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1、第三章 压力测量,基本概念 弹性式压力计（就地指示） 压力、差压变送器（远传） 压力仪表的选用与校验 小 结,第一节 概述,从这一章开始介绍石油、化工生产过程常用的四大参数： 压力、物位、流量、温度的测量仪表,在石油、化工、炼油、储运过程中，经常会遇到压力的测量与控制，其中包括比大气压高很多的高压测量和比大气压低很多的真空度测量。 例如： （1）油田开采晚期的注水工艺的压力为十几个MPa； （2）钻井的泥泵出口的压力在25MPa左右； （3）高压聚乙烯工艺压力高达280MPa； （4）而减压塔要低于大气压几百个mmHg（典型值为真空度93.1Kpa）。,一、压力的定义,国际单位: Pa KPa
2、 MPa ，其它单位在工程上仍有许多应用：巴、毫米水拄、毫米汞拄、标准大气压、工程大气压等。,垂直而均匀地作用在单位面积上的力,二、压力的几种表示方式,大气压: 大气自重产生的压力地球上面的空气层密度不是相等的，靠近地表层的空气密度较大，高层的空气稀薄，密度较小。 海拔越高，大气压强越小 在海拔3000m之内，每上升1m大气压强约减小10Pa。,标准大气压强: 1.01325105 Pa=101.325KPa，1个大气压,按压力的基准不同，压力的几种表示方式可分为：绝压、表压、真空度（负压）。,大气压: 大气自重产生的压力,绝压: 以绝对真空作为它的基准,真空度: 低于大气压的压力,（）,（）
3、,当绝对压力大于大气压时，一般用表压表示； 绝对压力小于大气压时，一般用真空度表示。,表压: 以大气压作为它的基准，工程上最常用。,基本概念,三、压力仪表分类：根据信号传输方式,1. 就地指示式：液柱式、弹管压力表,2. 远传信号式：电阻式、电容式、霍尔式、电感式等,第二节 就地指示压力测量仪表,3.2.1 液柱式压力计 3.2.2 弹性式压力计,一、U型管压力计,g 重力加速度； PA 相对较低的压力或大气压；P 相对较高的压力。,若PA为大气压，被测介质为气体， OB L x,第二次放大(中心齿轮),两齿轮啮合，走过弧长相等：,实现转角的放大(弧长不变)。,OAr,实现弧长的放大。,自由端
4、,第三次放大（指针）,转过的角度相等：,实现弧长的放大（转角不变）。,结论：,指针位移（弧长）与压力成正比。,讨论：,() 零点调整,改变指针初始位置或表盘位置（标准表可调整表盘位置）。,() 量程调整,当材料、结构固定后，可通过调整OB，改变B点位置实现。,量程由k1、R、r、OA、OB决定，其中k1、R、r、OA由厂家定， 用户可通过OB调整，改变B点调整螺钉的位置。,O,B,（4） 游丝,克服因扇形齿轮和中心齿轮的间隙所产生的仪表变差。,在普通弹簧管压力表的基础上附加两个静触点1和2，触点位置可根据要求的压力上、下限数值设定。,指针3为测量值，是动触点，在动、静触点之间接入电源。,压力超
5、限时，动、静触点闭合，报警回路接通，信号灯亮（蜂鸣器响）发出报警信号。,还可经中间继电器实现某种信号联锁控制或位式控制。,三、电接点压力表,（四）常用压力表型号,YX-电接点压力表 YB-标准表,YO-氧用压力表,YY-乙炔压力表 YA-氨用压力表,YN-耐振压力表,优点：简单可靠；价格低廉；精度高， 测量范围宽 （-0.1103MPa）；,缺点：只能就地显示或报警。,但很多情况需要将压力信号传送到控制室，作为记录、显示、 控制、报警等用。需要远传时，要采用电气式压力计， 下一节，主要介绍用于远传的电容式压力变送器。,第三节 远传式压力测量仪表,3.3.1 概述 3.3.2 电阻式压力计 3.
6、3.3 电容式压力计 3.3.4 电感式压力计 3.3.5 其它压力计,将各种非电量的工艺变量转换成为各种电量信号。,将各种非电量的工艺变量转换成便于远传的统一标准信号。,变送器：,传感器：,根据工艺 变量不同,压力变送器、传感器 差压变送器、传感器 液位变送器、传感器 流量变送器、传感器 温度变送器、传感器 成分变送器、传感器 ,一、变送器与传感器的区别,（R、C、L、I、V等）,3.3.1 概述,二、变送器的作用,将被测参数（P、L、T、F ）转换成标准统一信号（420mA、20100kPa、010mA等）远传，供显示、记录、控制、运算、报警等。,转换成标准统一信号,远传到控制室,3.3.
7、1 概述,三、变送器的输入输出关系,输入：XminXmax变送器测量范围,L =XmaxXmin 变送器量程,输出：YminYmax 输出信号范围,不同类型的变送器，其能源及输出的标准信号范围不同。,输出信号 能源 气动变送器： 20100kPa 140kPa 70年代-80年代中 电动变送器: 电型 010mA； 220VAC 80年代中-90年代初电型 420mA 24VDC 90年代初-,变送器的输入X和输出Y为线性关系。,3.3.1 概述,例2-1：一电型压力变送器，测量范围210MPa，在控制室测得信号为12mA时，所测压力是多少MPa? 当所测压力为7.6MPa时，输出为多少mA?
8、,变送器输出与测量值的换算：,测量值与变送器输出的换算：,各种输出与被测参数满足线性关系的变送器均可适用。,只要知道测量范围，就可对输入、输出进行换算。,3.3.1 概述,（1） 四线制,四根导线与变送器相连。两根为电源线，两根为信号线。电动 电动 电源： 220VAC 24VDC 信号： 010mA 420mA,缺点：电缆成本高、故障率高。,3.3.1 概述,四、变送器的连线方式,（2） 二线制,两根导线与现场变送器相连。 既是电源线又是信号线，电源与负载串联接入变送器。,电源：24VDC 信号：420mA,3.3.1 概述,（3） 三线制,三线制变送器,现在有一部分仪表，由于传感器需要的供
9、电电流较大，采用二线制的电流不够，所以采用三线制-将四线制的电源地与信号地共用一根线。,3.3.1 概述,四、变送器的零点、量程调整,1 零点调整(ZERO）,作用：使变送器输出的下限值与测量信号输入的下限值相对应。当X=Xmin时，使Y = 4mA（0mA/20KPa）的调整，称作零点调整。通常可通过在变送器外部的标有“Z”调整螺钉调整零点。,例2-2：对于测量范围为200-600KPa 的差压变送器，当输入差压为X=200KPa时，输出信号Y应为4.3mA，输出信号不是4mA，就需要对其进行零点调整，使输出信号Y = 4mA。,零点调整，改变X0，不改变量程，改变测量范围。,3.3.1 概
10、述,五、变送器的零点、量程调整,（1） 量程调整 (SPAN）,作用：使变送器输出的上限值与测量信号输入的上限值相对应。当X0 =Xmax时，使Y = 20mA（10mA/100KPa）的调整，称作量程调整。可通过在变送器外部的标有“S”调整螺钉调整量程。,例2-3：对于测量范围为200-600 KPa 的差压变送器，实际要求测量范围是300-700KPa，或300-800KPa如何调整？,量程调整，有的改变K1，改变量程和测量范围，不改变零点。,量程调整，有的改变K2，改变量程和测量范围，也改变零点。,工作原理 应变片（检测元件） 电阻式压力传感器 测量桥路 常见完整测量电路 常见应变压力计
11、构成 特点,3.3.2 电阻式压力计,3.3.2 电阻式压力计,一、工作原理, 电阻率；L 电阻的长度；A 电阻的截面。,受到拉/压力作用，电阻变化率为：,因圆截面电阻A=D2/4,轴向应变，=dL/L,据材料力学：,dD/D 金属电阻丝的径向应变；dL/L 金属电阻丝的轴向应变； 材料的泊松系数。 ,影响 因素：,(1) 受力后材料几何尺寸发生变化（应变效应）,(2) 受力后材料电阻率发生变化（压阻效应）,（1） 金属导体的应变效应,= 1+2 ，导体应变灵敏系数。,影响 因素：,(1) 受力后材料几何尺寸发生变化（应变效应）,(2) 受力后材料电阻率发生变化（压阻效应）,3.3.2 电阻式压力计,利用导体材料的“电阻应变效应” ：,导体材料的电阻率变化很小：,一般K= 2.04.0,（2）半导体的压阻效应,影响 因素：,(1) 受力后材料几何尺寸发生变化（应变效应）,(2) 受力后材料电阻率发生变化（压阻效应）,3.3.2 电阻式压力计,压阻效应：当半导体材料沿晶轴方向受到机械应力作用时，其电阻率发生变化，这种性质称为压阻效应。,
