热工第3章 压力测量.pdf

热工测量仪表教师：朱红霞Email：第三章第三章压力测量压力测量液柱式压力测量液柱式压力测量弹性式压力测量弹性式压力测量电气式压力测量电气式压力测量压力测量仪表的使用压力测量仪表的使用概述概述1、压力1、压力单位面积上垂直作用的力。单位面积上垂直作用的力。2、压力单位2、压力单位帕斯卡帕斯卡1 1Pa1N/mPa1N/m2 2(牛/米(牛/米2 2)概述概述3、压力的表示方法、压力的表示方法?绝对压力绝对压力(Pabs)?表压（正压）表压（正压）(Pmtr Pabs Patm)?真空（负压）真空（负压）(Pvcm PatmPabs)?差压差压概述概述4、压力测量的主要方法和分类、压力测量的主要方法和分类1）液柱式）液柱式Px 液液柱高度差柱高度差2）弹性式）弹性式Px 弹弹性元件的位移或力性元件的位移或力3）电气式）电气式Px 各 各种种电电量量4）活塞式）活塞式Px 活活塞上所加平衡砝码塞上所加平衡砝码的重力的重力3-1 3-1 液柱式压力测量液柱式压力测量U形管压力计形管压力计单管式压力计单管式压力计斜管式微压计斜管式微压计?依靠液柱压头与被测差压依靠液柱压头与被测差压(压力压力)相平衡来工作的相平衡来工作的?测量范围不大，主要用于正、负微压的测量，如测量范围不大，主要用于正、负微压的测量，如炉膛烟压，风道风压及测速装置的差压等等。炉膛烟压，风道风压及测速装置的差压等等。U形管压力计形管压力计ghhghp)(21+=U形管压力计形管压力计使用注意事项：使用注意事项：保持保持U 形管垂直形管垂直；读数时眼睛应与封液弯月面顶部切线读数时眼睛应与封液弯月面顶部切线平齐。平齐。单管式压力计单管式压力计1宽容器宽容器2带标尺的肘管带标尺的肘管3连通管连通管4水准泡水准泡单管式压力计单管式压力计原理图：原理图：h1h200P1P2gFFhP)1(122+=单管式压力计单管式压力计?多管式压力计多管式压力计：将数根肘管连至同将数根肘管连至同一个大截面容器。一个大截面容器。?电厂用它来测量炉电厂用它来测量炉膛、烟道各处的负膛、烟道各处的负压和凝汽器的真空压和凝汽器的真空等。等。斜管式微压计斜管式微压计原理图：原理图：lKgDdlp=+=)(sin22斜管式微压计斜管式微压计使用方法：使用方法：测正压：被测压力通入大容器；测正压：被测压力通入大容器；测负压：被测压力通入肘管；测负压：被测压力通入肘管；测差压：将较高的压力通入大容器而将测差压：将较高的压力通入大容器而将较低的压力通入肘管。较低的压力通入肘管。斜管式微压计斜管式微压计实例图：实例图：1大容器；2斜管；3底座；4调斜管倾角支架；5水平仪。1）环境温度变化引起封液密度和标尺）环境温度变化引起封液密度和标尺长度变化；长度变化；2）重力加速度的变化引起的误差；）重力加速度的变化引起的误差；3）毛细现象，使封液表面形成弯月）毛细现象，使封液表面形成弯月面，导致读数误差。面，导致读数误差。液柱式压力计的测量误差液柱式压力计的测量误差3-23-2 弹性式压力测量弹性式压力测量一、弹性元件的测量原理一、弹性元件的测量原理二、弹性元件的特性二、弹性元件的特性三、弹性式压力表三、弹性式压力表一、弹性元件测量原理一、弹性元件测量原理弹性元件在负荷（压力、力或力矩）作用弹性元件在负荷（压力、力或力矩）作用下，产生相应的变形（位移或转角），此下，产生相应的变形（位移或转角），此变形与负荷之间的有一定的函数关系。变形与负荷之间的有一定的函数关系。xpKAKFx=二、弹性元件的特性二、弹性元件的特性1、输出特性（弹性特性）1、输出特性（弹性特性）2、刚度和灵敏度2、刚度和灵敏度3、不完全弹性3、不完全弹性（弹性迟滞和弹性后效）（弹性迟滞和弹性后效）二、弹性元件的特性二、弹性元件的特性1、输出特性：、输出特性：F=f(px)或或 x=f(px)二、弹性元件的特性二、弹性元件的特性2、刚度和灵敏度：、刚度和灵敏度：刚度(刚度(K)：)：使弹性元件产生单位变形所需要使弹性元件产生单位变形所需要的负荷。的负荷。灵敏度(灵敏度(S)：)：在单位负荷作用下产生的变形。在单位负荷作用下产生的变形。K=1/SK大大 S小小大量程压力；大量程压力；K小小 S大大微小波动压力微小波动压力二、弹性元件的特性二、弹性元件的特性3、弹性迟滞和弹性后效：、弹性迟滞和弹性后效：弹性迟滞弹性迟滞 弹性弹性元件在其弹性变形范元件在其弹性变形范围内，加负荷与减负围内，加负荷与减负荷时表现的输出特性荷时表现的输出特性不相重合的现象。不相重合的现象。滞后误差（）滞后误差（）二、弹性元件的特性二、弹性元件的特性弹性后效弹性后效 弹性弹性元件加负荷或减负荷元件加负荷或减负荷到某一数值时，弹性到某一数值时，弹性变形不能同时达到相变形不能同时达到相应值，而是要经过一应值，而是要经过一段时间后才能达到应段时间后才能达到应有的应变量。有的应变量。三、弹性式压力表三、弹性式压力表金属膜片式压力表金属膜片式压力表波纹管式压力表波纹管式压力表弹簧管式压力表弹簧管式压力表金属膜片式压力表金属膜片式压力表膜片膜片平薄膜平薄膜波纹膜波纹膜金属膜片式压力表金属膜片式压力表实物图：实物图：金属膜片式压力表金属膜片式压力表膜盒压力表膜盒压力表?适用于测量空气或其它无腐蚀性气体的微适用于测量空气或其它无腐蚀性气体的微压或负压。压或负压。?精度等级精度等级般为般为2.5级，高的可达级，高的可达1.5级。级。?锅炉上常用于测量送风系统、制粉系统、锅炉上常用于测量送风系统、制粉系统、炉膛负压和尾部烟道的压力测量。炉膛负压和尾部烟道的压力测量。?测量范围为测量范围为1504000Pa。波纹管式压力表波纹管式压力表波纹管波纹管具有等间距同轴环状波纹，能沿轴向伸缩具有等间距同轴环状波纹，能沿轴向伸缩无缝波纹管无缝波纹管有缝波纹管有缝波纹管波纹管式压力表波纹管式压力表双波纹管差压表双波纹管差压表?在电厂中主要作为在电厂中主要作为水位水位的显示仪表或变送的显示仪表或变送器使用，有时也作为器使用，有时也作为流量流量显示仪表；显示仪表；?通入仪表的正、负压室的静压一般很高，通入仪表的正、负压室的静压一般很高，但测的静差压不大。但测的静差压不大。弹簧管式压力表弹簧管式压力表弹簧管弹簧管测量范围：真空到测量范围：真空到103MPa；不能测差压。；不能测差压。实物图：实物图：弹性式压力表的特点弹性式压力表的特点?结构简单，使用方便和价格低廉结构简单，使用方便和价格低廉?应用范围广、测量范围宽应用范围广、测量范围宽?只能测表压和负压只能测表压和负压?就地显示就地显示3-3 3-3 电气式压力测量电气式压力测量压力（差压）传感器（压力（差压）传感器（Pressure Senser）能够感受压力（差压）并能按一定规律将其转能够感受压力（差压）并能按一定规律将其转换成相同或不同性质的输出变量的仪表。换成相同或不同性质的输出变量的仪表。变送器（变送器（Transducer）输出为标准信号（电信号）的传感器。输出为标准信号（电信号）的传感器。如如 4-20mA电流信号。电流信号。电位器式压力传感器电位器式压力传感器电感式压力（差压）传感器电感式压力（差压）传感器霍尔压力传感器霍尔压力传感器电容式压力（差压）变送器电容式压力（差压）变送器振弦式压力变送器振弦式压力变送器应变式压力变送器应变式压力变送器力平衡式压力变送器力平衡式压力变送器电位器式压力传感器电位器式压力传感器原理：原理：px 弹性元件弹性元件s1 电位器滑动触点电位器滑动触点s2RxU实例：实例：电位器式压力变送器与电位器式压力变送器与XCZ-104组合使用组合使用使用注意事项：使用注意事项：?存在滑动摩擦阻力，电位器易磨损、受污染。存在滑动摩擦阻力，电位器易磨损、受污染。?不宜在有振动和有腐蚀性气氛的环境中使用。不宜在有振动和有腐蚀性气氛的环境中使用。电感式压力传感器电感式压力传感器原理：原理：px弹性元件弹性元件s 线圈的电感线圈的电感LUU改变铁芯与线圈之间的相对位置改变铁芯与线圈之间的相对位置差动变压器式（互感式）压力测量差动变压器式（互感式）压力测量1：铁芯；：铁芯；2：初级线圈；：初级线圈；3：次级线圈；：次级线圈；4：骨架：骨架起始状态：铁芯处于中间e起始状态：铁芯处于中间e1 1=e=e2 2，u=0；铁芯上移：e，u=0；铁芯上移：e1 1ee2 2，u0；铁芯下移：e，u0；铁芯下移：e1 1ee2 2，u0。，u0。次级线圈头尾对接次级线圈头尾对接u=e1-e2注意事项：注意事项：?电源电源 i、f 变大则灵敏度变大；但变大则灵敏度变大；但i 过大线圈发热，过大线圈发热，f 过高则铁芯涡流损失变大。过高则铁芯涡流损失变大。?由于两次级线圈不完全对称，S=0时有由于两次级线圈不完全对称，S=0时有残存电势残存电势。霍尔压力传感器霍尔压力传感器霍尔效应：霍尔效应：霍霍尔效应尔效应半导体单晶薄片置半导体单晶薄片置于磁场于磁场(B)中，纵向中，纵向通控制电流通控制电流I，则横，则横向产生电势向产生电势EH。EH=KH I B工作原理：工作原理：px s B EH初始状态：霍尔片处于中间，初始状态：霍尔片处于中间，EH=0恒流源恒流源EH=Ks均匀梯度磁场均匀梯度磁场注意事项：注意事项：?（减小温度误差）对霍尔元件进行恒温或采用其它温度补偿措施；（减小温度误差）对霍尔元件进行恒温或采用其它温度补偿措施；?（减少不等位电势和零位误差）注意霍尔元件各处的电阻率、厚度、材料性质等不均匀性以及不对称焊接，采用补偿电路。（减少不等位电势和零位误差）注意霍尔元件各处的电阻率、厚度、材料性质等不均匀性以及不对称焊接，采用补偿电路。电容式压力（差压）变送器电容式压力（差压）变送器特点：特点：具有最少的可动部分，结构简单；具有最少的可动部分，结构简单；测量范围宽，精确度高测量范围宽，精确度高(达达0.2级级)，灵敏度高，体积小；灵敏度高，体积小；能输出能输出(420)mA的直流标准信号。的直流标准信号。工作原理：工作原理：以以测压弹性膜片测压弹性膜片作为作为可变电容器可变电容器的活动极板。的活动极板。ACKd=介质的介电常数介质的介电常数A 极板间相互覆盖的面积极板间相互覆盖的面积d 极板间的距离极板间的距离px弹性膜片弹性膜片s 极板间距极板间距d 电容电容CIpx弹性膜片弹性膜片s 极板间距极板间距d 电容电容cI1151型电容式变送器型电容式变送器21121CCpKCC=+工作过程：工作过程：转换电路图：转换电路图：222122121()()refsigdiffppIIK IKfVCCKCCKpCC=+现场接线现场接线:振弦式压力变送器振弦式压力变送器工作原理：工作原理：px弹性膜片弹性膜片s 振弦张力振弦张力F 固有频率固有频率fxpklTlf2121=820系列振弦式压力变送器工作原理：系列振弦式压力变送器工作原理：特点：特点：输出为频率信号，因此具有较强的抗干扰能力，而且零飘小，温度特性好、准确度高，通常为输出为频率信号，因此具有较强的抗干扰能力，而且零飘小，温度特性好、准确度高，通常为0.2级，易于与计算机等数字监控系统联接。级，易于与计算机等数字监控系统联接。应变式压力变送器应变式压力变送器工作原理：工作原理：px弹性元件弹性元件s 应变片电阻应变片电阻RI应变效应应变效应压阻效应压阻效应金属应变片金属应变片 半导体压阻片半导体压阻片R=L/AdR/R=dL/L-dA/A+d/=-(dD/D)/(dL/L)dA/A=2dD/DdR/R=(1+2)dL/L+d/=(1+2+E)扩散硅式压力传感器扩散硅式压力传感器1、3隔离膜片隔离膜片2封入液封入液4半导体传感器半导体传感器E系列扩散硅变送器系列扩散硅变送器力平衡式压力变送器力平衡式压力变送器工作原理：工作原理：利用力平衡原理利用力平衡原理px弹性元件的集中力弹性元件的集中力F I“力平衡力平衡”具有的优越性？具有的优越性？P+P-F1F2F3F5F4FfSIP-P+F1F2F3F5F4FfSIF4=FfFf=NLBIF4=K3F3F3=F2（tg）F2=K2F1F1=K1(P+-P-)NLBI=K1K2K3(tg)(P+-P-)PNKPPNLBtgKKKI=+)(321副杠杆副杠杆差动变压器差动变压器放大器放大器反馈动圈反馈动圈F4UISF1杠杆系统杠杆系统FfPx弹性元件弹性元件力平衡式压力变送器的原理方框图：力平衡式压力变送器的原理方框图：特点：特点：?结构复杂、体积和重量大、动态特性差。结构复杂、体积和重量大、动态特性差。?0.5 级级压力测量仪表的使用压力测量仪表的使用测压仪表的选择测压仪表的选择测压仪表的安装与使用要求测压仪表的安装与使用要求测压仪表的选择测压仪表的选择1、仪表种类的选择、仪表种类的选择（1）被测介质的性质）被测介质的性质（2）对仪表输出信号的要求）对仪表输出信号的要求（3）仪表的使用环境）仪表的使用环境2、仪表量程的选取、仪表量程的选取量程上限的刻度值为量程上限的刻度值为(1，1.6，2.5，4.0，6.0)10n kPa量程上限量程上限Pp与被测压力与被测压力Px满足：满足：测平稳压力测平稳压力 1/3 Pp Px 2/3 Pp测波动压力测波动压力 1/3 Pp Px1/2 Pp3、仪表精确度的选取、仪表精确度的选取按国家标准化系列规定生产，有：按国家标准化系列规定生产，有：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，4七个等级。七个等级。通常（通常（0.54.0)精度压力表用于工业现场；精度压力表用于工业现场；0.2精度用于企事业单位作三等标准表。精度用于企事业单位作三等标准表。例例3-1 己知某测点压力约己知某测点压力约10MPa，要求其测量误差不超过，要求其测量误差不超过0.1MPa。试确定该测点用的压力表量程范围及精度等级？。试确定该测点用的压力表量程范围及精度等级？例例3-2 已知扩散硅压力变送器输出电流为已知扩散硅压力变送器输出电流为420mA，原测量范围，原测量范围01MPa改为测量范围改为测量范围12.5MPa后，则原来后，则原来0.6MPa压力的电流表工作点对应于改测量范围后的被测压力为多少？压力的电流表工作点对应于改测量范围后的被测压力为多少？测压仪表的安装和使用测压仪表的安装和使用安装、使用注意事项：安装、使用注意事项：1、取压口、取压口?取压口应该与工质流速方向垂直。与设备取压口应该与工质流速方向垂直。与设备内壁平齐，并且不要有凸出物和毛刺。内壁平齐，并且不要有凸出物和毛刺。?测液体压力测液体压力引自管道截面的下部引自管道截面的下部测气体压力测气体压力引自管道截面的上部引自管道截面的上部2.取压管路2.取压管路?取压管路的内径一般取713mm(对于水、蒸汽)，其长度不宜过长(60m)。取压管路的内径一般取713mm(对于水、蒸汽)，其长度不宜过长(60m)。?取压管路不应有水平段敷设，以防聚集气泡(测液体时)和水柱(测气体时)。取压管路不应有水平段敷设，以防聚集气泡(测液体时)和水柱(测气体时)。3.附件3.附件注意要保护仪表不受被测介质的损坏。注意要保护仪表不受被测介质的损坏。如测腐蚀性介质时，要加装隔离容器；如测腐蚀性介质时，要加装隔离容器；测含尘气体时，要在压力表前加装灰尘捕集器；测含尘气体时，要在压力表前加装灰尘捕集器；测量高温蒸汽时，要加装冷凝盘。测量高温蒸汽时，要加装冷凝盘。4、保证仪表与取压口要在同一水平上、保证仪表与取压口要在同一水平上对于未预先调整仪表机械零位的压力表，在使用中其读值应注意安装高度的液柱修正。对于未预先调整仪表机械零位的压力表，在使用中其读值应注意安装高度的液柱修正。解：高度差压头解：高度差压头Hg=109889.80665=96889.7 Pa对于图（对于图（a）:pabs=pd+Hg+patm=4010596889.7101325 4.2 MPa对于图（对于图（b）:pabs=pd-Hg+patm=40105-96889.7101325 4.0 MPa例例3-3 已知如图已知如图(a)和和(b)的测压系统中，脉冲水密度为的测压系统中，脉冲水密度为=988kg/m3，高度差，高度差H=10m，仪表指示压力，仪表指示压力pd=40bar，大气压力为，大气压力为patm=1atm,试求图试求图(a)和图和图(b)中容器内介质绝对压力各为多少中容器内介质绝对压力各为多少MPa？1、已知某测点取压值约、已知某测点取压值约6MPa，当测量平稳变化压力时，应选取多大测量范围的弹簧管压力表，当测量平稳变化压力时，应选取多大测量范围的弹簧管压力表?若要求若要求|测压误差测压误差|不超过不超过0.06MPa，应选多大的精确度等级，应选多大的精确度等级?2、当测量某管道内液体压力时，压力计位于取样点下方、当测量某管道内液体压力时，压力计位于取样点下方6m处，大气压力为处，大气压力为1.02atm，信号管内脉冲水密度为，信号管内脉冲水密度为998kg/m3，压力计指示值为，压力计指示值为1.2MPa。试求：被测液体的绝对压力为多少。试求：被测液体的绝对压力为多少MPa?不经高度校正指示相对误差是多少？不经高度校正指示相对误差是多少？(1atm=101325Pa)