化工测量仪表课件(压力)

中国石油管道学院2020/3/261第一篇压力测量概述第一章非远传式压力测量仪表第二章远传式压力测量仪表第三章压力测量仪表的选择、校验和安装小结返回中国石油管道学院2020/3/262概述压力:返回下一页压力单位换算关系，参见表1-1-1其它原工程常用单位：工程大气压（kgf/cm2）、标准大气压（atm）：毫米水柱（mmH2O）、毫米汞柱（mmHg）垂直均匀地作用在单位面积上的力，即压强。P＝F／AF——垂直作用力；A——受力面积。法定计量单位：N/m2帕斯卡，以Pa表示。中国石油管道学院2020/3/263在压力测量中，有大气压力、绝对压力、表压和真空度之分。各种压力关系：返回上一页P表=P绝-P大气P真=P大气-P绝若无特殊说明，仪表显示的测量结果均为表压或真空度。绝压大气压，称表压或正压；绝压大气压，称真空度或负压中国石油管道学院2020/3/264按压力计的性能分类（1）现场显示型指示式压力计带警报器压力计带调节器压力计记录式压力计（2）远距离显示型电动压力变送器气动压力变送器按压力计的用途分类普通型、耐热型、耐振型、耐热耐振型、密封型、安全型、蒸气型、禁油型、法兰连结型、带隔膜封入液型。按压力计的形状,精度分类外部形状：圆形、方形指示形状,同心,偏心型,单针型,双针型,多针型,刻度形状,圆形刻度型,扇形刻度型,直线刻度型。中国石油管道学院2020/3/265第一章非远传式压力测量仪表返回第一节液柱式压力计第二节应用弹性变形测量压力中国石油管道学院2020/3/266第一节液柱式压力计U形管压力计单管压力计斜管压力计返回中国石油管道学院2020/3/267一、U型管压力计PAghAghApAA'A—U形管内孔截面积；ρ—工作液的密度；ρ΄—被测介质的密度；g—重力加速度；h—左右两边液柱差，h=h1+h2;PA—相对较低的压力或大气压；P—相对较高的压力。可得返回下一页(1-2-2)gPPhA)(中国石油管道学院2020/3/268若PA为大气压，被测介质为气体，ρ΄ρ，ρ可忽略不计。则上式可表示为：hpg上一页浸润性工作液读取凹月面的最低点；非浸润性工作液读取凸月面的最高点。(1-2-3)U型管压力计第二页返回因工作液不同，液柱表面会出现弯月现象。中国石油管道学院2020/3/269二、单管压力计Phhg()12h1—大容器中工作液下降的高度；h2—玻璃管中工作液上升的高度。h1A1=h2A22222121hDdhAAh返回A1—大容器截面；d—玻璃管直径；A2—玻璃管截面；D—大容器直径。(1-2-4)PdDhg()1222若D＞＞d压力P作用下，大容器内工作液下降的体积等于玻璃管内工作液上升的体积，即Phg2中国石油管道学院2020/3/2610三、斜管压力计Phhg()12因D＞＞d，则h1+h2≈h2=LsinL—斜管内液柱的长度；—斜管倾斜角。精确测量时，应考虑下降高度h1gAALLghhP)sin()(1212返回LdDgKL(sin)22因L＞h2，则灵敏度高于单管。singLP常用于微小压力测量,测量范围一般为0～2000Pa。中国石油管道学院2020/3/2611第二节应用弹性变形测量压力原理弹性元件弹簧管压力表讨论返回中国石油管道学院2020/3/2612一、原理基于弹性元件的弹性特性。当弹性元件在其轴向受到外力作用时，会产生拉伸或压缩位移，即FCXF——轴向外力;X——弹性元件的变形位移;C——弹性元件的刚度系数。因为FAPeAe——弹性元件的有效面积;P——被测压力。返回则(1-2-9)(1-2-10)(1-2-11)pCAXe若Ae/C为常数，则X与P为线性关系。中国石油管道学院2020/3/2613二、弹性元件返回弹性后效与弹性滞后现象下一页弹簧管膜片膜盒波纹管中国石油管道学院2020/3/2614返回上一页中国石油管道学院2020/3/2615PERbhba1122222()μ、E—弹簧管材料的泊松系数和弹性模量；h—弹簧管壁厚；κ—弹簧管几何参数，α、β—与a/b比值有关的参数。Rha2返回1、测压原理下一页三、弹簧管压力表利用椭圆或扁圆特殊截面，受压后长轴变短、短轴变长，从而引起自由端位移。中国石油管道学院2020/3/26162、弹簧管压力表结构（1）弹簧管扁平、中空，横截面为椭圆，一端固定，另一端为自由端，弧度270°。返回上一页原理图（2）齿轮、杠杆传动机构（3）游丝：克服齿轮间的间隙,减少变差。（4）指针、表盘显示中国石油管道学院2020/3/2617第二章远传式压力测量仪表返回概述第一节力平衡式压力变送器第二节电阻式压力传感器第三节电容式压力传感器第四节电感式压力传感器第五节其它压力传感器中国石油管道学院2020/3/2618概述0.14MPa压缩空气220V（交流）24V（直流）返回标准信号：气动20~100kPa电动0~10mA4~20mA变送器：将各种非电量的工艺参数（压力、流量、物位、温度等）转换成统一标准信号，传送到有关仪表进行显示或控制。传感器：将各种非电量的工艺参数（压力、流量、物位、温度等）转换成为各种便于远传的电量信号。中国石油管道学院2020/3/2619第一节力平衡式压力变送器测量部分（输入转换部分）转换部分工作原理返回中国石油管道学院2020/3/2620返回一、测量部分（输入转换部分）将被测压力通过弹性元件转换为作用在主杠杆上的力Fi，经主杠杆传递到转换部分。下一页高压－弹簧管；中压－波纹管；低压－膜片。1.压力变送器中国石油管道学院2020/3/2621膜盒：基座、硬芯、膜片、硅油、密封圈。具有单向过载保护作用。高、中、低差压变送器采用膜盒，微差压变送器采用金属或橡胶膜片。2.差压变送器硅油：温度系数小，凝固点低(-40℃)。作为力的传递媒质，并使膜片的运动受到阻尼作用。返回上一页中国石油管道学院2020/3/2622二、转换部分1.低频位移检测放大器由低频位移检测放大器和电磁反馈机构组成。下一页返回组成：差动变压器，低频振荡器，整流滤波，功率放大器。作用：将衔铁的微小位移S转换成直流输出电流I0，即位移－电流转换器。中国石油管道学院2020/3/2623（1）差动变压器S→UCD衔铁（检测片）上罐形磁芯：磁芯的中心柱截面积等于其外环截面积下罐形磁芯：与上罐形磁芯结构相同，中心柱人为地磨去一固定气隙δ=0.76mm四组线圈：AB原边，同相连接；CD副边，反相连接。VCD相位取决于检测片位移是大于还是小于δ/2。VAB一定，VCD=e2’－e2’’上一页下一页返回S=δ/2时，e2’＝e2’’，VCD=0Sδ/2时，e2’e2’’，VCD0，VCD与VAB同相；Sδ/2时，e2’e2’’，VCD0，VCD与VAB反相。中国石油管道学院2020/3/2624第二节电阻式压力传感器工作原理应变片压力传感器返回中国石油管道学院2020/3/2625一、工作原理RLAρ——电阻率；L——电阻的长度；A——电阻的截面。返回下一页电阻受到拉力作用，电阻变化率为dAdALdLRdRddLdLRdR)21()21(对圆截面电阻A=πD2/4，则：ε—轴向应变，ε=dL/LdAAdDD2据材料力学：dDDdLLdD/D——金属电阻丝的径向应变；dL/L——金属电阻丝的轴向应变；μ——材料的泊松系数。KdRdR/)21(/电阻应变灵敏系数。中国石油管道学院2020/3/2626π——半导体材料的压阻系数σ——纵向应力,E——半导体材料的弹性模量；ε——纵向应变。1.金属导体ERREK返回上一页E(1-2-16)(1-2-17)Ｋ=E，半导体灵敏系数。2.半导体KRR)21(（1-3-7）Ｋ=1+2μ，导体应变灵敏系数。中国石油管道学院2020/3/2627二、应变片应变片返回中国石油管道学院2020/3/2628三、压力传感器返回下一页由图可得（1-3-8）应变筒1.应变式压力传感器URRRRRRRRUUUcbabsc))((43213241中国石油管道学院2020/3/2629桥路处于平衡时，应使Usc=0，即应满足RRRR1423若四个桥臂电阻均为应变片，有压力作用时，设每个桥臂电阻变化△Ri,并且△RiRi，在桥路平衡的条件下，可得URRRRRRRRRRRRUsc1212211224433()()（1-3-9）（1-3-10）返回下一页上一页若R1、R2为应变片，R3、R4为固定精密电阻（ΔR3=ΔR4=0），且R1=R2，但ΔR1≠ΔR2，据应变原理RRRR2211ΔR1/R1——应变筒的轴向应变；ΔR2/R2——应变筒的径向应变。中国石油管道学院2020/3/2630则UURRUKsc414111()()桥路输出电压Usc与应变成正比，而与应变筒的轴向应变成正比。（1-3-11）返回上一页Usc与被测压力P成正比，测得Usc可知P。中国石油管道学院2020/3/26312.压阻式压力传感器返回特点：易于微小型化：灵敏系数高：测量范围宽：精度高、工作可靠。中国石油管道学院2020/3/2632返回第三节电容式压力传感器工作原理压力（差压）变送器压力传感器变送器输出与被测参数的换算关系中国石油管道学院2020/3/2633平行板电容器dACε—极板间介质的介电常数；A—两平行板覆盖面积；d—两平行板之间距离。改变d能够获得较高灵敏度，可测量微米数量级的位移；改变介电常数ε常用于物位测量。改变A只适用于测量厘米数量级的位移；一、工作原理返回下一页中国石油管道学院2020/3/2634无压力时，初始电容为dAC0动极板平行位移Δx时)1()1(0CdACxaxCdxbCCCx00线性，增加b或减小d，可提高灵敏度。改变a会如何呢？00CCCCx有压力时，θ≠0返回下一页上一页初始电容为dbadAC0xdbCdxabCx0)(1．变面积式中国石油管道学院2020/3/2635电容量C与极板间距d为非线性，P=0时，动极板位移x=0，两极板间距为d，电容量为dAC0P0时，动极板位移，间距减小xCAdxAdxdx()1当xd时，可近似为)1(0dxCCxaxCC0返回上一页2．变间隙式（改变d）中国石油管道学院2020/3/2636变面积式压力传感器返回中国石油管道学院2020/3/2637根据变送器的测量范围、工作能源、输出信号范围可由下式求得下下上）IIILlxI(min0I0—变送器的输出信号值；x—被测参数的测量值（单位量纲应与变送器量程一致）；I上、I下—变送器输出的上限值、下限值;lmin—变送器测量范围的下限值。各种输出与被测参数满足线性关系的变送器均可适用。返回四、变送器输出与被测参数的换算关系中国石油管道学院2020/3/2638第四节电感式压力传感器自感式传感器互感式传感器返回中国石油管道学院2020/3/2639一、自感式传感器LNRM2N—线圈匝数；RM—磁路总磁阻。当空气隙δ较小时，总磁阻为RlAAM102μ—导磁体导磁率；μ0—空气导磁率；l—导磁体长度；δ—气隙长度；A1—导磁体截面积；A—气隙截面积。返回一般:导磁体磁阻空气隙磁阻则前项可略，线圈电感可为：下一页LAN0221.工作原理中国石油管道学院2020/3/26402.差动式自感传感器返回下一页0000000002)2(4LjRLjULLjRjUU对高Q值差动式传感器（Q=ωL0/R0）上一页KUU