）处，,切向应力、径向应力,和,径向应变,都达到负的最大值，而,切向应变,为零。,44,径向应变,切向应变,径向应力,切向应力,45,径向应变,切向应变,径向应力,切向应力,r0.872a,，应变片受到压力作用，阻值变小,据此可以在膜片表面布置应变片的位置。,46,切向应变都是正值，膜片中间最大,径向应变分布有正有负，在边缘处达到最大,贴片时应避开径向应变为零的位置,在中心沿切向贴两片，在边缘沿径向贴两片，接成相邻桥臂以提高,灵敏度,。,P,P,t,r,R,1,R,2,R,3,R,4,P,47,48,为了保证电桥工作在对称的推挽,(,半桥,或,全桥,差动,),状态，应保证,R,l,=,R,2,，,K,1,=,K,2,，,R,l,=,R,2,符号相反。前二条要求主要依靠应变片本身保证，第三条要求则靠正确地布置应变片的位置来保证。,半桥差动 全桥差动,49,膜片式压力传感器,膜片,外壳,插座,它适用于测量液体或气体的压力,.,其线性度、灵敏度、固有频率等参数受圆板周边的固定情况影响大。,应变片的阻值受温度影响。,50,（,2,）压阻式压力传感器,压阻式压力传感器的主要优点是体积小，结构比较简单,和应变式压力传感器一样，压阻,式压力传感器的缺点也是敏感元,件易受温度的影响,压阻式压力变送器,51,压阻式压力传感器,压阻式压力传感器常采用一种周边固支圆形杯膜片结构的扩散型压阻芯片,.,扩散型硅压阻式传感器结构,硅膜片尺寸,应变电阻条排列方式,52,（,3,）压电式压力传感器的原理,当压力,p,作用在膜片上时，将在压电元件上、下表面上产生电荷，电荷量与作用力成正比。,53,优点：,压电式压力传感器结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可靠，具有线性度好，频率响应高，量程范围大等。,注意：,由于在晶体边界上存在漏电现象，所以这类传感器不能用于稳态测量。,压电式压力传感器,54,3.3.6,压力检测仪表的使用,1.,压力仪表的选用,（,1,）仪表的量程,在被测压力比较稳定的情况下，最大压力值应不超过满量程的,3/4,。,在被测压力波动较大的情况下，最大压力值应不超过满量程的,2/3,。,为了保证测量精度，最小被测压力值应不低于仪表满量程的,1/3,。,当最大和最小压力不能同时满足时，应首先满足最大压力。,目前我国的压力（差压）测量仪表的量程系列为,1kPa,，,1.6kPa,，,2.5kPa,，,4kPa,，,6kPa,，以及它们的,10,n,倍数（,n,为整数）,55,（,2,）仪表准确度等级的选择,回忆：,仪表准确度等级的确定,根据测量结果选择仪表：,根据允许的最大误差确定仪表的精度。即要求仪表的基本误差应小于实际被测压力允许的最大绝对误差。,一般在满足生产要求的情况下，尽可能选用精度较低、价廉耐用的压力表。,例,3.5,压力容器正常工作时压力范围为,0.4-0.6MPa,，用压力表检测压力，并使测量误差不大于被测压力的,4%,，确定该表的量程和精度等级。,56,（,3,）仪表类型的选择,要考虑被测介质的性质，测量的要求，以及各种压力测量元件的特性来决定。,a.,应根据被测介质的性质，如：温度的高低、粘度大小、腐蚀强弱、脏污程度、易燃易爆等方面来考虑。,b.,应根据仪表输出信号选择,c.,要根据现场的环境条件：如高温、腐蚀、潮湿、振动等方面由此来确定压力表的种类、材质及型号,机械式拉力表,耐震差动远传压力表,57,2.,压力检测系统,一个完整的压力检测系统包括：取压口、引压管路和压力检测仪表,.,设备,取压口,压力仪表,引压管路,一个简单的压力检测系统示意图,58,（,1,）取压口 ：,应能反映被测压力的真实大小。,a,、要选择被测介质直线流动的管段部分，不可选择管路拐弯、分叉、死角或其它易形成漩涡的地方。,b,、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的内壁应保持平齐，不应有凸出物或毛刺。,c,、测量液体压力时，取压点应在管道下部，使导压管不积存气体；测量气体时，取压点应在管道上，使导压管内不积存液体。,59,（,2,）引压管路,a,、引压管粗细合适，内径一般取,6,10mm,长度,3,50m,以短为宜，以减小滞后,b,、导压管水平安装时应保证有,1:10,1:20,的倾斜度，以利于积存于其中之液体（或气体）的排出。,c,、被测介质易冷凝或冻结时，必须加伴热管,d,、,取压口到压力表之间应装切断阀，靠近取压口,60,（,3,）引压管路中常用的一些附件,截止阀,隔离罐,集气器,集液器,冷凝器,设备,取压口,压力仪表,引压管路,61,（,4,）压力计的安装,压力计应安装在易观察和检修的地方。,安装地点应力求避免振动和高温影响。,62,测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触,图（,a,）；,对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中性介质的隔离罐，右图（,b,）表示了被测介质密度,2,大于和小于隔离液密度,1,的两种情况。,压力计安装示意图,压力计；,切断阀门；,凝液管（隔离罐,）；,取压容器,63,压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。,当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由此高度而引起的测量误差应按,p,Hg,进行修正。式中,H,为高度差，,为导压管中介质的密度，,g,为重力加速度。,为安全起见，测量高压的压力计安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。,64,（,5,）一些特殊介质的取压方式,气固两相流介质,气液两相流介质,高粘度、易结晶介质,65,本节小结,压力的基本概念及表示方法,四类压力传感器工作原理的测量方法,液体压力计、弹性式压力检测仪表、电远传式压力检测仪表、物性型压力检测仪表,压力仪表的量程选择、精度等级选择及类型选则,压力表的安装,取压口、引压管路及附件的安装,66,作业,教材,P339,：,12,13:,确定该表的量程和精度等级。,67,