壓力檢測與變送

1、第一節(jié) 壓力檢測與變送一、概述壓力是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，為了保證生產(chǎn)政黨運行，必須對壓力進行監(jiān)測和控制，但需說明的是，這里所說的壓力，實際上是物理概念中的壓強，即垂直作用在單位面積上的力。在壓力測量中，常用絕對壓力、表壓力、負壓力或真空度之分。所謂絕對壓力是指被測介質(zhì)作用在容器單位面積上的全部壓力，用符號 pj 表示。用來測量絕對壓力的儀表稱為絕對壓力表。地面上的空氣柱所產(chǎn)生的平均壓力稱為大氣壓力，用符號pq 表示。 用來測量大氣氣壓力的儀表叫氣壓表。絕對壓力與大氣壓力之差。稱為表壓力，用符號pb 表示。即 pb=pj -p q。當絕對壓力值小于大氣壓力值時，表壓力為負值（即負壓力） ，

2、此負壓力值的絕對值，稱為真空度， 用符號 pz 表示。用來測量真空度的儀表稱為真空表。既能測量壓力值又能測量真空度的儀表叫壓力真空表。二、壓力的測量與壓力計的選擇壓力測量原理可分為液柱式、彈性式、電阻式、電容式、電感式和振頻式等等。壓力計測量壓力范圍寬廣可以從超真空如133×10-13 Pa 直到超高壓280MPa。壓力計從結(jié)構(gòu)上可分為實驗室型和工業(yè)應用型。 壓力計的品種繁多。 因此根據(jù)被測壓力對象很好地選用壓力計就顯得十分重要。1就地壓力指示當壓力在2.6Kpa 時 , 可采用膜片式壓力表、波紋管壓力表和波登管壓力表。 如接近大氣壓的低壓檢測時，可用膜片式壓力表或波紋管式壓力表。2

3、遠距離壓力顯示若需要進行遠距離壓力顯示時，一般用氣動或電動壓力變壓器，也可用電氣壓力傳感器。當壓力范圍為140280MPa時，則應采用高壓壓力傳感受器。當高真空測量時可采用熱電真空計。3多點壓力測量進行多點壓力測量時，可采用巡回壓力檢測儀。若被測壓力達到極限值需報警的，則應選用附帶報警裝置的各類壓力計。正確選擇壓力計除上述幾點考慮外，還需考慮以下幾點。（ 1）量程的選擇 根據(jù)被測壓力的大小確定儀表量程。 對于彈性式壓力表， 在測穩(wěn)定壓力時， 最大壓力值應不超過滿量程的3/4 ；測波動壓力時，最大壓力值應不超過滿量程的2/3 。最低測量壓力值應不低于全量程的1/3 。（ 2）精度選擇 根據(jù)生產(chǎn)允

4、許的最大測量誤差，以經(jīng)濟、實惠的原則確定儀表的精度級。 一般工業(yè)用壓力表 1.5 級或 2.5 級已足夠 , 科研或精密測量用 0.5 級或 0.35 級的精密壓力計或標準壓力表。（ 3）使用環(huán)境及介質(zhì)性能的考慮 環(huán)境條件惡劣，如高溫、腐蝕、潮濕、振動等，被測介質(zhì)的性能， 如溫度的高低、 腐蝕性、易結(jié)晶、易燃、易爆等等，以此來確定壓力表的種類和型號。（4）壓力表外形尺寸的選擇現(xiàn)場就地指示的壓力表一般表面直徑為 100mm，在標準較高或照明條件關差的場合用表面直徑為 200250mm的，盤裝壓力表直徑為150mm，或用矩形壓力表。常用彈性式壓力表規(guī)格見表2-1-13 。表 2-1-13 常用彈性

5、式壓力表規(guī)格1普通包端管壓力表型號結(jié)構(gòu)公測量范圍， MPa用途精稱度等直級徑測量對銅合Y40徑向00.1,0.16,0.25,0金不起腐蝕軸向無40的液體氣Y40Z.4,0.6 1邊體、蒸汽壓2.5力Y60徑向00.1,0.16,0.25,0測量對銅和Y60T徑向帶60.4,0.6鋼全金不超（ Y60T后邊01, 1.6, 2.5, 4, 6腐蝕的液Q）-0.10,-0.100.0體、氣體或Y60Z軸向無6,-0.10.15蒸汽的壓力Y60ZQ邊-0.10.3,-0.10.5或真空度軸向帶,-0.10.9前邊-0.11.5,-0.12.4Y100徑向00.1,0.16,0.25,0Y100T徑

6、 向 帶.4,0.6后邊01,1.6,2.5,4,6Y100ZQ軸 向 帶 100-0.10,-0.100.0前邊6,-0.10.15Y100TQ徑 向 帶-0.10.3,-0.10.5前邊,-0.10.9Y150徑向-0.11.5,-0.12.415Y150T徑 向 帶后邊Y150ZQ軸 向 帶 150前邊Y150TQ徑 向 帶前邊Y260徑向 2602精密包端管壓力表（可作標準壓力表）型號結(jié)構(gòu)公測量范圍， MPa精度用途備注稱直徑等級YB-160AA 一表徑向YB-160B示儀表YB-160C 徑向可校普零點可-0.10,00.1,0,16通壓力中壓調(diào)表或精YB-160 徑向0.4,0.6

7、,1,1.60.25B表密測量2.5,4,6,10,16示儀表1600.4液體氣25,40,60帶有鏡生產(chǎn) 00.1 06體、蒸面汽壓力C帶和負壓鏡面且可調(diào)零符號說明： 儀表型號中， 常用漢語拼音的第一個字母表示某種意義，如 Y- 壓力， Z真空 （阻尼），B標準 （防爆），J精密（矩形），A氨表， X信號（電接點） ，P膜片， E膜盒，數(shù)字表示表面尺寸（ mm），尺寸后的符號表示結(jié)構(gòu)或配接的儀表。4包裝管壓力表在測量運行中的常見故障及處理方法。包裝管壓力表常見故障及處理方法見表2-1-14 。表 2-1-14 包端管壓力表在運行中的常見故障及處理方法故障現(xiàn)象 可能原因 處理方法導壓管上的切斷

8、閥未打開切斷閥打開導壓管堵塞拆下導壓管，用鋼絲疏通，用壓縮空氣或蒸汽吹洗干凈壓力表無指彈簧管接頭內(nèi)污物淤取下指針和刻度盤，拆下機積過多而堵塞芯，將彈簧管放到清洗盤清示洗，并用鋼絲疏通彈簧管裂開更換新的彈簧管中心齒輪與扇形齒輪更換新的彈簧管牙齒磨損過多，以致不能嚙合被測介質(zhì)壓力波動大關小閥門開度指針抖動大壓力計的安裝位置震固定壓力計或在許可的情況下把壓力計移到震動較小的動大地方，也可裝減震器指針與表面玻璃或刻矯正指針，加厚玻璃下面的度盤相碰有磨擦墊圈或?qū)⒅羔樰S孱鉸大一些壓力表指針中心齒輪軸彎曲取下齒輪在鐵鐓上用木錘矯有跳動或呆正敲直滯現(xiàn)象兩齒輪嚙合處有污物拆下兩齒輪進行清洗連桿與扇形齒輪間的用銼

9、九銼薄連桿厚度活動螺絲不靈活指針打彎用鑷子矯直壓力去掉后，游絲力矩不足脫開中心齒輪與扇形齒輪的嚙合，反時針旋動中心軸以指針不能恢增大游絲反力矩復到零點指針松動校驗后敲緊傳動齒輪有磨擦調(diào)整傳動齒輪嚙合間隙彈簧管變形失效更換彈簧管壓力指示值彈簧管自由端與扇形重新校驗調(diào)整誤差不均勻齒輪、連桿傳動比調(diào)不整不當指示偏高傳動比失調(diào)重新調(diào)整傳動比失調(diào)重新調(diào)整彈簧管有滲漏補焊或更換新的彈簧管指示偏低指針或傳動機構(gòu)有磨找出磨擦部位并加以消除擦導壓管線有泄漏逐段檢查管線，找出泄漏之處給予排除傳動比小把活節(jié)螺絲向里移指針不能指機芯固定在機座位置松開螺絲將機芯向反時針方示到上限刻度不當向轉(zhuǎn)動一點彈簧管焊接位置不當重新

10、焊接三、壓力傳感器壓力傳感器是壓力檢測系統(tǒng)中的重要組成部分，由各種壓力敏感元件將被測壓力信號轉(zhuǎn)換成容易測量的電信號作輸出，給顯示儀表顯示壓力值，或供控制和報警使用。壓力傳感器的種類很多，常用壓力傳感器的性能比較如表2-1-15 所示。表 2-1-15 幾種常用的壓力傳感器的性能比較抗精溫振度測量輸出體度動類別等范圍信號積影沖安裝維護擊級響性能電位器式1.5低中電阻大小差方便壓應粘膜片式0.2中壓20mV小大好方便彈性粱負壓式較0.324mV變貼（波紋及中大小差方便壓管）式式應變簡1中高12mV小小好利用強制式壓水冷, 有( 垂鏈膜較小的溫片)度誤差 ,測量方便非粘0.5 低壓10mV張絲式小小

11、好方便貼式低中霍爾式1.530mV小大差方便壓低中較氣膜式0.5200mV小大復雜壓好100mA低中差動變壓器式1(30mV大小差方便壓)微低15V較壓電式0.2小小方便壓好低中壓阻式0.210mV小大好方便壓微低13V較電容式1(20大好復雜壓大mA)0.5低中振頻式頻率小大差復雜高壓 表示輸出信號經(jīng)過放大。1應變式壓力傳感器應變式壓力傳感器是把壓力的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化來進行測量的， 應變片是由金屬導體或半導體制成的電阻體，其阻值隨壓力所產(chǎn)生的應變而變化。對于金屬導體，電阻變化率R的R表達式為：RR12（ 2-1-8 ）式中材料的泊松系數(shù)；應變量。圖 2-1-9 為國產(chǎn) BPR-2型壓力

12、傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖2-1-9 中，應變簡的上端與外殼 2 固定在一起，下邊與密封膜片3 緊密接觸，兩片康銅絲應變片R1 和 R2用特殊膠合劑粘貼在應變筒的外壁上。R1沿應變簡的軸向粘貼作為測量片，R2 沿應變筒的徑向粘貼作為溫度補償片。必須注意，應變片與筒體之間不能產(chǎn)生相對滑動，并且要保持電氣絕緣，當被測壓力 p 作用于膜片而使應變筒作軸向受壓變形時， 沿軸向貼置的應變片R1 也將產(chǎn)生軸向壓縮應變1，于是R1 的阻值變小；而沿徑向貼放的應變片R2，由于應變筒的徑向產(chǎn)生了拉伸變形，也將產(chǎn)生拉伸應變2，于是R2 的阻值變大。應變片R1、R2 與另兩個固定電阻R3、R4 組成一個橋式電路，見圖

13、 2-1-9 （ b），由于 R1 和 R2 的阻值變化使橋路失去平衡，從而獲得不平衡電壓作為傳感器的輸出信號，本傳感器橋路的電源為10V（直流），最大的輸出為5mV直流信號，再經(jīng)前置放大成為電動單元組合儀表的輸入信號。BPR-2 型壓力傳感器有01MPa、 010MPa、 030MP等多種量程可供選用。選擇時測量上限一般以不超過儀表量程的80%為宜，本傳感器主要適用于變化較快的壓力測量，其非線性及滯后誤差小于± 1%。2壓電式壓力傳感器壓電式傳感器的原理是基于某些晶體材料的壓電效應，目前廣泛使用的壓電材料有石英和鈦酸鋇等，當這些晶體受壓力作用發(fā)生機械變形時， 在其相對的兩個側(cè)面上產(chǎn)

14、生異性電荷，這種現(xiàn)象稱為“壓電效應” 。晶體上所產(chǎn)生的電荷的大小與外部施加的壓力成正比，即qp（ 2-1-9 ）式中： q壓電量（電荷數(shù)） ；p外部施加的壓力；壓電常數(shù)。這種壓力傳感器的特點是：體積小，結(jié)構(gòu)簡單，不需外加電源，靈敏度和響應頻率高，適用于動態(tài)壓力的測量，廣泛地應用于空氣動力學、爆炸力學、發(fā)動機內(nèi)部燃燒壓力的測量等等。其測量范圍可從 0700pa 到 070Mpa精確度可達 0.1%. 壓力式傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 2-1-10 所示 . 圖中 , 由受壓薄壁筒給出預載力 , 并將一撓性材料制成非常薄的膜片進行密封. 預載筒外的空腔可以連接冷卻系統(tǒng), 以保證傳感器工作在環(huán)境溫度一定的條件

15、下 , 這樣就避免了因溫度變化所造成的預載力變化而引起測量誤差 .3. 光導纖維壓力傳感器光導纖維壓力傳感器與傳統(tǒng)壓力傳感器相比, 有其獨特的優(yōu)點: 利用光波傳導壓力信息, 不受電磁干擾 , 電氣絕緣好 , 耐腐蝕 ,無電火花 , 可以在高壓、易燃易爆的環(huán)境中測量壓力、流量、液位等。它靈敏高度，體積小，可撓性好，可插入狹窄的空間是進行測量，因此而得到重視，并且得到迅速發(fā)展。圖 2-1-11 所示為 Y 型光導纖維壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理圖， 它由金屬膜片杯、 Y 型光導纖維、光源、光接收器及支架等組成。膜片與Y 型光導纖維端面間距離約為0.1mm。這種傳感器能測035MPa動態(tài)壓力，也可測量低壓，輸

16、出信號較大。當被測壓力作用于膜片杯時，膜片發(fā)生位移，從而改變了光導纖維與膜片之間的距離， 使光導纖維接收到反射光量變化， 這光量由光電元件接收器接收， 并且轉(zhuǎn)換成電量， 經(jīng)放大器放大后，顯示被測壓力值。傳感器要求光源穩(wěn)定，否則要采取補償措施，以消除光源波動對測量結(jié)果的影響。四、壓力變壓器需要在控制室內(nèi)顯示壓力的儀表，一般選用壓力變壓器或壓力傳感器，對于爆炸危險場所，常選用氣動壓力變壓器、防爆型電動型或型壓力變壓器；對于微壓力的測量， 可采用微差壓變壓器；對粘稠、易堵、易結(jié)晶和腐蝕強的介質(zhì)，宜選用帶法蘭的膜片式壓變壓器；在大氣腐蝕場所及強腐蝕性等介質(zhì)測量中，還可選用 1151 系列或 820 系

17、列壓力變送器。壓力變送器主要技術性能見表2-1-16 。表 2-1-16 壓力變送器主要技術性能QBY氣動壓力變送器是QDZ系列氣動單元組合儀表中的一個品種，它用來測量生產(chǎn)過程中各種液體、蒸汽以及氣體的壓力、負壓和絕對壓力。氣動壓力變送器的結(jié)構(gòu)除了測量部分外，轉(zhuǎn)動換部分與氣動差壓變送器相同。壓力變送器測量部分的測壓敏感元件所產(chǎn)生的測量力的大小范圍約為 50100N，最高不超過 150N。根據(jù)這一要求，敏感元件的選擇依據(jù)由制成的波紋管，其結(jié)構(gòu)原理如圖 2-1-12 所示。當被測壓力 p 進入測量室后，經(jīng)測量波紋管轉(zhuǎn)換成測量力，通過推桿用在主杠桿上，傳遞到氣動轉(zhuǎn)換部分。測量中、高壓（ 2.510M

18、Pa,1060 MPa）的敏感元件一般采用鉻釩鋼制成的包端管 , 它的測量原理是利用包端管末端產(chǎn)生的徑向分力 , 通過推桿 2 作用在主杠桿 3 的下端 , 帶動變送器的氣動轉(zhuǎn)換部分動作 . 圖 2-1-13 為中高壓壓力變送器測量部分的結(jié)構(gòu)原理示意圖 .圖 2-1-14 為絕對壓力變送器測量部分的結(jié)構(gòu)原理圖 , 主要由兩個不銹鋼波紋管組成 . 波紋管 1 為測量波紋管 , 波紋管 2 為補償波紋管 , 被抽成真空 . 兩個波紋管的有效面積相等 , 即 A1=A2當被測壓力P1 進入測量波紋管1 時，在被測壓力p1 與大氣壓力p2 的差壓作用下，測量波紋管產(chǎn)生一個推力：F1p1A1p2 A1由于補償波紋管已被抽成真空，所以它僅僅受到周圍大氣壓力p2 的作用，它所產(chǎn)生的壓縮力為：F2=p2A2則作用在主杠桿4 上的合力（即測量力）為：FF1F2p1 A1p2 A1p2 A2p1 A1（ 2-1-10 ）從上式知