压力检测方法及仪表

压力检测方法及仪表第四章压力控制系统4-1压力检测方法及仪表4-2简单控制系统4-3复杂控制系统第四章压力控制系统4-1压力检测方法及仪表1-1概述1-2压力表1-3选择、安装与校验4-1压力检测方法及仪表1-1概述１、概念垂直而均匀地作用在单位面积上的力式中Ｐ——压力（Pa）Ｆ——均匀垂直作用力（N）Ｓ——受力面积（m2）单位:牛顿/米2（N/m2），简称“帕”，用符号“Pa”1MPa=1*103KPa=1*106Pa２、单位国际单位制（SI）---帕（Pa），1工程大气压=1kgf/cm2=98066.5Pa1标准大气压=760mmHg=101325Pa1毫米汞柱＝1mmHg=13.6mmH2O=133.322Pa1毫米水柱＝1mmH2O=1kgf/m2=9.80665Pa３、压力的表示方法被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压（或真空度）P表甲物体承受压力1大气压力线P绝P真P绝100绝对压力零线绝对压力、表压力、真空度的关系图乙物体承受压力４、分类液柱式压力计弹性式压力计电气式压力计活塞式压力计将被测压力转换成液柱高度差进行测量液柱式压力计弹性式压力计（1）测压原理：利用各种弹性元件在被测介质压力作用下会产生弹性变形。（2）特点：结构简单，价格便宜、测压范围宽，测量精度也比较高(3)适用场合：在生产过程中获得了最广泛的应用。电气式压力计（1）测压原理：把压力转换为电阻、电容、电感或电势等电量，从而实现压力的间接测量。（2）特点：反应较快，测量范围较广、精度可达0.2%，便于远距离传送。在生产过程中可以实现压力自动检测、自动控制和报警。(3)适用场合：适用于测量压力变化快、脉动压力、高真空和超高压的场合。活塞式压力计：将压力转换成活塞上平衡砝码的重量进行测量。1-2压力表1、液柱式压力计２、弹性式压力计3、电测压力法1、液柱测压法将被测压力转换成液柱高度差进行测量常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞式压力表等。测量原理hh12211Ｐ1Ｐ2h2P0h1h211p200２、弹性式压力计弹性元件P弹簧管式弹性元件P膜片式弹性元件将被测压力转换成弹性元件变形的位移当弹性元件在轴向受到外力作用时，就会产生拉伸或压缩位移，即S~P式中F——轴向外力S——位移C——弹性元件的刚度系数式中A——弹性元件承受压力的有效面积P——被测压力弹簧管压力表弹簧管拉杆指针中心齿轮扇形齿轮接头游丝刻度盘调整螺钉3、电测压力法1.弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成相应的电信号，如电阻式、电感式、电容式、霍尔片式、应变式、振弦式等；2.非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理性质与压力有关，如压电式、压阻式、压磁式等。利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被测压力变换为电信号来进行测量的。电容式测压采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量，然后通过测量电容量C便可以知道被测压力的大小，从而实现压力-电容转换的。定极板弹性元件动极板被测压力ε——电容器极板间绝缘介质的介电常数，F/mA——电容器两平行板覆盖的面积，m2d——两平行板之间的距离，mC——电容量，F压电式测压原理根据“压电效应”把被测压力变换为电信号的。（a）单晶体（b）剖面图（c）X截割的石英片受力面积作用在受力面积上的压力压电常数电荷数应变片式测压原理外力作用应变片被测对象表面产生微小机械变形应变片敏感栅随同变形电阻值发生相应变化1—敏感栅2—基片3—粘合剂4—引线5—覆盖片敏感栅直径为0.025mm左右的合金电阻丝基底绝缘覆盖层保护位移、力、力矩、加速度、压力应变弹性敏感元件组成l54321霍尔式压力表线性非均匀磁场弹簧管霍尔片K——霍尔式压力传感器输出系数χ——自由端霍尔元件的位移量磁钢霍尔片+弹簧管霍尔式压力表霍尔式压力表属于电气式压力表。测压原理：利用霍尔片式传感器（根据半导体材料的霍尔效应的原理）实现压力-位移-霍尔电势的转换。霍尔片：是一种半导体或化合物半导体转换元件。霍尔效应：把一块霍尔元件置于均匀磁场中，并使霍尔片与磁感应强度B的方向垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵向端面上通入恒定的控制电流I，则会在霍尔片的两个横向端面之间形成电位差VH，此电位差称为霍尔电势。差压（压力）变送器作用：将各种物理量转换成统一的标准信号差压变送器力平衡式变送器位移平衡式变送器气动单元组合仪表（简称为QDZ仪表）20～100KPa电动单元组合仪表（简称为DDZ仪表）DDZ-Ⅱ型仪表为0～10mADCDDZ-Ⅲ型仪表为4～20mADC或1-5VDC1—低压室2—高压室3—测量元件（膜盒、膜片）4—轴封膜片5—主杠杆6—过载保护片7—静压调整螺钉8—矢量机构9—零点迁移弹簧10—平衡锤11—量程调整螺钉12—检测片（衔铁）13—差动变压器14—副杠杆15—放大器16—反馈动圈17—永久磁钢18—电源19—负载20—调零弹簧测量机构杠杆机构检测放大机构反馈机构力平衡式压力变送器主杠杆矢量机构将F1分解成F2和F3，副杠杆平衡：l1l4l3l0lfl2F1F3F2FfF0HMFi5481214θθ微位移式变送器I0（1）测量部分填充液（硅油）固定电极可动电极P1转换放大单元P2电容式压力传感器隔离膜片测量部分包括电容膜盒、高低压室及法兰组件等.测量原理:将被测压力的变化转换成电容量的变化。。智能差压（压力）变送器在普通压力传感器上增加微处理器特点：具有远程通讯的功能，依靠手操通信器，用户可在现场或控制室设定变送器各种参数，使用维护方便，长期稳定工作，每5年才需校检一次。以3051C为例：组成：传感膜头：被测压力---A/D转换----数字信号电子线路板：对信号进行修正，线性化处理---D/A转换--4～20mA信号A/D转换器温度传感器电容传感器传感膜头内存修正系数膜头信号微处理器传感器线性化重设量程诊断工程单位通信电子板内存量程值变送器组态信息D/A转换数字通信本机量程和零点调整手操器传感膜头电子线路板3051C型智能变送器原理图1-3选择、安装与校验１、压力表的选择（１）仪表的类型必须满足生产过程的要求，例如是否要求指示值的远传或变送、自动记录或报警等；被测介质的性质及状态（如腐蚀性强弱、温度高低、粘度大小、脏污程度、易燃易爆等）是否对仪表提出了专门的要求；仪表安装的现场环境条化，如环境温度、电磁场、振动等。统筹分析这些条件后，正确选用仪表类型，这是仪表正常工作并确保生产安全的重要前提。（2）仪表的量程仪表的量程是根据被测压力的大小和保证仪表寿命等方面来考虑的，通常仪表的上限值应稍大于工艺被测压力的最大值。为了避免压力计超过负荷而破坏，仪表的上限值应高于生产过程中可能出现的压力的最大压力值。对于弹性式压力计，在被测压力比较平稳的情况下，被测最大压力应为压力计的上限值的3/4；在压力波动较大测量场合，被测最大压力应为压力计的上限值的2/3。一般为了保证测量的精度，被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3。（3）仪表精度等级应根据生产工艺对压力测量所允许的最大误差来决定。工业用选1.5级或2.5级，实验室或校验选用0.4级及0.25级以上。２、压力表的安装（1）取压点的设置必须有代表性，应将取压点选在能正确而及时反映被测压力实际数值的地方。例如，设置在被测介质流动平稳的部位，不应太靠近有局部阻力或其他受干扰的地方。取压管内端面与设备连接处的内壁应保持平齐，不应有突出物或毛刺，以免影响液体的平衡流动。（2）测量蒸汽压力时，应装设冷凝管，以避免高温蒸汽与测压元件直接接触。对于有腐蚀性或粘度较大、有结晶、沉淀等介质，可安装的隔离罐，罐中充以中性的隔离液体，以防腐参与蚀或堵塞导压管和压力表。（3）取压口到压力表之间应装有切断阀，以备检修压力表时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。需要进行现场校验或经常冲洗导压管的地方，切断阀可改用三通阀。（4）当被测压力较小，而压力表与取压口又不在同一高度，对由此液柱高度差而引起的测量误差，应进行修正。（5）当被测压力波动剧烈和频繁（如泵、压缩机的出口压力）时，应装缓冲器或阻尼器。３、压力表的校验（1）校验仪器常用校验压力表的标准仪器为活塞式压力表，它的准确度等级有0.02、0.05和0.2级，可用来校准0.25级精密压力表，亦可校准各种工业用压力表，被校压力的最高值有0.6MPa、6MPa、60MPa三种。（2）校验方法1）检验点应在测量范围内均匀选取3~4个点，一般应选在带有刻度数字的大刻度点上。2）均匀增压至刻度上限，保持上限压力3min，然后均匀降至零压，主要观察指示有无跳动、停止、卡塞现象。3）单方向增压至校验点后读数，轻敲表壳再读数。用同样的方法增压至每一校验点进行校验，然后再单方向缓慢降压至每一校验点进行校验。计算出被校表的基本误差、变差、零位和轻敲位移等。