2压力测量

油气储运自动化2压力测量2垂直而均匀地作用在单位面积上的力式中Ｐ——压力（Pa）Ｆ——均匀垂直作用力（N）Ｓ——受力面积（m2）SF1Pa=1*10-3KPa=1*10-6MPa单位:牛顿/米2（N/m2），简称“帕”，用符号“Pa”压力的基本概念3压力的分类大气压力绝对压力表压pppp表P真P绝P绝大气压力线绝对压力的零线在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。绝对压力大气压力真空度ppp当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。绝对压力、表压、负压（真空度）的关系4各种压力单位换算表5压力测量范围分类在油气储运过程中要测量的压力的范围，根据工艺生产条件不同．所测的压力各有不同，常把压力测量范围按阶段分类：高真空(10-1Pa)中真空(102~10-1Pa)低真空(105~102Pa)微压(5kPa以下)低压(5—1.6Mpa)中压(1.6-10Mpa)高压(10MPa以上)。6压力测量仪表的分类1.液柱式压力计它根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。按其结构形式的不同有U形管压力计、单管压力计等优点这类压力计结构简单、使用方便缺点其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测量较低压力、真空度或压力差。7压力测量仪表的分类2.弹性式压力计它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。3.电气式压力计它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。8压力测量仪表的分类4.活塞式压力计它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。优点缺点测量精度很高，允许误差可小到0.05%～0.02%。结构较复杂，价格较贵。9二、液柱式压力计分类液柱式压力计是基于静压平衡，利用平衡时的液柱高度差作为压力测量信号。液柱式压力计结构简单，价格低廉，在±105Pa测量范围内精度还是较高的。常用来测量低压和负压。10类型结构特征用途U型管压力计（1）墙挂式和台式两种（2）读数误差较大，分两次读数（3）高精度的带有读数放大镜，并可进行温度补偿及重力补偿等工业流程和实验中测量压力、负压及压差单管压力计（1）台式，一次读数（2）高精度的须考虑温度补偿及重力补偿，游标读数，零位可调（3）标度尺刻度包括了大容器液改变的修正压力基准仪器或压力测量斜管压力计（1）墙挂式和台式两种（2）某些产品倾斜角可调（3）精度0.5级以上带有读数放大镜微压（小于1.5kPa）测量补偿微压计（1）台式（2）用光学方法监视液面，用精密丝杆调整液面，因而精确度可达0.02%微压（小于1.5kPa）基准仪器11（1）U形管压力计△P=P1－P2=ρg(h1+h2)提高工作液密度将增加压力的测量范围，但灵敏度要降低。12U型管压力计特点“零”位刻度在刻度板中间，液柱高度须两次读数；在使用之前，可以不调零，但在使用时应垂直安装；测量准确度受读数精度和工作液体毛细管作用的影响，绝对误差可达2毫米；玻璃管内径为5—8毫米，截面积要一致，在制酸或其他有腐蚀车间，最好采用搪瓷做的标尺。13问：U形管压力计两肘管的内径分别为d1=6mm，d2=6.5mm，管内封液为水，被测压力作用于较细肘管，使水柱从零位下降195mm。如果以该值的2倍作为被测压力值，试确定由于没有读取较粗肘管的水柱从零位的升高值而造成的测量误差。14解：%100PPP%001Pg2h012Pg(hh)221122dhdh212122dhhd%99.7hhhh%212115（2）单管压力计由于U形管压力计需两次读取液面高度，为使用方便，设计出一次读取液面高度的单管压力计。16因则故由于Dd，所以P=ρgh2122244hDhd2212dhhD21222dpg(hh)g(1)hD17特点和要求“零”位刻度在刻度标尺的下端也可以在上端；液柱高度只须一次读数；使用前须调好零点，使用时要检查是否垂直安装；单管压力计的玻璃管直径，一般选用3-5毫米。18（3）斜管微压计倾斜管压力计就是将单管压力计的玻璃管倾斜放置。由于h1读数标尺连同单管一起被倾斜放置，使刻度标尺的分度间距离得以放大，这样就可以测量到十分之一毫米水柱的微压。有时又把倾斜管压力计，叫做微压力计。主要用于测量微小压力、负压和压差，它将单管液柱压力计的测量管倾斜放置，这样可以提高灵敏度，减少读数相对误差。192111B1222APg(hh)g(shlsiin)lAhlAnA20倾斜角度越小，l越长，测量灵敏度就越高；但不可太小，否则液柱易冲散，读数较困难，误差增大。这种倾斜管液柱式压力计可以测量到0.98Pa的微压。为了进一步提高微压计的精确度，应选用密度小的酒精作为工作液体。21特点和要求“零”位刻度在刻度标尺的下端；倾斜管角度是可以根据生产需要用改变的固定的斜管压力计的液面变化范围比单管压力计的放大倍；使用前须放置水平调好零位；更换工作液时，其密度与原刻度标尺时的密度要一致。sin122液柱式压力计的使用（1）U型管压力计或单管压力计都要求垂直安放，斜管压力计则要求水平安放，然后校正压力计的零点，可移动刻度标尺。或加注工作液体，使零位对好。（2）被测压力不能超过压力计的测量范围．否则就会使工作液体冲走，注意压力不能突然加大。（3）由于工作液体在玻璃管内壁产生毛细现象、因此，一般应按图所示的方法读取示数。（4）若工作液体为水时可在水中加入一点红墨水或其它颜色，便于观察。（5）要定期进行检定，检定周期一般为二年。23定义弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。优点具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。三、弹性式压力计241.弹性元件弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围不同时，所用的弹性元件也不一样。图2-5弹性元件示意图弹簧管式弹性元件如图(a)和(b)所示，波纹管式弹性元件如图(e)所示，薄膜式弹性元件如图(c)和(d)所示。25单圈（多圈）弹簧管单圈弹簧管是弯成270度圆弧的空心金属管，其截面为扁圆形或椭圆形等。26扁圆形椭圆形半圆形双圆形8字形厚壁扁圆形◇弹簧管的各种横截面图27膜片膜盒膜片、膜盒弹性膜片是由金属或非金属做成的具有弹性的一张膜片，在压力作用下能产生变形。有时也可以由两块金属膜片沿周口对焊起来，成一薄壁盒子，称为膜盒28波纹管一个周围为波纹状的薄壁金属筒体弹性元件易于变形而且位移可以很久，应用非常广泛。29302.弹簧管压力表分类使用的测压元件单圈弹簧管压力表与多圈弹簧管压力表。用途普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。31基本测量原理扇形齿轮弹簧管拉杆指针中心齿轮接头游丝刻度盘调整螺钉单圈弹簧管是一根弯成270°圆弧的椭圆截面的空心金属管子。管子的自由端B封闭，另一端固定在接头９上。当通入被测的压力p后，由于椭圆形截面在压力p的作用下，将趋于圆形，而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生扩张变形。同时，使弹簧管的自由端B产生位移。输入压力p越大，产生的变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端B的位移成正比，所以只要测得B点的位移量，就能反映压力p的大小。32弹簧管自由端B的位移量一般很小，直接显示有困难，所以必须通过放大机构才能指示出来。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。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。单圈弹簧管在受压时，由于自由端的位移和转动力矩都较小，故仅能制成指示型仪表。而生产中有时需要用记录型仪表。为了能带动记录机构运动，就需要弹簧管有足够长而制成多圈(一般为2~9圈)，这样就成了多圈弹簧管压力表。33多圈弹簧管压力计多圈弹簧管在受压力作用时，由于自由端的位移和输出力都很小，故仅适用于作指示型仪表。而工业生产中有时需要记录型仪表记录压力的变化。为了能带动记录机构运动，需要弹簧管有较大的位移。最有效的手段就是采用多圈弹簧管，制成多圈弹簧管压力计。多圈弹簧管压力计，其弹簧管的圈数一般为2—9圈，自由端角位移可达50o左右。34波纹管式压力计波纹管式压力计常用于低压或负压测量。它采用带有弹簧的波纹管作为压力——位移转换元件。可以构成各种形式的指示型或记录型压力计，在气动显示记录仪表中得到广泛的应用。35电接点压力表在油气生产过程中，常需要把压力控制在某一范围内。即当压力低于或高于给定范围时，就会破坏正常工艺条件，甚至可能发生危险。这时就应采用带有报警或控制触点的压力表。将普通弹簧管压力表稍加变化，便可成为电接点信号压力表，它能在压力偏离给定范围时，及时发出信号，以提醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。36图2-9电接点信号压力表1，4—静触点；2—动触点；3—绿灯；5—红灯压力表指针上有动触点2，表盘上另有两根可调节指针，上面分别有静触点1和4。当压力超过上限给定数值时，2和4接触，红色信号灯5的电路被接通，红灯发亮。若压力低到下限给定数值时，2与1接触，接通了绿色信号灯3的电路。1、4的位置可根据需要灵活调节。37定义电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。优点1.该仪表的测量范围较广，分别可测7×10-5Pa至5×102MPa的压力，允许误差可至0.2％；2.由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过程中可以实现压力自动控制和报警，并可与工业控制机联用。4、电气式压力计38测量原理：通过转换元件把压力转换成电信号输出，然后对电信号进行测量。分类：主要有电容式、电感式和电阻式三种，另外还有电磁感应、压阻效应、压电效应和光电效应式39扩散硅杯式差压变送器40电容式压力变送器电容式压力变送器是一种开环检测仪表，具有结构简单、过载能力强、可靠性好、测量精度高等优点。电容式压力变送器，目前在工业生产中应用非常广泛，其输出信号也是标准4～20mADC电流信号。电容式压力变送器是先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量的。41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C便可以知道被测压力的大小，从而实现压力-电容转换的。dC定极板弹性元件动极板被测压力测量原理ε——电容器极板间绝缘介质的介电常数，F/mA——电容器两平行板覆盖的面积，m2d——两平行板之间的距离，mC——电容量，F电容式测压原理42电容式差压变送器的结构可以有效地保护测量膜片，当差压过大并超过允许测量范围时，测量膜片将平滑地贴靠在玻璃凹球面上，因此不易损坏，过载后的恢复特性很好，这样大大提高了过载承受能力。P2P1输出信号0~20mA定电极C1C2解调器功放器反馈、保护电源、振荡硅油动电极43电感式压力传感器电感式传感器是利用磁性材料和空气导磁率不同，压力作用在膜片上靠膜片改变空气气隙大小，去改变固定线圈的电感，电路中这种电感变化变为相应的电压或电流输出，将压力变为电量达到测压的目的。电感压力传感器按磁路特性分为变磁阻和变磁导两种。它的特点是灵敏度高、输出较大、结构牢靠、对动态加速度干扰不敏感，但不适合于高频动态测量，测量仪器较笨重。44变磁阻式电感压力传感器的工作原理当压力P施之于膜片上后，膜片发生变形，气隙δ改变，即改变了磁路中的磁阻，这样铁芯上的线圈的电感L也发生了变化。如果在线圈内的两端加以一恒定的交流电压U，则电感L的变化将反映为电流I值的变化。因此，可以从线路中的电流值I来度量膜片上所感受的压力P。45变磁导式压力传感器的工作原理变磁阻式传感器由于穿过线圈的磁通密度很高，因此铁磁材料常常发生导磁率不恒定的缺点，为此，可采用变磁导式传感器。它没有铁芯，只有