1、第二章 压力检测,目录,第一节 压力单位及测压仪表 第二节 弹性式压力计 第三节 电气式压力计 第四节 智能式变送器 第五节 压力计的选用与安装,化工生产中，所谓压力是指由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。在工业生产过程中，压力往往是重要的操作参数之一。特点是在化工、炼油等生产过程中，经常会遇到压力和真空度的测量，其中包括比大气压力高很多的高压、超高压和比大气压力低很多的真空度的测量。如高压聚乙烯，要在150MPa或更高压力下进行聚合；氢气相氮气合成氨气时，要在15MPa或32MPa的压力下进行反应；而炼油厂减压蒸馏，则要在比大气压低很多的真空下进行。,第二章 压力检测,如果压力不符合
2、要求，不仅会影响生产效率，降低产品质量，有时还会造成严重的生产事故。在化学反应中，压力既影响物料平衡关系，也影响化学反应速度。所以，压力的测量与控制，对保证生产过程正常进行，达到高产、优质、低消耗和安全是十分重要的。,第二章 压力检测,由于压力是指均匀垂宣地作用在单位面积上的力，故可用下式表示p = F / S式中p表示压力，F表示垂直作用力，S表示受力面积。根据国际单位制(代号为SI)规定，压力的单位为帕斯卡，简称帕(Pa)，1帕为1牛顿每平方米。 1Pa1Nm2,第一节 压力单位及测压仪表,帕所代表的压力较小，工程上经常使用兆帕(Mpa)。帕与兆帕之间的关系为：1MPa1106Pa 过去使
3、用的压力单位比较多，根据1984年2月27日国务院“关于在我国统一实行法定计量单位的命令”的规定，这些单位将不再使用。但为了使大家了解国际单位制中的压力单位(pa或Mpa)与过去的单位之间的关系，下面给出几种单位之间的换算关系。,第一节 压力单位及测压仪表,第一节 压力单位及测压仪表,在压力测量中常有表压、绝对压力、负压或真空度之分，其关系见图2。,第一节 压力单位及测压仪表,工程上所用的压力指示值，大多为表压 (绝对压力计的指示值除外)。表压是绝对压力和大气压力之差，即：p表压p绝对压力 - p大气压力当被测压力低于大气压力时，一般用负压 或真空废来表示，它是大气压力与绝对压力之 差，即：p
4、真空度p大气压力 - p绝对压力,第一节 压力单位及测压仪表,因为各种工艺设备和测量仪表通常是处于大气之中，本身就承受着大气压力。所以，工程上经常用表压或真空度来表示压力的大小。以后所提到的压力，除特别说明外， 均指表压或真空度。,第一节 压力单位及测压仪表,测量压力和真空度的仪表很多，按照其转换原理的不同，大致可分为四大类。 1 液柱式压力计它是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的。按其结构形式的不同，有U型管压力计、单管压力计和斜管压力计等。这种压力计结构简单、使用方便。但其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素影响，测量范围较窄，一般用来测量低压力或真空度。,第一节
5、 压力单位及测压仪表,隔离压差变送器,隔离液位变送器,2 弹性式压力计它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。例如弹簧压力计、波纹管压力计及膜式压力计等。 3 电气式压力计它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量(如电压、电流、频率等)来进行测量的仪表，例如电容式、电阻式、电感式、应变片式和霍尔片式等压力计。,第一节 压力单位及测压仪表,工业压力变送器,4 活塞式压力计它是根据水压机液体传送压力的原理。将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的重量进行油量的。它的涵量精度很高，允许误差可小到0.05%-0.02一般作为一种标准型压力测量仪器，可检验其他类型的压力计。,第一节 压力单位及测
6、压仪表,一、弹性元件 二、弹簧管压力表,第二节 弹性式压力计,弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。这种仪表具有结构简单、使用可取、皮数清晰、牢固可靠、价格低廉、微量范围广以及有足够的精度等优点。若增加附加装置，如记录机构、电气变换装置、控制元件等，则可以实现压力的记录、远传、信号报警、自动控制等。弹性式压力计可以用来测量几百拍到数干兆拍范围内的压力，因此在工业上是应用最为广泛的一种测压仪表。,第二节 弹性式压力计,数字压力变送器,弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。它不仅是弹性式压力计的测压元件，也经常用来作为气动
7、单元组合仪表的基本组成元件。当澜压范围不同时，所用的弹性元件也不一样，常用的几种弹性元件的结构如图2-2所示。,一、弹性元件,微压变送器,1 弹簧管式弹性元件弹簧管式弹性元件的测压范围较宽，可测量高达1000MPa的压力。单田弹簧管是弯成圆弧形的金属管子，它的截面做成扁圆形或椭圆形，如图2-2(a)所示。当通入压力p后，它的自由端就会产生位移。这种单圈弹簧管自由端位移较小，因此能测量较高的压力。为了增加自由端的位移，可以制成多圈弹簧管，如图2-2(b)所示。,一、弹性元件,通用压力变送器,2 薄膜式弹性元件荫膜式弹性元件根据其结构不同还可以分为膜片与膜盒等。它的测压范围较弹簧管式的为低。团2-
8、2(c)为膜片式弹性元件，它是由金属或非金属材料做成的具有弹性的一张膜片(有平膜片与波纹膜片两种形式)，在压力作用下能产生变形。有时也可以由两张金屑膜片沿用口对焊起来，成一薄壁盒子，内充液体(例硅油)，称为膜盒，如图2-2(d)所示。,一、弹性元件,隔膜压力变送器,3 波纹管式弹性元件波纹管式弹性元件是一个周围为波纹状的薄壁金属简体，如图2-2(e)所示。这种弹性元件易于变形，而且位移很大，常用于微压与低压的测量(一般不超过1MPa)。,一、弹性元件,隔离压力变送器,弹簧管压力表的测量范围极广，弹簧管压力表与多困弹簧管压力表。氨用压力表、禁油的氧气压力表等。它们的外形与结构基本上是相同的，只是
9、所用的材料有所不同弹簧管压力计的结构原理如图2-3所示。,二、弹簧管压力表,高温压力变送器,二、弹簧管压力表,二、弹簧管压力表,弹簧管1是压力计的测量元件。图中所示为单围弹簧管，它是一根弯成270度圆弧的椭圆截面的空心金屑管子。管子的自由端B封闭，管于的另一端固定在接头9上。,二、弹簧管压力表,当通入被测的压力p后，由于椭圆形截面在压力p的作用下，将趋于圆形，弯成圆弧形的弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形。由于变形，使弹簧管的自由端B产生位移。,二、弹簧管压力表,输入压力p越大，产生的变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端B的位移成正比，所以只要测量B点的位移量，就能反映压力p的大小，这就是弹簧
10、管压力计的基本测量原理。,二、弹簧管压力表,弹簧管自由端B的位移量一般很小，直接显示有困难，所以必须通过放大机构才能指示出来。具体过程是这样的：弹簧管自由端B的位移通过拉杆2(见图2-3)使扇形齿轮3作逆时针偏转，,二、弹簧管压力表,于是指针5通过同轴的中心齿轮4的带动而作顺时针偏转，在面板6的刻度标尺上显示出被铡压力p的数值。由于弹簧管自由端的位移与被测压力之间具有正比关系，因此锑簧管压力表的刻度标尺是线性的。,二、弹簧管压力表,游丝7用来克服因扇形齿轮和中心齿轮间的传动间隙而产生的仪表变差。改变调整螺钉8的位置(即改变机械传动的放大系数)，可以实现压力表量程的调整。,二、弹簧管压力表,在化
11、工生产过程中，常常需要把压力控制在某一范围内，即当压力低于或高于给定范围时，就会破坏正常工艺条件，甚至可能发生危险。这时就应采用带有报警或控制触点的压力表。将普通弹簧管压力表稍加变化，便可成为电接点信号压力表，它能在压力偏离给定范围时，及时发出信号，以提醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动接制。,二、弹簧管压力表,图2-4是电接点信号压力表的结构和工作原理示意图。压力表指针上有动触点2，表盘上另有两个可调节的指针，上面分别有静触点1和4。当压力超过上限给定数值(此数值由静触点4的指针位置确定)时，动触点2和静触点4接触，,二、弹簧管压力表,红色信号灯5的电路被接通，使红灯发亮，若压力低
12、到下限给定数值时，动触点2与静触点1接触，接通了绿色信号灯3的电路。静触点1、4的位置可根据需要灵活调节。,二、弹簧管压力表,一、应变片式压力传感器 二、压阻式压力传感器 三、电容式压力传感器,第三节 电气式压力计,把压力转换为电信号输出，然后测量电信号的压力表叫电气式压力计。这种压力计的测量范围较广，分别可测710-5Pa至5106Pa的压力，允许误差可至0.2。由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过程中可以实现压力自动控制和报警，并可与工业控制机联用。电气式压力计一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理装置有指示器、记录仪、应变仪以及控制器、微处理机等。图2-5是电
13、气式压力计的组成方框图。,第三节 电气式压力计,第三节 电气式压力计,压力传感器的作用是把压力信号检测出来，并转换成电信号输出。为此，常在弹簧管压力计中附加一些变换装置，把弹簧管自由端的机械位移转换为某些电量的变化，从而构成各种弹簧管式的电气压力计，如电阻式、电感式和霍尔片式等。但是，这类压力计都是先经弹簧管把压力变换成位移后再转化为电量而进行测量的。所以，它们不能适应快速变化的脉动压力和高真空、超高压等场合下进行测量的需要，因而出现了另一类电气式压力计，如应变片式、压阻式和电容式等。,第三节 电气式压力计,应变片式压力传感器是利用电阻应变原理构成的。电阻应变片有金屑应变片(金属丝或金属箔)和
14、半导体应变片两类。检测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩应变时，其阻值减小；当应变片产生拉伸应变时，其阻值增加。应变片阻值的变化，再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出、并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。,一、应变片式压力传感器,图2-6是BPR-2型应变片式压力传感器的原理固。当被油压力p作用于膜片而使应变筒作铀向受压变形时，沿轴向贴放的应变片r1也将产生轴向压缩应变e1，于是r1的阻值变小；而沿径向贴放的应变片r2，由于本身受到横向压缩将引起纵向拉伸应变e2，于是r2阻值变大。但是由于e2比e1要小，故实际上r1的减少量格比r2的增大量为大。,一、应变片式
15、压力传感器,绝压变送器,一、应变片式压力传感器,应变片r1和r2与两个固定电阻r3和r4组成桥式电路，如图2-6(b)所示。由于r1和r2的阻值变化而使桥路失去平衡，从而获得不平衡电压U作为传感器的输出信号，在桥路供给直流稳压电源最大为10V时，可得最大U为5mv的输出。传感器的被测压力可达25MPa。由于传感器的固有频率在25000Hz以上，故有较好的动态性能，适用于快速变化的压力测量。传感器的非线性及滞后误差小于额定压力的1。,一、应变片式压力传感器,双膜压差变送器,压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应而构成。其工作原理如图2-7所示。采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的
16、工艺，在单晶面的特定方向扩散一组等值电阻。并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。,二、压阻式压力传感器,二、压阻式压力传感器,压阻式压力传感器具有精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单等特点，可以适应恶劣的环境条件下工作，便于实现显示数字化。压阻式压力传感器不仅可以用来测量压力，稍加改变，就可以用来测量差压、高度、速度、加速度等参数。,二、压阻式压力传感器,电容式压力传感器是将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量的。图2-8所示是CDCY
17、型电容式压力变适器的测量部分。测量膜盒内充以填充液(硅油)，中心感应膜片1(可动电极)和其两边弧形固定电极2分别形成电容C1和C2。,三、电容式压力传感器,电容压力变送器,当被测压力加在测量侧3的隔离膜片4上后，通过腔内填充液的液压传递，将被测压力引入到中心感压膜片，使中心感压膜片产生位移，因而，使中心感压膜片与两边弧形固定电极的间距不再相等，从而使C1和C2的电容量不再相等。,三、电容式压力传感器,通过转换部分的检测和放大，转换为4-20mA的直流电信号输出。电容式压力传感器的精度较高，允许误差不超过量程的0.25。由于它的结构性能经受振动和冲击，其可靠性、稳定性高。当测量膜盒的两例通以不同压力时，便可以用来测量差压、液位等参数。,三、电容式压力传感器,微型探针压力计,暖风空调压力计,湿式压力变送器,本安压力变送器,OEM血压计,OEM压力芯片,
