仪表新教材

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1、1 常用工业检测及控制仪表常用工业检测及控制仪表 . . 压力及物位检测仪表压力及物位检测仪表 . . .压力检测仪表压力检测仪表 在工业生产过程中，压力往往是重要的操作参数,经常需要对压力进行检测和控制，尤其是在化工、 炼油等生产中，检测的压力有时比大气压高出很多，如合成氨生产过程中的氨合成，要求合成塔在 32MPa 下的高压下进行；也有的被测压力比大气压低的多，如炼油厂的减压蒸馏要求在负压下才能进行正常操作。 在很多情况下，借助于对压力或差压（压力差）的检测，可以实现对液位、流量或质量等工艺变量检测。 此外，为保证生产的正常进行，确保设备的安全运行，对压力检测或控制的要求很高。因此，压力检

2、测是 工业生产最重要和最普遍的措施之一。 在压力测量中，常用绝对压力、表压力、负压力或真空度之分。所谓绝对压力是指被测介质作用在容 器单位面积上的全部压力。用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。地面上的空气柱所产生的平均压力 称为大气压力。用来测量大气气压力的仪表叫气压表。绝对压力与大气压力之差。称为表压力。当绝对压 力值小于大气压力值时，表压力为负值（即负压力） ，此负压力值的绝对值，称为真空度。用来测量真空 度的仪表称为真空表。既能测量压力值又能测量真空度的仪表叫压力真空表。 . . . .常用压力检测仪表及分类常用压力检测仪表及分类 1 1、 常用测压仪表的分类常用测压仪表的分类 检测压

3、力的仪表很多，按其转换原理不同，可分为四类。 1 液柱式压力计根据物体静力学原理，将被测压力转换成液柱的高度进行检测。常用的有 U 型管压力 计、单管压力计和斜管压力计等。它们结构简单、测量较准确。但测量范围较小，不适合工厂现场使用， 一般只在实验室或仪器校验时使用。 2 弹性式压力计根据弹性元件受压产生机械变形原理检测压力。如果弹簧管压力表，膜片式波纹管式压力 表等。常用检测元件有弹簧管、膜片、膜盒盒波纹管等，如图 1-1 所示。 (a)弹簧管 （b）膜片 （c）膜盒（d）波纹管 图1-1弹性元件示意图 3 电气式压力计此类仪表利用弹性元件将压力转换成机械量，再通过电气元件将机械量转换成电量

4、，实 现测压目的。电阻式、电容式、频率式、霍尔式等各种压力传感器盒压力变送器都属此类仪表。电气式 压力计便于远距离传送盒集中显示与控制，可以与计算机结合构成自动检测系统和自动控制系统。 4 活塞式压力计根据水压机液体传送压力的原理，利用活塞 将被测压力、转换成对活塞的推力进行测量。它检测精度高， 一般作为标准压力仪器可用来对其他压力表进行校验和标定。 2 2、 弹簧管压力表弹簧管压力表 弹簧管压力表由单圈弹簧管、传动放大机构、指针和刻度盘等 部分组成。如图所示测压元件是弹簧管 1，它是一根弯成约 2700的圆弧扁形截面积的金属管。弹簧管的自由端 B 封闭，管 子的另一端 A 固定在接头 9 上

5、，当被测压力户由接头 9 通入弹 簧管内时，使扁形截面的空心弹簧管趋向于圆形，从而使弹簧 管的自由端 B 产生位移。自由端 B 向右上方移动，通过连杆 2 带动扇形齿轮 3 逆时针转动，带动中心齿轮 4 顺时针转动。与 中心齿轮同轴的指针 5 也随之做顺时针转动，在刻度盘 6 上指 示出被测压力值。 传动放大机构由拉杆 2、扇形齿轮 3 和中心齿轮 4 组成。弹簧管的自由端位移与压力在一定范围 内是线性的，因此压力表的刻度是均匀的。 游丝 7 用来消除扇形齿轮和中心齿轮之间的啮合间隙所产生的变差，并使指针自动回零。 改变指针和中心齿轮输出轴的角度，可以对压力表进行调零；改变调整螺钉 8 的位置

6、，就改变了机械传 动的放大倍数，可以实现对压力表的量程上限进行调整。 普通弹簧管压力表的弹簧管是用铜质材料制成的。一般被 测压力 p20MPa 时，采用磷青铜； 2 P20MPa 时 ，则采用不锈钢或合金材料。 弹簧管压力表的测量范围很广，结构简单，价格便宜，在工厂中使用极为广泛。 3 3、压力传感器、压力传感器 压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量 的电信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警使用。 1. 应变式压力传感器 应变式压力传感器是把压力的变化转换成电阻值的变化来进行测量的，应变片 是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值

7、随压力所产生的应变而变化。 2. 压电式压力传感器 压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应，目前广泛使用的压电材 料有石英和钛酸钡等，当这些晶体受压力作用发生机械变形时，在其相对的两个侧面上产生异性电荷，这 种现象称为“压电效应” 。 3.压阻式压力传感器 普通的压阻式压力传感器其敏感控测惠斯顿全桥的四个力敏电阻是用集成电路工艺 制造的，电阻间用 PN 结相互隔离。由于受到 PN 结耐温限制，最高使用温度仅 125，而实际上由于 PN 结反向漏电流随温度的指数上升关系，在温度超过 100后，传感器性能已大大劣化，这限制了普通压阻 传感器的可用温度范围。利用厚薄膜技术制作力敏电阻，可将使

8、用温度扩展至 125；利用多晶硅 SOI 技 术制作力敏电阻，可将使用温度扩展至 150；利用传统 SOS 技术和先进的 SOI 技术可将使用温度扩展至 180-350；利用最新的 相高温力敏材料碳化硅与 SOI 技术的结合，可将使用温度扩展至 450- 850。 4.电容式压力传感器 采用可变电容作为敏感元件，当压力增加时，测量膜片发生位移，因此低压侧电 容量增加，高压侧电容量减少，差动电容是接在高频振荡器的输出回路上，这样就将差动电容变化量转变 为电流值的变化，经放大等处理后输出 420maDC 的标准电流。 4 4、压力及差压变送器、压力及差压变送器 我厂所用变送器多为智能式变送器，智能

9、式变送器是由传感器和微处理器（微机）相结构而成的。它 充分利用了微处理器的运算和存储能力，可对传感器的数据进行处理，包括对测量信号的调理（如滤波、 放大、A/D 转换等） 、数据显示、自动校正和自动补偿等。 微处理器是智能式变送器的核心。它不但可以对测量数据进行计算、存储和数据处理，还可以通过反馈 回路对传感器进行调节，以使采集数据达到最佳。由于微处理器具有各种软件和硬件功能，因而它可以完 成传统变送器难以完成的任务。所以智能式变送器降低了传感器的制造难度，并在很大程主上提高了传感 器的性能。另外，智能式变送器还具有以下特点： 1.具有自动补偿能力，可通过软件对传感器的非线性、温漂、时漂等进行

10、自动补偿。 可自诊断，通电后可对传感器进行自检，以检查传感器各部分是否正常，并作出判断。 数据处理方便准确，可根据内部程序自动处理数据， 如进行统计处理、去除异常数值等。 2.具有双向通信功能。微处理器不但可以接收和 处理传感器数据，还可将信息反馈至传感器，从而 对测量过程进行调节和控制。可进行信息存储和记 忆，能存储传感器的特征数据、组态信息和补偿特 性等。 3.具有数字量接口输出功能，可将输出的数字信 号方便地和计算机或现场总线等连接 需要在控制室内显示压力的仪表，一般选用压 力变送器或压力传感器，对于爆炸危险场所，常选 用气动压力变送器、防爆型电动型压力变送器； 对于微压力的测量，可采用

11、微差压变送器；对粘稠、 易堵、易结晶和腐蚀强的介质，宜选用带法兰的膜 片式压力变送器；在大气腐蚀场所及强腐蚀性等介质测量中，还可选用 1151 系列或 820 系列压力变送器。 压力变送器测量部分的测压敏感元件所产生的测量力的大小范围约为 50100，最高不超过 150N。根据这 一要求，敏感元件的选择依据由制成的波纹管，当被测压力进入测量室后，经测量波纹管转换成测量力， 通过推杆用在主杠杆上，传递到气动转换部分。测量中、高压 2.510MPa,1060 MPa）的敏感元件一般采 用铬钒钢制成的包端管,它的测量原理是利用包端管末端产生的径向分力,通过推杆作用在主杠杆的下端, 带动变送器的气动转

12、换部分动作。 4 4、压力开关、压力开关 工作原理 当被控系统的压力上升或下降时，控制器的相应调节弹簧和波纹管产生伸长或收缩的位移，通 过杠杆推动开关动作，切断或接通控制电路。 3 压力开关常用于连锁保护和压力的两位式控制，在甲醇的空分、压缩和空压站应用较多，其常见故障如下: 1、不动作： 介质脏造成导压管堵塞 拆卸安装后没有打开阀门 波纹管开焊破裂 机械卡涩 3、 误动作： 接头松动泄露 波纹管突然破裂 导压管堵塞 调节弹簧腐蚀控制器性能发生变化 线路短路或开路 维护 保证压力控制器的正常运行应做好维护工作 1、经常检查导压管接头是否有泄露 2、检查信号线是否接触良好 3、对脏污介质在工艺允

13、许的情况下排污清理 4、定期对控制器进行校验 主流变送器的介绍主流变送器的介绍 在二十世纪八十年代，美国霍尼韦尔公司首先推出了 ST3000 系列智能变送器，随后世界上其它仪表 公司也都推出了类似的智能变送器。它的特点是：在检测部件中除了压力传感器还有温度传感器，产品采 用微机械电子加工技术、超大规模的专用集成电路和表面安装技术;精度较高，一般都在 0.1 级至 0.2 级， 有的能达到 0.075 级，量程比宽能达到 1：100，其它如温度性能、静压性能、单向过载性能等比以往的 变送器有很大的提高;智能变送器可以在手操通讯器上远方设定仪表的零点和量程，因此仪表可以在不通 信号压力的情况下更改

14、测量范围，这对于人员难以到达的场合特别感到方便。智能变送器和 DCS 控制系统 之间能实现数字通信，这就为下一代的全数字化的现场总线控股系统提供了条件。 主流智能变送器主要有苏州兰炼富士系列、罗斯蒙特系列、EJA 系列。 苏州兰炼富士系列智能变送器采用硅微电容传感器及浮动膜盒结构，即膜盒完全浮动在填充液中，因 此工艺条件、环境条件的变化对它几乎不发生影响，仪表的静压性能、温度性能、单向过载性能得到了很 大的提高，它将被测参数转变为静电容量，然后通过测量硅电容的方法来得到被测的差压或压力。 罗斯蒙特系列采用硅电容式传感器，它将被测参数转变为电容的变化，然后通过测量电容的方法来得 到被测的差压或压

15、力。 EJA 系列智能变送器系列采用硅谐振式传感器，核心部件为硅谐振梁结构，利用测量二个谐振梁的频 率之差，即可得到被测介质的压力或压差。由于硅谐振式传感器中的硅梁、硅膜片、空腔被封在微型真空 中，使它既不与充灌液接触，在振动时又不受空气阻力的影响，所以用它制成的仪表性能稳定。 下面具体介绍以下采用 HART 通讯的 3051 智能变送器： 3051C 型共面（Coplanar ）设计用于测量差压（DP） 、表压（GP）和绝压（AP） 。3051C 型变送器采用 罗斯蒙特股份有限公司电容式传感器技术来测量差压和表压。压阻式传感器技术用于3051T 型和 3051C 型绝压测量传感器。 3051

16、 型变送器主要部件为传感器模块和电子元件外壳。传感器模块包括充油传感器系统（隔离膜、充油 系统和传感器）以及传感器电子元件。传感器电子元件安装在传感器模块内并包括一温度传感器（电阻式 测试检测器） 、储存模块和电容/数字信号转换器（C/D 转换器） 。来自传感器模块的电子信号被传输到电 子元件外壳中的输出电子元件。电子元件外壳包括输出电子线路板（微处理器、储存模块、数字/模拟信 号转换器或 D/A 转换器） 、 本机零点及量程按钮和端子块。3051CD 型变送器基本简图如图 1-1 所示。 电容信号在 C/D 转换器中被转换成数字信因为 3051C 型变送器设计压力适用于隔离膜，当油偏离中心膜 时，改变电容信号。然后该号。随后微处理器从电阻式温度检测器和 C/D 转换器中获取信号并计算出正 确的变送器输出。 随后，该信号被送到 D/A 转换器，D/A 转换