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1、2024年8月15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 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 压力测量的基本知识压力测量的基本知识7.2 弹性式压力计弹性式压力计7.3 压力（压差）变送器压力（压差）变送器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 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、压力的概念和表示方法一、压力的概念和表示方法工程技术中的工程技术中的
2、压力压力是物理学中的是物理学中的压强压强，即垂直作用在物，即垂直作用在物体单位面积上的力的大小。体单位面积上的力的大小。压力的表示方法以其参考零点压力的不同而不同，可以压力的表示方法以其参考零点压力的不同而不同，可以分为绝对压力和表压力。分为绝对压力和表压力。 (1)绝对压力绝对压力 以参考零点所表示的压力。以参考零点所表示的压力。 (2)表压力表压力 以大气压力为参考零点所表示压力。以大气压力为参考零点所表示压力。由管道或容器中直接取出的两个绝对压力值的差值，通由管道或容器中直接取出的两个绝对压力值的差值，通常称为差压。常称为差压。其中，其中，P为绝对压力；为绝对压力； P0为大气压力；为大
3、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、压力的单位二、压力的单位 压力的单位是一个导出单位。由压力的定压力的单位是一个导出单位。由压力的定义可知压力的单位会有多种。义可知压力的单位会有多种。1.帕斯卡（帕斯卡（Pa） 1Pa=1N/m2 2.工程大气压（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
4、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/m2)工程大气压工程大气压(kgf/cm2)标准大气压标准大气压(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)11.0197210-59.8592310-6110-57.5006210-31.0197210-11.4503810-49.806610419.6784110-19.806610-17.3555910211041.422331011.013251051.0332311.013257.601021.03323104
5、1.4695910111051.019279.8692310-117.500621021.019721041.450381011.333231021.3595110-31.3157910-31.3332210-311.359511011.9336810-29.80665110-49.6784110-59.806610-57.355610-211.4223410-36.894671037.030710-26.804610-26.8947610-25.171491017.03071021 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、
6、压力测量仪表三、压力测量仪表 在生产过程中和实验室里使用的压力仪表种类很多。在生产过程中和实验室里使用的压力仪表种类很多。对压力仪表可以从不同的角度进行分类。对压力仪表可以从不同的角度进行分类。 按按被测压力被测压力可分为：压力表、真空表、绝对压力表、可分为：压力表、真空表、绝对压力表、真空压力表等。真空压力表等。 按按压力表使用的条件压力表使用的条件可分为：普通型、耐震型、耐热可分为：普通型、耐震型、耐热型、耐酸型、禁油型、防爆型等压力表。型、耐酸型、禁油型、防爆型等压力表。 按按压力表的功能压力表的功能可分为指示式压力表、压力变送器。可分为指示式压力表、压力变送器。 按按压力表的工作原理压
7、力表的工作原理可分为：液柱式压力计、弹性式可分为：液柱式压力计、弹性式压力计、物性式压力计、活塞式压力计等。压力计、物性式压力计、活塞式压力计等。 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7.2 弹性式压力计弹性式压力计n弹性式压力计是生产过程中使用最为广泛的一类压力计。弹性式压力计是生产过程中使用最为广泛的一类压力计。n弹性式压力和压差检测仪表是根据弹性元件受压后产生的弹性式压力和压差检测仪表是根据弹性元件受压后产生的变形与压力（压差）大小有确定关系的原理制成的。变形与压力（压差）大小有确定关系的原理制成的。q就地显示法（弹性
8、压力计）：感受压力和压差变化得就地显示法（弹性压力计）：感受压力和压差变化得到的是机械位移量直接或简单转换后进行显示（不便到的是机械位移量直接或简单转换后进行显示（不便于远距离传输）。于远距离传输）。q电变送方法：利用电气位移变换器将压力和压差产生电变送方法：利用电气位移变换器将压力和压差产生的弹性元件的机械位移量转换成某种电气量，然后加的弹性元件的机械位移量转换成某种电气量，然后加以传输。以传输。电容式、电感式、力平衡式、波纹管式、膜片式、压电容式、电感式、力平衡式、波纹管式、膜片式、压阻式、霍尔式。阻式、霍尔式。 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
9、院华北电力大学核科学与工程学院一、弹性元件一、弹性元件1、弹性元件、弹性元件常见的测压用弹性元件有常见的测压用弹性元件有薄膜式薄膜式（含膜盒式）、（含膜盒式）、波纹波纹管式管式、弹簧管式弹簧管式3类。每种弹性元件在结构上又有不同的类。每种弹性元件在结构上又有不同的形式，如膜片分为平面膜片、波纹膜片和挠性膜片等。形式，如膜片分为平面膜片、波纹膜片和挠性膜片等。 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
10、学与工程学院2.2.弹性元件的特性弹性元件的特性(1)(1)蠕变和疲劳形变蠕变和疲劳形变(2)(2)弹性迟滞弹性迟滞(3)(3)弹性后效弹性后效 (4)(4)输出输出- - 输入特性输入特性 (5)(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、膜盒压力表二、膜盒压力表适用于测量微小压力和真空。测量范围一般在适用于测量微小压力和真空。测量范围一般在-20004000Pa，精确度等级一般为，精确度等级一般为2.5级。级。 膜盒压力表的结构主要由膜盒、传动机构、调整机膜盒压力表的结构主要由膜盒、传动机构、调整
11、机构、游丝指针、表盘等构成构、游丝指针、表盘等构成。 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、双波纹管差压计三、双波纹管差压计双波纹管差压计在火力发电厂中主要用于流量和水双波纹管差压计在火力发电厂中主要用于流量和水位测量指示记录的二次仪表。如果用于流量测量，差压位测量指示记录的二次仪表。如果用于流量测量，差压计往往还带有积算装置。各种功能的双波纹管差压计测计往往还带有积算装置。各种功能的双波纹管差压计测量部分的作用原理都是相同的。测量的差压值上限可达量部分的作用原理都是相同的。测量的差压值上限可达0.4MPa，耐工作压力上限
12、可达，耐工作压力上限可达40MPa，精确度可达，精确度可达1.01.5级。级。 双波纹管差压计主要由测量机构、传动机构、记录双波纹管差压计主要由测量机构、传动机构、记录机构以及机械积算装置等部分组成。机构以及机械积算装置等部分组成。 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、弹簧管压力表四、弹簧管压力表它可以测量压力，也可以测量真空。按照使用的弹它可以测量压力，也可以测量真空。按照使用的弹簧管的种类可分为单圈和多圈弹簧管
13、压力表。按照适用簧管的种类可分为单圈和多圈弹簧管压力表。按照适用的条件可分为耐振型、耐热型、耐腐蚀型、抗冲击防爆的条件可分为耐振型、耐热型、耐腐蚀型、抗冲击防爆型以及专用压力表等。它们的工作原理是相同的。型以及专用压力表等。它们的工作原理是相同的。 种类：种类：1.单圈弹簧管压力表单圈弹簧管压力表2. 多圈多圈(螺旋形螺旋形)弹簧管压力表弹簧管压力表 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核科学与工程学院7.3 压力（压差）变送器压力（
14、压差）变送器压力（压差）变送器的种类主要包括：压力（压差）变送器的种类主要包括：电容式电容式电感式电感式双波纹管式差压计双波纹管式差压计力平衡式力平衡式霍尔式霍尔式膜片式膜片式应变式应变式压阻式压阻式 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； 极板间的距离。
15、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非线性大大降低非线性大大降低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测量电路
16、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
17、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
18、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 1
19、RPRP2 2膜片式压力（差压）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：压阻式压力（差压）传感器、测量线路组成：压阻式压力（差压）传感器、测量线路n工作原理：压力（差压）作用于压阻式压力（差压）传工作原理：压力（差压）作用于压阻式压力（差压）传感器，使其电阻值发生变化，再经过测量线路将其电阻感器，使其电阻值发生变化，再经过测量线路将其电阻值的变化量转化为电压或电流信号，从而测得被测压力值的变化量转化为电压或电流信号，从而
20、测得被测压力（压差）。（压差）。n金属：金属： E很小，很小，K= (1+2 ) 1.52n半导体：半导体： 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测量线路的组成：惠斯顿电桥、供电电源和放大线路测量线路的组成：惠斯顿电桥、供电电源和放大线路n惠斯顿电桥惠斯顿电桥qR1，R3随压力增加而减小，随压力增加而减小，qR2，R4随压力增加而增加随压力增加而增加。其中，其中， R为压力（差压）变化引起的电阻变化量；为压力（差压）变化
21、引起的电阻变化量； RT为温度变化引起的电阻变化量。为温度变化引起的电阻变化量。q电桥输出与由于压力引起的电桥输出与由于压力引起的 电阻变化和电源电流成正比，与温度无关。电阻变化和电源电流成正比，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
22、电站的压力仪表在核电站的 应用情况应用情况一回路压力测量的目的在于防止压力过高使一回路压力测量的目的在于防止压力过高使设备受损，或防止压力过低引起冷却剂沸腾。此设备受损，或防止压力过低引起冷却剂沸腾。此外，反应堆冷却剂泵吸入口的压力过低，可能引外，反应堆冷却剂泵吸入口的压力过低，可能引起汽蚀，这是必须避免的。起汽蚀，这是必须避免的。反应堆冷却剂回路压力同样是反应堆控制与反应堆冷却剂回路压力同样是反应堆控制与安全运行的重要参数之一，压力传感器一般是利安全运行的重要参数之一，压力传感器一般是利用液柱高度的改变或弹性元件位移的原理制成的，用液柱高度的改变或弹性元件位移的原理制成的，由于仪表液体与冷却
23、剂可能存在偶然相混的缘故，由于仪表液体与冷却剂可能存在偶然相混的缘故，液柱元件从未广泛地应用于堆芯或壳体内部压力液柱元件从未广泛地应用于堆芯或壳体内部压力的测量。通常是使用弹性敏感元件，如广东核电的测量。通常是使用弹性敏感元件，如广东核电站使用的压力和差压变送器中的弹性元件为波纹站使用的压力和差压变送器中的弹性元件为波纹膜、波纹管及单晶硅等弹性元件。膜、波纹管及单晶硅等弹性元件。 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剂压力可用安装在壳体内部的敏感元件冷却剂压力可用安装在壳体内部的敏感元件来测量，也可以用延伸到壳体外部的引
24、压管接头来测量，也可以用延伸到壳体外部的引压管接头相连接的敏感元件来测量。相连接的敏感元件来测量。 压水堆冷却剂回路的压力测量，通常是在稳压水堆冷却剂回路的压力测量，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压器上安装一个支管段，再从支管段上引出几个引压管送至压力变送器来测量冷却计回路的压力。引压管送至压力变送器来测量冷却计回路的压力。稳压器有七路压力测量通道：两路用于压力调节，稳压器有七路压力测量通道：两路用于压力调节，三路向反应堆保护系统提供压力保护信息；两路三路向反应堆保护系统提供压力保护信息；两路用于校正压力测量通道。用于校正压力测量通道。 第七章第七章 压力与压差检测仪表压
25、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 压力测量按其量程可分为两种：一种为启动压力测量按其量程可分为两种：一种为启动和停堆过程中的宽量程测量；另一种是功率运行和停堆过程中的宽量程测量；另一种是功率运行期间的高起点窄量程测量。期间的高起点窄量程测量。宽量程变送器，量程为宽量程变送器，量程为020MPa, 在一回路在一回路启动和停堆阶段，用它们来指导运行人员对反应启动和停堆阶段，用它们来指导运行人员对反应堆冷却剂压力进行控制。堆冷却剂压力进行控制。窄量程测量，稳压器建立汽腔之后，窄量程测量，稳压器建立汽腔之后，RCP的的压力测量由稳压器的压力测量传感器给出，它们压力测量由稳压器的压力测量传感器给出，它们的量程为的量程为11.018.0MPa,作为调节和保护信号。作为调节和保护信号。 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三种常见测压弹性元件的特性；三种常见测压弹性元件的特性；q电容式差压变送器工作原理；电容式差压变送器工作原理；q核反应堆常用压力仪表的种类以及工作原理。核反应堆常用压力仪表的种类以及工作原理。
