《化工儀表及自動化（厲玉鳴）》第二章

1、化工儀表及自動化化工儀表及自動化第二章第二章 壓力檢測壓力檢測 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 壓力單位及測壓儀表壓力單位及測壓儀表n 彈性式壓力計彈性式壓力計n彈性元件彈性元件n彈簧管壓力表彈簧管壓力表n 電氣式壓力計電氣式壓力計n應(yīng)變片式壓力傳感器應(yīng)變片式壓力傳感器n壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器n電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器1內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 智能式變送器智能式變送器n智能變送器的特點(diǎn)智能變送器的特點(diǎn)n智能變送器的結(jié)構(gòu)原理智能變送器的結(jié)構(gòu)原理n 壓力計的選用及安裝壓力計的選用及安裝n 壓力計的選用壓力計的選用n 壓力計的安裝壓力計的安裝2概述概述3 在化工生產(chǎn)中, 壓力是指由氣體或液體均勻垂

2、直地作用于單位面積上的力。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中,壓力往往是重要的操作參數(shù)之一。 壓力的檢測與控制,對保證生產(chǎn)過程正常進(jìn)行,達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗和安全是十分重要的。 第一節(jié)第一節(jié) 壓力單位及測壓儀表壓力單位及測壓儀表表示受力面積。表示垂直作用力；表示壓力；式中，SFpSFp 是指均勻垂直地作用在單位面積上的力。的單位為帕斯卡，簡稱帕（Pa）211mNPa PaMPa610114第一節(jié)第一節(jié) 壓力單位及測壓儀表壓力單位及測壓儀表 為了使大家了解國際單位制中的壓力單位（Pa或MPa）與過去的單位之間的關(guān)系，下面給出幾種單位之間的換算關(guān)系表。 56壓力單壓力單位位帕帕/Pa兆帕兆帕/ MPa工程大氣壓

3、工程大氣壓/ (kgf/cm2)物理大氣壓物理大氣壓/ atm汞柱汞柱/ mmHg水柱水柱/ mH2O（磅（磅/英寸英寸2）/ （1b/in2）巴巴/bar帕帕1110106 61.01971010- -5 59.8691010-6-67.5011010-3-31.01971010-4-41.4501010-4-411010-5-5兆帕兆帕110106 61 110.1979.8697.50110103 31.019710102 21.45010102 210工程大工程大氣壓氣壓9.80710104 49.8071010-2-210.9678735.610.0014.220.9807物理大物理

4、大氣壓氣壓1.013310105 50.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱汞柱1.333210102 21.33321010-4-41.35951010- -3 31.31581010- -3 310.01361.9341010-2-21.33321010-3-3水柱水柱9.80610103 39.8061010-3-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅（磅/英寸英寸2）6.89510103 36.8951010-3-30.070310.0680551.710.703110.06895巴巴110105 50.11.01970.98

5、69750.110.19714.501表3-1 各種壓力單位換算表第一節(jié)第一節(jié) 壓力單位及測壓儀表壓力單位及測壓儀表大氣壓力絕對壓力表壓ppp7在壓力測量中，常有在壓力測量中，常有表壓、絕對壓力、負(fù)壓或真空度表壓、絕對壓力、負(fù)壓或真空度之分。之分。 絕對壓力大氣壓力真空度ppp當(dāng)被測壓力低于大氣壓力時，一般用負(fù)壓或真空度來表示。當(dāng)被測壓力低于大氣壓力時，一般用負(fù)壓或真空度來表示。p表P真P絕P絕大氣壓力線大氣壓力線 零線零線圖2-1絕對壓力、表壓、負(fù)壓（真空度）的關(guān)系第一節(jié)第一節(jié) 壓力單位及測壓儀表壓力單位及測壓儀表8測量壓力或真空度的儀表按照其轉(zhuǎn)換原理的不同，分為四類。測量壓力或真空度的儀表

6、按照其轉(zhuǎn)換原理的不同，分為四類。 它根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測量。 有U形管壓力計、單管壓力計等 這類壓力計結(jié)構(gòu)簡單、使用方便 其精度受工作液的毛細(xì)管作用、密度及視差等因素的影響，測量范圍較窄，一般用來測量較低壓力、真空度或壓力差。 第一節(jié)第一節(jié) 壓力單位及測壓儀表壓力單位及測壓儀表 它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測量的。 它是通過機(jī)械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）來進(jìn)行測量的儀表。 9第一節(jié)第一節(jié) 壓力單位及測壓儀表壓力單位及測壓儀表 它是根據(jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來進(jìn)行測量的。 測量精度

7、很高，允許誤差可小到0.05%0.02%。 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較貴。 10第二節(jié)第二節(jié) 彈性式壓力計彈性式壓力計11 是利用各種形式的彈性元件，在被測介質(zhì)壓力的作用下，使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測壓儀表。 具有結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價格低廉、測量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點(diǎn)。 可用來測量幾百帕到數(shù)千兆帕范圍內(nèi)的壓力。 第二節(jié)第二節(jié) 彈性式壓力計彈性式壓力計12n 一、一、彈性元件彈性元件 彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。當(dāng)測壓范圍不同時，所用的彈性元件也不一樣。 圖2-2彈性元件示意圖 彈簧管式彈性元件波紋管式彈性元件薄膜式彈性元件第二節(jié)第二節(jié) 彈性式壓力

8、計彈性式壓力計13n 二、彈簧管壓力表二、彈簧管壓力表 使用的測壓元件使用的測壓元件 單圈彈簧管壓力表與多單圈彈簧管壓力表與多圈彈簧管壓力表。圈彈簧管壓力表。 用途用途 普通彈簧管壓力表，耐腐蝕的氨普通彈簧管壓力表，耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。 1彈簧管；2 拉桿；3 扇形齒輪；4 中心齒輪；5 指針；6 面板；7 游絲；8 調(diào)整螺絲；9 接頭第二節(jié)第二節(jié) 彈性式壓力計彈性式壓力計 單圈彈簧管是一根彎成270圓弧的橢圓截面的空心金屬管子。管子的自由端B封閉，另一端固定在接頭上。當(dāng)通入被測的壓力p后，由于橢圓形截面在壓力p的作用下，將趨于圓形，而彎成圓弧

9、形的彈簧管也隨之產(chǎn)生擴(kuò)張變形。同時，使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移。輸入壓力p越大，產(chǎn)生的變形也越大。由于輸入壓力與彈簧管自由端B的位移成正比，所以只要測得B點(diǎn)的位移量，就能反映壓力p的大小。 ：彈簧管自由端B的位移量一般很小，直接顯示有困難，所以必須通過放大機(jī)構(gòu)才能指示出來。 14第二節(jié)第二節(jié) 彈性式壓力計彈性式壓力計 在化工生產(chǎn)過程中，常需要把壓力控制在某一范圍內(nèi)，在化工生產(chǎn)過程中，常需要把壓力控制在某一范圍內(nèi)，即當(dāng)壓力低于或高于給定范圍時，就會破壞正常工藝條件，即當(dāng)壓力低于或高于給定范圍時，就會破壞正常工藝條件，甚至可能發(fā)生危險。這時就應(yīng)采用帶有報警或控制觸點(diǎn)的壓甚至可能發(fā)生危險。這時就應(yīng)采

10、用帶有報警或控制觸點(diǎn)的壓力表。將普通彈簧管壓力表稍加變化，便可成為電接點(diǎn)信號力表。將普通彈簧管壓力表稍加變化，便可成為電接點(diǎn)信號壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時，及時發(fā)出信號，以提壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時，及時發(fā)出信號，以提醒操作人員注意或通過中間繼電器實(shí)現(xiàn)壓力的自動控制。醒操作人員注意或通過中間繼電器實(shí)現(xiàn)壓力的自動控制。 15第二節(jié)第二節(jié) 彈性式壓力計彈性式壓力計圖2-4 電接點(diǎn)信號壓力表1，4 靜觸點(diǎn)；2 動觸點(diǎn)；3 綠燈；5 紅燈 壓力表指針上有動觸點(diǎn)2，表盤上另有兩根可調(diào)節(jié)指針，上面分別有靜觸點(diǎn)1和4。當(dāng)壓力超過上限給定數(shù)值時，2和4接觸，紅色信號燈5的電路被接通，紅燈發(fā)亮。若

11、壓力低到下限給定數(shù)值時，2與1接觸，接通了綠色信號燈3的電路。1、4的位置可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。 16第三節(jié)第三節(jié) 電氣式壓力計電氣式壓力計是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。 171. 該儀表的，分別可測710-5Pa至5102MPa的壓力，允許誤差可至0.2； 2. 由于可以遠(yuǎn)距離傳送信號，所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中可以實(shí)現(xiàn)壓力自動控制和報警，并可與工業(yè)控制機(jī)聯(lián)用。 第三節(jié)第三節(jié) 電氣式壓力計電氣式壓力計 一般由壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置所組成。常用的信號處理裝置有指示儀、記錄儀以及控制器、微處理機(jī)等。 圖2-5 電氣式壓力計組成方框圖1819第三節(jié)第三節(jié) 電氣式壓力計電氣式壓

12、力計n 一、應(yīng)變片壓力傳感器一、應(yīng)變片壓力傳感器 利用電阻應(yīng)變原理構(gòu)成。電阻應(yīng)變片有金屬和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類，被測壓力使應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生壓縮（拉伸）應(yīng)變時，其阻值減小（增加），再通過橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級電勢輸出，并用毫伏計或其他記錄儀表顯示出被測壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計。 圖2-6 應(yīng)變片壓力傳感器示意圖1應(yīng)變筒；2 外 殼 ；3密封膜片第三節(jié)第三節(jié) 電氣式壓力計電氣式壓力計 利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成。 采用單晶硅片為彈性元件，在單晶硅膜片上利用集成電路的工藝，在單晶硅的特定方向擴(kuò)散一組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。 當(dāng)壓力發(fā)生變化時，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，

13、使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信號。 20第三節(jié)第三節(jié) 電氣式壓力計電氣式壓力計 精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單； 便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化； 可以測量壓力，稍加改變，還可以測量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。 2121圖3-12 壓阻式壓力傳感器1基座；2單晶硅片；3導(dǎo)環(huán)；4螺母；5密封墊圈；6等效電阻第三節(jié)第三節(jié) 電氣式壓力計電氣式壓力計 22先將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，然后進(jìn)行測量。 圖2-8 電容式測量膜盒1中心感應(yīng)膜片 (可動電極)； 2固定電極； 3測量側(cè)； 4隔離膜片第四節(jié)第四節(jié) 智能式變送器智

14、能式變送器是在普通壓力或差壓傳感器的基礎(chǔ)上增加微處理器電路而形成的智能檢測儀表。 23n 一、智能變送器的特點(diǎn)一、智能變送器的特點(diǎn)性能穩(wěn)定,可靠性好,測量精度高,基本誤差僅為0.1%。量程范圍可達(dá)1001 ,時間常數(shù)可在036s內(nèi)調(diào)整,有較寬的零點(diǎn)遷移范圍。第四節(jié)第四節(jié) 智能式變送器智能式變送器具有溫度、靜壓的自動補(bǔ)償功能,在檢測溫度時,可對非線性進(jìn)行自動校正。具有數(shù)字、模擬兩種輸出方式,能夠?qū)崿F(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊,可以與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)和上位計算機(jī)相連?？梢赃M(jìn)行遠(yuǎn)程通訊,通過現(xiàn)場通訊器,使變送器具有自修正、自補(bǔ)償、自診斷及錯誤方式告警等多種功能,簡化了調(diào)整、校準(zhǔn)與維護(hù)過程,使維護(hù)和使用都十分方便。 2

15、4第四節(jié)第四節(jié) 智能式變送器智能式變送器n 二、智能變送器的結(jié)構(gòu)原理二、智能變送器的結(jié)構(gòu)原理從整體上整體上來看,由硬件和軟件兩大部分組成。 從電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)上來看,包括傳感器部件和電子部件兩部分。 25第四節(jié)第四節(jié) 智能式變送器智能式變送器圖2-9 3051C型智能差壓變送器（420mA）方框圖26第四節(jié)第四節(jié) 智能式變送器智能式變送器所用的手持通信器為275型，帶有鍵盤及液晶顯示器?？梢越釉诂F(xiàn)場變送器的信號端子上，就地設(shè)定或檢測，也可以在遠(yuǎn)離現(xiàn)場的控制室中，接在某個變送器的信號線上進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定及檢測。 實(shí)現(xiàn)的功能實(shí)現(xiàn)的功能圖2-10 手持通信器的連接示意圖（1）組態(tài)（2）測量范圍的變更（3

16、）變送器的校準(zhǔn)（4）自診斷27第四節(jié)第四節(jié) 智能式變送器智能式變送器 要對智能型差壓變送器每五年校驗(yàn)一次，智能型差壓變送器與手持通信器結(jié)合使用，可遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場，尤其是危險或不易到達(dá)的地方，給變送器的運(yùn)行和維護(hù)帶來了極大的方便。 28第五節(jié)第五節(jié) 壓力計的選用及安裝壓力計的選用及安裝n 一、壓力計的選用一、壓力計的選用 壓力計的選用壓力計的選用應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對壓力測量的要應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對壓力測量的要求，結(jié)合其他各方面的情況，加以全面的考慮和具體的求，結(jié)合其他各方面的情況，加以全面的考慮和具體的分析，分析， 一般考慮以下幾個問題。一般考慮以下幾個問題。29第五節(jié)第五節(jié) 壓力計的選用及安裝壓

17、力計的選用及安裝應(yīng)能反映被測壓力的真實(shí)大小。 要選在被測介質(zhì)直線流動的管段部分，不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。 測量流動介質(zhì)的壓力時，應(yīng)使取壓點(diǎn)與流動方向垂直，取壓管內(nèi)端面與生產(chǎn)設(shè)備連接處的內(nèi)壁應(yīng)保持平齊，不應(yīng)有凸出物或毛刺。 測量液（氣）體壓力時，取壓點(diǎn)應(yīng)在管道下（上）部，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存氣（液）體。 30n 二、壓力計的安裝二、壓力計的安裝第五節(jié)第五節(jié) 壓力計的選用及安裝壓力計的選用及安裝 導(dǎo)壓管粗細(xì)要合適，一般內(nèi)徑為610mm，長度應(yīng)盡可能短，最長不得超過50m，以減少壓力指示的遲緩。如超過50m，應(yīng)選用能遠(yuǎn)距離傳送的壓力計。 導(dǎo)壓管水平安裝時應(yīng)保證有1:101:2

18、0的傾斜度，以利于積存于其中之液體（或氣體）的排出。 當(dāng)被測介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時，必須加設(shè)保溫伴熱管線。 取壓口到壓力計之間應(yīng)裝有切斷閥，以備檢修壓力計時使用。切斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方。31第五節(jié)第五節(jié) 壓力計的選用及安裝壓力計的選用及安裝壓力計應(yīng)安裝在易觀察和檢修的地方。安裝地點(diǎn)應(yīng)力求避免振動和高溫影響。32第五節(jié)第五節(jié) 壓力計的選用及安裝壓力計的選用及安裝測量蒸汽壓力時，應(yīng)加裝凝液管，以防止高溫蒸汽直接與測壓元件接觸圖3-17（a）；對于有腐蝕性介質(zhì)的壓力測量，應(yīng)加裝有中性介質(zhì)的隔離罐，右圖（b）表示了被測介質(zhì)密度2大于和小于隔離液密度1的兩種情況。圖2-11 壓力計安裝示意圖壓力計；

19、切斷閥門；凝液管；取壓容器33第五節(jié)第五節(jié) 壓力計的選用及安裝壓力計的選用及安裝壓力計的連接處，應(yīng)根據(jù)被測壓力的高低和介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，作為密封墊片，以防泄漏。當(dāng)被測壓力較小，而壓力計與取壓口又不在同一高度時，對由此高度而引起的測量誤差應(yīng)按pHg進(jìn)行修正。式中H為高度差，為導(dǎo)壓管中介質(zhì)的密度，g為重力加速度。為安全起見，測量高壓的壓力計除選用有通氣孔的外，安裝時表殼應(yīng)向墻壁或無人通過之處，以防發(fā)生意外。 34例題分析例題分析1.1.某臺往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力范圍為某臺往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力范圍為25252828MPa，測量誤差不得大于，測量誤差不得大于1 1MPa。工藝上要求。工藝上要求就地觀察，并能高低限報警，試正確選用一臺壓就地觀察，并能高低限報警，試正確選用一臺壓力表，指出型號、精度與測量范圍。力表，指出型號、精度與測量范圍。 MPapp562282max1 解解由于往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力脈動較大，所以選擇儀表的上限值為 根據(jù)就地觀察及能進(jìn)行高低限報警的要求，由本章附錄，可查得選用YX-150型電接點(diǎn)壓力表，測量范圍為060MPa。 35例題分析例題分析3160