3.2-压力检测及仪表

压力单位及测压仪表弹性式压力计弹性元件弹簧管压力表电气式压力计应变片式压力传感器压阻式压力传感器电容式压力传感器目录：智能式变送器智能变送器的特点智能变送器的结构原理压力计的选用及安装压力计的选用压力计的安装第二节压力检测及仪表332/1522NHNHMPaMPa合成氨的反应中:保证反应的进行必须对压力进行控制3常用压力表电接点压力表HAKK-EKA110A差压变送器轮胎测压计液柱式压力计—08化工仪表及自动化—广西民族大学6第二节压力检测及仪表压力：指由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。化工生产中，通常遇到压力和真空度的测量。若压力不符合要求，不仅会影响生产效率，降低产品质量，还会造成严重生产事故。化学反应中，压力既影响物料平衡关系，也影响化学反应速度。所以，压力的测量与控制，对保证生产过程正常进行，达到高产、优质、低消耗和安全是十分重要的。—08化工仪表及自动化—广西民族大学7一、压力单位及测压仪表由公式SFP得其单位为平方米牛顿国际单位为：帕帕斯卡2/11mNPa工厂中还常用公斤力（工程大气压）Kgf/cm21MPa≈10Kgf/cm2—08化工仪表及自动化—广西民族大学8常用压力单位之间换算关系：1MPa=1×103KPa=1×106Pa1mmH2O=9.807Pa1mmHg=133.32Pa我国目前生产的各种压力仪表都用统一的KPa或MPa为基本单位。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/mH2O（磅/英寸2）/（1b/in2）巴/bar帕11×1061.0197×10-59.869×10-67.501×10-31.0197×10-41.450×10-41×10-5兆帕1×106110.1979.8697.501×1031.0197×1021.450×10210工程大气压9.807×1049.807×10-210.9678735.610.0014.220.9807物理大气压1.0133×1050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.3332×1021.3332×10-41.3595×10-31.3158×10-310.01361.934×10-21.3332×10-3水柱9.806×1039.806×10-30.10000.0967873.5511.4220.09806（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3-1各种压力单位换算表—08化工仪表及自动化—广西民族大学10（一）压力指示值除特殊说明之外，以后所提及的压力均指表压。大气压力绝对压力表压ppp压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度。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。p表P真P绝P绝大气压力线零线—08化工仪表及自动化—广西民族大学11民族大学—08化工仪表及自动化—广西民族大学12（二）测压仪表分类测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。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—08化工仪表及自动化—广西民族大学1313—08化工仪表及自动化—广西民族大学14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。—08化工仪表及自动化—广西民族大学152、弹性式压力计:它是根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移进行测量的。常用的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管等。例：弹簧管压力计、膜式压力计、波纹管压力计3、电气式压力计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。例：各种压力传感器和压力变送器。—08化工仪表及自动化—广西民族大学164、活塞式压力计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。特点：测量精度高，允许误差可小到0.05%~0.02%。但结构较复杂，价格较贵。一般作为标准表来校验其他类型的压力计。数字式活塞式压力计—08化工仪表及自动化—广西民族大学17二、弹性式压力计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。—08化工仪表及自动化—广西民族大学181、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。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。—08化工仪表及自动化—广西民族大学19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。—08化工仪表及自动化—广西民族大学20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21—08化工仪表及自动化—广西民族大学21膜片膜盒◇膜片、膜盒22—08化工仪表及自动化—广西民族大学22•一个周围为波纹状的薄壁金属筒体◇波纹管23—08化工仪表及自动化—广西民族大学23弹簧管是横截面呈非圆形（椭圆形或扁圆形），弯成圆弧状（中心角常为270°）的空心管子。管子的一端为封闭，另一端为开口。闭口端作为自由端，开口端作为固定端。式中θ0为弹簧管中心角的初始角；Δθ为受压后中心角的改变量0P2.弹簧管压力表测量原理:输入压力与弹簧管自由端的位移成正比,故只要测得B点的位移量,就能反映压力P的大小.—08化工仪表及自动化—广西民族大学24弹簧管拉杆指针中心齿轮扇形齿轮接头游丝刻度盘调整螺钉—08化工仪表及自动化—广西民族大学25弹簧管自由端B的位移量一般很小，需要通过放大机构才能指示出来,为了加大弹簧管自由端的位移量，也可采用多圈弹簧管，其原理与单圈弹簧管相似。—08化工仪表及自动化—广西民族大学26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。弹簧管压力表结构简单、使用方便、价格低廉、测量范围宽，可以测量负压、微压、低压、中压和高压—08化工仪表及自动化—广西民族大学27在化工生产过程中，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。警惕！—08化工仪表及自动化—广西民族大学28弹簧管压力表—08化工仪表及自动化—广西民族大学29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。—08化工仪表及自动化—广西民族大学30—08化工仪表及自动化—广西民族大学31电接点压力表—08化工仪表及自动化—广西民族大学32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。三、电气式压力计—08化工仪表及自动化—广西民族大学33组成一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。电气式压力计组成方框图—08化工仪表及自动化—广西民族大学341、霍尔式压力表测压原理：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-位移-霍尔电势的转换。线性非均匀磁场—08化工仪表及自动化—广西民族大学35霍尔片：是一种半导体或化合物半导体转换元件。霍尔效应：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B的方向垂直，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I，则会在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。IBKVHH1、霍尔片式压力传感器cdab当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。—08化工仪表及自动化—广西民族大学37压力检测方法及仪表弹簧管霍尔片KxVHK——霍尔式压力传感器输出系数χ——自由端霍尔元件的位移量磁钢霍尔片+弹簧管—08化工仪表及自动化—广西民族大学382.应变片式压力传感器电阻应变片工作原理是基于金属导体或半导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化象。—08化工仪表及自动化—广西民族大学39利用金属或半导体材料制成的电阻体的阻值可表示为：当电阻体受外力作用时，电阻体的长度、截面积或电阻率会发生变化，即其阻值也会发生变化。这种因尺寸变化引起阻值变化称为应变效应。SlR金属丝受拉时，l变长,导致R变大。应变片多以金属材料为主，一般和弹性元件一起使用。—08化工仪表及自动化—广西民族大学40金属应变片结构：网状敏感栅——高阻金属丝、金属箔基片——绝缘材料盖片——保护层—08化工仪表及自动化—广西民族大学41r1r2123P(a)传感器1－外壳2－弹性筒3－膜片FR1R2R4应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置—08化工仪表及自动化—广西民族大学42—08化工仪表及自动化—广西民族大学43VER1R2R3R4ERRRRRRRRV))((32413142—08化工仪表及自动化—广西民族大学44A.去污应变片的粘贴技术：B、贴片C.测量：用万用表测量应变片的电阻，发现端子折断和坏的应变片。D.焊接：将引线和端子用烙铁焊接起来F.固定：将引线和被测对象固定在一起，防止损坏引线和应变片。—08化工仪表及自动化—广西民族大学45—08化工仪表及自动化—广西民族大学46结论：应变片式压检测仪表具有较大的测量范围，被测压力可达几百MPa，并具有良好的动态性能，适用于快速变化的压力测量。但是，尽管测量电桥具有一定的温度补偿的作用，应变片式压力检测仪表仍有比较明显的温漂和时漂，因此，这种压力检测仪表较多地用于一般要求的动态压力检测，测量精度一般在0.5-1.0％左右。—08化工仪表及自动化—广西民族大学473.压阻式的压力传感器固体受到作用力后，电阻率就要发生变化，这种效应称为压阻效应。半导体材料(如单晶硅)的压阻效应特别强。特点：精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；便于实现显示数字化；可以测量压力，稍加改变，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。—08化工仪表及自动化—广西民族大学484.电容式压力变送器电容式差压变送器采用差动电容作为检测元件。主要包括测量部件和转换放大电路两部分：差压电容膜盒电容-电流转换电路调零、零迁电路电流放大器反馈电路ΔpΔCIiIf＋＋Iz－Io测量部分转换放大部分差压传感器—08化工仪表及自动化—广西民族大学49测量原理:将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量的。由物理学可知，两块平行金属板构成的电容器，其电容量为式中A——极板相互遮盖的面积(m2)；——极板距离(m)。d——极板间介质的介电常数dACdA平行平面电容—08化工仪表及自动化—广西民族大学5000