第二章压力检测-第二章.pptx

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1、 主讲人主讲人: 李鹰李鹰营口职业技术学院环化系营口职业技术学院环化系化工仪表及自动化化工仪表及自动化第二章第二章 压力检测压力检测 v压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表v弹性式压力计弹性式压力计v弹性元件弹性元件v弹簧管压力表弹簧管压力表v电气式压力计电气式压力计v应变片式压力传感器应变片式压力传感器v压阻式压力传感器压阻式压力传感器v电容式压力传感器电容式压力传感器1目录：目录：v智能式变送器智能式变送器v智能变送器的特点智能变送器的特点v智能变送器的结构原理智能变送器的结构原理v压力计的选用及安装压力计的选用及安装v压力计的选用压力计的选用v压力计的安装压力计的安装第二章第二章 压力检

2、测压力检测332/1522NHNHMPaMPa合成氨的反应中合成氨的反应中:保证反应的进行必须保证反应的进行必须对压力进行控制对压力进行控制3常用压力表电接点压力表电接点压力表 HAKK-EKA110A差压变送器差压变送器 45概述概述6 在化工生产中在化工生产中, , 压力压力是指由气体或液体均匀垂直地是指由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。作用于单位面积上的力。 在工业生产过程中在工业生产过程中, ,压力往往是重要的操作参数之一压力往往是重要的操作参数之一。 压力的压力的检测与控制检测与控制, ,对保证生产过程正常进行对保证生产过程正常进行, ,达到达到高产、优质、低消耗和安全是十

3、分重要的。高产、优质、低消耗和安全是十分重要的。 第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表表示受力面积。表示垂直作用力；表示压力；式中，SFpSFp 是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）211mNPa PaMPa610117第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表 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表。 89压力单压力单位位帕帕/Pa/Pa兆帕兆帕/ / MPaMPa工程大气压工程大气压/ (kgf/cm/ (kgf/cm2 2) )物理大气压物理大气压/ / atmatm

4、汞柱汞柱/ / mmHgmmHg水柱水柱/ / mHmH2 2O O（磅（磅/ /英寸英寸2 2）/ / （1b/in1b/in2 2）巴巴/bar/bar帕帕1 11 110106 61.01971.01971010- -5 59.8699.8691010-6-67.5017.5011010-3-31.01971.01971010-4-41.4501.4501010-4-41 11010-5-5兆帕兆帕1 110106 61 110.19710.1979.8699.8697.5017.50110103 31.01971.019710102 21.4501.45010102 21010工程大工

5、程大气压气压9.8079.80710104 49.8079.8071010-2-21 10.96780.9678735.6735.610.0010.0014.2214.220.98070.9807物理大物理大气压气压1.01331.013310105 50.101330.101331.03321.03321 176076010.3310.3314.7014.701.01331.0133汞柱汞柱1.33321.333210102 21.33321.33321010-4-41.35951.35951010- -3 31.31581.31581010- -3 31 10.01360.01361.93

6、41.9341010-2-21.33321.33321010-3-3水柱水柱9.8069.80610103 39.8069.8061010-3-30.10000.10000.096780.0967873.5573.551 11.4221.4220.09800.09806 6（磅（磅/ /英寸英寸2 2）6.8956.89510103 36.8956.8951010-3-30.070310.070310.068050.0680551.7151.710.70310.70311 10.06890.06895 5巴巴1 110105 50.10.11.01971.01970.98690.9869750

7、.1750.110.19710.19714.5014.501 1表3-1 各种压力单位换算表第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表大气压力绝对压力表压ppp10在压力测量中，常有在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度表压、绝对压力、负压或真空度之分。之分。 绝对压力大气压力真空度ppp当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。p表P真P绝P绝大气压力线大气压力线 零线零线图2-1绝对压力、表压、负压（真空度）的关系第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表11测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分

8、为四类。测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。 它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。它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。 有U形管压力计、单管压力计等 这类压力计结构简单、使用方便 其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测量较低压力、真空度或压力差。 13第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表 它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。 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。 14种类种类 弹簧管压力计、波纹管压力计及膜式压力计等。弹簧管

9、压力计、波纹管压力计及膜式压力计等。15种类种类 电容式、电阻式、电感式、应变片式和霍尔片式等电容式、电阻式、电感式、应变片式和霍尔片式等压力计。压力计。16第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表 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质量来进行测量的。 测量精度很高，允许误差可小到0.05%0.02%。 结构较复杂，价格较贵。 17第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计18 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。 具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足

10、够的精度等优点。 可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。 第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计19 一、一、弹性元件弹性元件 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。 图2-2弹性元件示意图弹簧管式弹性元件波纹管式弹性元件薄膜式弹性元件单圈弹簧管是弯成单圈弹簧管是弯成270270度圆弧的空心金度圆弧的空心金属管，其截面为扁属管，其截面为扁圆形或椭圆形等。圆形或椭圆形等。20 扁圆形扁圆形 椭圆形椭圆形 半圆形半圆形 双圆形双圆形 8字形字形 厚壁扁圆形厚壁扁圆形弹簧管的各种横截面图弹簧管的各种横截面图21膜片膜盒膜片、膜盒膜片、膜盒22v 一个周围为

11、波纹状的薄壁金属筒体一个周围为波纹状的薄壁金属筒体波纹管波纹管231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 接头第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计24 二、弹簧管压力表二、弹簧管压力表 使用的测压元件使用的测压元件 单圈弹簧管压力表与多圈单圈弹簧管压力表与多圈弹簧管压力表。弹簧管压力表。 用途用途 普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。用压力表、禁油的氧气压力表等。 第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计25第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计 单圈弹簧管是一根弯成270圆弧的椭圆截面的

12、空心金属管子。管子的自由端B封闭，另一端固定在接头上。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，而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生扩张变形。同时，使弹簧管的自由端B产生位移。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，所以只要测得B点的位移量，就能反映压力p的大小。 ：弹簧管自由端：弹簧管自由端B的位移量一般很小，直接显示有困难，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。所以必须通过放大机构才能指示出来。 26第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计 在化工生产过程中，常需要把压力控制在某一范围内，在化工生产过程中，常

13、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，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控制。醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。 27弹簧管压力表弹簧管压力表 28第二节第二节 弹性式

14、压力计弹性式压力计图2-4 电接点信号压力表1，4 静触点；2 动触点；3 绿灯；5 红灯 压力表指针上有动触点2，表盘上另有两根可调节指针，上面分别有静触点1和4。当压力超过上限给定数值时，2和4接触，红色信号灯5的电路被接通，红灯发亮。若压力低到下限给定数值时，2与1接触，接通了绿色信号灯3的电路。1、4的位置可根据需要灵活调节。 29电接点压力表电接点压力表 30第三节第三节 电气式压力计电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。 311. 该仪表的，分别可测710-5Pa至5102MPa的压力，允许误差可至0.2； 2. 由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过程中可

15、以实现压力自动控制和报警，并可与工业控制机联用。 第三节第三节 电气式压力计电气式压力计 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仪、记录仪以及控制器、微处理机等。 图2-5 电气式压力计组成方框图3233第三节第三节 电气式压力计电气式压力计 一、应变片压力传感器一、应变片压力传感器 利用电阻应变原理构成。电阻应变利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半导体应变片两类片有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩当应变片产生压缩（拉伸）（拉伸）应变时，其阻值减小应变时，其阻值减小（增加）（增加），再通过桥式电

16、路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或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。其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。 图2-6 应变片压力传感器示意图1 应 变筒 ； 2 外 壳 ；3 密 封膜片第三节第三节 电气式压力计电气式压力计 利用单晶硅的压阻效应而构成。利用单晶硅的压阻效应而构成。 采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集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工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，成电路的工艺，在单晶硅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

17、内。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。桥式电路获得相应的电压输出信号。 34v 根据单晶硅的压阻效应工作，在很薄的单晶硅上利用集根据单晶硅的压阻效应工作，在很薄的单晶硅上利用集v 成电路工艺扩散出成电路工艺扩散出4 4个小片等值电阻，构成惠斯登测量桥个小片等值电阻，构成惠斯登测量桥v 路。路。USR1R2R3R4IS不受压时：不受压时：Ri1Ri2Ri3Ri4Rr0.63

18、5rR1R1 、R4变小R2R3R4R2 、R3变大变大35第三节第三节 电气式压力计电气式压力计 精度高、工作可靠、频率精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；重量轻、结构简单； 便于实现显示数字化；便于实现显示数字化； 可以测量压力，稍加改可以测量压力，稍加改变，变，还还可以测量差压、高度、可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。速度、加速度等参数。 图3-12 压阻式压力传感器1基座；2单晶硅片；3导环；4螺母；5密封垫圈；6等效电阻36第三节第三节 电气式压力计电气式压力计 37先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。先将压力的变

19、化转换为电容量的变化，然后进行测量。 图2-8 电容式测量膜盒1中心感应膜片 (可动电极)； 2固定电极； 3测量侧； 4隔离膜片v 电容式压力变送器，目电容式压力变送器，目前前在工业生产中应用非在工业生产中应用非常广泛常广泛，其输出信号也，其输出信号也是标准是标准4 4 20mA20mA电流信电流信号。号。 38P2P1 输出信号输出信号0 20mA定电极C1C2解调器功放器反馈、保护电源、振荡硅油动电极结构框图结构框图 39第四节第四节 智能式变送器智能式变送器是在普通压力或差压传感器是在普通压力或差压传感器的基础上增加微处理器电路而形成的智能检测仪表。的基础上增加微处理器电路而形成的智能

20、检测仪表。 40一、智能变送器的特点一、智能变送器的特点性能稳定性能稳定, ,可靠性好可靠性好, ,测量精度高测量精度高, ,基本误差仅为基本误差仅为0.1%0.1%。量程范围可达量程范围可达1001 ,1001 ,时间常数可在时间常数可在0 036s36s内调整内调整, ,有有较宽的零点迁移范围。较宽的零点迁移范围。第四节第四节 智能式变送器智能式变送器具有温度、静压的自动补偿功能具有温度、静压的自动补偿功能, ,在检测温度时在检测温度时, ,可可对非线性进行自动校正。对非线性进行自动校正。具有数字、模拟两种输出方式具有数字、模拟两种输出方式, ,能够实现双向数据通能够实现双向数据通讯讯,

21、,可以与现场总线网络和上位计算机相连。可以与现场总线网络和上位计算机相连。可以进行远程通讯可以进行远程通讯, ,通过现场通讯器通过现场通讯器, ,使变送器具有使变送器具有自修正、自补偿、自诊断及错误方式告警等多种功自修正、自补偿、自诊断及错误方式告警等多种功能能, ,简化了调整、校准与维护过程简化了调整、校准与维护过程, ,使维护和使用都使维护和使用都十分方便。十分方便。 41第四节第四节 智能式变送器智能式变送器二、智能变送器的结构原理二、智能变送器的结构原理从从整体上整体上来看来看, ,由硬件和软件两大部分组成。由硬件和软件两大部分组成。 从从电路结构电路结构上来看上来看, ,包括传感器部

22、件和电子部件两包括传感器部件和电子部件两部分。部分。 42第四节第四节 智能式变送器智能式变送器图2-9 3051C型智能差压变送器（420mA）方框图43第四节第四节 智能式变送器智能式变送器所用的手持通信器为275型，带有键盘及液晶显示器。可以接在现场变送器的信号端子上，就地设定或检测，也可以在远离现场的控制室中，接在某个变送器的信号线上进行远程设定及检测。 实现的功能实现的功能图2-10 手持通信器的连接示意图（1）组态（2）测量范围的变更（3）变送器的校准（4）自诊断44第四节第四节 智能式变送器智能式变送器 要对智能型差压变送器每五年校验一次，智能型差压变送器与手持通信器结合使用，可

23、远离生产现场，尤其是危险或不易到达的地方，给变送器的运行和维护带来了极大的方便。 45智能压力变送器HAKK-3851高精度智能变送器高精度智能变送器 46第五节第五节 压力计的选用及安装压力计的选用及安装一、压力计的选用一、压力计的选用 压力计的选用压力计的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要应根据工艺生产过程对压力测量的要求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的分析，分析， 一般考虑以下几个问题。一般考虑以下几个问题。47第五节第五节 压力计的选用及安装压力计的选用及安装应能反映被测压力的真实大小。应能反映被测压力的真实大小。 要选在

24、被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。 测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直，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。有凸出物或毛刺。 测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部，测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部，使导压管内不积存气（液）体。使导压管内不积存气（液）体。 48二、压力计的安装二、压力计的安装第五节第五节

25、 压力计的选用及安装压力计的选用及安装 导压管粗细要合适，一般内径为导压管粗细要合适，一般内径为6 61010mm，长度应尽可，长度应尽可能短，最长不得超过能短，最长不得超过5050m，以减少压力指示的迟缓。如超，以减少压力指示的迟缓。如超过过5050m，应选用能远距离传送的压力计。，应选用能远距离传送的压力计。 导压管水平安装时应保证有导压管水平安装时应保证有1:101:101:201:20的倾斜度，以利的倾斜度，以利于积存于其中之液体（或气体）的排出。于积存于其中之液体（或气体）的排出。 当被测介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管线。当被测介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管线。 取压

26、口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。49第五节第五节 压力计的选用及安装压力计的选用及安装压力计应安装在易观察和检修的地方。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。安装地点应力求避免振动和高温影响。50第五节第五节 压力计的选用及安装压力计的选用及安装测量蒸汽压力时，应加装凝测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触测压元件接触 图图3-173-17（a）；）；对于有腐蚀性介质的压力测量，对

27、于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中性介质的隔离罐，应加装有中性介质的隔离罐，右图（右图（b）表示了被测介质密）表示了被测介质密度度2 2大于和小于隔离液密度大于和小于隔离液密度1 1的两种情况。的两种情况。图2-11 压力计安装示意图压力计；切断阀门；凝液管；取压容器51第五节第五节 压力计的选用及安装压力计的选用及安装压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，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。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，当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，

28、对由此高度而引起的测量误差应按对由此高度而引起的测量误差应按pHg进行修正。进行修正。式中式中H为高度差，为高度差，为导压管中介质的密度，为导压管中介质的密度，g为重力加速为重力加速度。度。为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。 52例题分析例题分析1.1.某台往复式压缩机的出口压力范围为某台往复式压缩机的出口压力范围为25252828MPa，测量误差不得大于，测量误差不得大于1 1MPa。工艺上要求。工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正

29、确选用一台压就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。力表，指出型号、精度与测量范围。 MPapp562282max1 解解由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以选择仪表的上限值为以选择仪表的上限值为 P1=Pmax2=282=56(MPa) 根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由本章附录，可查得选用本章附录，可查得选用YX-150-150型电接点压力表，测型电接点压力表，测量范围为量范围为0 06060MPa。 53例题分析例题分析316025 由于由于 ，故被测压力的最小值不低

30、于满量程的，故被测压力的最小值不低于满量程的 1/31/3，这是允许的。另外，根据测量误差的要求，可，这是允许的。另外，根据测量误差的要求，可算得允许误差为算得允许误差为 所以，精度等级为所以，精度等级为1.51.5级的仪表完全可以满足误级的仪表完全可以满足误差要求。至此，可以确定，选择的压力表为差要求。至此，可以确定，选择的压力表为YX-150-150型电接点压力表，测量范围为型电接点压力表，测量范围为0 06060MPa，精度等级，精度等级为为1.51.5级。级。%67. 1%10060154例题分析例题分析2. 2. 如果某反应器最大压力为如果某反应器最大压力为0.60.6MPa，允许最

31、大绝对误，允许最大绝对误差为差为0.020.02MPa。现用一台测量范围为。现用一台测量范围为0 01.61.6MPa，准，准确度为确度为1.51.5级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的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误差要求？若采用一台测量范围为0 01.01.0MPa，准确度，准确度为为1.51.5级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。 解：解：对于测量范围为对于测量范围为0 01.61.6MPa，准确度为，准确度为1.51.5级的压级的压力表，允许的最大绝对误差为力表，允许的最大绝对误差为 1

32、.61.61.5% = 0.024(1.5% = 0.024(MPa) )55例题分析例题分析 因为此数值超过了工艺上允许的最大绝对误差数值因为此数值超过了工艺上允许的最大绝对误差数值, ,所以是不合格的。对于测量范围为所以是不合格的。对于测量范围为0 01.01.0MPa，准确度，准确度亦为亦为1.51.5级的压力表级的压力表, ,允许的最大绝对误差为允许的最大绝对误差为 1.01.01.5% = 0.015(1.5% = 0.015(MPa) ) 因为此数值小于工艺上允许的最大绝对误差因为此数值小于工艺上允许的最大绝对误差, ,故符合故符合对测量准确度的要求对测量准确度的要求, ,可以采用。可以采用。 该例说明了选一台量程很大的仪表来测量很小的参该例说明了选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值是不适宜的。数值是不适宜的。 56