第四讲-压力测量

1压力和压差测量压力的表示方法检测方法的分类液柱式压力检测弹性式压力检测电气式压力检测智能式压力变送器压力检测仪表的选用和安装2三种压力表示方法绝对压力pa表压力p负压或真空度ph3.1.3压力的表示方法pa绝对压力零线pphpa大气压p01.01325×105Pa绝对压力是指物体所受的实际压力。表压是指一般压力表所测得的压力，它是高于大气压力的绝对压力与大气压力之差，即0appp真空度是指大气压与低于大气压的绝对压力之差，有时也称为负压，0happp3压力和压差测量由于各种工艺设备和检测仪表通常是处于大气之中，本身就承受着大气压力，因此工程上通常采用表压或者真空度来表示压力的大小，一般的压力检测仪表所指示的压力也是表压或者真空度。除特殊说明之外，以后所提及的压力均指表压。43.1.4压力检测方法的分类目前工业上常用的压力检测方法和压力检测仪表很多，根据敏感元件和转换原理的不同，一般分为四类：(1)液柱式压力检测一般采用充有水或水银等液体的玻璃U形管或单管进行测量。(2)弹性式压力检测它是根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移进行测量的。常用的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管等。5压力和压差测量(3)电气式压力检测它是利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电量进行测量的仪表，如电阻、电荷量等。(4)活塞式压力检测它是根据液压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量来进行测量。活塞式压力计的测量精度较高，允许误差可以小到0.05％～0.02％，它普遍被用作标准仪器对压力检测仪表进行检定。63.2.液柱式压力检测液柱式压力检测是以液体静力学原理为基础的，它们一般采用水银或水为工作液，用U型管进行测量，常用于较低压力、负压或压力差的检测。p1p2p1p2h(a)(b)21pppghAhhhHPAhHP])()([])([2122211173.2.液柱式压力检测p1p2p1p2h(a)(b)21pppgh特点：直观、可靠、准确度较高等，但U形管只能测量较低的压力或差压，为了便于读数，U形管一般是用玻璃做成，易破损，另外它只能进行现场指示。密度：物质单位体积的质量重度：物质单位体积的重量g8用U形管进行压力检测，其误差来源主要有：①标尺刻度精度；②读数误差③温度误差——由使用环境温度的变化引起的测量误差。它主要包括两个方面：一是标尺长度随温度的变化（要求U形管材料的温度系数极小）；二是工作液密度随温度的变化。例如水，当温度从10℃变到20℃时，其密度从999.8kg/m3减小到998.3kg/m3，相对变化量为0.15％。④安装误差——当U形管安装不垂直时将会产生安装误差。例如若倾斜5°，读数误差约0.38％。3.2.液柱式压力检测9)112221AAhPP（10)1sin1221AAlPP（11特点：直观、可靠、准确度较高等，但U形管只能测量较低的压力或差压，为了便于读数，U形管一般是用玻璃做成，易破损，另外它只能进行现场指示。123.3弹性元件及弹性压力表弹性式压力检测是用弹性元件把压力转换成弹性元件位移的一种检测方法。xpxpxpxpxpxxxxx平薄膜波纹膜波纹管单圈弹簧管多圈弹簧管133.3弹性元件及弹性压力表弹性元件的特点pxx0p0弹性滞后弹性后效F=pA=kx14弹簧管和弹簧管压力表弹簧管是横截面呈非圆形（椭圆形或扁圆形），弯成圆弧状（中心角常为270°）的空心管子。管子的一端为封闭，另一端为开口。闭口端作为自由端，开口端作为固定端。15被测压力介质从开口端进入并充满弹簧管的整个内腔，由于弹簧管的非圆横截面，使它有变成圆形并伴有伸直的趋势而产生力矩，其结果使弹簧管的自由端产生位移，同时改变其中心角。位移量（中心角改变量）和所加压力有如下的函数关系：222220)1(1abbhREP式中θ0为弹簧管中心角的初始角；Δθ为受压后中心角的改变量；R为弹簧管弯曲圆弧的外半径；h为管壁厚度；a、b为弹簧管椭圆形截面的长、短半轴。0P16171动触点2和4静触点3绿灯5红灯电接点信号压力表18弹簧管自由端B的位移量一般很小，需要通过放大机构才能指示出来,为了加大弹簧管自由端的位移量，也可采用多圈弹簧管，其原理与单圈弹簧管相似。单圈弹簧管压力表是工业现场使用最普遍的就地指示式压力检测仪表（也有电接点输出的弹簧管压力表）19弹簧管压力表结构简单、使用方便、价格低廉、测量范围宽，可以测量负压、微压、低压、中压和高压一般的工业用弹簧管压力表的精度等级为1.5级或2.5级，但根据制造的要求，其精度等级最高可达0.15级。20IBHHRV21Bx2223电感式远传压力计242526r1r2123P(a)传感器1－外壳2－弹性筒3－膜片27半桥28书中图错误29全桥3031——电容式差压变送器电容式差压变送器采用差动电容作为检测元件主要包括测量部件和转换放大电路两部分：差压电容膜盒电容-电流转换电路调零、零迁电路电流放大器反馈电路ΔpΔCIiIf＋＋Iz－Io测量部分转换放大部分32电容式差压变送器测量原理33P1—P2+34ΔP=0Ci1=Ci2=15pFΔP＞0Ci1的电容量减小Ci2的电容量增大——差动电容测量原理电容式差压变送器测量原理35ΔP=0S1=S2=S0ΔP≠0S1=S0+δS2=S0-δ01111SASACi02222SASACi21)11(0012SSACCCii363738——压力检测仪表的选用三个方面——选用时应根据生产工艺对压力检测的要求、被测介质的特性、现场使用的环境等条件本着节约的原则合理地考虑仪表的量程、精度、类型（材质）等。39⑴量程仪表的量程即测量的范围关键：根据被测参数的大小来确定，同时必须考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余量。测量稳定压力：最大工作压力Pimax不超过上限值A的3/4测量脉动压力：最大工作压力Pimax不超过上限值A的2/3测量高压压力：最大工作压力Pimax不超过上限值A的3/5最小工作压力Pimin不低于上限值A的1/3仪表的量程等级：1、1.6、2.5、4.0、6.0kPa以及它们10n倍。在选用仪表量程时，应采用相应规程或者标准中的数值。这只是一个一般经验要求，不是绝对的！！40⑵仪表精度（1）根据生产允许的最大误差来确定，即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差。（2）在选择时应坚持节约的原则，只要测量精度能满足生产的要求，就不必追求用过高精度的仪表。例：有一压力容器在正常工作时压力范围为0.4～0.6MPa，要求使用弹簧管压力表进行检测，并使测量误差不大于被测压力的±4％，试确定该表的量程和精度等级。41例：有一压力容器在正常工作时压力范围为0.4～0.6MPa，要求使用弹簧管压力表进行检测，并使测量误差不大于被测压力的±4％，试确定该表的量程和精度等级。解：由题意可知，被测对象的压力比较稳定，设仪表量程为0～AMPa，则根据工作压力的要求：30.60.84AMPa10.41.23AMPa根据仪表的量程系列，可选用量程范围为0～1.0MPa的弹簧管压力表。由题意，被测压力的允许最大绝对误差为：Δmax=±0.4*4%=±0.016MPa这就要求所选仪表的相对百分误差为：0.016/（1-0）*100%=1.6%按照仪表的精度等级，可选择1．5级的压力表。42⑶仪表类型正确选用仪表类型是保证仪表正常工作及安全生产的前提。主要应考虑以下3个方面:①仪表的材料压力检测(检测仪表)的特点是压力敏感元件往往要与被测介质直接接触，因此在选择仪表材料的时候要综合考虑仪表的工作条件。例如：对腐蚀性较强的介质应使用像不锈钢之类的弹性元件或敏感元件；氨用压力表则要求仪表的材料不允许采用铜或铜合金，因为氨气对铜的腐蚀性极强；又如氧用压力表在结构和材质上可以与普通压力表完全相同，但要禁油，因为油进入氧气系统极易引起爆炸。43⑶仪表类型②输出信号类型只需观察压力变化的，可选如弹簧管压力表、液柱式压力计那样的直接指示型的仪表；如需将压力信号远传到控制室或其他电动仪表，则可选用电气式压力检测仪表或其他具有电信号输出的仪表；如果要检测快速变化的压力信号，则可选用电气式压力检测仪表，如压阻式压力传感器；如果控制系统要求能进行数字量通信，则可选用智能式压力检测仪表。44⑶仪表类型③使用环境对爆炸性较强的环境，在使用电气压力仪表时，应选择防爆型压力仪表；对于温度特别高或特别低、环境温度变化大的场合，应选择使用温度适当、温度系数小小的敏感元件以及其他变换元件。上述选型原则也适用于差压、流量、液位等其它检测仪表的选型45——压力检测仪表的安装分三种情况介绍：一般压力检测仪表的安装特殊压力检测仪表的安装（高温、高压、腐蚀等）差压变送器的安装三个方面的内容：取压口的选择引压管的安装变送器本身的安装46（1)一般压力测量仪表的安装无论选用何种压力仪表和采用何种安装方式，在安装过程中都应注意以下几点：压力仪表必须经检验合格后才能安装压力仪表的连接处，应根据被测压力的高低和被测介质性质，选择适当的材料作为密封垫圈，以防泄漏压力仪表尽可能安装在室温，相对湿度小于80％，振动小，灰尘少，没有腐蚀性物质的地方，对于电气式压力仪表应尽可能避免受到电磁干扰47（1）一般压力测量仪表的安装无论选用何种压力仪表和采用何种安装方式，在安装过程中都应注意以下几点：压力仪表应垂直安装。一般情况下，安装高度应与人的视线齐平，对于高压压力仪表，其安装高度应高于一般人的头部测量液体或蒸汽介质压力时，应避免液柱产生的误差，压力仪表应安装在与取压口同一水平的位置上，否则必须对压力仪表的示值进行修正导压管的粗细合适，一般为6～10mm，长度尽可能短，否则会引起测量迟缓压力仪表与取压口之间应安装切断阀，以便维修48（2）测量特殊介质时的压力测量仪表安装测量高温（60℃以上）流体介质的压力时，为防止热介质与弹性元件直接接触，压力仪表之前应加装U形管或盘旋管等形式的冷凝器，避免因温度变化对测量精度和弹性元件产生的影响。如图(a)、(b)(a)(b)49（2）测量特殊介质时的压力测量仪表安装测量高压流体介质的压力时，安装时压力仪表表壳应朝向墙壁或者无人通过之处，以防发生以外。测量腐蚀性介质的压力时，除选择具有防腐能力的压力仪表之外，还应加装隔离装置，利用隔离罐中的隔离液将被测介质和弹性元件隔离开来，如图(c)、(d)(c)(d)11223350（2）测量特殊介质时的压力测量仪表安装测量波动剧烈（如泵、压缩机的出口压力）的压力时，应在压力仪表之前加装针形阀和缓冲器，必要时还应加装阻尼器，如图(e)(e)4测量粘性大或易结晶的介质压力时，应在取压装置上安装隔离罐，使罐内和导压管内充满隔离液，必要时可采取保温措施，如图(f)(f)蒸汽51（2）测量特殊介质时的压力测量仪表安装测量含尘介质压力时，最好在取压装置后安装一个除尘器，如图(g)。(g)5总之，针对被测介质的不同性质，要采取相应的放热、防腐、防冻、防堵和防尘等措施52差压变送器取压口的选择分液体、气体、蒸汽三种情况被测介质为液体时，取压口应位于管道下半部与管道水平线成0～45°角内，目的是保证引压管内没有气泡，两根引压管内液柱产生的附加压力可以相互抵消；问：能否从底部引出？为什么？45°45°(a)液体（3）差压变送器的安装53被测介质为气体时，取压口应位于管道上半部与管道垂直中心线成0～45°角内，其目的时为了保证引压管中不积聚和滞留液体。45°45°(b)气体被测介质为蒸汽时，取压口应位于管道上半部与管道水平线成0～45°角内。最常见的接法是从管道水平位置接出，并分别安装凝液罐，这样两根引压管内部都充满冷凝液，而且液位高度相同。45°45°(c)蒸汽差压变送器的安装54差压变送器引压管的安