化工儀表及自動(dòng)化第2章

化工(huàgōng)儀表及自動(dòng)化第二章壓力(yālì)檢測(cè)精品資料內(nèi)容提要(nèirónɡtíyào)壓力單位及測(cè)壓儀表彈性(tánxìng)式壓力計(jì)彈性(tánxìng)元件彈簧管壓力表電氣式壓力計(jì)應(yīng)變片式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器電容式壓力傳感器1精品資料內(nèi)容提要(nèirónɡtíyào)智能式變送器智能變送器的特點(diǎn)(tèdiǎn)智能變送器的結(jié)構(gòu)原理壓力計(jì)的選用及安裝壓力計(jì)的選用壓力計(jì)的安裝2精品資料概述(ɡàishù)3在化工生產(chǎn)中,壓力是指由氣體或液體均勻垂直地作用于單位(dānwèi)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(cè)與控制,對(duì)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。精品資料第一節(jié)壓力(yālì)單位及測(cè)壓儀表壓力是指均勻垂直(chuízhí)地作用在單位面積上的力。壓力的單位為帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕（Pa）4精品資料第一節(jié)壓力單位(dānwèi)及測(cè)壓儀表為了使大家了解國(guó)際單位制中的壓力單位（Pa或MPa）與過去(guòqù)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。5精品資料6壓力單位帕/Pa兆帕/MPa工程大氣壓/(kgf/cm2)物理大氣壓/atm汞柱/mmHg水柱/mH2O（磅/英寸2）/（1b/in2）巴/bar帕11×1061.0197×10-59.869×10-67.501×10-31.0197×10-41.450×10-41×10-5兆帕1×106110.1979.8697.501×1031.0197×1021.450×10210工程大氣壓9.807×1049.807×10-210.9678735.610.0014.220.9807物理大氣壓1.0133×1050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.3332×1021.3332×10-41.3595×10-31.3158×10-310.01361.934×10-21.3332×10-3水柱9.806×1039.806×10-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅/英寸2）6.895×1036.895×10-30.070310.0680551.710.703110.06895巴1×1050.11.01970.9869750.110.19714.501表3-1各種壓力(yālì)單位換算表精品資料第一節(jié)壓力(yālì)單位及測(cè)壓儀表7在壓力測(cè)量(cèliáng)中，常有表壓、絕對(duì)壓力、負(fù)壓或真空度之分。當(dāng)被測(cè)壓力低于大氣壓力時(shí)，一般用負(fù)壓或真空度來表示。p表P真P絕P絕大氣壓力線零線圖2-1絕對(duì)壓力、表壓、負(fù)壓（真空度）的關(guān)系精品資料第一節(jié)壓力(yālì)單位及測(cè)壓儀表8測(cè)量壓力或真空度的儀表按照其轉(zhuǎn)換原理的不同，分為(fēnwéi)四類。1.液柱式壓力計(jì)

它根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測(cè)量。

按其結(jié)構(gòu)形式的不同

有U形管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)等

優(yōu)點(diǎn)這類壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便

缺點(diǎn)

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(cè)量范圍較窄，一般用來測(cè)量較低壓力、真空度或壓力差。

精品資料第一節(jié)壓力(yālì)單位及測(cè)壓儀表2.彈性(tánxìng)式壓力計(jì)它是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測(cè)量的。

3.電氣式壓力計(jì)

它是通過機(jī)械和電氣元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）來進(jìn)行測(cè)量的儀表。9精品資料第一節(jié)壓力(yālì)單位及測(cè)壓儀表4.活塞式壓力計(jì)

它是根據(jù)水壓機(jī)液體(yètǐ)傳送壓力的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來進(jìn)行測(cè)量的。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)測(cè)量精度很高，允許誤差可小到0.05%～0.02%。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較貴。

10精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計(jì)11定義(dìngyì)

彈性式壓力計(jì)是利用各種形式的彈性元件，在被測(cè)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(cè)壓儀表。優(yōu)點(diǎn)

具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價(jià)格低廉、測(cè)量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點(diǎn)?？捎脕頊y(cè)量幾百帕到數(shù)千兆帕范圍內(nèi)的壓力。

精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計(jì)12一、彈性元件

彈性元件是一種簡(jiǎn)易可靠的測(cè)壓敏感元件。當(dāng)測(cè)壓范圍(fànwéi)不同時(shí)，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如圖(a)和(b)所示，波紋管式彈性元件如圖(e)所示，薄膜式彈性元件如圖(c)和(d)所示。精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計(jì)13二、彈簧(tánhuáng)管壓力表分類使用的測(cè)壓元件單圈彈簧管壓力表與多圈彈簧管壓力表。

用途普通彈簧管壓力表，耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。

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—接頭彈簧壓力表精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計(jì)基本(jīběn)測(cè)量原理

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９上。當(dāng)通入被測(cè)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，而彎成圓弧形的彈簧管也隨之產(chǎn)生擴(kuò)張變形。同時(shí)，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(cè)得B點(diǎn)的位移量，就能反映壓力p的大小。注意：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精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計(jì)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(shí)，就會(huì)破壞正常工藝條件(tiáojiàn)，甚至可能發(fā)生危險(xiǎn)。這時(shí)就應(yīng)采用帶有報(bào)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(hào)壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時(shí)，及時(shí)發(fā)出信號(hào)，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(dòng)控制。警惕！15精品資料第二節(jié)彈性(tánxìng)式壓力計(jì)

圖2-4

電接點(diǎn)信號(hào)壓力表1，4

—靜觸點(diǎn)；2

—?jiǎng)佑|點(diǎn)；3

—綠燈；5

—紅燈壓力表指針上有動(dòng)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(shí)，2和4接觸，紅色信號(hào)燈5的電路(diànlù)被接通，紅燈發(fā)亮。若壓力低到下限給定數(shù)值時(shí)，2與1接觸，接通了綠色信號(hào)燈3的電路(diànlù)。1、4的位置可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。16精品資料第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計(jì)定義(dìngyì)電氣式壓力計(jì)是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。17優(yōu)點(diǎn)1.該儀表的測(cè)量范圍較廣，分別可測(cè)7×10-5Pa至5×102MPa的壓力，允許誤差可至0.2％；

2.由于可以遠(yuǎn)距離傳送信號(hào)，所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中可以實(shí)現(xiàn)壓力自動(dòng)控制和報(bào)警，并可與工業(yè)控制機(jī)聯(lián)用。

精品資料第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計(jì)組成(zǔchénɡ)

一般由壓力傳感器、測(cè)量電路和信號(hào)處理裝置所組成。常用的信號(hào)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(jì)組成方框圖18精品資料19第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計(jì)一、應(yīng)變(yìngbiàn)片壓力傳感器

應(yīng)變片式壓力傳感器利用電阻應(yīng)變?cè)順?gòu)成。電阻應(yīng)變片有金屬和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類，被測(cè)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(shí)，其阻值減小（增加），再通過橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級(jí)電勢(shì)輸出，并用毫伏計(jì)或其他記錄儀表顯示出被測(cè)壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計(jì)。圖2-6應(yīng)變片壓力傳感器示意圖1—應(yīng)變筒；2—外殼；3—密封膜片精品資料第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計(jì)二、壓阻式壓力(yālì)傳感器

壓阻式壓力傳感器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(shí)，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測(cè)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(hào)。工作原理20精品資料第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計(jì)特點(diǎn)(tèdiǎn)

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(jiǎn)單；

便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化；

可以測(cè)量壓力，稍加改變，還可以測(cè)量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。21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—等效電阻精品資料第三節(jié)電氣(diànqì)式壓力計(jì)三、電容式壓力(yālì)變送器工作原理22先將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，然后進(jìn)行測(cè)量。

圖2-8電容式測(cè)量膜盒1—中心感應(yīng)膜片(可動(dòng)電極)；2—固定電極；3—測(cè)量側(cè)；4—隔離膜片精品資料第四節(jié)智能(zhìnénɡ)式變送器智能型壓力(yālì)或差壓變送器是在普通壓力(yālì)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(cè)儀表。23一、智能變送器的特點(diǎn)①性能穩(wěn)定,可靠性好,測(cè)量精度高,基本誤差僅為±0.1%。②量程范圍可達(dá)100∶1,時(shí)間常數(shù)可在0～36s內(nèi)調(diào)整,有較寬的零點(diǎn)遷移范圍。精品資料第四節(jié)智能(zhìnénɡ)式變送器③具有溫度、靜壓的自動(dòng)補(bǔ)償功能,在檢測(cè)溫度時(shí),可對(duì)非線性進(jìn)行自動(dòng)校正。④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(chǎng)總線(zǒnɡxiàn)網(wǎng)絡(luò)和上位計(jì)算機(jī)相連。⑤可以進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊,通過現(xiàn)場(chǎng)通訊器,使變送器具有自修正、自補(bǔ)償、自診斷及錯(cuò)誤方式告警等多種功能,簡(jiǎn)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。24精品資料第四節(jié)智能(zhìnénɡ)式變送器二、智能變送器的結(jié)構(gòu)(jiégòu)原理從整體上來看,由硬件和軟件兩大部分組成。從電路結(jié)構(gòu)上來看,包括傳感器部件和電子部件兩部分。25精品資料第四節(jié)智能(zhìnénɡ)式變送器舉例以美國(guó)費(fèi)希爾-羅斯蒙特公司的3051C型智能差壓變送器為例介紹其工作原理。圖2-93051C型智能差壓變送器（4～20mA）方框圖26精品資料第四節(jié)智能(zhìnénɡ)式變送器3051C型智能差壓變送器所用的手持通信器為375型，帶有鍵盤(jiànpán)及液晶顯示器。可以接在現(xiàn)場(chǎng)變送器的信號(hào)端子上，就地設(shè)定或檢測(cè)，也可以在遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的控制室中，接在某個(gè)變送器的信號(hào)線上進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定及檢測(cè)。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(cè)量范圍的變更（3）變送器的校準(zhǔn)（4）自診斷

27精品資料第四節(jié)智能(zhìnénɡ)式變送器

要對(duì)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(chǎng)，尤其是危險(xiǎn)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。注意28精品資料第五節(jié)壓力計(jì)的選用(xuǎnyòng)及安裝一、壓力計(jì)的選用(xuǎnyòng)

壓力計(jì)的選用應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對(duì)壓力測(cè)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分析，一般考慮以下幾個(gè)問題。儀表類型的選用

儀表精度級(jí)的選取

儀表測(cè)量范圍的確定

29精品資料第五節(jié)壓力計(jì)的選用(xuǎnyòng)及安裝1.測(cè)壓點(diǎn)的選擇應(yīng)能反映被測(cè)壓力的真實(shí)(zhēnshí)大小。①要選在被測(cè)介質(zhì)直線流動(dòng)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。②測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)的壓力時(shí)，應(yīng)使取壓點(diǎn)與流動(dòng)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。③測(cè)量液（氣）體壓力時(shí)，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。30二、壓力計(jì)的安裝精品資料第五節(jié)壓力計(jì)的選用(xuǎnyòng)及安裝2.導(dǎo)壓管鋪設(shè)(pūshè)①導(dǎo)壓管粗細(xì)要合適，一般內(nèi)徑為6～10mm，長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，最長(zhǎng)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(jì)。②導(dǎo)壓管水平安裝時(shí)應(yīng)保證有1:10～1:20的傾斜度，以利于積存于其中之液體（或氣體）的排出。③當(dāng)被測(cè)介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時(shí)，必須加設(shè)保溫伴熱管線。④取壓口到壓力計(jì)之間應(yīng)裝有切斷閥，以備檢修壓力計(jì)時(shí)使用。切斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方。31精品資料第五節(jié)壓力計(jì)的選用(xuǎnyòng)及安裝3.壓力計(jì)的安裝(ānzhuāng)①壓力計(jì)應(yīng)安裝在易觀察和檢修的地方。②安裝地點(diǎn)應(yīng)力求避免振動(dòng)和高溫影響。32精品資料第五節(jié)壓力計(jì)的選用(xuǎnyòng)及安裝③測(cè)量蒸汽(zhēnɡqì)壓力時(shí)，應(yīng)加裝凝液管，以防止高溫蒸汽(zhēnɡqì)直接與測(cè)壓元件接觸[圖3-17（a）］；對(duì)于有腐蝕性介質(zhì)的壓力測(cè)量，應(yīng)加裝有中性介質(zhì)的隔離罐，右圖（b）表示了被測(cè)介質(zhì)密度ρ2大于和小于隔離液密度ρ1的兩種情況。圖2-11壓力計(jì)安裝示意圖１—壓力計(jì)；２—切斷閥門；３—凝液管；４—取壓容器33精品資料第五節(jié)壓力計(jì)的選用(xuǎnyòng)及安裝④壓力計(jì)的連接處，應(yīng)根據(jù)被測(cè)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。⑤當(dāng)被測(cè)壓力較小，而壓力計(jì)與取壓口又不在同一高度時(shí)，對(duì)由此高度而引起的測(cè)量誤差應(yīng)按Δp＝±Hρg進(jìn)行修正。式中H為高度差，ρ為導(dǎo)壓管中介質(zhì)的密度，g為重力加速度。⑥為安全起見，測(cè)量高壓的壓力計(jì)除選用有通氣孔的外，安裝時(shí)表殼應(yīng)向墻壁或無人(wúrén)通過之處，以防發(fā)生意外。34精品資料例題(lìtí)分析舉例1.某臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力范圍為25～28MPa，測(cè)量誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察，并能高低限報(bào)警，試正確選用一臺(tái)壓力表，指出型號(hào)、精度與測(cè)量范圍。

解由于往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力脈動(dòng)較大，所以選擇儀表的上限值為根據(jù)就地觀察及能進(jìn)