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1、压力仪表基础知识培训 主要内容 一 压力概念二 压力仪表的分类及其优缺点三 压力表的选用 校验 安装 一 压力概念 压力 垂直均匀地作用在单位面积上的力 它的法定计量单位是帕斯卡 简称帕 符号为Pa 其它常用法定计量单位还有Kpa Mpa 1Pa就是1牛顿 N 的力作用在1平方米 m2 面积上所产生的压力 绝对压力是以完全真空作为零标准的压力 在用绝对压力表示低于大气压时 把该绝对压力称为真空度 表压力是以当地大气压作为零标准的压力 通常所指压力就是指表压力 差压是用两个压力之差表示的压力 也就是以大气压以外的任意压力作零标准的压力 根据测量要求 按零标准的方法 可分为绝对压力 表压力 差压力
2、等 工业上相应检测压力的仪表有压力表 真空表 压力真空两用表 工程上检测压力多数是表压 但工程上仪表调校和计算时 又多数用绝对压力 应根据实际情况应用 aP表压 P绝对压力 P大气压 bP真空度 P大气压力 P绝对压力 二 测压仪表的分类 1 弹性式压力计 2 液柱式压力计 3 活塞式压力计 4 电气式压力计 5 压力开关 6 智能压力变送器 1 弹性压力计 弹性压力计 依据弹性力与被测压力平衡的原理制成 弹性元件变形位移量的多少反映了被测压力的大小 常用的弹性元件有弹簧管 膜片和波纹管 相应的有弹簧管压力计 膜式压力计和波纹管式压差计 弹簧管弹性元件有 弹簧管压力计 弹簧管的横截面呈椭圆形或
3、扁圆形 是一根空心的金属管 其一端封闭为自由端 另一端固定在仪表的外壳上 并与被测介质相连通 当具有压力的介质进入管的内腔后 由于弹簧管的横截面是椭圆形或扁圆形的 所以在压力的作用下它会发生变形 短轴方向的内表面积比长轴方向的大 因而受力也大 当管内压力比管外大时 短轴要变长些 长轴要变短些 管子截面趋于更圆 使弯成圆弧状的弹簧管向外伸张 在自由端产生位移 此位移经杆系和齿轮机构带动指针 指针指出相应的压力值 普通压力表精密压力表 远传式压力表电接点压力表 有的压力表背后有个小圆孔这是起什么作用的 当压力表测量气体或有毒液体时 在它的表壳背后有一个安全孔 有黑色的橡胶垫堵着 这样当弹簧管渗漏
4、损坏时 表壳内的压力会把安全阀顶开 防止壳体内的压力冲破正面的玻璃伤人 膜式压力计 膜式压力计分为膜片压力计和膜盒压力计两种 前者主要用于测量腐蚀性介质或非凝固 非结晶的粘性介质的压力 后者常用于测量气体的微压或负压 它们的敏感元件分别是膜片和膜盒 膜片压力计 a 弹性膜片 b 挠性膜片 膜盒压力计 为了增大膜片的位移量以提高灵敏度 可以把两片金属膜片的周边焊接在一起 形成膜盒 波纹管式弹性元件 这种弹性元件容易变形 而且位移大 常用于微压和低压测量 一般不超过1MPa 弹性式压力计的误差 1 迟滞误差 相同压力下 同一弹性元件正反行程的变形量不一样 产生迟滞误差 2 后效误差 弹性元件的变形
5、落后于被测压力的变化 引起弹性后效误差 3 间隙误差 仪表的各种活动部件之间有间隙 示值与弹性元件的变形不可能完全对应 引起间隙误差 4 摩擦误差 仪表的活动部件运动时 相互间存在摩擦力 产生摩擦误差 5 温度误差 环境温度的变化会引起金属材料弹性模量的变化 造成温度误差 2 液柱式压力计 液柱式压力计 是根据流体静力学原理 利用液柱所产生的压力与被测压力平衡 并根据液柱高度来确定被测压力大小的压力计 所用液体叫作封液 常用的有水 酒精 水银等 液柱式压力计多用于测量低压 负压和压力差 常用的液注式压力计有U型管压力计 单管压力计和斜管微压计 U型管压力计单管压力计斜管微压计 液柱式压力计的测
6、量误差 1 环境温度变化的影响 环境温度偏离规定温度20 后 封液密度改变对压力计读数影响 2 仪器使用地点的重力加速度影响 3 毛细现象使封液表面形成弯月面 这不仅会引起读数误差 而且会引起液柱的升高或降低 这种误差与封液的表面张力 管径 管内壁的洁净度等因素有关 难以精确得到 实际应用时 常常通过加大管径来减少毛细现象的影响 3 活塞式压力计 活塞式压力计 将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的重量进行测量 活塞式压力计是基于帕斯卡定律及流体静力学平衡原理产生的一种高准确度 高复现性和高可信度的标准压力计量仪器 4 电气式压力计 电气式压力计 电气式压力计通常是将压力的变化转换为电阻 电感或
7、电势等电量的变化 构成各种压力传感器 由于它输出的是电量 便于信号远传 尤其是便于与计算机连接组成数据自动采集系统 所以得到了广泛的应用 极大地推进了自控技术的发展 电气式压力计组成 压力传感器 测量电路和信号处理装置 电气式压力计的种类很多 分类方式也不尽相同 从压力转换成电量的途径来看 可分为电阻式 电容式 电感式等等 还有电磁效应 压阻效应 压电效应 光电效应等等 电阻应变片式压力传感器被测压力作用于弹性敏感元件上 使它产生变形 在其变形的部位粘贴有电阻应变片 电阻应变片感受被测压力的变化 按这种原理设计的传感器称为电阻应变片式压力传感器 电感式传感器工作原理 电磁感应原理为基础 把弹性
8、元件的位移量转换为电路中电感量的变化或互感量的变化当压力进入膜盒时 膜盒的顶端在压力P的作用下产生与压力P大小成正比的位移 于是衔铁也发生移动 从而使气隙发生变化 流过线圈的电流也发生相应的变化 电流表A的指示值就反映了被测压力的大小 电容式压力传感器 将压力转换为电容量的变化 然后进行测量 测量膜盒一般填充硅油 中心感应片和两边固定弧形电极 当被测压力作用在隔离膜片上时通过硅油传递压力 引到中间感应膜片 使之产生位移 这样中间膜片到俩膜片距离不相再等 使俩边电容不相等 通过转换放大为4 20mA信号 电容式传感器主要优点 输入能量小而灵敏度高 极距变化型电容式传感器只需要很小的能量就能改变电
9、容极板的位置 因此电容传感器可以测量很小的力 振动加速度 而且很灵敏 动态特性好 电容传感器活动零件少 本身具有很高的自振频率 所以动态特性好 能量损耗小 电容式传感器的工作是变化极板的间距 而电容变化并不产生热量 结构简单 适应性好 电容式传感器的主要结构是两块金属极板和绝缘层 结构很简单 在振动 辐射环境下仍能正常工作 5 压力开关 压力开关 是一种简单的压力控制装置 当被测压力达到额定值时 压力开关可发出警报或控制信号 压力开关的工作原理是 当被测压力超过额定值时 弹性元件的自由端产生位移 直接或经过比较后推动开关元件 改变开关元件的通断状态 达到控制被测压力的目的 压力开关采用的弹性元
10、件有单圈弹簧管 膜片 膜盒及波纹管等 开关元件有磁性开关 水银开关 微动开关 开关形式有常开式和常闭式两种 调节方式有两位式和三位式两种 6 智能压力变送器 智能变送器是在普通的电气式压力计基础上 增加了微处理器而形成的一种智能式检测仪表 智能变送器种类很多 结构各有差异 按照被检测变量的不同 分为智能压力变送器 智能差压变送器等 智能式变送器的特点 1 在检测部件中 除了压力 差压 传感元外 一般还有温度传感元件 产品采用微机械电子加工技术 超大规模的专用集成电路 ASIC 和表面安装技术 SMT 其结构形式有 硅电容式硅谐振式复合半导体式硅微电容式 2 智能变送器的精度较高 一般在 0 1
11、 0 2 有的还能到 0 075 测量范围很宽 量程比达40 50 100甚至400 其他如温度性能 静压性能 单向过载性能等也比以往的变送器有很大的提高 3 智能变送器可以在手持通信器 又称手操器 上远程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测量范围 4 智能变送器和DCS控制系统之间可数字通信 就为全数字化的现场总线控制系统提供了条件 智能压力差压变送器 罗斯蒙特 富士 霍尼韦尔 EJA HART手操器 275手操器375手操器475手操器 三 压力表的选用 校验 安装 1 压力表的选择 仪表量程的选择 在被测压力较稳定的情况下 最大工作压力不应超过仪表满量程的3 4
12、 在压力波动较大时 不应超过仪表满量程的2 3 为保证测量的准确度 最小工作压力不应小于满量程的1 3 我国生产的压力表有统一的量程系列 它们是1 1 6 2 5 4 0 6 0kPa以及它们的10n倍数 仪表精度的选择 主要根据生产允许的最大误差来确定 即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差 仪表类型的选择 从压力大小来考虑 小压力采用液柱式或膜盒式 较大的采用弹簧管 从被测介质来考虑 腐蚀性介质采用不锈钢材质 氧气 乙炔等介质采用专用的压力表 校验就是将被校压力表和标准压力表通以相同压力 比较它们的指示值 如果被校表对于标准表的读数误差不大于被校表的最大允许绝对误差时 则
13、认为被校表合格 常用的校验仪表是活塞式压力计 2 压力仪表的校验 3 压力表的安装 压力表的安装基本要求如下 a测压点 按被测介质的需求选取正确的测压点 与工艺设备的接触处内壁应保持平齐 不许有凸出物或毛刺 以免影响静压力的正确取得 根据不同的被测介质选择不同的测压位置 b安装地点的选择 避免振动与高温的影响 c防温 防腐 防冻 防堵措施例如检测蒸汽压力时 应加装凝液罐 以防止高温蒸汽与测压元件直接接触而损坏测压元件 对于有腐蚀性的被测介质 应加装充有中性介质的隔离罐 d安装压力表时 应考虑今后检修方便 压力的取压口到压力表之间应安装切断阀 切断阀安装在靠近取压口的地方 测量蒸汽应加装冷凝弯 e如需在现场调校 被测介质又有脏污的情况 切断阀改用三通阀 f安装时引压管不宜过长 否则容易造成测量滞后最长不超过50米 谢谢
