压力测量及仪表的使用课件

,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,第四级,第五级,*,第三章 压力测量,液柱式压力测量,弹性式压力测量,电气式压力测量,压力测量仪表的使用,第三章 压力测量 液柱式压力测量,1,概 述,1、压力,单位面积上垂直作用的力。,2、压力单位,帕斯卡 1Pa1N/m,2,(牛/米,2,),概 述1、压力,2,压力测量及仪表的使用课件,3,11/30/2024,4,3. 压力的表示方法,由于,参照点,不同，在工程上有几种不同表示方法：,(1),绝对压力(,p,i,) :,被测介质作用在容器表面积上的全部压力,(2),大气压力(,p,d,):,由于地球表面空气柱重量形成的压力，随地理纬度、海拔高度及气象条件而变化,(3),表压力(,p,b,):,p,b,=,p,i,-,p,d，,压力测量仪表的指示值,(4),真空度(负压，,p,z,)：,绝对压力小于大气压力时，表压力为负值，其绝对值为真空度。即：,p,z,=,p,d,p,i,(5),差压(压差)：,任意,两处压力之差,概 述,9/13/202343. 压力的表示方法概 述,4,11/30/2024,5,各种压力表示法之间的关系：,绝对零压力,绝对压力1,大气压力,表压力,绝对压力2,负压力(真空度),差压,p,b,=,p,i,-,p,d,p,z,=,p,d,p,i,绝对压力3,注意：无特殊说明外，压力检测仪表所指示的压力均指表压或真空度,9/13/20235各种压力表示法之间的关系：绝对零压力绝对,5,概 述,4、,压力测量的主要方法和分类,1,）液柱式,P,x, 液柱高度差,2,）弹性式,P,x, 弹性元件的位移或力,3,）电气式,P,x, 各种电量,4,）负荷式,P,x, 平衡砝码的重力,概 述4、压力测量的主要方法和分类,6,压力测量及仪表的使用课件,7,3-1,液柱式压力测量,U形管压力计,单管式压力计,斜管式微压计,依靠液柱压头与被测差压(压力)相平衡来工作的,测量范围不大，主要用于正、负微压的测量，如炉膛烟压，风道风压及测速装置的差压等等。,3-1 液柱式压力测量 U形管压力计,8,U形管压力计,U形管压力计,9,单管式压力计,1宽容器,2带标尺的肘管,3连通管,4水准泡,单管式压力计1宽容器,10,单管式压力计,1.,原理：,同U型管压力计,2.,结构：,杯径较管径大得多,3.,特点：,由于杯径管径，所以,h,1,h,2, 则,h,h,1,即：杯内的液位变化可忽略不计。,一次性读数，使用方便。,而,U型管压力计要两次读数,。,4.,应用范围：,测量低压、负压和差压,5.,读数误差：,0.5mm，较U型管好，,单管式压力计1. 原理：同U型管压力计,11,斜管式微压计,原理图：,斜管式微压计原理图：,12,斜管式微压计,使用方法：,测正压,：,被测压力通入大容器,；,测负压,：,被测压力通入肘管,；,测差压,：,将较高的压力通入大容器而将较低的压力通入肘管,。,热力实验中用斜管式微压计测,微小压力,、负压、差压。,斜管式微压计使用方法： 热力实验中用斜管式微压计测微小压力、,13,斜管式微压计,实例图：,1大容器；2斜管；3底座；,4调斜管倾角支架；5水平仪。,斜管式微压计实例图：1大容器；2斜管；3底座；,14,压力测量及仪表的使用课件,15,1,）,环境温度变化引起封液密度和标尺长度变化；,2,）,重力加速度的变化引起的误差；,3,）,毛细现象，使封液表面形成弯月面，导致读数误差。,液柱式压力计的测量误差,液柱式压力计的测量误差,16,3-2,弹性,式压力测量,一、弹性元件的测量原理,二、弹性元件的特性,三、弹性式压力表,3-2 弹性式压力测量一、弹性元件的测量原理,17,一、弹性,元件测量原理,弹性元件在负荷（压力、力或力矩）作用下，产生相应的变形（位移或转角），此变形与负荷之间的有一定的函数关系。,一、弹性元件测量原理弹性元件在负荷（压力、力或力矩）作用下，,18,二、弹性元件的特性,1、输出特性（弹性特性）,2、刚度和灵敏度,3、不完全弹性,（弹性迟滞和弹性后效）,二、弹性元件的特性1、输出特性（弹性特性）,19,二、弹性元件的特性,1,、输出特性：,F=,f,(,p,x,) 或,x,=,f,(,p,x,),二、弹性元件的特性1、输出特性：F= f (px) 或 x,20,压力测量及仪表的使用课件,21,二、弹性元件的特性,2,、,刚度和灵敏度：,刚度(,K,)：,使弹性元件产生单位变形所需要的负荷。,灵敏度(,S,),：,在单位负荷作用下产生的变形。,K=1/S,K大,S小,大量程压力；,K,小,S,大,微小波动压力,二、弹性元件的特性2、刚度和灵敏度：,22,二、弹性元件的特性,3,、弹性迟滞和弹性后效：,弹性迟滞,弹性元件在其弹性变形范围内，加负荷与减负荷时表现的输出特性不相重合的现象。,滞后误差（）,二、弹性元件的特性3、弹性迟滞和弹性后效：弹性迟滞 弹性,23,二、弹性元件的特性,弹性后效,弹性元件,加负荷或减负荷到某一数值时,，弹性变形不能同时达到相应值，而是要经过一段时间后才能达到应有的应变量。,二、弹性元件的特性弹性后效 弹性元件加负荷或减负荷到某一,24,三、弹性式压力表,膜盒,式,压力表,波纹管式,压力表,弹簧管式,压力表,三、弹性式压力表 膜盒式压力表,25,膜盒式式压力表,膜片,平薄膜,波纹膜,弹性特性,是中心位移与压力的关系。,膜盒式式压力表 膜片平薄膜波纹膜弹性特性是中心位移与压力的关,26,膜片,膜盒,膜片膜盒,27,结构,工作过程,膜盒式压力表,结构 工作过程 膜盒式压力表,28,膜盒式压力表,膜盒压力表,适用于测量空气或其它无腐蚀性气体的,微压或负压,。,锅炉上常用于测量送风系统、制粉系统、炉膛负压和尾部烟道的压力测量。,测量范围为1504000Pa。,精确度等级一般为2.5级。,膜盒式压力表 膜盒压力表,29,波纹管式压力表,波纹管,具有等间距同轴环状波纹，能沿轴向伸缩,无缝波纹管,有缝波纹管,波纹管式压力表波纹管具有等间距同轴环状波纹，能沿轴向伸缩,30,11/30/2024,31,波纹管式压力表,结构,测量机构：,波纹管(1、10)、量程弹簧组(11)和扭力管(6)等,9/13/202331波纹管式压力表 结构 测量机构：波纹,31,11/30/2024,自动检测技术及仪表控制系统,32,工作过程,差压信号,低压波纹管自由端带动连杆右移,挡板推动摆杆,扭力管逆时针偏转,芯轴逆时针转,显示机构,9/13/2023自动检测技术及仪表控制系统 32 工作过程,32,波纹管式压力表,双波纹管差压表,在电厂中主要作为,水位,的显示仪表或变送器使用，有时也作为,流量,显示仪表；,通入仪表的正、负压室的静压一般很高，但测的静差压不大。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1.01.5级。,波纹管式压力表 双波纹管差压表,33,压力测量及仪表的使用课件,34,弹簧管式压力表,弹簧管,弹性特性,是自由端的位移量与所加压力的关系。,弹簧管式压力表 弹簧管弹性特性是自由端的位移量与所加压力的关,35,压力测量及仪表的使用课件,36,测量范围：真空到10,3,MPa；不能测差压。,实物图：,测量范围：真空到103MPa；不能测差压。,37,压力测量及仪表的使用课件,38,11/30/2024,39,结构,工作过程,接头,自由端,拉杆,扇形齿轮,中心齿轮,指针偏转,指示压力,消除两啮合齿轮间隙，减小仪表变差,调整仪表机械零点,改变机械传动的放大系数，调整仪表量程,被测压力,弹簧管式压力表（波登管）,9/13/202339 结构 工作过程 接头自由端拉杆扇形齿,39,压力测量及仪表的使用课件,40,弹性,式压力表的特点,结构简单，使用方便和价格低廉,应用范围广、测量范围宽,只能测表压和负压,就地显示,弹性式压力表的特点 结构简单，使用方便和价格低廉,41,3-3,电气式,压力测量,压力（差压）传感器（,Pressure Senser,）,能够感受压力（差压）并能按一定规律将其转换成相同或不同性质的输出变量的仪表。,变送器（Transducer）,输出为标准信号（电信号）,如 4-20mA电流信号。,3-3 电气式压力测量 压力（差压）传感器（Pressur,42,压力测量及仪表的使用课件,43,电位器式压力传感器,电感式压力（差压）传感器,霍尔压力传感器,电容式压力（差压）变送器,振弦式压力变送器,应变式压力变送器,力平衡式压力变送器,电位器式压力传感器,44,电位器式压力传感器,原理：,p,x,弹性元件,s,1,电位器滑动触点,s,2,R,x,U,电位器式压力传感器 原理：,45,使用注意事项：,存在滑动摩擦阻力，电位器易磨损、受污染。,不宜在有振动和有腐蚀性气氛的环境中使用。,使用注意事项：,46,电感式压力传感器,原理：,p,x,弹性元件,s,线圈的电感,L,U,U,改变铁芯与线圈之间的相对位置,电感式压力传感器原理：U改变铁芯与线圈之间的相对位置,47,差动变压器式（互感式）压力测量,1：铁芯；2：初级线圈；,3：次级线圈；4：骨架,起始状态：铁芯处于中间e,1,=e,2,，u=0；,铁芯上移： e,1,e,2,，u0；,铁芯下移： e,1,e,2,，u0。,次级线圈头尾对接,u=e,1,-e,2,输出电压大小和符号反映了铁心位移的大小和方向。,差动变压器式（互感式）压力测量1：铁芯；2：初级线圈；起始,48,注意事项,：,电源,i 、f,变大则灵敏度变大；但,i,过大,线圈发热，,f,过高则铁芯涡流损失变大。,由于两次级线圈不完全对称，S=0时有,残存电势,。,注意事项：,49,变隙电感式压力传感器结构图,当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力,P,的作用下产生与压力,P,大小成正比的位移，于是衔铁也发生移动， 从而使气隙发生变化， 流过线圈的电流也发生相应的变化，电流表A的指示值就反映了被测压力的大小。 ,应用,变隙电感式压力传感器结构图 当压力进入膜盒时,50,当被测压力进入C形弹簧管时， C形弹簧管产生变形， 其自由端发生位移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动，使线圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化。即一个电感量增大，另一个电感量减小。电感的这种变化通过电桥电路转换成电压输出。由于输出电压与被测压力之间成比例关系， 所以只要用检测仪表测量出输出电压， 即可得知被测压力的大小。,变隙式差动电感压力传感器,当被测压力进入C形弹簧管时， C形弹簧管产,51,压力测量及仪表的使用课件,52,物理现象观察,霍尔效应,霍尔压力传感器,物理现象观察霍尔效应霍尔压力传感器,53,霍尔压力传感器,霍尔效应：,霍尔效应,半导体单晶薄片置于磁场(B)中，纵向通控制电流,I,，则横向产生电势E,H,。,E,H,=K,H,I,B,霍尔压力传感器 霍尔效应：霍尔效应,54,工作原理：,p,x,s,B,E,H,初始状态：霍尔片处于中间，,E,H,=0,恒流源,E,H,=,Ks,均匀梯度磁场,工作原理：初始状态：霍尔片处于中间， EH =0恒流源EH,55,压力测量及仪表的使用课件,56,注意事项：,（减小温度误差）,对霍尔元件进行恒温或采用其它温度补偿措施；,（减少不等位电势和零位误差）,注意霍尔元件各处的电阻率、厚度、材料性质等不均匀性以及不对称焊接，采用补偿电路。,注意事项：,57,压力测量及仪表的使用课件,58,电容式压力（差压）变送器,特点：,具有最少的可动部分，结构简单；,测量范围宽，精确度高(达0.2级)，灵敏度高，体积小；,能输出(420)mA的直流标准信号。,1151系列电容式压力(压差)变送器,电容式压力（差压）变送器 特点：1151系列电容式压力(压差,59,工作原理：,以,测压弹性膜片,作为,可变电容器,的活动极板。,p,x,弹性膜片,s,极板间距,d,电容,C,I, 介质的介电常数,A, 极板间相互覆盖的面积,d, 极板间的距离,工作过程：,工作原理：以测压弹性膜片作为可变电容器的活动极板。px ,60,p,x,弹性膜片,s,极板间距,d,电容,c,1151型电容式变送器,差动式压力(差压)电容转换,px 弹性膜片s 极板间距d 电容c 1151型电容式,61,转换电路：,转换电路：,62,现场接线:,现场接线:,63,振弦式压力变送器,工作原理：,p,x,弹性膜片,s,振弦张力,F,固有频率,f,振弦式压力变送器 工作原理：,64,820系列振弦式压力变送器工作原理：,820系列振弦式压力变送器工作原理：,65,特点：,输出为频率信号，因此,具有较强的抗干扰能力,，而且零飘小，温度特性好；,准确度高，通常为0.2级；,易于与计算机等数字监控系统联接。,特点：,66,应变式压力变送器,工作原理：,p,x,弹性元件,s,应变片,电阻,R,I,应变效应,压阻效应,金属应变片,半导体压阻片,R,=,L,/,A,dR,/,R,=,dL,/,L,-,dA,/,A,+,d,/,=-(,dD,/,D,)/(,dL,/,L,),dA,/,A,=2,dD,/,D,dR,/,R,=(1+2,),dL,/,L,+,d,/, =,(,1+2,+,E,),应变式压力变送器工作原理： 应变效应压阻效应金属应变片半导体,67,扩散硅式压力传感器,利用集成电路工艺使半导体材料在感压元件上扩散制成半导体应变电阻来检测感压元件应变的大小.,扩散硅式压力传感器利用集成电路工艺使半导体材料在感压元件上扩,68,扩散硅式压力传感器,半导体应变电阻对温度很敏感，当被测压力不变，其温度变化时，将引起阻值的变化，从而产生桥路零点漂移和灵敏度漂移，使测量产生误差。需要进行温度补偿 。,C形硅杯适用于较高压力的测量，E形硅杯则适用于微压测量。,在硅杯的底面扩散形成的应变电阻数目可根据测量电路的设计要求而定，一般是制成四只应变电阻，组成全桥差动测量桥路。,扩散硅式压力传感器半导体应变电阻对温度很敏感，当被测压力不变,69,体积小，轻便。,精确度达到0.5级。,C形硅杯适用于较高压力的测量，E形硅杯则适用于微压测量。,在硅杯的底面扩散形成的应变电阻数目可根据测量电路的设计要求而定，一般是制成四只应变电阻，组成全桥差动测量桥路。,半导体应变电阻对温度很敏感，当被测压力不变，其温度变化时，将引起阻值的变化，从而产生桥路零点漂移和灵敏度漂移，使测量产生误差。需要进行温度补偿 。,体积小，轻便。C形硅杯适用于较高压力的测量，E形硅杯则适用于,70,金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大,。,金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大 。,71,等截面圆柱应变式荷重传感器的原理演示,等截面圆柱应变式荷重传感器的原理演示,72,悬臂梁应变式电子秤的原理演示,悬臂梁应变式电子秤的原理演示,73,力平衡式压力传感器,工作原理：,利用力平衡原理,p,x,弹性元件的集中力,F,I,“力平衡”具有的优越性？,力平衡式压力传感器 工作原理：,74,P+,P-,F,1,F,2,F,3,F,5,F,4,F,f,S,I,P+P-F1F2F3F5F4FfSI,75,P-,P+,F,1,F,2,F,3,F,5,F,4,F,f,S,I,F,4,= F,f,F,f,= NLBI,F,4,= K,3,F,3,F,3,=F,2,（ tg,）,F,2,= K,2,F,1,F,1,= K,1,(P,+,-P,-,),NLBI=K,1,K,2,K,3,(tg,)(P,+,-P,-,),P-P+F1F2F3F5F4FfSIF4 = Ff Ff =,76,副杠杆,差动,变压器,放大器,反馈动圈,F4,S,U,I,F,1,杠杆系统,F,f,P,x,弹性元件,力平衡式压力变送器的原理方框图：,特点：,结构复杂、 体积和重量大、动态特性差。,精确度0.5级。,副杠杆 差动 变压器放大器反馈动圈F4S,77,压力测量仪表的使用,测压仪表的选择,测压仪表的安装与使用要求,压力测量仪表的使用 测压仪表的选择,78,测压仪表的选择,1、仪表种类的选择,（1）被测介质的性质,（2）对仪表输出信号的要求,（3）仪表的使用环境,测压仪表的选择1、仪表种类的选择,79,2、仪表量程的选取,量程上限的刻度值为,(1，1.6，2.5，4.0，6.0)10,n,kPa,量程上限,P,p,与被测压力,P,x,满足：,测平稳压力 1/3,P,p, P,x,2/3,P,p,测波动压力 1/3,P,p, P,x,1/2,P,p,2、仪表量程的选取,80,3、仪表精确度的选取,按国家标准化系列规定生产，有：,0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，4七个等级。,通常（0.54.0)精度压力表用于工业现场；0.2精度用于企事业单位作三等标准表。,3、仪表精确度的选取,81,例3-1 己知某测点压力约10MPa，要求其测量误差不超过0.1MPa。试确定该测点用的压力表量程范围及精度等级？,例3-1 己知某测点压力约10MPa，要求其测,82,例3-2 已知扩散硅压力变送器输出电流为420mA，原测量范围01MPa改为测量范围12.5MPa后，则原来0.6MPa压力的电流表工作点对应于改测量范围后的被测压力为多少？,例3-2 已知扩散硅压力变送器输出电流为420,83,测压仪表的安装和使用,安装、使用注意事项：,1、取压口,取压口应该与工质流速方向垂直。与设备内壁平齐，并且不要有凸出物和毛刺。,测液体压力引自管道截面的下部,测气体压力引自管道截面的上部,测压仪表的安装和使用 安装、使用注意事项：,84,2.取压管路,取压管路的内径一般取713mm(对于水、蒸汽)，其长度不宜过长(60m)。,取压管路不应有水平段敷设，以防聚集气泡(测液体时)和水柱(测气体时)。,2.取压管路,85,3. 附件,注意要保护仪表不受被测介质的损坏。,如测腐蚀性介质时，要加装隔离容器；,测含尘气体时，要在压力表前加装灰尘捕集器；,测量高温蒸汽时，要加装冷凝盘。,3. 附件,86,4、,保证仪表与取压口要在同一水平上,对于未预先调整仪表机械零位的压力表，在使用中其读值应注意安装高度的液柱修正。,4、保证仪表与取压口要在同一水平上,87,压力测量及仪表的使用课件,88,解：高度差压头,Hg = 109889.80665= 96889.7 Pa,对于图（a）: p,abs,= p,d,+ Hg+p,atm,= 4010,5,96889.7101325, 4.2 MPa,对于图（b）: p,abs,= p,d,-Hg+p,atm,= 40105-96889.7101325, 4.0 MPa,例3-3 已知如图(a)和(b)的测压系统中，脉冲水密度为,=988kg/m,3,，高度差H=10m，仪表指示压力p,d,=40bar，大气压力为p,atm,=1atm,试求图(a)和图(b)中容器内介质绝对压力各为多少MPa？,解：高度差压头 例,89,1、已知某测点取压值约6MPa，当测量平稳变化压力时，应选取多大测量范围的弹簧管压力表?若要求|测压误差|不超过0.06MPa，应选多大的精确度等级?,2、当测量某管道内液体压力时，压力计位于取样点下方6m处，大气压力为1.02atm，信号管内脉冲水密度为998kg/m,3,，压力计指示值为1.2MPa。试求：被测液体的绝对压力为多少MPa?不经高度校正指示相对误差是多少？ (1atm=101325Pa),1、已知某测点取压值约6MPa，当测量平稳变化压力时，应选取,90,