第二章压力测量及变送

第二章压力测量及变送弹性式压力计压力、差压变送器压力仪表的选用与校验小结第一节弹性式压力计工作原理：利用各种弹性元件受压后产生弹性变形(位移)测量压力。一、弹性元件常用弹性元件:弹簧管、膜片、膜盒、波纹管。材料:铍青铜、磷青铜、不锈钢、橡胶膜片等。返回第一节弹性式压力计仪表由测量系统、指示部分和表壳部分等组成。二、弹簧管压力计表壳部分——表盖、玻璃和罩壳等组成。测量系统——接头、弹簧管和齿轮传动机构等组成。指示部分——分度盘、指针组成。返回第一节弹性式压力计1.测量元件（弹簧管）结构：扁平、中空，截面为扁圆或椭圆形。一端固定(测量端)一端封闭(自由端),弧度270º。材料：一般为铜或铜合金。测量氨介质须用氨用压力表；测氧气时，不得沾有油脂或有机物。作用：感受压力信号，并转换为位移信号。原理：xP自由端截面椭圆趋于圆Pkx1k1—与弹簧管横截面几何形状(椭圆度、角度)、刚度等有关。返回第一节弹性式压力计结论：(1)若弹簧管横截面几何形状一定、刚度一定，则可据位移x变化测量压力P。(2)若弹簧管横截面几何形状一定、P一定，则(3)若弹簧管刚度一定、P一定，则弹簧管长度↑-→x↑，用于小量程（多圈弹簧管）弹簧管将被测压力转换成自由端位移x，但灵敏度低，需要对其进行放大。返回P↑→x↑刚度↑→x↓→量程↑截面几何形状改变-→x、量程改变第一节弹性式压力计2.齿轮传动放大机构(1)第一次放大(杠杆)转过的角度相等：xOBOALOBxOALθOAOBLx(2)第二次放大(中心齿轮)两齿轮啮合，走过弧长相等：θrOAθθrθOAL''实现转角的放大(弧长不变)。θθ'OAr实现弧长的放大。返回第一节弹性式压力计(3)第三次放大（指针）转过的角度相等：LrRyrLRyθ'实现弧长的放大（转角不变）。rRLy结论：显示二次放大一次放大自由端位移指针中心齿轮扇形齿轮弹簧管yLxPKPPkkxkOBxOArROArRLrRy122弹簧管返回指针位移与压力成正比。第一节弹性式压力计讨论：(１)零点调整改变指针初始位置或表盘位置（标准表可调整表盘位置）。(２)量程调整可通过调整OB，改变B点位置实现。返回第一节弹性式压力计3.游丝克服因扇形齿轮和中心齿轮的间隙所产生的仪表变差。返回第一节弹性式压力计三、电接点压力表与相应的电气器件配用，可对被测压力系统实现自动控制和发信（报警）。工作原理：当指针上的动触点与设定指针的静触点接触时，控制系统的电路断开或接通，达到自动控制和发信的目的。返回第一节弹性式压力计四、常用压力表型号YX-电接点压力表YB-标准表YO-氧用压力表YY-乙炔压力表YA-氨用压力表返回第一节弹性式压力计优点：简单可靠；价格低廉；精度高，测量范围宽（-0.1～103MPa）；缺点：只能就地显示或报警。-0.1～0；-0.1～0.06、0.15MPa;0～1、1.6、2.5、4、6、10×10nkPa(n为正、负自然整数)国家规定的压力仪表测量范围：国家规定的精度等级：0.01、0.02、0.05、0.1、0.16、0.2、0.25、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5等。返回第二节压力、差压变送器一、变送器的作用将被测参数（P、L、T、F···）转换成标准统一信号（4～20mA、20～100kPa、0～10mA等）远传，供显示、记录、控制、运算、报警等。差压温度液位流量电流含水率…….压力工艺参数变送器显示记录控制现场控制室返回第二节压力、差压变送器二、变送器的输入输出关系输入：Xmin～Xmax变送器测量范围L=Xmax―Xmin变送器量程输出：Ymin～Ymax输出信号范围不同类型的变送器，其能源及输出的标准信号范围不同。输出信号能源气动变送器：20～100kPa140kPa70年代-80年代中电动变送器:电Ⅱ型0～10mA；220VAC80年代中-90年代初电Ⅲ型4～20mA24VDC90年代初---其他类型变送器的输入X和输出Y一般为线性关系。返回第二节压力、差压变送器例1：一电Ⅲ型压力变送器，测量范围2～10MPa，测得信号为12mA时，所测压力是多少MPa?当所测压力为7.6MPa时，输出为多少mA?)MPa()(X62210420412)mA(.)(.Io2154420210267变送器输出与测量值的换算：minminmaxminmaxminOOY)YY(XXXX)PI(Y或测量值与变送器输出的换算：minminmaxminmaxminX)XX(YYYYX各种输出与被测参数满足线性关系的变送器均可适用。返回第二节压力、差压变送器三、变送器的连线方式1.四线制现场控制室四线制变送器四根导线与变送器相连。两根为电源线，两根为信号线。电动Ⅱ电动Ⅲ电源：220VAC24VDC信号：0～10mA4～20mA2.二线制现场控制室二线制变送器两根导线与现场变送器相连。既是电源线又是信号线，电源与负载串联接入变送器。电源：24VDC信号：4～20mA前者电缆成本高、故障率高。返回第二节压力、差压变送器四、电容式压力（差压）变送器1.测压部件由中心感压膜片(动电极)与正负压两侧弧形电极（固定电极）形成电容Ci1、Ci2。P1=P2时：021PPPPF170~150dεACC02i1i021dddCi1↓，Ci2↑感压膜片产生位移，实现由差压向电容的转换。测压部件结构图Ci2Ci1d2d1返回△P0时：第二节压力、差压变送器0d0dd测压部件等效电路图PKd1ddKCi021ddKCi022PdKddCCCCiiii0101212差动电容的相对变化值与被测差压成正比。2.传送部分任务是将转换成标准信号4～20mADC电流输出。1i2i1i2iCCCCK1—由电极面积与刚度决定的系数。返回第二节压力、差压变送器1151电容式差压变送器返回3051电容式差压变送器返回第二节压力、差压变送器第三节压力仪表的选用与校验1.测量范围的选择稳定压力：K=3/2脉动压力：K=2高压(10MPa)：K=5/3根据被测压力的最大、最小值求出仪表的上、下限。P=KP测P测—被测压力值国家规定的压力仪表测量范围：-0.1～0；-0.1～0.06、0.15MPa;0～1、1.6、2.5、4、6、10×10nkPa(n为正、负自然整数)即Pmax≥P，且P测min≥1/3（Pmin～Pmax）据计算值，在国家规定测量范围中选择≥P值，且满足被测压力最小值不应低于仪表测量范围的1/3。一、压力仪表的选用返回2.精度等级的选择国家规定的精度等级：0.01、0.02、0.05、0.1、0.16、0.2、0.25、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5等。根据工艺允许的最大绝对误差和选定的仪表量程，计算仪表qmax，在国家规定的精度等级中确定精度。3.仪表类型的选择所选精度等级加上“％”、“±”后应小于或至少等于工艺允许的仪表最大引用误差qmax。根据被测介质的性质、是否提出特殊要求、是否需信号远传以及现场环境条件等对仪表类型进行选择。第三节压力仪表的选用与校验q允≤qmax返回例2：需要就地测量某储罐的压力，被测介质的工作压力为6.0MPa，要求最大测量误差不能超过被测压力的±2%，仪表应如何选择？解：普通弹簧管压力表。①测量范围选择：因为测量的储罐压力变化应比较平稳，则MPaP9236②精度选择：根据题意，工艺所允许的最大绝对误差为MPa.%amax12062仪表要求最大引用误差为：%.%.%Laqmaxmax2110010120100仪表允许最大引用误差为：%.qqmax21允选择结果：普通弹簧管压力表，测量范围0～10MPa,精度1.0级。第三节压力仪表的选用与校验测量范围：0~10MPa精度应为：1.0级返回③选择类型：作为就地指示表，没有其它特殊要求。某测温仪表的测量范围为0～1000℃,据工艺要求温度测量误差不得超过±7℃,应如何选择仪表精度才能满足要求?0.7%100%010007qmax结论:q允≤qmax且q允≤hmaxq允≥qmax且q允≥hmax根据工艺要求选择仪表精度等级:去掉“±”与“％”号，此值介于0.5和1.0级之间，若选择等级1.0级的仪表，其允许误差为±1.0％，超过工艺允许的最大误差。仪表允许的最大引用误差应为:例3：根据仪表校验数据确定精度等级:故应选择0.5级精度。第三节压力仪表的选用与校验返回二、校验1.校验方法第三节压力仪表的选用与校验(1)将被校表的示值与标准压力比较。(2)将被校表与标准表示值在相同条件下进行比较。①标准表允许绝对误差应小于等于被校表允许绝对误差的1/3。标准仪表的选择原则：②要求标准表的测量上限应比被校表大一档。a标允≤（1/3）a被允返回3.校验方法第三节压力仪表的选用与校验平衡关系为PAWW0PAWW10()A—测量活塞截面积；W、W0—砝码和测量活塞(托盘)重量；P—被测压力。活塞式压力计2.校验仪器(1)在被校表的测量范围内均匀选择5点以上，并应包括上、下限;(2)确保得到正、反行程误差;(3)为减小读数误差,误差值应在标准表上读取;(4)根据校验数据处理,最终按精度等级要求得出结论。返回活塞式压力计例4：0～10MPa、2.5级压力表，使用一段时间后，需检验其是否合格，请选用合适的标准表。对压力表进行校验的数据如下，判断是否合格？标准值（MPa）上行（MPa）下行（MPa）00.000.0022.022.0843.954.1566.016.0888.128.161010.0010.00标准表：测量范围0～16MPa，精度0.5级。第三节压力仪表的选用与校验amax=0.16MPaΔmax=0.2MPa%100%0100.qmax6.116%0.2100%0102.0hmax满足q允≥qmax和q允≥hmax，则合格。返回被校a31a标被校校qL31qL标允标被小结弹簧管压力表弹性元件弹性变形P(△P)→x电容式变送器差动电容P(△P)→△C如何将差压转化成电容？三、压力仪表的选用与校验1.选择据测量值选量程;据误差要求选精度;据介质性质及使用要求选类型。2.校验标准压力法标准表法（准表的选择原则）校验方法、注意问题。各种变送器的作用、输出与输入的换算关系、接线方式。一、弹性式压力计二、压力、压差变送器返回