压力表以及压力变送器

1压力检测仪表进出站压力、主要设备的操作压力仪表选用：·就地指示：弹簧管压力表、膜盒压力表·压力限值检测：防爆电接点压力表，防爆压力开关·远传控制：智能压力变送器2一、压力与压力的表示方法压力就是垂直均匀作用在物体单位面积上的力。在物理学上称之为压强，但是在工程中常把它称之为压力。SFp式中，p是压力；F是垂直作用力；S是受力面积。1.压力的单位（1）法定计量单位:压力的单位，在国际单位制（SI）中规定为“帕斯卡”，简称“帕”，符号为Pa。一帕相当于一平方米面积上垂直均匀作用一牛顿力产生的压力，即1Pa=1N／m2。工程上用KPa、MPa。3（2)非法定计量单位:我国过去使用的压力单位有多种，例如：物理大气压(atm)、工程大气压(kgf／cm2)、毫米水柱(mmH2O)、毫米汞柱(mmHg)、巴(bar)、托(torr)等等。我国现已推广使用法定计量单位，以上非法定计量单位已限制使用。但各种压力单位之间的换算关系如表1所示。4压力单位帕/Pa兆帕/MPa工程大气压/(kgf/cm2)物理大气压/atm汞柱/mmHg水柱/mmH2O（磅/英寸2）/（1b/in2）巴/bar帕11×10-61.0197×10-59.869×10-67.501×10-31.0197×10-11.450×10-41×10-5兆帕1×106110.1979.8697.501×1031.0197×1051.450×10210工程大气压9.807×1049.807×10-210.9678735.61×10414.220.9807物理大气压1.0133×1050.101331.033217601.0332×10414.701.0133汞柱1.3332×1021.3332×10-41.3595×10-31.3158×10-3113.61.934×10-21.3332×10-3水柱9.8079.807×10-61×10-49.678×10-50.0735511.4220.09806（磅/英寸2）6.895×1036.895×10-30.070310.0680551.710.703110.06895巴1×1050.11.01970.9869750.110.19714.501表1各种压力单位换算关系表52.压力的表示法在压力测量中，压力的表示常有表压力、绝对压力、负压力或真空度之分，关系如图所示。图绝对压力、表压力与负压力的关系表压力(正压力）是绝对压力和大气压力之差，即大气压力绝对压力表压ppp6当被测压力低于大气压时，一般用负压力或真空度来表示，是大气压力和绝对压力之差，即：绝对压力大气压力真空度ppp说明：由于各种工艺设备和测量仪表通常处于大气之中，本身就承受着大气压力，所以工程上经常用表压或真空度来表示压力的大小。如无特殊说明，以后提到的压力均指表压力或真空度。•1、弹性式压力仪表•（1）弹簧管压力表•（2）电接点压力表•（3）压力开关•2、电气式压力仪表•压阻式、应变式、电容式、电感式•（1）电容式差压（压力）变送器•（2）智能型（差压）压力变送器8常用弹性元件弹性元件是弹性式压力仪表的测压敏感元件，是压力-位移转换元件，工业上常用的弹性元件有膜片、膜盒、波纹管和弹簧管，结构如图所示。(a)单圈弹簧管（b）多圈弹簧管（c）膜片(d)膜盒（e）波纹管图弹性元件结构图二、弹性式压力仪表9注意：1.不同材料、不同结构的弹性元件其弹性特性不同，产生的弹性变形也不同。2.当测压范围不同时，所用的弹性元件也不一样。101.弹簧管压力表弹簧管压力表，其测量范围广（10-4～103MPa）,品种规格多，具有结构简单、使用方便、精度较高、坚固耐用、价格便宜的特点。因而被广泛地应用于工业生产上的各种压力测量场合，并在长期发展过程中，被附加上各种发信装置，用于进行压力信号报警与远传。如电接点压力表、霍尔远传压力表、光电编码压力表等。下面以单圈弹簧管压力表为例分析其工作原理。1112（1）单圈弹簧管压力表结构及原理拉杆调整螺钉扇形齿轮弹簧管中心齿轮仪表接头接仪表指针油丝拉杆：当弹簧管产生形变位移时，拉杆跟随其移动，它的另一端与扇形齿轮相连。扇形齿轮：放大弹簧管的位移，在拉杆带动下，驱动中心齿轮。中心小齿轮：相连在仪表轴心内，在圆柱齿轮轴上装有指针，随扇形齿轮带动旋转，从而驱动指针。油丝：油丝的弹性拉紧圆柱齿轮（中心小齿轮）以消除齿间啮合间隙。弹簧管：感受压力，形变产生位移，带动拉杆移动。131）单圈弹簧管弹簧管是压力表的测压元件，自由端封闭，并连结传动机构，用来输出弹簧管变形位移；固定端与压力接头焊接，并固定于表壳上，以便输入被测压力到弹簧管内腔。142）传动放大机构包括拉杆、扇形齿轮、中心齿轮、调整螺钉及游丝，简称为机芯。在这里，传动放大机构的作用是将弹簧管的变形——自由端位移加以放大，并将其变为指针5的偏转。图传动放大机构原理图1－拉杆2-活销3-扇形齿轮4-中心齿轮5-指针注意：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。153）指示机构包括指针5、刻度盘6等，其作用是指示被测压力的数值。4)表壳包括壳座、盖圈、表玻璃等。它的作用是固定和保护表内各种部件。弹簧管压力表16（3）弹簧管的材料因被测介质的性质和被测压力的高低而不同：①被测压力小于20Mpa时，采用磷青铜；②被测压力大于20Mpa时，采用不锈钢、合金钢③测量氨气压力时，为防腐蚀采用不锈钢；④测乙炔时，不得用铜质弹簧管；⑤测氧气时，弹簧管不得沾有油脂或用有机材料附件，以防出现爆炸危险。⑥测量含硫介质压力时，采用OCr15Ni40MoCuTiA1B弹性合金材料17（4)弹簧管压力表的类型弹簧管压力表的规格很多。•按其精度等级可分为：精密压力表(0.16、0.2、0.25级）、标准压力表（0.35、0.4级）、普通压力表（0.5、1.0、1.5、2.5级）等；•按其用途可分为：氧气压力表、氨用压力表、车用压力表等；•按显示及信号方式分：电接点压力表、远传压力表等。•按功能分：耐振压力表、耐腐蚀压力表。18•目前弹簧管压力表的制造已经系列化，压力表的测量上限Pmax有1.0、1.6、2.5、4.0、6.0x10n五个系列，压力表的测量下限Pmin一般为零。•压力表常见型号：Y-60、Z-100、YZ-150、YB-150、YX-100、YXC-100、YTN-150等19警惕！工业生产中，常需要把压力控制在某一范围内。否则，当压力高于或低于规定数值时，就会破坏正常的工艺条件，甚至可能发生事故。利用电接点信号压力表就能方便地在压力偏离正常波动范围时及时发出灯光、声响报警信号，以提醒操作人员注意，或通过继电器实现对压力的自动控制。202.电接点压力表在普通弹簧管压力表的基础上稍添部件，便可成为电接点信号压力表若压力降到下限值时，动触点2与静触点1接触，接通了信号灯3的电路。当压力超过上限值时，动触点2和静触点4接触，信号灯5的电路被接通。下限给定值上限给定值21在石油、化工等工业部门，磁助电接点压力表用于测量无爆炸危险的各种流体介质的压力。通常，磁助电接点压力表与相应的电气器件(如继电器及接触器等)配套使用，即可对被测(控)压力系统实现自动控制和发信(报警)的目的。磁助电接点压力表223.压力开关压力开关又称为压力控制器，是一种简单的压力控制装置，当被测压力达到额定值时，压力开关可发出警报或控制信号。23三、电气式压力仪表电气式压力仪表是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。特点：测量范围较广（7×10-5Pa～5×102MPa）精度较高（可达0.2级）可远距离传送信号（实现压力自动控制、报警）种类：压阻式、应变式、电容式、电感式241、电容式差压（压力）变送器组成：测量部分放大部分①测量部分作用：被测差压ΔP差动电流信号Id②放大部分：电流放大电路；零点调整和零点迁移电路；输出限幅电路；阻尼调整电路。组成：传感器测量线路指示器记录仪控制器辅助电源压力电量25测压原理：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便可以知道被测压力的大小，从而实现压力-电容量转换的。电容式压力传感器可分为三种类型:改变面积式,变介电质的变间隙式(可以用空气,固体介质如云母等)和变极间距离等三类。1.电容式压力（差压）变送器P1-P2=ΔP→中心膜片变形位移→电容量变化P1=P2时：C1=C2=K2/d0K2=εS/4πP1＞P2时：测量膜片中心位移：Δd=K1ΔPK1—弹力系数当P2是大气压时，为压力传感部件。27特点：灵敏度高，量程宽，过载能力强。结构紧凑，稳定性与抗振性好，测量精度高，可达0.2级。应用广泛，输出标准4～20mADC电流信号。292、智能型（差压）压力变送器A/D转换温度传感器电容式传感器传感膜头内存传感器组件压力微处理器D/A转换电子板模块内存数字通信本机量程和零点调整4～20mA电子组件30①传感器组件②电子组件③手持通信器（手操器）功能:组态组态模拟输出参数LCD液晶表头设定向变送器输入信息性数据重设量程变送器的校准(验)自诊断（当出现问题时，变送器将激活用户选定的模拟输出报警。手持通信器可以询问变送器，确定问题所在。变送器向手持通信器输出特定的信息，以识别问题，从而可以快速地进行维修。31HART275手操器32数字输出信号—HART协议HART协议采用基于Bell202标准的FSK频移键控信号，在低频的4～20mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行双向数字通讯，数据传输率为1.2Mbps。由于信号的平均值为0，不影响传送给控制系统模拟信号的大小，保证了与现有模拟系统的兼容性。3334智能型差压变送器的特点:•精度高±0.1%～±0.2%,±0.075%；•测量范围宽,量程比可达40∶1,50∶1,100∶1,甚至400∶1；•温度性能、静压性能、单向过载性能等比以往变送器有很大提高；•仪表结构紧凑、可靠性高、体积小；•可利用手操器远方设定仪表的运行参数及对仪表进行校准、自诊断等；•可实现数字通信。35压力变送器（ABB）36压力变送器（ROSEMOUNT）37下游开关阀平衡阀上游开关阀放空阀液晶显示屏接线孔上下游导压管接口ROSEMOUNT差压变送器生产厂家：美国，罗斯蒙特主要安装地点：各计量支路孔板阀。测量范围：0—6、0—10、0—30、0-40、0—70、0—100、0-160Kpa。ROSEMOUNT差压变送器将孔板造成的差压，由压力信号变为电信号。它输出的信号为直流电流信号，大小为4—20mA。压力变送器的取气方式：•压力变送器的取气分两种，第一种是压力变送器取气，见示意图：•压力变送器压力变送器取气管道实际连接图差压变送器的取气差压变送器HL压差变送器取气管道实际连接图•差压变送器使用时应注意问题：•开启表时：•应先打开正压阀1,再关闭平衡阀2，最后打开负压阀3。•停表时：•应先关闭负压阀3,再打开平衡阀2，最后关闭正压阀1。41四、压力计选用及使用注意事项1、压力表的选择①仪表类型的选用主要考虑三个方面：被测介质的性质对仪表输出信号的要求使用环境②仪表量程的确定根据被测压力的大小确定仪表量程被测压力较稳定时：Pomax÷3/4≤Pmax≤Pomin÷1/3被测压力波动较大时：Pomax÷2/3≤Pmax≤Pomin÷1/3说明：国内弹簧管压力表量程系列为：1.0×10n、1.6×10n、2.5×10n、4.0×10n、6.0×10nMPa③仪表精度等级的确定根据生产上允许的最大测量误差来确定仪表的精度等级四、压力仪表的使用及注意事项42校验：是将被校压力表与标准压力表通以相同的压力，用标准表的示值作为真值，比较被校表的示值，即可确定被校表的误差，以校验被校表的精度、变差等性能。校验时，所选标准表的允许最大绝对误差△max应小于被校表允许最大绝对误差△max’的三分之一，即2、压力表的校验原因：弹性式压力计经过长期使用，会由于弹性元件的弹性衰退而产生缓变误差；或是因弹性元件的弹性滞后和传动机构