压力及压差测量(上)

1热工测量仪表压力及差压测量2压力测量的意义压力是工质热力状态的主要参数之一。热力发电厂中需要测量压力和差压的地方很多，待测压力范围很宽，约从1KPa到24MPa。保证压力测量的准确性对于机组安全、经济运行具有重要意义。例如：给水压力、主蒸汽压力、凝汽器真空、各处的油压和烟风道压力等，都是运行中需要经常监视的重要参数。此外，差压测量还用于液位和流量的测量中。3压力常用的基本单位压力单位PaKgf/cm^2mmH2OmmHgmbaratm1Pa11.02*10^(-5)0.1027.501*10^(-3)10^(-2)9.87*10^(-6)1kgf/cm^29.806*10^4110^4735.56980.60.96781mmH2O9.80610^(-4)17.3556*10^(-2)9.806*10^(-2)0.9678*10^(-4)1mmHg133.313.6*10^(-4)13.611.3331.1316*10^(-3)1mbar1000.102*10^(-2)10.20.750119.87*10^(-4)1atm10.13*10^41.03310.13*10^476010131表中mmH2O值是按水温4摄氏度和重力加速度9.80665m/s^2为计算，mmHg值是按水银温度为0摄氏度和重力加速度为9.80665m/s^2计算4压力测量中的常用概念计示压力（表压力）：工程上压力计的指示值，是被测绝对压力与当地大气压力之差(可正可负)。绝对压力：真实压力相对压力（压差）（可正可负）正压：压力测量与差压测量负压：压力测量与差压测量真空度：表压低于大气压力的表压力的绝对值。5压力测量的分类依据测压原理不同，分为：1.利用重力与被测压力平衡测压力(平衡法)：如液柱式压力计和活塞式压力计2.利用弹性力和被测压力平衡测压力(变形法或弹性法)：如弹性式压力计3.利用物质其它与压力有关的物理性质测压力：如半导体压阻式传感器和压电式传感器(电气法)。6第二部分压力信号的电变送方法7引言目前，一般将能够感受压力（差压）并按一定规律将压力（差压）转换成同种或别种性质的输出变量的仪表，称为压力传感器。输出为标准信号的传感器也称为变送器。由于电信号传送方便，易于处理，大多数压力传感器以电量的形式输出。8一、电位器式压力传感器电位器式压力传感器的原理是：把测压弹性元件的输出位移转换成微型电位器滑动触点的位移，从而把被测压力的变化转换成电阻值的变化，然后用动圈式仪表或电子自动平衡电桥来测量电阻值的变化。由于存在滑动摩擦阻力（一般希望滑动触点在电位器上的滑动力矩小于0.25g*cm），以及电位器易磨损、污染等问题，因此这种电位器式压力变送器在有振动和有腐蚀性气氛的环境中不宜采用。9二、电感式压力（差压）传感器工作原理：弹性元件受压力作用后产生的位移可改变磁路中空气隙大小，或改变铁芯与线圈之间的相对位置，使得线圈的电感量发生改变，从而使压力变化的信号转换为线圈电感量变化的信号。根据这种原理构成的压力传感器形式很多，其中以差动变压器式应用最广泛，如下页图所示。10图差动变压器结构1铁芯；2初级线圈；3次级线圈；4骨架11当铁芯处于线圈中间位置时，由于初级线圈与上下两端次级线圈的耦合情况相同，两端次级线圈的感应电势e1和e2大小相等。又由于次级线圈反相串联，故e1和e2相位相反，所以总的输出电势为0。当铁芯偏离中间位置时，输出一交流电势u，其大小取决于铁芯位置偏移中间位置的大小，而相位取决于铁芯处于中间位置以上还是以下，因此也决定了与初级线圈的输入电势是同相还是反相。实验证明铁芯在一定范围内的位移与输出电势大小的关系是线性的。差动变压器的工作原理12差动变压器的注意事项供电电流将受到线圈发热的限制，特别是在低频恒压供电情况下，初级线圈发热所引起电阻值变化会造成电流的变化，使输出漂移。故初级线圈宜采用恒流供电。由于铁芯等处涡流损失，供电频率不宜太高使得灵敏度下降。在测量波动压力时，所选频率至少要比压力波动的频率高10倍。由于谐波分量的存在，实际上两端次级线圈对称也不能保证铁芯处于中间位置时输出为零。另外由于两线圈的电容不可能完全相同，所以两个次级线圈的相位差不可能正好是180。故在使用中应对这种残存电势加以限制，一般不超过最大输出电势的0.5％。13三、电容式压力（差压）变送器电容式压力（差压）变送器的基本工作原理：电容式压力变送器中，以测压弹性膜片为电容器的可动极板，它与固定极板之间形成一可变电容。随被测压力变化，膜片产生位移，使电容器的可动极板与固定极板之间的距离改变，从而改变了电容器的电容量，这样就完成了压力信号与电容量之间的变换。将激励电压加于电容器，产生的交变电流经整流、控制、放大，输出4—20mA直流电流。14结构在常用的1151系列电容式变送器中，电容式传感部分又被称为δ室，如图所示。δ室为对称结构，有完全相同的左、右两室。将玻璃与金属杯体烧结后，在玻璃上磨出球形凹面，然后在凹面上蒸镀一层金属薄膜，构成电容的固定极板。图电容部分传感示意图15当被测压力作用于隔离膜片时，通过硅油使测量膜片产生与压力成正比的位移，从而改变了可动极板与固定极板间的距离，引起电容变化，此电容变化通过引线传给测量电路。为了提高灵敏度和改善非线性可采用差动式结构。图电容部分传感示意图测量膜片焊接在两个杯体之间，成为电容的活动极板。杯体外侧焊上隔离膜片，在两室的空腔中充满硅油（或氟油）以便传递压力。