压力检测方法及仪表.pptx

第第 四四 章章压力控制系统压力控制系统 4-1 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表 4-2 简单控制系统简单控制系统 4-3 复杂控制系统复杂控制系统 第四章第四章 压力控制系统压力控制系统 4-1 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表 1-1概述概述 1-2压力表压力表1-3选择、安装与校验选择、安装与校验4-1 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表1-1概述概述、概念、概念垂直而均匀地作用在单位面积上的力垂直而均匀地作用在单位面积上的力式中式中压力（压力（PaPa）均匀垂直作用力（均匀垂直作用力（N N）受力面积（受力面积（m2m2）单位单位:牛顿牛顿/米米2 2（N/m2N/m2），简称），简称“帕帕”，用符号，用符号“PaPa”1MPa=1*103KPa =1*106Pa、单位、单位国际单位制（国际单位制（SI）-帕（帕（Pa），），1工程大气压工程大气压=1kgf/cm2=98066.5 Pa1标准大气压标准大气压=760 mmHg=101325 Pa1毫米汞柱毫米汞柱1 mmHg=13.6 mmH2O=133.322 Pa1毫米水柱毫米水柱1 mm H2O=1kgf/m2=9.80665 Pa、压力的表示方法、压力的表示方法被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压（或真空度）被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压（或真空度）P表表甲甲物物体体承承受受压力压力1大气压力线大气压力线P绝绝P真真P绝绝100绝对压力零线绝对压力零线绝对压力、表压力、真空度的关系图绝对压力、表压力、真空度的关系图乙乙物物体体承承受受压力压力、分类、分类p液柱式压力计液柱式压力计p弹性式压力计弹性式压力计p电气式压力计电气式压力计p活塞式压力计活塞式压力计将被测压力转换成液柱高度差进行测量将被测压力转换成液柱高度差进行测量液柱式压力计液柱式压力计弹性式压力计弹性式压力计（1）测压原理：）测压原理：利用各种弹性元件在被测介质压力作用下会产生弹利用各种弹性元件在被测介质压力作用下会产生弹性变形。性变形。（2）特点：结构简单，价格便宜、测压范围宽，）特点：结构简单，价格便宜、测压范围宽，测量精度也比较高测量精度也比较高(3)适用场合：在生产过程中获得了最广泛的应用。适用场合：在生产过程中获得了最广泛的应用。电气式压力计电气式压力计（1）测压原理：把压力转换为电阻、电容、电感）测压原理：把压力转换为电阻、电容、电感或电势等电量，从而实现压力的间接测量。或电势等电量，从而实现压力的间接测量。（2）特点：反应较快，测量范围较广、精度可达）特点：反应较快，测量范围较广、精度可达0.2%，便于远距离传送。在生产过程中可以实，便于远距离传送。在生产过程中可以实现压力自动检测、自动控制和报警。现压力自动检测、自动控制和报警。(3)适用场合：适用于测量压力变化快、脉动压力、适用场合：适用于测量压力变化快、脉动压力、高真空和超高压的场合。高真空和超高压的场合。活塞式压力计活塞式压力计：将压力转换成活塞上平衡砝码的重：将压力转换成活塞上平衡砝码的重量进行测量。量进行测量。1-2压力表压力表1 1、液柱式压力计、液柱式压力计、弹性式压力计、弹性式压力计3 3、电测压力法、电测压力法1、液柱测压法液柱测压法 将将被被测测压压力力转转换换成成液液柱柱高高度度差差进进行行测量测量 常用的压力表有常用的压力表有U U形管压力表、形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞式单管压力表、斜管压力表和活塞式压力表等。压力表等。测量原理测量原理h hh h1 12 22 21 11 11 12 2h h2 2P0h1h211p200、弹性式压力计、弹性式压力计 弹性元件弹性元件P 弹簧管式弹性元件弹簧管式弹性元件P 膜片式弹性元件膜片式弹性元件 将被测压力转换成弹性元件变形的位移将被测压力转换成弹性元件变形的位移当弹性元件在轴向受到外力作用当弹性元件在轴向受到外力作用 时，就会产生拉伸或压缩位移，即时，就会产生拉伸或压缩位移，即 S P式中式中 F F轴向外力轴向外力 S S位移位移 C C弹性元件的刚度系数弹性元件的刚度系数 式中式中 A A弹性元件承受压力的有效面积弹性元件承受压力的有效面积 P P被测压力被测压力 弹簧管压力表弹簧管压力表弹簧管弹簧管拉杆拉杆指针指针中心齿轮中心齿轮扇形齿轮扇形齿轮接头接头游丝游丝刻度盘刻度盘调整螺钉调整螺钉3、电测压力法电测压力法1.1.弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成相应的电信号，如电阻式、电感式、的位移量转换成相应的电信号，如电阻式、电感式、电容式、霍尔片式、应变式、振弦式等；电容式、霍尔片式、应变式、振弦式等；2.2.非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理性质与压力有关，如压电式、压些物体的某一物理性质与压力有关，如压电式、压阻式、压磁式等。阻式、压磁式等。利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被测压力变换为电信号来进行测量的。测压力变换为电信号来进行测量的。电容式测压采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量，然后通过测量电容量容器的电容量，然后通过测量电容量C C便可以知道被测压便可以知道被测压力的大小，从而实现压力力的大小，从而实现压力-电容转换的。电容转换的。定极板定极板弹性元件弹性元件动极板动极板被测压力被测压力 电容器极板间绝缘介质的介电电容器极板间绝缘介质的介电 常数，常数，F/m A电容器两平行板覆盖的面积，电容器两平行板覆盖的面积，m2 d两平行板之间的距离，两平行板之间的距离，m C电容量，电容量，F压电式测压原理压电式测压原理根根据据“压压电电效效应应”把把被被测测压压力力变变换换为为电电信信号号的。的。（a）单晶体（b）剖面图（c）X截割的石英片 受力面积受力面积 作用在受力面积上的压力作用在受力面积上的压力压电常数压电常数 电荷数电荷数应变片式测压原理应变片式测压原理外力作用外力作用应变片应变片被测对象表面产生微小机械变形被测对象表面产生微小机械变形应变片敏感栅随同变形应变片敏感栅随同变形电阻值发生相应变化电阻值发生相应变化 1敏感栅 2基片 3粘合剂 4引线 5覆盖片 敏感栅敏感栅 直径为直径为0.025mm0.025mm左右的合金电阻丝左右的合金电阻丝基基 底底 绝缘绝缘覆盖层覆盖层 保护保护位移、力、力矩、位移、力、力矩、加速度、压力加速度、压力应变 弹性敏感元件 组成l54321霍尔式压力表霍尔式压力表线性非均匀磁场线性非均匀磁场 弹簧管弹簧管霍尔片霍尔片 K霍尔式压力传感器输出系数霍尔式压力传感器输出系数 自由端霍尔元件的位移量自由端霍尔元件的位移量磁钢磁钢霍尔片霍尔片+弹簧管弹簧管霍尔式压力表霍尔式压力表霍尔式压力表属于电气式压力表。霍尔式压力表属于电气式压力表。测压原理测压原理：利用霍尔片式传感器（根据半导：利用霍尔片式传感器（根据半导体材料的霍尔效应的原理）实现压力体材料的霍尔效应的原理）实现压力-位移位移-霍尔电势的转换。霍尔电势的转换。霍尔片霍尔片：是一种半导体或化合物半导体转换：是一种半导体或化合物半导体转换元件。元件。霍尔效应霍尔效应：把一块霍尔元件置于均：把一块霍尔元件置于均匀磁场中，并使霍尔片与磁感应强度匀磁场中，并使霍尔片与磁感应强度B的的方向垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵方向垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵向端面上通入恒定的控制电流向端面上通入恒定的控制电流I，则会在，则会在霍尔片的两个横向端面之间形成电位差霍尔片的两个横向端面之间形成电位差VH，此电位差称为霍尔电势。，此电位差称为霍尔电势。差压（压力）变送器差压（压力）变送器作用作用：将各种物理量转换成统一的标准信号：将各种物理量转换成统一的标准信号差压变送器差压变送器 力平衡式变送器力平衡式变送器 位移平衡式变送器位移平衡式变送器气动单元组合仪表（简称为QDZ仪表）20100KPa电动单元组合仪表（简称为DDZ仪表）DDZ-DDZ-型仪表为型仪表为0 010mADC10mADC DDZ-DDZ-型仪表为型仪表为4 420mADC20mADC或或1-5VDC1-5VDC1低压室 2高压室 3测量元件（膜盒、膜片）4轴封膜片 5主杠杆 6过载保护片 7静压调整螺钉 8矢量机构 9零点迁移弹簧 10平衡锤 11量程调整螺钉 12检测片（衔铁）13差动变压器 14副杠杆 15放大器 16反馈动圈 17永久磁钢 18电源 19负载 20调零弹簧 测量机构杠杆机构检测放大 机构反馈 机构力力平平衡衡式式压压力力变变送送器器 主杠杆 矢量机构将F1分解成F2和F3，副杠杆平衡：l1l4l3l0lfl2F1F3F2FfF0HMFi5481214v微位移式变送器微位移式变送器 I0（1）测量部分测量部分 填充液（硅油）固定电极可动电极P1转换放大单元 P2电容式压力传感器隔离膜片p 测量部分包括电容膜盒、高低压室及法兰组件等.p 测量原理:将被测压力的变化转换成电容量的变化。智能差压（压力）变送器智能差压（压力）变送器 在普通压力传感器上增加微处理器在普通压力传感器上增加微处理器 特特点点：具具有有远远程程通通讯讯的的功功能能，依依靠靠手手操操通通信信器器，用用户户可可在在现现场场或或控控制制室室设设定定变变送送器器各各种种参参数数，使使用用维维护护方方便便，长期稳定工作，每长期稳定工作，每5 5年才需校检一次年才需校检一次。以以3051C 为例：为例：组成：传感膜头：被测压力组成：传感膜头：被测压力-A/D转换转换-数数字信号字信号 电子线路板：对信号进行修正，线性化处理电子线路板：对信号进行修正，线性化处理-D/A转换转换-420mA信号信号A/D转换器 温度传感器 电容传感器传感膜头内存 修正系数 膜头信号微处理器传感器线性化重设量程诊断工程单位通信电子板内存量程值变送器组态信息D/A转换数字通信本机量程和零点调整手操器传感膜头电子线路板3051C型智能变送器原理图1-3选择、安装与校验选择、安装与校验、压力表的选择、压力表的选择（）仪表的类型（）仪表的类型必须满足生产过程的要求，例如是否要求指示值的必须满足生产过程的要求，例如是否要求指示值的远传或变送、自动记录或报警等；被测介质的性质远传或变送、自动记录或报警等；被测介质的性质及状态（如腐蚀性强弱、温度高低、粘度大小、脏及状态（如腐蚀性强弱、温度高低、粘度大小、脏污程度、易燃易爆等）是否对仪表提出了专门的要污程度、易燃易爆等）是否对仪表提出了专门的要求；仪表安装的现场环境条化，如环境温度、电磁求；仪表安装的现场环境条化，如环境温度、电磁场、振动等。统筹分析这些条件后，正确选用仪表场、振动等。统筹分析这些条件后，正确选用仪表类型，这是仪表正常工作并确保生产安全的重要前类型，这是仪表正常工作并确保生产安全的重要前提。提。（2）仪表的量程）仪表的量程仪表的量程是根据被测压力的大小和保证仪仪表的量程是根据被测压力的大小和保证仪表寿命等方面来考虑的，通常仪表的上限值应稍表寿命等方面来考虑的，通常仪表的上限值应稍大于工艺被测压力的最大值。为了避免压力计超大于工艺被测压力的最大值。为了避免压力计超过负荷而破坏，仪表的上限值应高于生产过程中过负荷而破坏，仪表的上限值应高于生产过程中可能出现的压力的最大压力值。对于弹性式压力可能出现的压力的最大压力值。对于弹性式压力计，在被测压力比较平稳的情况下，被测最大压计，在被测压力比较平稳的情况下，被测最大压力应为压力计的上限值的力应为压力计的上限值的3/4；在压力波动较大；在压力波动较大测量场合，被测最大压力应为压力计的上限值的测量场合，被测最大压力应为压力计的上限值的2/3。一般为了保证测量的精度，被测压力的最一般为了保证测量的精度，被测压力的最小值也不应低于全量程的小值也不应低于全量程的1/3。（3）仪表精度等级）仪表精度等级应根据生产工艺对压力测量应根据生产工艺对压力测量所允许的最大误差来决定。所允许的最大误差来决定。工业用选工业用选1.5级或级或2.5级，级，实验室或校验选用实验室或校验选用0.4级及级及0.25级以上。级以上。、压力表的安装、压力表的安装（1）取压点的设置必须有代表性，应）取压点的设置必须有代表性，应将取压点选在能正确而及时反映被测压力将取压点选在能正确而及时反映被测压力实际数值的地方。例如，设置在被测介质实际数值的地方。例如，设置在被测介质流动平稳的部位，不应太靠近有局部阻力流动平稳的部位，不应太靠近有局部阻力或其他受干扰的地方。取压管内端面与设或其他受干扰的地方。取压管内端面与设备连接处的内壁应保持平齐，不应有突出备连接处的内壁应保持平齐，不应有突出物或毛刺，以免影响液体的平衡流动。物或毛刺，以免影响液体的平衡流动。（2）测量蒸汽压力时，应装设冷）测量蒸汽压力时，应装设冷凝管，以避免高温蒸汽与测压元件直凝管，以避免高温蒸汽与测压元件直接接触。对于有腐蚀性或粘度较大、接接触。对于有腐蚀性或粘度较大、有结晶、沉淀等介质，可安装的隔离有结晶、沉淀等介质，可安装的隔离罐，罐中充以中性的隔离液体，以防罐，罐中充以中性的隔离液体，以防腐参与蚀或堵塞导压管和压力表。腐参与蚀或堵塞导压管和压力表。（3）取压口到压力表之间应装有）取压口到压力表之间应装有切断阀切断阀，以备检修压力表时使用。切，以备检修压力表时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。需断阀应装设在靠近取压口的地方。需要进行现场校验或经常冲洗导压管的要进行现场校验或经常冲洗导压管的地方，切断阀可改用地方，切断阀可改用三通阀三通阀。（4）当被测压力较小，而压力表与取压）当被测压力较小，而压力表与取压口又口又不在同一高度不在同一高度，对由此液柱高度，对由此液柱高度差而引起的测量误差，应差而引起的测量误差，应进行修正进行修正。（5）当被测压力）当被测压力波动剧烈和频繁波动剧烈和频繁（如泵、压缩机的出口压力）时，应（如泵、压缩机的出口压力）时，应装装缓冲器或阻尼器缓冲器或阻尼器。、压力表的校验压力表的校验（1）校验仪器）校验仪器 常用校验压力表的标准常用校验压力表的标准仪器为仪器为活塞式压力表活塞式压力表，它的准确度等，它的准确度等级有级有0.02、0.05和和0.2级，可用来校级，可用来校准准0.25级精密压力表，亦可校准各种级精密压力表，亦可校准各种工业用压力表，被校压力的最高值有工业用压力表，被校压力的最高值有0.6MPa、6 MPa、60 MPa三种。三种。（2）校验方法）校验方法1）检验点应在测量范围内均匀选取）检验点应在测量范围内均匀选取34个点，一般应选在带有刻度数字个点，一般应选在带有刻度数字的大刻度点上。的大刻度点上。2）均匀增压至刻度上限，保持上限压）均匀增压至刻度上限，保持上限压力力3min，然后均匀降至零压，主要观，然后均匀降至零压，主要观察指示有无跳动、停止、卡塞现象。察指示有无跳动、停止、卡塞现象。3）单方向增压至校验点后读数，）单方向增压至校验点后读数，轻敲表壳再读数轻敲表壳再读数。用同样的方法增压。用同样的方法增压至每一校验点进行校验，然后再单方至每一校验点进行校验，然后再单方向缓慢降压至每一校验点进行校验。向缓慢降压至每一校验点进行校验。计算出被校表的基本误差、变差、零计算出被校表的基本误差、变差、零位和轻敲位移等。位和轻敲位移等。作业作业1、怎样选择压力表？、怎样选择压力表？2、怎样校验压力表？、怎样校验压力表？