1、,过程控制系统运行与维护,四川工程职业技术学院电气化教研室,第 四 章,压力控制系统,4-1 压力检测方法及仪表 4-2 简单控制系统 4-3 复杂控制系统,第四章 压力控制系统,4-1 压力检测方法及仪表,1-1 概述1-2 压力表1-3 选择、安装与校验,4-1 压力检测方法及仪表,1-1 概述,、概念,垂直而均匀地作用在单位面积上的力,式中 压力（Pa）均匀垂直作用力（N）受力面积（m2）,单位: 牛顿/米2（N/m2），简称“帕”，用符号“Pa”,1MPa = 1*103KPa = 1*106Pa,、单位,国际单位制（SI）-帕（Pa）， 1工程大气压= 1kgf/cm2=98066.
2、5 Pa 1标准大气压=760 mmHg=101325 Pa 1毫米汞柱1 mmHg=13.6 mmH2O=133.322 Pa 1毫米水柱1 mm H2O=1kgf/m2=9.80665 Pa,、压力的表示方法,被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压（或真空度）,、分类,液柱式压力计 弹性式压力计 电气式压力计 活塞式压力计,将被测压力转换成液柱高度差进行测量,液柱式压力计,弹性式压力计,（1）测压原理： 利用各种弹性元件在被测介质压力作用下会产生弹性变形。 （2）特点：结构简单，价格便宜、测压范围宽，测量精度也比较高 (3) 适用场合：在生产过程中获得了最广泛的应用。,电气式压力计 （1
3、）测压原理：把压力转换为电阻、电容、电感或电势等电量，从而实现压力的间接测量。 （2）特点：反应较快，测量范围较广、精度可达0.2%，便于远距离传送。在生产过程中可以实现压力自动检测、自动控制和报警。 (3) 适用场合：适用于测量压力变化快、脉动压力、高真空和超高压的场合。 活塞式压力计：将压力转换成活塞上平衡砝码的重量进行测量。,1-2 压力表,1、液柱式压力计 、弹性式压力计 3、电测压力法,1、液柱测压法,将被测压力转换成液柱高度差进行测量,常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞式压力表等。,测量原理,h,h1,2,2,1,1,1,2,h2,、弹性式压力计,弹性元件,当
4、弹性元件在轴向受到外力作用 时，就会产生拉伸或压缩位移，即,S ,P,式中 F轴向外力S位移C弹性元件的刚度系数,式中 A弹性元件承受压力的有效面积P被测压力,弹簧管压力表,3、电测压力法,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。,利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被测压力变换为电信号来进行测量的。,电容式测压,采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量，然后通过测量电容量
5、C便可以知道被测压力的大小，从而实现压力-电容转换的。,定极板,弹性元件,动极板,被测压力,压电式测压原理,根据“压电效应”把被测压力变换为电信号的。,（a）单晶体,（b）剖面图,（c）X截割的石英片,受力面积,作用在受力面积上的压力,压电常数,电荷数,应变片式测压原理,外力作用,应变片,被测对象表面产生微小机械变形,应变片敏感栅随同变形,电阻值发生相应变化,1敏感栅 2基片 3粘合剂 4引线5覆盖片,敏感栅 直径为0.025mm左右的合金电阻丝 基 底 绝缘 覆盖层 保护,组成,霍尔式压力表,线性非均匀磁场,弹簧管,霍尔片,K霍尔式压力传感器输出系数自由端霍尔元件的位移量,磁钢,霍尔片 +
6、弹簧管,霍尔式压力表,霍尔式压力表属于电气式压力表。 测压原理：利用霍尔片式传感器（根据半导体材料的霍尔效应的原理）实现压力-位移-霍尔电势的转换。 霍尔片：是一种半导体或化合物半导体转换元件。,霍尔效应：把一块霍尔元件置于均匀磁场中，并使霍尔片与磁感应强度B的方向垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵向端面上通入恒定的控制电流I，则会在霍尔片的两个横向端面之间形成电位差VH，此电位差称为霍尔电势。,差压（压力）变送器,作用：将各种物理量转换成统一的标准信号,差压变送器 力平衡式变送器,位移平衡式变送器,气动单元组合仪表（简称为QDZ仪表）,20100KPa,电动单元组合仪表（简称为DDZ仪表）,DD
7、Z-型仪表为010mADC,DDZ-型仪表为420mADC或1-5VDC,1低压室 2高压室 3测量元件（膜盒、膜片）4轴封膜片 5主杠杆 6过载保护片 7静压调整螺钉8矢量机构 9零点迁移弹簧 10平衡锤 11量程调整螺钉 12检测片（衔铁） 13差动变压器 14副杠杆 15放大器 16反馈动圈17永久磁钢 18电源 19负载 20调零弹簧,力平衡式压力变送器,主杠杆,矢量机构将F1分解成F2和F3，,副杠杆平衡：,微位移式变送器,I0,（1）测量部分,填充液（硅油）,测量部分包括电容膜盒、高低压室及法兰组件等.测量原理: 将被测压力的变化转换成电容量的变化。,智能差压（压力）变送器,在普通
8、压力传感器上增加微处理器特点：具有远程通讯的功能，依靠手操通信器，用户可在现场或控制室设定变送器各种参数，使用维护方便， 长期稳定工作，每5年才需校检一次。,以3051C 为例：组成：传感膜头：被测压力- A/D转换-数字信号电子线路板：对信号进行修正，线性化处理-D/A转换- 420mA信号,A/D转换器,温度 传感器,电容 传感器,传感膜头内存修正系数膜头信号,微处理器 传感器线性化 重设量程 诊断 工程单位 通信,电子板内存 量程值 变送器组态信息,D/A转换,数字通信,本机量程和 零点调整,手操器,传感膜头,电子线路板,3051C型智能变送器原理图,1-3 选择、安装与校验,、压力表的
9、选择,（）仪表的类型 必须满足生产过程的要求，例如是否要求指示值的远传或变送、自动记录或报警等；被测介质的性质及状态（如腐蚀性强弱、温度高低、粘度大小、脏污程度、易燃易爆等）是否对仪表提出了专门的要求；仪表安装的现场环境条化，如环境温度、电磁场、振动等。统筹分析这些条件后，正确选用仪表类型，这是仪表正常工作并确保生产安全的重要前提。,（2 ）仪表的量程,仪表的量程是根据被测压力的大小和保证仪表寿命等方面来考虑的，通常仪表的上限值应稍大于工艺被测压力的最大值。为了避免压力计超过负荷而破坏，仪表的上限值应高于生产过程中可能出现的压力的最大压力值。对于弹性式压力计，在被测压力比较平稳的情况下，被测最
10、大压力应为压力计的上限值的3/4；在压力波动较大测量场合，被测最大压力应为压力计的上限值的2/3。一般为了保证测量的精度，被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3。,（3 ）仪表精度等级,应根据生产工艺对压力测量所允许的最大误差来决定。工业用选1.5级或2.5级，实验室或校验选用0.4级及0.25级以上。,、压力表的安装,（1）取压点的设置必须有代表性，应将取压点选在能正确而及时反映被测压力实际数值的地方。例如，设置在被测介质流动平稳的部位，不应太靠近有局部阻力或其他受干扰的地方。取压管内端面与设备连接处的内壁应保持平齐，不应有突出物或毛刺，以免影响液体的平衡流动。,（2）测量蒸汽压力时，应装
11、设冷凝管，以避免高温蒸汽与测压元件直接接触。对于有腐蚀性或粘度较大、有结晶、沉淀等介质，可安装的隔离罐，罐中充以中性的隔离液体，以防腐参与蚀或堵塞导压管和压力表。,（3）取压口到压力表之间应装有切断阀，以备检修压力表时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。需要进行现场校验或经常冲洗导压管的地方，切断阀可改用三通阀。,（4）当被测压力较小，而压力表与取压口又不在同一高度，对由此液柱高度差而引起的测量误差，应进行修正。,（5）当被测压力波动剧烈和频繁（如泵、压缩机的出口压力）时，应装缓冲器或阻尼器。,、压力表的校验,（1）校验仪器 常用校验压力表的标准仪器为活塞式压力表，它的准确度等级有0.02、0.05和0.2级，可用来校准0.25级精密压力表，亦可校准各种工业用压力表，被校压力的最高值有0.6MPa、6 MPa、60 MPa三种。,（2）校验方法,1）检验点应在测量范围内均匀选取34个点，一般应选在带有刻度数字的大刻度点上。 2）均匀增压至刻度上限，保持上限压力3min，然后均匀降至零压，主要观察指示有无跳动、停止、卡塞现象。,3）单方向增压至校验点后读数，轻敲表壳再读数。用同样的方法增压至每一校验点进行校验，然后再单方向缓慢降压至每一校验点进行校验。计算出被校表的基本误差、变差、零位和轻敲位移等。,作业,1、怎样选择压力表？ 2、怎样校验压力表？,
