压力测量原理及常见故障.pptx

主讲：刘华 时间：2014年3月1一、压力的测量及原理 在物理概念中，压力是垂直作用在单位面积上的力。是工业生产中的重要参数之一，在压力测量中，常有绝对压力、表压力、负压力和真空度之分。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，用符号Pj表示。地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力，用Pq来表示。绝对压力与大气压力之差，称为表压力，有Pb来表示。即Pb=Pj-Pq。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Pz来表示。按测量原理分为两种：根据压力的定义直接测量单位面积上受力的大小。例：液柱式、弹性式应用压力作用于物体后所产生的各种物理效应来实现压力。例：电阻式：它是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值随压力的变化而变化。压电效应：当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的现象.2二、压力测点位置的选择 水平或倾斜管道上压力的安装，对于气体介质应使气体内的少量凝结液顺利流回工艺管道，取压口应该在管道的上部分；对于液体介质，则应使液体内析出的少量气体能顺利的工艺管道，不至于流入测量管道而导致测量不稳定，同时还应防止工艺管道底部的固体杂质进入管道及仪表，因此取压口应在管道的下半部，但是不能在管道的底部，最好在水平管道中心线以下并与中心线成45度的范围内。对于蒸汽介质，应该保持管道内有稳定的冷凝液，同时也要防止工艺管道底部的固体杂质进入管路及仪表，因此蒸汽的取压口应该在管道的上半部及水平中心线以下，并与水平中心线成045度的夹角内。测量低于0.1MPa压力的测点，其标高尽量接近测量仪表，以减少由于液柱引起的附加误差。烟道上的烟气压力测点，应在烟道左、右两侧的中心线上，安装位置必须对称，并与相应的温度测点处于烟道的同一横切面上。3我厂现场安装实例图(1)4该处的压力取样介质为气体，该处的压力取样介质为气体，该处的压力取样介质为气体，该处的压力取样介质为气体，对于气体介质应使气体内的少量凝结液顺利流回工艺管道，取压口应该在管道的上部分。符合规范黔北汽机真空黔北汽机真空泵出口出口我厂现场安装实例图(2)5对于液体介质，则应使液对于液体介质，则应使液体内析出的少量气体能顺体内析出的少量气体能顺利的工艺管道，不至于流利的工艺管道，不至于流入测量管道而导致测量不入测量管道而导致测量不稳定，同时还应防止工艺稳定，同时还应防止工艺管道底部的固体杂质进入管道底部的固体杂质进入管道及仪表，因此取压口管道及仪表，因此取压口应在管道的下半部，但是应在管道的下半部，但是不能在管道的底部，最好不能在管道的底部，最好在水平管道中心线以下并在水平管道中心线以下并与中心线成与中心线成45度的范围内。度的范围内。黔北汽机冷却黔北汽机冷却黔北汽机冷却黔北汽机冷却水管道水管道水管道水管道三、压力测孔位置的选择压力测孔位置应该按照下列规定选择：1、测孔应该选择在管道的直管道上，因为在直管段内，被测介质的流束呈直线状态，最能代表被测介质的参数。2、不宜在焊缝及其边缘上开孔及焊接。3、压力和温度测孔在同一地点时，压力测孔必须开凿在温度插孔的前面，以免温度计阻挡使流体产生涡流而影响测量。4、在同一处的压力和温度测孔中，用于自动控制的插孔应该在前面。5、测量、保护与自动的控制用仪表的测点一般不合用一个插孔。6我厂现场测孔位置的选择实例(1)7压力和温度测孔在同一地点时，压力测孔必压力和温度测孔在同一地点时，压力测孔必须开凿在温度插孔的前面，以免温度计阻挡须开凿在温度插孔的前面，以免温度计阻挡使流体产生涡流而影响测量。使流体产生涡流而影响测量。黔北汽机黔北汽机氢气管道气管道我厂现场测孔位置的选择实例(2)8直管段太短，位直管段太短，位置选择不合理置选择不合理黔北密封油黔北密封油泵出口出口我厂现场测孔位置的选择实例(3)9安装位置安装位置选择在弯管上，流在弯管上，流场不不稳测量会回偏差量会回偏差黔北汽机冷黔北汽机冷却水管道却水管道四、压力测量仪表管路敷设 仪表管路是指脉冲管。脉冲管按功能可分为测量用介质导压管、气源管、气信号管、伴热管。仪管路安装工程量很大，是自控仪表安装的重要组成部分。导压管是流量、液位分析、压力测量管线，直接与工艺设备或管路相接，内走气体、液体介质。1、导压管作为测量管线以较短为好，使控制点至一次仪表或传送仪表的距离较近，以减少测量滞后或测量附加误差。一般距离不超过16m。2、从工艺管道或设备引出的导压管路不允许进控制室，不能与电缆同走一个汇线槽盒内。敷设方式为架空支架安装；尽量避免埋地敷设。实在需要埋地的需要做防腐处理，并且埋地部分不能有活接头，要认真做好隐蔽工程记录。3、导压管要进行清洗、吹扫、试压(包括气密性试验和强度试验、真空试验)。脱脂、防腐、保温等，要求同与其相连的工艺管道一样。真空度、强度气密性试验要同工业管道一起进行。10 4、导压管的敷设应有1:10l:100的坡度，其坡度方向要保证既能排除不凝气体，又能排除蒸气冷凝液。一般在管道的最高点和最低点分别安排气阀和排液阀。测量流量的差压导管，其正负压管应尽量靠近，并且要求高度一致，以减小环境温度和静压所引起的测量误差。5、导压管管路连接多采用气焊焊接和卡套式接头、焊接接头连接。自控仪表导压管的焊接要求也完全同与之相连的工艺管道，包括焊条要求、焊接工艺评定及无损探伤要求。焊缝处也必须按工艺管道要求进行。化学高压管采用丝扣法兰连接方式。水煤气管(或镀锌水煤气管)多采用丝扣活接头连接方式，镀锌管不允许焊接。导压管采用冷弯的方法，不采用热煨。高压管道要测绘后一次冷弯成型，弯曲半径符合规范要求。成排敷设的导压管，其管间距离应均匀一致，用可拆卸的卡子固定在预先制作安装好的支架上。管道支架的制作按设计要求，在设计没有特殊要求时，可按标准图制作。其安装距离应尽量均匀，并要满足规范对不同管径水平安装和垂直安装时支架距离的要求。6、需要保温或伴热的导压管，要留有足够的保温间隙，并适当缩小支架间距。11管路敷设现场实例（1）12 高压管道要测绘后一高压管道要测绘后一次冷弯成型，弯曲半径符次冷弯成型，弯曲半径符合规范要求。成排敷设的合规范要求。成排敷设的导压管，其管间距离应均导压管，其管间距离应均匀一致，用可拆卸的卡子匀一致，用可拆卸的卡子固定在预先制作安装好的固定在预先制作安装好的支架上支架上黔北黔北电泵压力力管路敷设现场实例（2）13 测量流量的差压导管，测量流量的差压导管，其正负压管应尽量靠近，其正负压管应尽量靠近，并且要求高度一致，以减并且要求高度一致，以减小环境温度和静压所引起小环境温度和静压所引起的测量误差。的测量误差。黔北水黔北水处理理二次二次门排排污门平衡平衡门五、压力仪表介绍压力测量仪表的品种，规格甚多。常用的压力测量方法和仪表有：通过液体产生或传递压力来平衡被测压力的平衡法。属于应于这类方法的仪表有液柱式压力计和活塞式压力计；将被测压力通过一些隔离元件（如弹性元件）转换成一个集中力，并在测量过程中用一个外界力（如电磁力或气动力）来平衡这个未知的集中力，然后通过对外界力的测量而得知被测压力的机械力平衡法。力平衡式压力变送器就是属于应用此法的例子；根据弹性元件受压后产生弹性变型的大小来测量弹性力平衡法。属于这类应用方法的仪表很多，若根据所用弹性元件来分，可分为薄膜式，波纹管式，弹簧管式压力表；能过机械和电子元件将被测压力转换在成各种电量（如电压、电流、频率等）来测量的电测法。例如电容式、电阻式、电感式、应变片式和霍尔片式等变送器应于此法的压力测量仪表。目前，电力生产中应用中广泛的一种压力测量仪表是弹性元件。根据测压范围不同，常用的测压元件有单圈弹簧管、多圈弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。在被测介质压力的作用下，弹性元件发生弹性变型，而产生相应的位移，能过转换位置，可将位移转换成相应的电信号或气信号，以远传显示，报警或调节用。我厂运用较多的测压元件有单圈弹簧管、膜片、膜盒等。14 主要压力检测仪表：（1）弹簧管压力表 弹簧管压力表是压力仪表的主要组成部份之一，它有着极为广泛的应用价值，它具有结构简单，品种规格齐全、测量范围广、便于制造和维修和价格低廉等特点。弹簧管压力表是单圈弹簧压力表的简称。它主要由弹簧管、齿轮传动机构（包括拉杆、扇形齿轮、中心齿轮）、示数装置（指针和分度盘）以及外壳等几部份组成，如下图所示。弹簧管是一端封闭并弯成270度圆孤形的空心管子。15弹簧管压力表结构16 弹簧管压力表1、弹簧管 2拉杆 3、扇型齿轮 3、中心齿轮 5、指针 6、面板7、游丝 8、调整螺钉 9 接头ab 它的截面呈扁圆形或椭圆形，椭圆的长轴2a与图面垂直的弹簧管的中心轴O相平行。管子封闭的一端B为自由端，即位移输出端；而另一端A则是固定的，作为被测压力的输入端。当由它的固定端A通入被测压力P后，由于呈椭圆形截面的管子在压力P的作用下，将趋于圆形，弯成圆弧形的弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形，使自由端B发生位移。此时弹簧管的中心角要随即减小，也就是自由端将由B移到B，处，如图2-3(b)上虚线所示。此位移量就相应于某一压力值。自由端B的弹性变形位移通过拉杆使扇形齿轮作逆时针偏转，使固定在中心齿轮轴上的指针也作顺时针偏转，从而在面板的刻度标尺上显示出被测压力的数值。由于弹簧管自由端位移而引起弹簧管中心角相对变化值/与被测压力P之间具有比例关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。由上述可如，弹簧管自由端将随压力的增大而向外伸张。反之若管内压力小于管外压力，则自由端将随负压的增大而向内弯曲。所以，利用弹簧管不仅可以制成压力表，而且还可制成真空表或压力真空表。弹簧管压力表除普通型外，还有一些是具有特殊用途的，例如耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧用压力表等。为了能表明具体适用何种特殊介质的压力测量，常在其表壳、衬圈或表盘上涂以规定的色标，并注有特殊介质的名称，使用时应予以注意。17应变式压力变送器简介应变式压力变送器简介应变式压力变送器应变式压力变送器 应变式变送器以是以电为能源，它利用应变片作为转换元件，将被测应变式变送器以是以电为能源，它利用应变片作为转换元件，将被测压力转换成应变片电阻值的变化，然后经过桥式电路得到毫伏级的电量输出，压力转换成应变片电阻值的变化，然后经过桥式电路得到毫伏级的电量输出，供显示仪表显示被测压力或经放大电路转换成统一标准信号后，再传送到记供显示仪表显示被测压力或经放大电路转换成统一标准信号后，再传送到记录仪和调节器等仪表。录仪和调节器等仪表。应变片有金属电阻丝应变片应变片有金属电阻丝应变片(金属丝粘贴在衬底上组成的元件金属丝粘贴在衬底上组成的元件)和半导和半导体应变片两类。体应变片两类。根据电阻应变原理，应变片在压力作用下产生弹性变形根据电阻应变原理，应变片在压力作用下产生弹性变形dL/L(dL/L(即应变即应变e)e)，其电阻值随之发生变化。如果已如应变片的电阻变化与其变形，其电阻值随之发生变化。如果已如应变片的电阻变化与其变形(即应变即应变)的的关系，那么，通过对应变片电阻变化的测量就可测知被测压力关系，那么，通过对应变片电阻变化的测量就可测知被测压力。18单晶硅谐振式传感器单晶硅谐振式传感器单晶硅谐振式传感器单晶硅谐振式传感器 谐振式传感器是采用超精细加工工艺在单晶硅材料上制成两个完全一谐振式传感器是采用超精细加工工艺在单晶硅材料上制成两个完全一致的致的H H型谐振梁，并以一定的频率产生振动。其谐振频率取决于梁的长度及张型谐振梁，并以一定的频率产生振动。其谐振频率取决于梁的长度及张力，而张力随压力的变化而变化，实现了压力变化转换成频率信号的变化，力，而张力随压力的变化而变化，实现了压力变化转换成频率信号的变化，并采用了频率差分技术，将两个频率信号直接输出到脉冲计数器。从而使传并采用了频率差分技术，将两个频率信号直接输出到脉冲计数器。从而使传感器具有误差小，重复性好、分解能力和反应灵敏度高、直接输出数字信号感器具有误差小，重复性好、分解能力和反应灵敏度高、直接输出数字信号等特点。由于传感器良好的特性，可使变送器几乎不受静压和温度的影响，等特点。由于传感器良好的特性，可使变送器几乎不受静压和温度的影响，而且具有优良的过压性能和范围较宽的量程。而且具有优良的过压性能和范围较宽的量程。19压力的测量与变送电容式传感器电容式传感器20SS0S0S2S1图2-19膜片位移原理图420 mA放大电路原理：P变化 C 电流的变化六、压力测量仪表选用 压力表的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，被测介质的性质，现场环境条件等来考虑仪表的类型、量程和精度等级。并确定是否需要带有远传、报警等附加装置。这样才能达到经济、合理和有效的目的。1类型的选用 仪表类型的选用必须满足工兰生产的要求。例如是否需要远传变送、自动记录或报警；被测介质的物理化学性质(如腐蚀性、温度高低、粘度大小、脏污程度、易燃易爆等)是否对仪表提出特殊要求；现场环境条件(如高温、电磁场、振动等)对仪表有否特殊要求等。普通压力表的弹簧管材料多采用铜合金，高压的也有采用碳钢，而氨用压力表的弹簧管材料都采用碳钢，不允许采用铜合金。因为氨气对铜的腐蚀极强，所以普通压力表用于氨气压力测量很快就要损坏。氧气压力表与普通压力表在结构和材质上完全相同，只是氧用压力表禁油。因为油进入氧气系统会引起爆炸。如果必须采用现有的带油污的压力表测量氧气压力时，使用前必须用四氯化碳反复清洗，认真检查直到无油污为止。21七、压力测量范围的选择 2测量范围的确定 仪表的测量范围是根据被测压力的大小来确定的。对于弹性式压力表，为保证弹性元件能在弹性变形的完全范围内可靠地工作，量程的上限值应高于工艺生产中可能的最大压力值。根据化工自控设计技术规定，在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的2/3；测量脉动压力时，最大工作压力不超过量程的1/2；测量高压压力时，最大工作压力不应超过量程的3/5。为了保证测量的准确度，所测的压力值不能太接近于仪表的下限值，亦即仪表的量程不能选得太大，一般被测压力的最小值应不低于量程的1/3。按上述要求算出后，实取稍大的相邻系列值，一般可在相应的产品目录申查到。3精度级的选取 仪表的精度主妥是根据生产上允许的最大测量误差来确定的。此外，在满足工艺要求的前提下，还要考虑经济性，即尽可能选用精度较低、价廉耐用的仪表。22八、常见故障压力力传感器及变送器容易出现的故障主要有以下几种：第一种是压力上去，变送器输出上不去。此种情况，先应检查压力接口是否漏气或者被堵住，如果确认不是，检查接线方式和检查电源，如电源正常则进行简单加压看输出是否变化，或者察看传感器零位是否有输出，若无变化则传感器已损坏，可能是仪表损坏或者整个系统的其他环节的问题;第二种是加压变送器输出不变化，再加压变送器输出突然变化，泄压变送器零位回不去，很有可能是压力传感器密封圈的问题。常见的是由于密封圈规格原因，传感器拧紧之后密封圈被压缩到传感器引压口里面堵塞传感器，加压时压力介质进不去，但在压力大时突然冲开密封圈，压力传感器受到压力而变化。排除这种故障的最佳方法是将传感器卸下，直接察看零位是否正常，若零位正常可更换密封圈再试；23 第三种是变送器输出信号不稳。这种故障有的是压力源的问题。压力源本身是一个不稳定的压力，很有可能是仪表或压力传感器抗干扰能力不强、传感器本身振动很厉害和传感器故障;第四种是变送器与指针式压力表对照偏差大。出现偏差是正常的现象，确认正常的偏差范围即可;最后一种易出现的故障是微差压变送器安装位置对零位输出的影响。微差压变送器由于其测量范围很小，变送器中传感元件会影响到微差压变送器的输出。安装时应使变送器的压力敏感件轴向垂直于重力方向，安装固定后调整变送器零位到标准值。2425谢谢谢谢 谢谢谢谢 参参参参 与与与与仪控部仪控部人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。