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1、第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表20242024年年8 8月月7 7日日 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院章节内容章节内容7.1 压力力测量的基本知量的基本知识7.2 弹性式性式压力力计7.3 压力（力（压差）差）变送器送器7.4 压力力仪表在核表在核电站的站的 应用情况用情况 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院7.1 压力测量的基本知识压力测量的基本知识一、一、压力的概念和表示方法力的概念和表示方法工程技工程技术中的中的压力力是物
2、理学中的是物理学中的压强，即垂直作用在物，即垂直作用在物体体单位面位面积上的力的大小。上的力的大小。压力的表示方法以其参考零点力的表示方法以其参考零点压力的不同而不同，可以力的不同而不同，可以分分为绝对压力和表力和表压力。力。 (1)绝对压力力 以参考零点所表示的以参考零点所表示的压力。力。 (2)表表压力力 以大气以大气压力力为参考零点所表示参考零点所表示压力。力。由管道或容器中直接取出的两个由管道或容器中直接取出的两个绝对压力力值的差的差值，通，通常称常称为差差压。其中，其中，P为绝对压力；为绝对压力； P0为大气压力；为大气压力； Pe为表压力。为表压力。 第七章第七章 压力与压差检测仪
3、表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院二、二、压力的力的单位位压力的力的单位是一个位是一个导出出单位。由位。由压力的定力的定义可知可知压力的力的单位会有多种。位会有多种。1.帕斯卡（帕斯卡（Pa） 1Pa=1N/m2 2.工程大气工程大气压（kgf/cm2）3.巴（巴（bar）4.毫米水柱（毫米水柱（mmh2o)5.毫米汞柱（毫米汞柱（mmHg)6.磅力每平方英寸（磅力每平方英寸（ibf/in2） 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院压力单位的换算简表压力单位的换算简表帕帕(Pa)(N/
4、m2)工程大气工程大气压(kgf/cm2)标准大气准大气压(atm)巴巴(bar)毫米汞柱毫米汞柱(mmHg)毫米水柱毫米水柱(mmH2O)磅力每平磅力每平方英寸方英寸(ibf/in2)11.0197210-59.8592310-6110-57.5006210-31.0197210-11.4503810-49.806610419.6784110-19.806610-17.3555910211041.422331011.013251051.0332311.013257.601021.033231041.4695910111051.019279.8692310-117.500621021.0197
5、21041.450381011.333231021.3595110-31.3157910-31.3332210-311.359511011.9336810-29.80665110-49.6784110-59.806610-57.355610-211.4223410-36.894671037.030710-26.804610-26.8947610-25.171491017.03071021 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院三、三、压力力测量量仪表表 在生在生产过程中和程中和实验室里使用的室里使用的压力力仪表种表种类很多。很
6、多。对压力力仪表可以从不同的角度表可以从不同的角度进行分行分类。 按按被被测压力力可分可分为：压力表、真空表、力表、真空表、绝对压力表、力表、真空真空压力表等。力表等。 按按压力表使用的条件力表使用的条件可分可分为：普通型、耐震型、耐：普通型、耐震型、耐热型、耐酸型、禁油型、防爆型等型、耐酸型、禁油型、防爆型等压力表。力表。 按按压力表的功能力表的功能可分可分为指示式指示式压力表、力表、压力力变送器。送器。 按按压力表的工作原理力表的工作原理可分可分为：液柱式：液柱式压力力计、弹性式性式压力力计、物性式、物性式压力力计、活塞式、活塞式压力力计等。等。 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差
7、检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院7.2 弹性式压力计弹性式压力计n弹性式性式压力力计是生是生产过程中使用最程中使用最为广泛的一广泛的一类压力力计。n弹性式性式压力和力和压差差检测仪表是根据表是根据弹性元件受性元件受压后后产生的生的变形与形与压力（力（压差）大小有确定关系的原理制成的。差）大小有确定关系的原理制成的。q就地就地显示法（示法（弹性性压力力计）：感受）：感受压力和力和压差差变化得化得到的是机械位移量直接或到的是机械位移量直接或简单转换后后进行行显示（不便示（不便于于远距离距离传输）。）。q电变送方法：利用送方法：利用电气位移气位移变换器将器将压力和力和
8、压差差产生生的的弹性元件的机械位移量性元件的机械位移量转换成某种成某种电气量，然后加气量，然后加以以传输。电容式、容式、电感式、力平衡式、波感式、力平衡式、波纹管式、膜片式、管式、膜片式、压阻式、霍阻式、霍尔式。式。 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院一、一、弹性元件性元件1、弹性元件性元件常常见的的测压用用弹性元件有性元件有薄膜式薄膜式（含膜盒式）、（含膜盒式）、波波纹管式管式、弹簧管式簧管式3类。每种。每种弹性元件在性元件在结构上又有不同的构上又有不同的形式，如膜片分形式，如膜片分为平面膜片、波平面膜片、波纹膜片和膜片
9、和挠性膜片等。性膜片等。 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院各种弹性元件的性质各种弹性元件的性质 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院2.弹性元件的特性性元件的特性(1)蠕蠕变和疲和疲劳形形变(2)弹性性迟滞滞(3)弹性后效性后效 (4)输出出- 输入特性入特性 (5)温度的影响温度的影响 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院二、膜盒二、膜盒压力表力表适用于适用于测量微小量微小压力和真
10、空。力和真空。测量范量范围一般在一般在-20004000Pa，精确度等，精确度等级一般一般为2.5级。 膜盒膜盒压力表的力表的结构主要由膜盒、构主要由膜盒、传动机构、机构、调整机整机构、游构、游丝指指针、表、表盘等构成等构成。 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院三、双波三、双波纹管差管差压计双波双波纹管差管差压计在火力在火力发电厂中主要用于流量和水厂中主要用于流量和水位位测量指示量指示记录的二次的二次仪表。如果用于流量表。如果用于流量测量，差量，差压计往往往往还带有有积算装置。各种功能的双波算装置。各种功能的双波纹管差管差
11、压计测量部分的作用原理都是相同的。量部分的作用原理都是相同的。测量的差量的差压值上限可达上限可达0.4MPa，耐工作，耐工作压力上限可达力上限可达40MPa，精确度可达，精确度可达1.01.5级。 双波双波纹管差管差压计主要由主要由测量机构、量机构、传动机构、机构、记录机构以及机械机构以及机械积算装置等部分算装置等部分组成。成。 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院四、四、弹簧管簧管压力表力表它可以它可以测量量压力，也
12、可以力，也可以测量真空。按照使用的量真空。按照使用的弹簧管的种簧管的种类可分可分为单圈和多圈圈和多圈弹簧管簧管压力表。按照适用力表。按照适用的条件可分的条件可分为耐振型、耐耐振型、耐热型、耐腐型、耐腐蚀型、抗冲型、抗冲击防爆防爆型以及型以及专用用压力表等。它力表等。它们的工作原理是相同的。的工作原理是相同的。 种种类：1.单圈圈弹簧管簧管压力表力表2. 多圈多圈(螺旋形螺旋形)弹簧管簧管压力表力表 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学
13、核科学与工程学院7.3 压力（压差）变送器压力（压差）变送器压力（力（压差）差）变送器的种送器的种类主要包括：主要包括：电容式容式电感式感式双波双波纹管式差管式差压计力平衡式力平衡式霍霍尔式式膜片式膜片式应变式式压阻式阻式 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院一、电容式变送器一、电容式变送器电容式压力电容式压力( (压差压差) )变送器原理图变送器原理图1-1-固定极板；固定极板；2-2-感应极板；感应极板；3-3-弹簧膜片弹簧膜片式中，式中， 极板间的介电系数；极板间的介电系数； S S极板间的有效面积；极板间的有效面积；
14、 极板间的距离。极板间的距离。 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院电容式差动压力（压差）变送器电容式差动压力（压差）变送器n灵敏度提高灵敏度提高n非非线性大大降低性大大降低I II I3 3电容式差动压力变送器原理图电容式差动压力变送器原理图1-1-感应极板；感应极板；2 2、3-3-固定极板；固定极板；4-4-绝缘垫片绝缘垫片 元件结构图元件结构图 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院电容式压力和差压变送器的测量电路电容式压力和差压变送器的测量电路电容
15、测量电路电容测量电路(a)(a)交流电桥法；交流电桥法；(b)(b)双双T T网络法网络法 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院二、力平衡式变送器二、力平衡式变送器力平衡变送器力平衡变送器1-1-量程调整；量程调整；2-2-参考臂；参考臂；3-3-力杆；力杆；4-4-密封挠曲件（支点）；密封挠曲件（支点）；5-5-压力外壳；压力外壳；6-6-膜片；膜片；7-7-压力接头；压力接头；8-8-力反馈线圈；力反馈线圈；9-9-环路电流；环路电流；10-10-放大器；放大器；11-11-误差检出器。误差检出器。 第七章第七章 压力与
16、压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院三、双波纹管式差压计三、双波纹管式差压计双波纹管式差压计示意图双波纹管式差压计示意图1-1-连接轴；连接轴；2-2-单向受压保护阀；单向受压保护阀；3-3-挡板；挡板；4-4-摆杆；摆杆；5-5-扭力管；扭力管；6-6-芯轴；芯轴；7-7-量程弹簧；量程弹簧；8-8-中心基座；中心基座；9-9-阻尼阀；阻尼阀；10-10-阻尼旁路；阻尼旁路；11-11-阻尼环；阻尼环；12-12-填充液；填充液；13-13-滚针轴承；滚针轴承；14-14-玛瑙轴承。玛瑙轴承。 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪
17、表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院其中，其中，K波纹管的刚度；波纹管的刚度； A波纹管的有效面积；波纹管的有效面积； K1量程弹簧总刚度；量程弹簧总刚度； S连接轴的位移。连接轴的位移。 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院四、膜片式压力变送器四、膜片式压力变送器膜片式发送器膜片式发送器差动变压器差动变压器整流输出电路整流输出电路整流稳压电路整流稳压电路多频谐荡器多频谐荡器电源变压器电源变压器二极管桥二极管桥式整流器式整流器阻容滤波阻容滤波稳压管稳压管稳压稳压RPRP1 1RPRP2 2膜片式压力（差
18、压）变送器原理图膜片式压力（差压）变送器原理图 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院五、压阻式压力（差压）变送器五、压阻式压力（差压）变送器 n组成：成：压阻式阻式压力（差力（差压）传感器、感器、测量量线路路n工作原理：工作原理：压力（差力（差压）作用于）作用于压阻式阻式压力（差力（差压）传感器，使其感器，使其电阻阻值发生生变化，再化，再经过测量量线路将其路将其电阻阻值的的变化量化量转化化为电压或或电流信号，从而流信号，从而测得被得被测压力力（压差）。差）。n金属：金属： E很小，很小，K= (1+2 ) 1.52n半半导体
19、：体： E比比(1+2 )大的多大的多, K= E 50100其中：其中： 压阻系数；压阻系数； 应力。应力。 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院n测量量线路的路的组成：惠斯成：惠斯顿电桥、供、供电电源和放大源和放大线路路n惠斯惠斯顿电桥qR1，R3随随压力增加而减小，力增加而减小，qR2，R4随随压力增加而增加力增加而增加。其中，其中， R为压力（差力（差压）变化引起的化引起的电阻阻变化量；化量； RT为温度温度变化引起的化引起的电阻阻变化量。化量。q电桥输出与由于出与由于压力引起的力引起的 电阻阻变化和化和电源源电流成
20、正比，与温度无关。流成正比，与温度无关。D D恒流源供电恒流源供电 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院 恒流源恒流源源极跟随电路源极跟随电路放大电路放大电路传感器传感器压阻式压力（差压）变送器测量线路压阻式压力（差压）变送器测量线路 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院7.4 压力仪表在核电站的压力仪表在核电站的 应用情况应用情况一回路一回路压力力测量的目的在于防止量的目的在于防止压力力过高使高使设备受受损，或防止，或防止压力力过低引起冷却低引起冷却剂沸
21、沸腾。此。此外，反外，反应堆冷却堆冷却剂泵吸入口的吸入口的压力力过低，可能引低，可能引起汽起汽蚀，这是必是必须避免的。避免的。反反应堆冷却堆冷却剂回路回路压力同力同样是反是反应堆控制与堆控制与安全运行的重要参数之一，安全运行的重要参数之一，压力力传感器一般是利感器一般是利用液柱高度的改用液柱高度的改变或或弹性元件位移的原理制成的，性元件位移的原理制成的，由于由于仪表液体与冷却表液体与冷却剂可能存在偶然相混的可能存在偶然相混的缘故，故，液柱元件从未广泛地液柱元件从未广泛地应用于堆芯或壳体内部用于堆芯或壳体内部压力力的的测量。通常是使用量。通常是使用弹性敏感元件，如广性敏感元件，如广东核核电站使用
22、的站使用的压力和差力和差压变送器中的送器中的弹性元件性元件为波波纹膜、波膜、波纹管及管及单晶硅等晶硅等弹性元件。性元件。 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院冷却冷却剂压力可用安装在壳体内部的敏感元件力可用安装在壳体内部的敏感元件来来测量，也可以用延伸到壳体外部的引量，也可以用延伸到壳体外部的引压管接管接头相相连接的敏感元件来接的敏感元件来测量。量。 压水堆冷却水堆冷却剂回路的回路的压力力测量，通常是在量，通常是在稳压器上安装一个支管段，再从支管段上引出几个器上安装一个支管段，再从支管段上引出几个引引压管送至管送至压力力变送
23、器来送器来测量冷却量冷却计回路的回路的压力。力。稳压器有七路器有七路压力力测量通道：两路用于量通道：两路用于压力力调节，三路向反三路向反应堆保堆保护系系统提供提供压力保力保护信息；两路信息；两路用于校正用于校正压力力测量通道。量通道。 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院 压力力测量按其量程可分量按其量程可分为两种：一种两种：一种为启启动和停堆和停堆过程中的程中的宽量程量程测量；另一种是功率运行量；另一种是功率运行期期间的高起点窄量程的高起点窄量程测量。量。宽量程量程变送器，量程送器，量程为020MPa, 在一回路在一回路启
24、启动和停堆和停堆阶段，用它段，用它们来指来指导运行人运行人员对反反应堆冷却堆冷却剂压力力进行控制。行控制。窄量程窄量程测量，量，稳压器建立汽腔之后，器建立汽腔之后，RCP的的压力力测量由量由稳压器的器的压力力测量量传感器感器给出，它出，它们的量程的量程为11.018.0MPa,作作为调节和保和保护信号。信号。 第七章第七章 压力与压差检测仪表压力与压差检测仪表华北电力大学核科学与工程学院华北电力大学核科学与工程学院本章小结本章小结重点重点q三种常三种常见测压弹性元件的特性；性元件的特性；q电容式差容式差压变送器工作原理；送器工作原理；q核反核反应堆常用堆常用压力力仪表的种表的种类以及工作原理。以及工作原理。
