1、,第二节 压力检测及仪表,压力检测方法,液柱测压法弹性变形法电测压力法,压力检测仪表,弹簧管压力表霍尔式压力表差压（压力）变送器,智能差压（压力）变送器,主要内容,2.1 压力单位及压力检测方法1、 压力单位工程技术上所称的“压力”实质上就是物理学里的“压强”，定义为均匀而垂直作用于单位面积上的力。其表达式为,式中: P压力； F作用力； A作用面积。,国际单位制（SI）中定义：1牛顿力垂直均匀地作用在1平方米面积上形成的压力为1“帕斯卡”。帕斯卡简称“帕”，单位符号为Pa。 其他的压力单位“工程大气压”（即kgf/cm2）、 “毫米汞柱”（即mmHg）、 “毫米水柱”（即mmH2O）、物理大
2、气压（即atm）等还在应用，换算关系见p14表2-1。,1Pa =1N/ = 1*10-3KPa = 1*10-6MPa,2、 压力的表示方法,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，一般用大写符号P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P0表示。 ,图3. 33 绝对压力、表压力、负压之间的关系,表压力 这是指绝对压力与大气压力之差，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。 当绝对压力小于大气压力时，则表压力为负压，负压又可用真空度表示，负压的绝对值称为真空度。如测炉膛和烟道气的压力均是负压。 差压
3、任意两个压力之差称为差压。如静压式液位计和差压式流量计就是利用测量差压的大小来知道液位和流体流量的大小的。,3、 压力的检测方法,弹性力平衡方法：基于弹性元件的弹性变形特性。弹性元件受到被测压力作用而产生变形，而因弹性变形产生的弹性力与被测压力相平衡。测出弹性元件变形的位移就可测出弹性力。此类压力计有弹簧管压力计、波纹管压力计、膜式压力计等。,重力平衡方法：主要有活塞式和液柱式。活塞式压力计将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的，测量精度高，测量范围宽，性能稳定可靠，一般作为标准型压力检测仪表来校验其他类型的测压仪表。液柱式压力计是根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行
4、测量的，最典型的是U型管压力计，结构简单且读数直观。,电气式压力计：其原理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）进行测量的。基于在压力作用下测压元件的某些物性发生变化的原理电气式压力计较多用于各种压力传感器或差压变送器中。,压力检测方法及仪表,2.2 液柱测压法,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,测量原理,1、弹性式压力表 弹性式压力表是以弹性元件受压后所产生的弹性变形作为测量基础的。它结构简单，价格低廉，现场使用和维修都很方便，又有较宽的压力测量范围，因此在工程中获得了非常广泛的应用。 ,2.3 弹性式压力计,1)、弹性元件 采用不同材料、不同形
5、状的弹性元件作为感压元件，可以适用于不同场合、不同范围的压力测量。目前广泛使用的弹性元件有弹簧管、波纹管和膜片等。,弹性元件示意图,下图给出了一些常用弹性元件的示意图。其中波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量；单圈和多圈弹簧管可用于高、中、低压和真空度的测量。,2）、弹簧管压力表 弹簧管压力表在弹性式压力表中更是历史悠久，应用广泛。 弹簧管压力表中压力敏感元件是弹簧管。弹簧管的横截面呈非圆形（椭圆形或扁形），弯成圆弧形的空心管子，如图所示。 管子的一端为封闭，作为位移输出端，另一端为开口，为被测压力输入端。当开口端通入被测压力后，非圆横截面在压力p作用下将趋向圆形，并使弹簧管有伸直的趋势而产生
6、力矩，其结果使弹簧管的自由端由B移至B而产生位移，,3)、弹性变形法,压力检测方法及仪表,将被测压力转换成弹性元件变形的位移,测量原理,单圈弹簧管结构,4）、弹簧管压力表的结构,压力检测方法及仪表,游丝和调整螺钉有什么作用呢？,电接点压力表,2.4 电气式压力计,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。,压力检测方法及仪表,测量原理,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、
7、压磁式等。,1、应变片式压力传感器,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,应变片式测压原理,压力检测方法及仪表,1敏感栅 2基片 3粘合剂 4引线 5覆盖片,压阻元件是指在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻。它是基于压阻效应工作的，即当它受压时，其电阻值随电阻率的改变而变化。常用的压阻元件有单晶硅膜片以及在N型单晶硅膜片上扩散P型杂质的扩散硅等，也是依附于弹性元件而工作。,2、压阻式压力传感器,其测量原理是将弹性元件的位移转换为电容量的变化。将测压膜片作为电容器的可动极板，它与固定极板组成可变电容器。当被测压力变化时，由于测压膜片的弹性变形产生
8、位移改变了两块极板之间的距离，造成电容量发生变化。,3、电容式压力传感器,电测压力法,压力检测方法及仪表,电容式测压原理,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,测量原理,4、,霍尔式压力表,压力检测方法及仪表,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
9、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。,线性非均匀磁场,压力检测仪表,霍尔式压力表,压力检测方法及仪表,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 + 弹簧管,电动单元组合仪表（简称为DDZ仪表）,2、5 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）,DDZ-型仪表为010mADC,DDZ-型仪表为420mADC,20100KPa,压力检测仪表,智能差压（压力）变送器,压力检测方法及仪表,
10、在普通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。,压力检测方法及仪表,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,420mA,3051C型智能变送器原理图,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,2.6 压力
11、测量仪表的选用与安装,压力检测方法及仪表,仪表种类和型号的选择 工艺要求 现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信号报警 介质性质 温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性 现场环境 温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性,仪表量程的确定 化工自控设计技术规定 被测压力较稳定的情况，最大压力值应不超过满量程的2/3；被测压力波动较大（脉动压力）的情况，最大压力值应不超过满量程的1/2被测压力为高压时，最大压力值应不超过满量程的3/5被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3,仪表精度等级的选择 根据工艺生产所允许的最大测量误差来确定： 一般而言，所选的仪表越精密，则测量结果越精确、可靠，但不是仪表的精度
12、越高越好，因为越精密的仪表，一般价格越贵、操作和维护的要求也较高。 因此： 应在满足工艺要求的前提下，应当尽可能的选用精度较低、价廉耐用的仪表。,压力检测方法及仪表,某台往复式压缩机的出口压力范围为2528 MPa ，测量误差不大于1 MPa，工艺上要求就地观察及高低限报警。试选一合适的压力表，指出其型号、测量范围、精度等级。,例1,解,往复式压缩机的出口压力脉动较大,根据就地观察及能进行高低报警的要求，可选用YX-150型电接点压力表，测量范围为0 60MPa。,检验量程下限,被测压力的最小值不低于满量程的1/3，符合要求。,仪表量程选择,最大引用误差,所以选择测量范围为0 60 MPa，精
13、度等级为1.5级的YX-150型电接点压力表。,压力检测方法及仪表,有一台空压机的缓冲罐，其工作压力变化范围为13.516 MPa ，工艺要求最大测量误差为0.8 MPa，并可就地观察及高低限报警。试选一合适的压力表（包括测量范围、精度等级）。,例2,解,空压机的缓冲罐的压力视为普通压力,根据就地观察及能进行高低报警的要求，可选用YX-150型电接点压力表，测量范围为0 25MPa。,检验量程下限,被测压力的最小值不低于满量程的1/3，符合要求。,仪表量程选择,最大引用误差,所以选择测量范围为0 25 MPa，精度等级为2.5级的YX-150型电接点压力表。,压力检测方法及仪表,如果某反应器最
14、大压力为0.6MPa ，允许最大绝对误差为0.02 MPa，现用一台测量范围为0 1.6 MPa，精度等级为1.5级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为0 1.0 MPa，精度等级为1.5级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求吗？,例3,解,对于测量范围为0 1.6 MPa，精度等级为1.5级的压力表，允许的最大绝对误差为：,因为此数值超过了工艺上允许的最大绝对误差数值，因此不合格。,利用精度等级判断：,对于测量范围为0 1.6 MPa，精度等级为1.5级的压力表,这个压力表符合要求，说明测量参数很小的值不适宜用大量程仪表。,压力检测方法及仪表,某合成氨厂合成塔压力控制指标为140.4 MPa ，试选一合适的压力表（给出型号、测量范围、精度等级）。,例4,解,大于10 MPa应当为高压，,根据测量介质为氨的要求，可选用氨用压力表，测量范围为0 25MPa。,检验量程下限,被测压力的最小值不低于满量程的1/3，符合要求。,仪表量程选择,最大引用误差,所以选择测量范围为0 25 Mpa，精度等级为1.5级的YA-100型电接点压力表。,
