第三章压力测量

第三章压力、压差测量仪表郭妙娜第一节概述1压力、压差测量的意义：在发电厂生产过程中，正确地测量和控制压力是保证生产过程良好运行，减低能源消耗的重要环节，是提高经济效益的有力保证。也可以防止生产设备因压力过压所引起的设备损坏或爆炸。如在发电厂中饱和蒸汽可以由压力直接确定其状态；所以，通过压力测量，还可以监视各重要压力容器运行情况，如除氧器、加热器等以及压力管道的承压情况，防止社超压爆破。2概念2.1压力的定义：压力是垂直地作用在单位面积上的力，即物理学上的压强。工程上常将压强称为压力，压强差称为压差，压力的表达式：p＝F/AP――压力（Pa、MPa)F――垂直作用力A――受力单位面积m2压力单位换算表见P156页2.2单位在国际单位制（SI）和我国法定计量单位中，压力的单位是“帕斯卡”，简称“帕”，符号为“Pa”。即1N的力垂直均匀作用在1m2的面积上所形成的压力值为1Pa。21222kgm1Pa1N/m11kgmsms过去采用的压力单位“工程大气压力”（kgf/cm2）、“毫米汞柱”（mmHg）、“毫米水柱”（mmH2O）、“物理大气压”（atm）、“巴”（bar）、“PSI”等均应改成法定计量单位帕。1kgf/cm2=0.9807×105Pa1mmH2O=0.9807×10Pa1mmHg=1.332×102Pa1atm=1.01325×105Pa1bar=105Pa1PSI=6.89×103Pa2.3压力的表示方式由于压力参考点不同，在工程上压力的表示方式有3种：绝对压力Pa、表压P、真空度或负压Pv1)绝对压力Pa是被测介质作用于物体表面上的全部压力，以绝对压力零位为基准（也就是以绝对真空作为基准所表示的压力）。用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。2)表压P是指一般压力表所测得的压力，它以大气压为基准，等于绝对压力与当地大气压P0的之差。（由于大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力，故相对压力也称表压力）P＝Pa－P03)真空度指接近真空的程度。当绝对压力小于大气压是，表压力为负值，其绝对值称为真空度。Pv＝P0－Pa它们的关系：绝对压力=大气压力+相对压力真空度=大气压力-绝对压力★我国法定的压力单位为Pa（N/㎡），称为帕斯卡，简称帕。由于此单位太小，因此常采用它的106倍单位MPa（兆帕）。4)差压是任意两个压力的差值，用△p表示，是相对压力，即是以其中一个压力作参考点差压在热工量中用得很多，差压测量使用的仪表为差压计，压力高的一侧为正压、低的一侧为负压。3压力测量仪表的分类★测量压力的仪表，按信号原理不同，大致可分为四类：液柱式：根据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度弹性式：根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移来实现测量的。负压式（活塞式）：基于重力平衡原理，主要为活塞压力计。根据水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。电气式：将被测压力转换成各种电量，如电感、电容、电阻、电位差等，依据电量的大小实现压力的间接测量。★压力测量仪表的测量范围仪表类型微压表低压表中压表高压表超高压表测量范围/MPa≤0.010.01～0.60.6～1010～600≥600第二节液柱压力计◆液柱压力计是利用液柱所产生的重力与被测压力平衡，并根据液柱高度来确定被测压力大小的压力计。一般用水、水银、酒精等作为工作液，采用U形管、单管进行测量，且要求工作不能与被测介质起化学作用，并保证管内界面界线清晰。★常用的有U形管压力计、单管压力计、斜管压力计。液柱压力计特点●优点：结构简单、使用方便、准确度较高。●缺点：量程受液柱高低的限制，玻璃管易碎，只能就地显示，不能远传。采用水银或水为工作液，用U形管或单管进行测量，常用于低压、负压或压力差的检测被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、风道各段压力、通风空调系统各段压力的测量。1U形管压力计1.1原理：在U形管的两个管口分别接压力p1、p2。当p1＝p2时，两管的液体高度相等，当p1p2时，管内的液面便会产生高度差，如果将其中一管通大气压，则所测得的压力为表压。h形管压力计△P=P1－P2=ρg(h1+h2)提高工作液密度将增加压力的测量范围，但灵敏度要降低。U形管压力计1.2用U形管测量压力时,其误差主要有:•温度误差•安装误差•重力加速度误差•传压介质误差•读数误差2单管压力计2.1由于U形管压力计需两次读取液面高度，为使用方便，设计出一次读取液面高度的单管压力计。其实就是两个管子的直径大小相差大，（即作成一边大一边小），且将读数改为一边读数。如图：3斜管压力计•因用U形管或单管压力计来测量微小压力时，由于液柱高度变化很小，读数困难。为提高灵敏度，减小读数误差，将单管压力计的玻璃管制成斜管，以拉长液柱。•主要用来测量微小压力、负压和压力差。•如图ph斜管压力计p0倾斜角度越小，ｌ越长，测量灵敏度就越高；但不可太小，否则液柱易冲散，读数较困难，误差增大。这种倾斜管液柱式压力计可以测量到0.98Pa的微压。为了进一步提高微压计的精确度，应选用密度小的酒精作为工作液体。第三节弹性压力计用弹性传感器（又称弹性元件）组成的压力测量仪表称为弹性式压力计。弹性元件受压后产生的形变输出（力或位移），可以通过传动机构直接带动指针指示压力（或压差），也可以通过某种电气元件组成变送器，实现压力（或压差）信号的远传。CPACFxCxFPAF1、原理:弹性元件受外部压力作用后，通过受压表表现为力的作用，其力F的大小为：F＝APA—弹性元件受力面积m2C—弹性元件的刚度系数N/mX—弹性元件在外力F的作用下所产生的位移，m2、弹性元件弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形，变形大小与被测压力成正比关系。弹性元件是弹性压力计的测压敏感元件。★工业常有的敏感元件有3种：弹簧管（也叫波登管）、膜片（膜盒）、波纹管。2.1弹簧管•弹簧管（也叫波登管）敏感元件是一根弯成270º圆弧，截面积显椭圆形（或扁圆形）的弹性空心C形管（金属管）。•管子的自由端B封闭，另一端A开口且与固定在接头上。★当被测介质从开口端进入并充满弹簧管的整个内腔时，弹簧管椭圆截面在被测压力的作用下将趋向圆形。由于弹簧管的长度一定，弹簧管随着压力产生向外挺直扩张变形，结果改变弹簧管的中心角，使其自由端产生位移，带动指针旋转。2.2膜片（膜盒）•膜片是一种沿外缘固定的片状测压弹性元件，在外力的作用下通过膜片的变形位移测量取得压力的大小。•膜片有平面膜片、波纹膜片和挠形膜片。•平面膜片：可承受较大被测压力，一般用在测量较大压力且要求变形不大时使用，但灵敏度不高。•波纹膜片：是一种压有环状同心的圆形薄膜，波纹数目、形状、尺寸和分布均与压力测量范围有关。灵敏度高，适用小量程。•为提高灵敏度，将两块金属膜片沿周边对焊起来，形成一个薄膜盒子，称为膜盒。•挠形膜片：一般不单独作为弹性元件使用。•★膜片可直接带动传动机构就地显示，但位移小，灵敏度低，更多的是与变送器配合使用。2.3波纹管•是一种具有等间隔同轴环状波纹，能沿轴向伸缩的测压弹性元件。形状类似手风琴的褶皱风箱。•由于波纹管的位移较大，一般可直接带动传动机构，就地显示。•优点：灵敏度高，可用来测取较低压力或压差；•缺点：波纹管迟滞误差较大，准确度最高只有1.5级。3单圈弹簧管压力表3.1结构●结构简单，使用方便，价格低廉，使用范围广，测量范围宽●可测负压、微压、低压、中压和高压●精度有0.5、1.0、1.5、2.5等一般式压力表精密压力表3.2工作原理当被测介质从开口端进入并充满弹簧管的整个内腔时，弹簧管椭圆截面在被测压力的作用下将趋向圆形。由于弹簧管的长度一定，弹簧管随着压力产生向外挺直扩张变形，结果改变弹簧管的中心角，使其自由端产生位移，带动指针旋转3.3电接点压力表其测量工作原理和一般弹簧管压力计完全相同。它有一套发讯机构，在指针的下部有两个指针，一个为高压给定指针，另一个为低压给定指针，利用专用钥匙在表盘的中间旋动给定指针的销子，将给定指针拨到所要控制的压力上、下限值上。电接点压力表（径向）电接点压力表的用途：a、可作为高、低压报警；b、可以接其它继电器等自动设备，起联锁和自动操作作用；C、但不能远传压力指示。▲触点的供电电压：交流电不得超过380V，直流220V以下；▲触点的最大容量10VA，电流1A。下图为不锈钢耐震电接点压力表★在热力生产过程中，不仅需要进行压力的显示，而且还需要将压力控制在某一范围内。例如：锅炉汽包压力，过热蒸汽压力等3.4膜片电接点压力表常用于火力发电厂锅炉风烟系统的风、烟压力测量及锅炉炉膛负压测量。测量范围为150～4000Pa，准确度等级一般为2.5级3.5膜合式微压表原理：压力信号从引压口、导压管引入膜盒，使膜盒产生变形。通过传动机构带动指针转动进行压力值指示。用途：常用于火力发电厂锅炉风烟系统的风、烟压力测量及锅炉炉膛负压测量。结构图：测量范围为150～4000Pa，准确度等级一般为2.5级。膜合压力表YEJ—1、YEJ—1F矩形膜合压力表用于测量不起腐蚀作用的空气或其他气体介质的微压或负压，一般用在空气管道、燃烧装置以及其他类似的设备上。矩形膜合压力表耐震压力表第四节负荷式压力计•特点：应用范围广、结构简单、稳定可靠、准确度高、重复性好。•是检验、标定压力表的标准仪器之一。•常用有活塞式压力计、浮球式压力计1活塞式压力计1.1原理：是根据流体静力平衡原理工作的，利用压力作用在活塞上的力与砝码的重力相平衡的原理设计而成的。如图所示。主要由压力发生部分和测量部分组成。压力发生部分测量部分常用校验压力表的标准仪器－－活塞式压力计超高压活塞压力计1.2使用注意事项(1)使用前应检查油路是否畅通，密封处是否紧固，不得存在有堵塞或泄漏的现象。(2）活塞进入活塞筒中的部分等于活塞全长的3/3～3/4。(3)活塞压力计的编号应与专用砝码编号一致。(4)活塞与活塞筒之间配合间隙非常小，测量时应轻轻地转动活塞。(5)活塞应处于沿直位置，可应用活塞压力计底盘上的水泡来调节。(6)当用作检定压力仪表的标准仪器时，其压力计的综合误差应不大于被检仪表基本误差的绝对误差的1/3,2浮球式压力计组成：由浮球、喷嘴、砝码支架、专业砝码、流量调节器、气体过滤器、底座组成。•浮球压力计主要用于计量室、实验室以及生产或科学实验环节作为压力基准器使用。浮球式压力计是以压缩空气或氮气作为压力源，以精密浮球处于工作状态时的球体下部的压力作用面积为浮球有效面积的一种气动负荷式压力计。如右图所示。（右图）浮球式压力计原理图工作原理从汽源来的压缩空气经气体过滤器减压，再经流量调节器调节,达到所需流量(由流量计读出)后，进入内腔为锥形喷嘴，并喷向浮球，气体向上的压力使浮球在喷嘴内漂浮起来，浮球上挂有砝码，和砝码架，当浮球所受的向下的重力和向上的浮力相平衡时，就输出一个稳定而准确的压力。浮球式压力计具有下列特点：（与活塞式压力计相比）1、浮球式压力计内置自动流量调节器，增、减砝码后无须再作任何操作，即可得到精确的输出压力；2、工作时浮球不下降，可连续稳定地输出精确的压力信号；3、浮球式压力计具有流量自行调节功能，其精确度与操作者的技术水平无关；4、仪器工作时气流使浮球悬浮于喷嘴内，球体与喷嘴之间处于非接触状态。其摩擦小、重复性好、分辨能力高，且免除了旋转砝码的必要。这是浮球式压力计所独具的特性；5、工作进程中，气流能不断地对浮球体进行自清洗，确保仪器的高可靠性。浮球式压力计的底盘安装在一个箱式底座上（右图所示），底盘即为压力计的工作台面。其上设有水平仪和操控阀，其下侧设有气源接口，用于压力计与压力源的连接。第五节电气式压力检测仪表★电气式压力检测仪表是利用压力敏感元件，将被测压力转换成各种电量，如电阻、频率、电荷量等来实现测量的。★能实现压力－电量转换的压敏元件主要有压电材料、应变片和压阻元件。★适合于压力变化快和高真空、超高压的测量。主要有压电式压力计、压阻式压力计等。5.1压电式压力计主要用于测量内燃机汽缸、进排气管压力。