壓力、壓差和物位測量技術

壓力、壓差和物位測量技術壓力測量儀表技術物體單位面積上所承受的垂直作用力，工程技術上稱為壓力，物理學中稱作壓強。其法定計量單位是帕，符號是Pa，其物理意義是1N的力垂直作用于1m2的面積上所形成的壓力。1帕是較小的計量單位，約等于0.1mmH2O，所以在工業(yè)上常用兆帕（MPa）、千帕（kPa）、巴（bar）來表示。壓力的表示方式有三種：即絕對壓力、表壓力、真空度或負壓。絕對壓力Pj：以完全真空作為零標準表示的壓力;表壓力Pb：以大氣壓作為零標準表示的壓力；真空度Pz：是指大氣壓與低于大氣壓力的絕對壓力之差，有時也叫負壓；由于各種工藝設備和測量儀表通常處于大氣之中，本身就承受著大氣壓力，所以工程上經(jīng)常采用表壓或真空度來表示壓力的大小。測量壓力儀表的分類測量壓力的儀表類型很多，按其轉換原理的不同，可分為四類：1、液柱式壓力計：它是根據(jù)流體靜力學原理，把被測壓力轉換成液柱高度，常用的有U形管壓力計；2、彈性式壓力計：它是根據(jù)彈性元件受力變形的原理，將被測壓力轉換成位移；常用的彈簧管式、波紋管式、膜片式和膜盒式等；3、電氣式壓力計：它是將被測壓力轉換成各種電量，如電感、電容、電阻、電位差等，依據(jù)電量的大小實現(xiàn)壓力的間接測量；常用的有壓力變送器等；4、活塞式壓力計：它是根據(jù)水壓機液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉換成活塞面積上所加平衡砝碼的質量；普遍作為標準儀器用來對彈性式壓力計進行校驗和刻度；測量壓力儀表的選擇為了使壓力表充分發(fā)揮作用，應綜合考慮測量目的、測量環(huán)境、維護難易程度、可靠性和經(jīng)濟性等要求選擇最適用的壓力儀表一：一般選擇條件1、儀表種類的選擇：根據(jù)監(jiān)視的要求，可分別選擇現(xiàn)場指示型、報警型和控制盤指示型。對于電動或氣動壓力變送器的應用，則應考慮各自的特點，對于氣動壓力變送器，不需要考慮防爆、防噪聲等問題，但是要考慮傳送距離受限制的缺點；電動壓力變送器一般不受傳送距離的限制，但是存在著防爆、防噪聲等問題，還要考慮統(tǒng)一輸出信號的問題；2、儀表規(guī)格的選擇：根據(jù)被測介質壓力的大小，參照壓力表的測量范圍進行規(guī)格的選擇。對于彈性壓力表，在穩(wěn)定負荷條件下，被測參數(shù)額定值為壓力表的滿量程值的2/3，在波動負荷條件下，壓力表經(jīng)常指示范圍則不應超過滿量程的1/2，對于最低壓力，壓力指示范圍不應該低于滿量程的1/3；選用壓力表時，還要考慮準確度等級，根據(jù)要求選擇所需的；測量壓力儀表的選擇二、特殊條件的選擇1、按環(huán)境條件選擇：在受機械振動影響大的場所，應選用具有耐震結構的壓力表；環(huán)境溫度很高時，可選用結構上耐高溫的壓力表；對腐蝕性環(huán)境，原則上應盡力避免，如無法避免時，則應采取防腐蝕措施，同時對儀表進行密封性處理，以免損傷儀表內部機件；對于易燃易爆等危險場所，必須選用防爆型儀表；2、按被測介質的性質選擇：被測介質具有腐蝕性時，應選用耐腐蝕材料制成敏感元件的壓力表，或者選用帶耐腐蝕材料隔膜的壓力表；測量氧氣時，必須使用禁油標記的壓力表，這是因為氧氣直接接觸油脂，會發(fā)生劇烈的氧化反應而引起爆炸，應進行嚴格的管理；對于脈沖壓力，應選用帶有緩沖裝置的壓力表；在測量蒸汽或氣體壓力時，為了防止彈簧管損壞而使壓力表正面損壞，應選用外殼帶有排氣孔的壓力表；這種類型的壓力表一般稱為安全型儀表；液柱式壓力計液柱式壓力計是利用液柱高度產生的壓力和被測壓力相平衡的原理制成的測壓儀表，具有結構簡單、使用方便、制造容易、測量精度高和價格低廉等特點，常用來測量工業(yè)中的液體、氣體和蒸汽的低壓、負壓和差壓。液柱式壓力計的使用液柱式壓力計有U形管壓力計、單管壓力計和斜管壓力計1、為了減小視差，須正確讀取液面的位置，即凹面的最低點；2、測量較大壓力時，可采用重度較大的工作液，測量較小壓力時，可采用重度較小的工作液；3、從測壓點到壓力計之間的連接管應盡量短，一般在3~50m之間；4、U形管壓力計一般使用的液柱高度不超過1.5m；5、填充工作液時，應注意其重度，必須和原來壓力計所標稱的相一致，否則將影響儀表的精度；6、使用的工作液須注意其性質，以防止中毒或產生事故；7、單管壓力計作為標準儀器使用時，需根據(jù)使用條件進行溫度和重力加速度的修正；液柱式壓力計的安裝1、液柱式壓力計應避免安裝于過熱、過冷和有振動的地方；因為過熱工作液容易蒸發(fā)、過冷工作液可能凍結、振動太大會把玻璃管震破，造成測量誤差；2、需水平放置的儀表，測量前應將儀表放平，再校正零點；3、灌注工作液的重度必須與制作儀表刻度標尺時的液體重度一致；4、工作液為水時，可在水液中加入一點紅墨水或其他顏料，以便于觀察讀數(shù)；5、被測壓力不能超過儀表測量范圍；有時因為突然停電或操作不當會使壓力突然增大，造成工作液被沖走，若是水銀工作液既帶來損失還可能造成水銀中毒的危險，可采用接長玻璃管或裝設收集瓶的方法；6、被測介質不能與工作液混合，或起化學反應；7、液柱式壓力計的安裝，應根據(jù)水平儀校正垂直安裝位置，不可傾斜安裝，安裝地方要有良好照明，應變清晰讀數(shù)；液柱式壓力計故障處理故障原因處理方法1、儀表指示不正常，小于或反應不出被測介質的變化1、引壓管密封性不良，有泄露現(xiàn)象2、測量管連接管不密封1、檢察管線的連接處，并加以消除2、選用內經(jīng)小于玻璃管外徑的橡皮管或扎緊原橡皮管2、儀表無指示1、引壓管堵塞2、通大氣一端堵塞3、容器底部接頭堵塞4、連接橡皮管因折彎而堵塞1、逐段檢查并加以疏通2、排除通口上的堵塞物3、切除引壓管，拆開容器，清除吹洗接頭4、調整橡皮管長度，放大曲率半徑，固定橡皮管3、接頭連接處滲水1、連接橡皮管內經(jīng)太大，不夠緊密2、橡皮管老化1、選用內經(jīng)小于玻璃管的橡皮管2、更換橡皮管4、刻度不清楚工作液或測量管臟清洗工作液或測量管彈性式壓力計彈性式壓力計彈性式壓力表是利用各種形式的彈性元件，在被測介質壓力的作用下，使彈性元件受壓后產生彈性變形的原理制成的測壓儀表。這種儀表結構簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價格低廉、測量范圍廣以及足夠的精度等優(yōu)點；在工業(yè)上得到廣泛應用。根據(jù)壓力顯示和傳遞方式的不同分為兩類，一類是把彈性元件的應變轉換成電的或氣壓的變化，即有兩次變換的壓力表；另一類是把壓力引起的彈性元件的位移，直接用機械機構放大并指示被測壓力的壓力表我們常用的壓力表有：彈簧管壓力表、膜片壓力表、膜盒壓力表、波紋管壓力表彈簧管壓力表按彈簧管型式不同，有多圈及單圈彈簧管壓力表。被測壓力和彈簧管自身的變形所產生的應力相平衡，游絲是克服扇形齒輪和中心齒輪的傳動間隙所引起的儀表變差調整螺釘可改變傳動機構的傳動比（放大系數(shù)），以調整儀表的量程。電接點壓力表在生產過程中，常常需要把壓力控制在某一范圍內，即當壓力高于或低于給定的范圍時，就會破壞工藝條件，甚至會發(fā)生事故。壓力表上有一個動觸點，即壓力指針，兩個靜觸點，一個是下限給定指針，一個是上限給定指針，當壓力超出上限給定值時，動觸點和靜觸點接觸閉合，輸出電路接通，發(fā)出報警信號；當壓力低于下限給定值時，同樣發(fā)出報警信號，兩個靜觸點的位置可根據(jù)需要靈活調節(jié)膜片(盒)式壓力表膜片壓力表是利用金屬膜片作為感壓彈性元件。其組成有：膜片下蓋、膜片、膜片上蓋、球鉸鏈、頂桿、表殼、扇形齒輪、中心齒輪、指針。當被測介質從接頭傳入膜室后，膜片下部承受被測壓力，上部為大氣壓，因此膜片產生向上的位移，通過機械鏈接指針轉動，在刻度盤上讀出相應的壓力數(shù)值。用兩個同心波紋膜片焊接在一起，構成空心的膜盒作為膜盒壓力表的感壓彈性元件。動作原理和膜片壓力計相同。彈性壓力表的日常維護1、儀表安裝的正常工作位置是與盤面垂直放置。儀表在測量平穩(wěn)壓力時，不超過儀表測量上限的3/4，測量脈動、沖擊壓力時，不超過儀表測量上限的2/3；2、儀表調整校對時的溫度是20℃±5℃，當在環(huán)境溫度是-40℃~60℃使用時，應考慮溫度附加誤差；3、儀表在下列條件使用時，應安裝附加裝置：1）被測介質溫度高于環(huán)境溫度時，應安裝充滿隔熱液體的彎管裝置，使進入表內的戒指溫度不大于60℃；2）當被測介質對儀表零件有腐蝕作用時，應安裝充滿中性液體的隔離容器，要求不與工作介質發(fā)生化學反應；3）儀表長期使用后，由于灰塵進入內部，可能出現(xiàn)指針跳動現(xiàn)象，這時應將儀表拆開，仔細清洗指針機構，并在各傳動軸處涂以鐘表油。重新裝好后，需進行示值校驗；4）氧氣壓力表嚴禁測量一切含油成分的氣體或液體，否則有爆炸的危險；彈性壓力表的檢修檢查1、彈簧管：首先試驗彈簧管的密封性，將彈簧管裝在壓力表校驗器上，加上比額定壓力大5%~10%的壓力，檢查彈簧管有無漏洞或破裂，外形有無皺癟現(xiàn)象；2、傳動齒輪：1）輪軸與孔徑間隙的檢查：觀察中心輪指針軸端是否彎曲，扇形輪兩軸端是否彎曲，然后檢查中心輪軸和扇形輪軸與夾板配合孔徑的間隙；2）齒輪的檢查：檢查中心輪與扇形輪的磨損情況和缺牙及臥牙情況，然后檢查中心輪與扇形輪之間齒合情況；3）游絲檢查：檢查游絲框距是否均勻，游絲各框間平面起伏情況，如損壞嚴重則應更換新的游絲；4）檢查指針與軸的結合緊度，檢查與刻度盤的距離，檢查指針套筒的垂直度，看指針與軸線是否處于90°狀態(tài)；5）殼體密封性檢查：檢查蓋子與玻璃的結合情況，如墊片和玻璃邊緣有無破裂情況等；彈簧管壓力表故障處理故障原因處理方法壓力表無指示1、引壓管上切斷閥未打開2、引壓管有污物堵塞3、彈簧管接頭內污物淤積4、彈簧管裂開5、中心齒輪與扇形齒輪磨損過多，以致不能嚙合6、彈簧管的自由端與連接桿的結合螺絲沒有或松脫1、打開切斷閥2、拆下引壓管除去污物3、疏通彈簧管接頭4、更換新的彈簧管5、更換兩齒輪，如扇形齒輪的個別齒輪磨損可鑲補6、如沒有則配制，如松脫則擰緊指針走動呆滯1、指針表面與蓋子的玻璃面接觸2、指針表面與刻度盤面接觸3、中心齒輪軸彎曲與刻度盤相碰或摩擦4、中心齒輪與扇形齒輪嚙合處有污物1、增厚玻璃與扼圈間的距離2、應放長指針銅軸頸長度或縮小銅軸頸孔徑3、校正齒輪軸或將刻度指針軸孔鉸大一點4、拆下兩齒輪清洗彈簧管壓力表故障處理故障原因處理方法指針跳躍轉動1、彈簧管的自由端與連接桿的接合螺絲處不活動2、連接桿與扇形輪的接合螺絲不活動3、扇形輪與中心輪軸和夾板接合面不平行4、輪軸的兩端軸徑不同心，彎曲1、校正彈簧管自由端與連接桿和扇形輪接合端的平行度2、用銼刀銼薄連接桿厚度3、將輪軸的碰住面用小平板銼或銼刀銼去4、校正輪軸彎曲指針快速抖動1、引入管的控制閥開得太大2、壓力表安裝處周圍的震動大3、引壓管的控制閥接頭進入孔太大1、應適當關小控制閥2、應裝減震阻尼器3、需縮小其孔徑彈簧管壓力表故障處理故障原因處理方法指針不能恢復到零1、指針呈現(xiàn)彎曲2、游絲力矩不足3、指針松動4、傳動齒輪有摩擦5、儀表本身指針不能對準零位6、彈簧管擴展移動與齒輪牽動距離長度沒有調好1、用鑷子弄直2、增大游絲轉矩3、校驗后敲緊4、調整傳動齒輪嚙合間隙5、應將指針對準零位6、需作彈簧管自由端至扇形輪之間連接桿長度調整示值誤差不均勻1、彈簧管的擴展移動與壓力不成比例2、彈簧管自由端與扇形輪間連接桿傳動比調整不當3、刻度盤的刻度不等分4、刻度盤與中心軸不同心1、彈簧管需作校正2、應作機件傳動比調整3、應更換均勻刻度4、調整刻度盤與中心軸彈簧管壓力表故障處理故障原因處理方法指針達不到上限值1、彈簧管焊接位置不對2、彈簧管自由端與扇形輪的連接桿太短3、機芯固定與機座位置不正確4、傳動比不正確5、儀表刻度盤角度過大1、重新焊接正確2、調整或更換連接桿3、重新安裝機芯4、重新調整傳動比5、按要求重新繪制刻度表內有液體1、殼體與蓋子水密性不夠，沒裝膠片墊片2、彈簧管本身焊接端不良，有漏洞3、彈簧管壁有裂紋、漏洞1、配制蓋子墊片2、應焊補彈簧管接端3、更換或焊補彈簧管彈簧管壓力表故障處理故障原因處理方法示值偏低1、傳動比失調2、彈簧管有滲漏3、指針與傳動機構間有間隙4、導壓管線有泄漏1、重新加以調整2、更換或焊補彈簧管3、找出摩擦部位加以消除4、逐段檢查，予以排除儀表變差大1、游絲力矩不足2、活動部位軸孔磨大3、活動部位發(fā)生摩擦或過緊4、中心齒輪與扇形齒輪間有污物1、加大游絲力矩2、用沖子縮小軸孔3、消除摩擦和過緊部件4、消除污物或清洗兩齒輪電接點壓力表故障處理故障原因處理方法指針到規(guī)定值時不發(fā)信號1、電源開關未合上2、電源開關接觸不良或損壞3、保險絲燒斷4、接觸點太臟5、接觸點位置不正，沒有接觸上6、信號器（燈泡電鈴線圈等）燒斷7、連接導線內部斷線8、接線端子導線脫落或未連接好1、合上電源開關2、切斷電源修理、更換開關3、更換保險絲4、切斷電源、擦洗觸頭5、調整觸點位置6、找出原因、更換燈泡電鈴7、仔細找出導線斷頭連接好8、重新連接并固緊電接點壓力表故障處理故障原因處理方法觸點經(jīng)常燒壞1、觸點容量小2、負載容量大3、觸點太臟、接觸電阻增大4、壓力波動大、動作頻繁1、選用大一點的觸點2、減少負載容量3、用砂紙擦或用酒精清洗4、在壓力表前加裝緩沖器信號動作誤差大1、壓力表本身不準2、觸點位置不準3、觸點金屬桿松動1、重新加以調整2、校正接觸點3、增加游絲反力矩膜盒（片）壓力表故障處理故障原因處理方法儀表無指示1、導壓管路或接頭堵塞2、膜盒（片）有漏洞或破裂3、指針桿脫落4、傳動部分與膜盒（片）連接處脫落5、傳動部分過緊或卡住1、用鐵絲疏通堵處并清洗2、更換或補漏3、切斷壓力，按零位固定好指針桿4、連接好脫落處5、調整過緊或卡住部分、并加油潤滑指針轉動不靈活1、導管或接頭處因臟物堵塞、時通時斷2、指針與刻度盤或玻璃面相碰3、傳動機構的活動部位有摩擦或卡住4、軸承有裂痕1、清除臟物2、平整指針3、清除摩擦或卡住部位，并加最鐘表油潤滑4、更換新軸承膜盒（片）壓力表故障處理故障原因處理方法示值偏低1、導管和接頭處有泄漏2、磨盒有漏洞或破裂3、活動部件有摩擦或卡住4、連桿和拉桿的傳動比不正確5、調節(jié)螺絲調整不合格1、消除泄漏處2、焊補或更換膜盒3、消除摩擦或卡住并加鐘表油潤滑4、重新調整兩桿的夾角5、重新調整調節(jié)螺絲指針達不到上限1、導管或接頭處有泄漏2、膜盒有漏洞或破裂3、連桿和拉桿的傳動比不正確4、調節(jié)螺絲調整不合適5、傳動部位有摩擦或卡死1、消除泄漏處2、更換或焊補膜盒3、重新調整晾干的長度或夾角4、重新調整調整螺絲5、消除有摩擦或卡死部位膜盒（片）壓力表故障處理故障原因處理方法儀表變差大1、導管或接頭處因污物堵塞，時通時斷2、連桿和拉桿的連接孔磨損而增大3、游絲力矩不足4、指針與刻度盤摩薩5、傳動部位有摩擦或軸承過緊6、膜盒失效1、用鋼絲疏通并清洗2、用沖子緊縮軸孔或更新連桿與拉桿3、增大游絲力矩4、消除摩擦部位5、消除摩擦部位，并加鐘表油潤滑6、更換新的膜盒壓力、差壓變送器壓力、差壓變送器可把被測壓力、差壓信號轉換為電量信號，并能對電量信號進行遠距離傳送和測量?？煞肿鳎毫ζ胶庠碜兯推?、微位移原理變送器、智能變送器三種。壓力、差壓變送器有敏感元件、傳感元件、測量電路和輔助電源等組成。敏感元件：也稱感壓元件，是直接感受壓力并把壓力信號轉換為位移信號的元件；如：美國Rosemount研制的電容式1151系列變送器、美國Honeywell研制的擴散硅式變送器、日本橫河研制的EJA型變送器等傳感元件：也稱轉換器，可以直接感受壓力，也可以不直接感受壓力，可把敏感元件所產生的非電量（如位移）信號轉換為電量信號；傳感膜片的最大位移量為0.10毫米；測量電路：電路能把傳感元件輸出的電信號進行加工處理，如放大、運算、使之成為能顯示、記錄或控制的統(tǒng)一標準信號；壓力、差壓變送器原理壓力、差壓變送器原理輸入差壓作用于感壓膜片，使其產生位移，從而使感壓膜片（即可動電極）與固定直流電極所組成的差壓變送器的電容量發(fā)生變化，此電容變化量再經(jīng)電容-電流轉換電路轉換成電流信號，電流信號與調零信號的代數(shù)和同反饋信號進行比較，其差值送入放大電路，經(jīng)放大得到4-20mA直流電流后輸出。智能變送器的特點：1）組態(tài)：包括給變送器指定標號、測量范圍、輸出與輸入的關系（線性或開方）、阻尼時間常數(shù)；2）測量范圍的改變：不需到現(xiàn)場調整；3）變送器的校準：不必將變送器拆到實驗室，通過通訊（hart協(xié)議或brown協(xié)議）即可校準零點和量程；4）自診斷：包括組態(tài)的檢查、通信功能檢查、變送功能檢查、參數(shù)異常檢查等；5）變送器輸入/輸出顯示：以百分數(shù)顯示當時的輸出，以工程單位顯示當時的輸入；壓力、差壓變送器性能壓力、差壓變送器校驗+--mA250歐姆1~5V直流毫安表+----+V壓力源標準壓力表24VDC4~20mA壓力變送器校驗接線圖壓力、差壓變送器校驗1）按照上圖將變送器及電流表固定安裝、接線，接通電源，在輸入差壓為零的情況下調整儀表零點，使輸出為4mA。順時針轉動調零螺釘輸出增大，反之減?。?）向正壓容室通入壓力，緩慢的增加到滿量程時儀表輸出應為20mA，不為此值時應進行量程調整。調整量程時對變送器的零點有一定影響，故應反復進行進行調零調量程，直到校準位置；3）把量程范圍均分為5等分作為檢驗點，將壓力均勻加到各檢驗點的數(shù)值。先后記下各檢驗點的正反行程的輸出電流值，其基本誤差和變差應在儀表允許的誤差范圍內；4）附有遷移機構的儀表，首先校驗其量程，量程校正后，改變遷移力，使儀表量程遷移到所需的地方去；變送器故障現(xiàn)象分析故障現(xiàn)象故障產生的范圍、原因儀表無指示接線盒端子7、8無電壓、沒有電源；接線盒端子7、8為-24V、電源極性接反接線盒端子7、8電壓正常，而線路板上無電壓，反饋線圈斷路輸出小于4mA、零點調不了檢測變壓器副端為零、電阻器R5壓降小于0.72V、檢測變壓器副端開路或C2損壞三極管BG1、BG2損壞或虛焊，制成三極管電壓壓降減小放大器工作正常、檢測片位置離檢測變壓器太遠輸出最大約30mA左右線路板上無電壓、檢測變壓器原端開路線路板上無電壓、原端和副端短路、線路板上輸入短路、三極管BG1管腳短接輸出兩位或突變、零位不穩(wěn)定放大器工作正常、手感可動部件有摩擦、裝配不當、反饋線路和磁鋼有卡放大器工作正常、反饋線圈和磁鋼間無摩擦、反饋線圈短路、反饋線圈接反線性不好矢量機構安裝不妥、測量部分密封性不好、可動部件有碰、卡現(xiàn)象膜盒有損壞現(xiàn)象、過載保護簧片安裝不緊變差大機械緊固部分松動；反饋線圈引線和杠桿部分有摩擦反饋線圈運動時有摩擦；膜盒有損壞現(xiàn)象輸出達不到20沒A膜盒連接簧片松動、靜壓螺釘松動、電壓低負載過大輸出震蕩