壓力測量及儀表的使用課件

1、第三章 壓力測量 液柱式壓力測量 彈性式壓力測量 電氣式壓力測量 壓力測量儀表的使用概 述1、壓力 單位面積上垂直作用的力。2、壓力單位 帕斯卡 1Pa1N/m2(牛/米2)7/16/202243. 壓力的表示方法由于參照點不同，在工程上有幾種不同表示方法：(1)絕對壓力(pi) :被測介質作用在容器表面積上的全部壓力(2)大氣壓力(pd):由于地球表面空氣柱重量形成的壓力，隨地理緯度、海拔高度及氣象條件而變化(3)表壓力(pb): pb= pi-pd，壓力測量儀表的指示值(4)真空度(負壓，pz)：絕對壓力小于大氣壓力時，表壓力為負值，其絕對值為真空度。即：pz=pdpi(5)差壓(壓差)：

2、任意兩處壓力之差概 述7/16/20225各種壓力表示法之間的關系：絕對零壓力絕對壓力1大氣壓力表壓力絕對壓力2負壓力(真空度)差壓pb= pi-pdpz=pdpi絕對壓力3注意：無特殊說明外，壓力檢測儀表所指示的壓力均指表壓或真空度概 述4、壓力測量的主要方法和分類 1）液柱式 Px 液柱高度差2）彈性式 Px 彈性元件的位移或力3）電氣式 Px 各種電量4）負荷式 Px 平衡砝碼的重力3-1 液柱式壓力測量 U形管壓力計 單管式壓力計 斜管式微壓計依靠液柱壓頭與被測差壓(壓力)相平衡來工作的測量范圍不大，主要用于正、負微壓的測量，如爐膛煙壓，風道風壓及測速裝置的差壓等等。U形管壓力計單管式

3、壓力計1寬容器2帶標尺的肘管3連通管4水準泡單管式壓力計1. 原理：同U型管壓力計2. 結構：杯徑較管徑大得多 3. 特點：由于杯徑管徑，所以 h1h2 , 則hh1,即：杯內(nèi)的液位變化可忽略不計。一次性讀數(shù)，使用方便。而U型管壓力計要兩次讀數(shù)。4. 應用范圍：測量低壓、負壓和差壓5. 讀數(shù)誤差：0.5mm，較U型管好，斜管式微壓計原理圖：斜管式微壓計使用方法： 測正壓：被測壓力通入大容器；測負壓：被測壓力通入肘管；測差壓：將較高的壓力通入大容器而將較低的壓力通入肘管。 熱力實驗中用斜管式微壓計測微小壓力、負壓、差壓。斜管式微壓計實例圖：1大容器；2斜管；3底座；4調(diào)斜管傾角支架；5水平儀。1

4、）環(huán)境溫度變化引起封液密度和標尺長度變化； 2）重力加速度的變化引起的誤差；3）毛細現(xiàn)象，使封液表面形成彎月面，導致讀數(shù)誤差。 液柱式壓力計的測量誤差3-2 彈性式壓力測量一、彈性元件的測量原理二、彈性元件的特性三、彈性式壓力表一、彈性元件測量原理彈性元件在負荷（壓力、力或力矩）作用下，產(chǎn)生相應的變形（位移或轉角），此變形與負荷之間的有一定的函數(shù)關系。二、彈性元件的特性1、輸出特性（彈性特性）2、剛度和靈敏度3、不完全彈性 （彈性遲滯和彈性后效）二、彈性元件的特性1、輸出特性：F= f (px) 或 x = f (px) 二、彈性元件的特性2、剛度和靈敏度： 剛度(K)：使彈性元件產(chǎn)生單位變形

5、所需要的負荷。靈敏度(S)：在單位負荷作用下產(chǎn)生的變形。 K=1/S K大 S小大量程壓力； K小 S大微小波動壓力二、彈性元件的特性3、彈性遲滯和彈性后效：彈性遲滯 彈性元件在其彈性變形范圍內(nèi)，加負荷與減負荷時表現(xiàn)的輸出特性不相重合的現(xiàn)象。 滯后誤差（）二、彈性元件的特性彈性后效 彈性元件加負荷或減負荷到某一數(shù)值時，彈性變形不能同時達到相應值，而是要經(jīng)過一段時間后才能達到應有的應變量。三、彈性式壓力表 膜盒式壓力表 波紋管式壓力表 彈簧管式壓力表 膜盒式式壓力表 膜片平薄膜波紋膜彈性特性是中心位移與壓力的關系。膜片膜盒 結構 工作過程 膜盒式壓力表膜盒式壓力表 膜盒壓力表適用于測量空氣或其它

6、無腐蝕性氣體的微壓或負壓。鍋爐上常用于測量送風系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、爐膛負壓和尾部煙道的壓力測量。測量范圍為1504000Pa。精確度等級一般為2.5級。波紋管式壓力表波紋管具有等間距同軸環(huán)狀波紋，能沿軸向伸縮無縫波紋管有縫波紋管7/16/202231波紋管式壓力表 結構 測量機構：波紋管(1、10)、量程彈簧組(11)和扭力管(6)等7/16/2022自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 32 工作過程 差壓信號低壓波紋管自由端帶動連桿右移擋板推動擺桿扭力管逆時針偏轉芯軸逆時針轉顯示機構波紋管式壓力表 雙波紋管差壓表在電廠中主要作為水位的顯示儀表或變送器使用，有時也作為流量顯示儀表；通入儀表的正、負壓室的靜

7、壓一般很高，但測的靜差壓不大。測量的差壓值上限可達0.4MPa，耐工作壓力上限可達40MPa;精確度可達1.01.5級。彈簧管式壓力表 彈簧管彈性特性是自由端的位移量與所加壓力的關系。測量范圍：真空到103MPa；不能測差壓。實物圖：7/16/202239 結構 工作過程 接頭自由端拉桿扇形齒輪中心齒輪指針偏轉指示壓力消除兩嚙合齒輪間隙，減小儀表變差調(diào)整儀表機械零點改變機械傳動的放大系數(shù)，調(diào)整儀表量程被測壓力彈簧管式壓力表（波登管）彈性式壓力表的特點 結構簡單，使用方便和價格低廉 應用范圍廣、測量范圍寬 只能測表壓和負壓 就地顯示3-3 電氣式壓力測量 壓力（差壓）傳感器（Pressure S

8、enser） 能夠感受壓力（差壓）并能按一定規(guī)律將其轉換成相同或不同性質的輸出變量的儀表。 變送器（Transducer） 輸出為標準信號（電信號）, 如 4-20mA電流信號。電位器式壓力傳感器 電感式壓力（差壓）傳感器 霍爾壓力傳感器電容式壓力（差壓）變送器振弦式壓力變送器應變式壓力變送器力平衡式壓力變送器電位器式壓力傳感器 原理： px 彈性元件s1 電位器滑動觸點s2 Rx U 使用注意事項：存在滑動摩擦阻力，電位器易磨損、受污染。不宜在有振動和有腐蝕性氣氛的環(huán)境中使用。電感式壓力傳感器原理： px 彈性元件s 線圈的電感LUU改變鐵芯與線圈之間的相對位置 差動變壓器式（互感式）壓力測

9、量1：鐵芯；2：初級線圈；3：次級線圈；4：骨架起始狀態(tài)：鐵芯處于中間e1=e2，u=0；鐵芯上移： e1e2，u0；鐵芯下移： e1e2 ，u0。次級線圈頭尾對接 u=e1-e2輸出電壓大小和符號反映了鐵心位移的大小和方向。注意事項：電源 i 、f 變大則靈敏度變大；但i 過大線圈發(fā)熱，f 過高則鐵芯渦流損失變大。由于兩次級線圈不完全對稱，S=0時有殘存電勢。變隙電感式壓力傳感器結構圖 當壓力進入膜盒時，膜盒的頂端在壓力P的作用下產(chǎn)生與壓力P大小成正比的位移，于是銜鐵也發(fā)生移動， 從而使氣隙發(fā)生變化， 流過線圈的電流也發(fā)生相應的變化，電流表A的指示值就反映了被測壓力的大小。 應用 當被測壓力

10、進入C形彈簧管時， C形彈簧管產(chǎn)生變形， 其自由端發(fā)生位移，帶動與自由端連接成一體的銜鐵運動，使線圈1和線圈2中的電感發(fā)生大小相等、符號相反的變化。即一個電感量增大，另一個電感量減小。電感的這種變化通過電橋電路轉換成電壓輸出。由于輸出電壓與被測壓力之間成比例關系， 所以只要用檢測儀表測量出輸出電壓， 即可得知被測壓力的大小。 變隙式差動電感壓力傳感器 物理現(xiàn)象觀察霍爾效應霍爾壓力傳感器霍爾壓力傳感器 霍爾效應：霍爾效應 半導體單晶薄片置于磁場(B)中，縱向通控制電流I ，則橫向產(chǎn)生電勢EH。 EH=KH I B 工作原理： px s B EH初始狀態(tài)：霍爾片處于中間， EH =0恒流源EH =

11、Ks均勻梯度磁場 注意事項： （減小溫度誤差）對霍爾元件進行恒溫或采用其它溫度補償措施；（減少不等位電勢和零位誤差）注意霍爾元件各處的電阻率、厚度、材料性質等不均勻性以及不對稱焊接，采用補償電路。 電容式壓力（差壓）變送器 特點：具有最少的可動部分，結構簡單；測量范圍寬，精確度高(達0.2級)，靈敏度高，體積??；能輸出(420)mA的直流標準信號。1151系列電容式壓力(壓差)變送器 工作原理：以測壓彈性膜片作為可變電容器的活動極板。px 彈性膜片s 極板間距d 電容CI 介質的介電常數(shù) A 極板間相互覆蓋的面積 d 極板間的距離 工作過程： px 彈性膜片s 極板間距d 電容c 1151型電

12、容式變送器差動式壓力(差壓)電容轉換 轉換電路：現(xiàn)場接線: 振弦式壓力變送器 工作原理： px 彈性膜片s 振弦張力F 固有頻率f 820系列振弦式壓力變送器工作原理： 特點： 輸出為頻率信號，因此具有較強的抗干擾能力，而且零飄小，溫度特性好；準確度高，通常為0.2級；易于與計算機等數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)接。 應變式壓力變送器工作原理： px 彈性元件s 應變片電阻RI應變效應壓阻效應金屬應變片半導體壓阻片 R=L/A dR/R=dL/L-dA/A+d/ =-(dD/D)/(dL/L) dA/A=2dD/D dR/R=(1+2)dL/L+d/ =(1+2+E) 擴散硅式壓力傳感器利用集成電路工藝使半導

13、體材料在感壓元件上擴散制成半導體應變電阻來檢測感壓元件應變的大小.擴散硅式壓力傳感器半導體應變電阻對溫度很敏感，當被測壓力不變，其溫度變化時，將引起阻值的變化，從而產(chǎn)生橋路零點漂移和靈敏度漂移，使測量產(chǎn)生誤差。需要進行溫度補償 。C形硅杯適用于較高壓力的測量，E形硅杯則適用于微壓測量。在硅杯的底面擴散形成的應變電阻數(shù)目可根據(jù)測量電路的設計要求而定，一般是制成四只應變電阻，組成全橋差動測量橋路。體積小，輕便。精確度達到0.5級。C形硅杯適用于較高壓力的測量，E形硅杯則適用于微壓測量。在硅杯的底面擴散形成的應變電阻數(shù)目可根據(jù)測量電路的設計要求而定，一般是制成四只應變電阻，組成全橋差動測量橋路。半導

14、體應變電阻對溫度很敏感，當被測壓力不變，其溫度變化時，將引起阻值的變化，從而產(chǎn)生橋路零點漂移和靈敏度漂移，使測量產(chǎn)生誤差。需要進行溫度補償 。金屬絲受拉時，l變長、r變小，導致R變大 。等截面圓柱應變式荷重傳感器的原理演示懸臂梁應變式電子秤的原理演示力平衡式壓力傳感器 工作原理： 利用力平衡原理 px 彈性元件的集中力F I “力平衡”具有的優(yōu)越性？P+P-F1F2F3F5F4FfSIP-P+F1F2F3F5F4FfSIF4 = Ff Ff = NLBIF4 = K3 F3F3 =F2 （ tg ） F2 = K2 F1F1 = K1(P+-P-) NLBI=K1K2K3(tg)(P+-P-)

15、副杠桿 差動 變壓器放大器反饋動圈F4SUIF1杠桿系統(tǒng)FfPx彈性元件力平衡式壓力變送器的原理方框圖：特點： 結構復雜、 體積和重量大、動態(tài)特性差。 精確度0.5級。 壓力測量儀表的使用 測壓儀表的選擇 測壓儀表的安裝與使用要求測壓儀表的選擇1、儀表種類的選擇（1）被測介質的性質（2）對儀表輸出信號的要求（3）儀表的使用環(huán)境2、儀表量程的選取量程上限的刻度值為 (1，1.6，2.5，4.0，6.0)10n kPa量程上限Pp與被測壓力Px滿足： 測平穩(wěn)壓力 1/3 Pp Px 2/3 Pp 測波動壓力 1/3 Pp Px 1/2 Pp3、儀表精確度的選取 按國家標準化系列規(guī)定生產(chǎn)，有： 0.

16、1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，4七個等級。通常（0.54.0)精度壓力表用于工業(yè)現(xiàn)場；0.2精度用于企事業(yè)單位作三等標準表。 例3-1 己知某測點壓力約10MPa，要求其測量誤差不超過0.1MPa。試確定該測點用的壓力表量程范圍及精度等級？ 例3-2 已知擴散硅壓力變送器輸出電流為420mA，原測量范圍01MPa改為測量范圍12.5MPa后，則原來0.6MPa壓力的電流表工作點對應于改測量范圍后的被測壓力為多少？ 測壓儀表的安裝和使用 安裝、使用注意事項： 1、取壓口 取壓口應該與工質流速方向垂直。與設備內(nèi)壁平齊，并且不要有凸出物和毛刺。 測液體壓力引自管道截面的下部 測氣體壓力

17、引自管道截面的上部2.取壓管路 取壓管路的內(nèi)徑一般取713mm(對于水、蒸汽)，其長度不宜過長(60m)。 取壓管路不應有水平段敷設，以防聚集氣泡(測液體時)和水柱(測氣體時)。3. 附件 注意要保護儀表不受被測介質的損壞。 如測腐蝕性介質時，要加裝隔離容器； 測含塵氣體時，要在壓力表前加裝灰塵捕集器； 測量高溫蒸汽時，要加裝冷凝盤。 4、保證儀表與取壓口要在同一水平上 對于未預先調(diào)整儀表機械零位的壓力表，在使用中其讀值應注意安裝高度的液柱修正。解：高度差壓頭 Hg = 109889.80665= 96889.7 Pa對于圖（a）: pabs= pd+ Hg+patm = 4010596889.7101325 4.2 MPa對于圖（b）: pabs= pd -Hg+patm = 40105-96889.7101325 4.0 MPa 例3-3 已知如圖(a)和(b)的測壓系統(tǒng)中，脈沖水密度為=988k