1、化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 化工儀表及自動化化工儀表及自動化第二章第二章 壓力檢測壓力檢測 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 內容提要內容提要n 壓力單位及測壓儀表壓力單位及測壓儀表n 彈性式壓力計彈性式壓力計n彈性元件彈性元件n彈簧管壓力表彈簧管壓力表n 電氣式壓力計電氣式壓力計n應變片式壓力傳感器應變片式壓力傳感器n壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器n電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器1化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 內容提要內容提要n 智能式變送器智能式變送器n智能變送器的特點智能變送器的特點n智能變送器的結構原理智能變送器的結構原理nHART375HART375智能終端智能終端n 壓力

2、計的選用及安裝壓力計的選用及安裝n 壓力計的選用壓力計的選用n 壓力計的安裝壓力計的安裝2化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 概述概述3 在化工生產(chǎn)中, 壓力是指由氣體或液體均勻垂直地作用于單位面積上的力。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中,壓力往往是重要的操作參數(shù)之一。 壓力的檢測與控制,對保證生產(chǎn)過程正常進行,達到高產(chǎn)、優(yōu)質、低消耗和安全是十分重要的。 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 壓力單位及測壓儀表壓力單位及測壓儀表表示受力面積。表示垂直作用力；表示壓力；式中，SFpSFp 是指均勻垂直地作用在單位面積上的力。的單位為帕斯卡，簡稱帕（Pa）211mNPa PaMPa610114化學工業(yè)出

3、版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 壓力單位及測壓儀表壓力單位及測壓儀表 為了使大家了解國際單位制中的壓力單位（Pa或MPa）與過去的單位之間的關系，下面給出幾種單位之間的換算關系表。 5化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 6壓力單壓力單位位帕帕/Pa兆帕兆帕/ MPa工程大氣壓工程大氣壓/ (kgf/cm2)物理大氣壓物理大氣壓/ atm汞柱汞柱/ mmHg水柱水柱/ mH2O（磅（磅/英寸英寸2）/ （1b/in2）巴巴/bar帕帕1110106 61.01971010- -5 59.8691010-6-67.5011010-3-31.01971010-4-41.4501010-4-411

4、010-5-5兆帕兆帕110106 61 110.1979.8697.50110103 31.019710102 21.45010102 210工程大工程大氣壓氣壓9.80710104 49.8071010-2-210.9678735.610.0014.220.9807物理大物理大氣壓氣壓1.013310105 50.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱汞柱1.333210102 21.33321010-4-41.35951010- -3 31.31581010- -3 310.01361.9341010-2-21.33321010-3-3水柱水柱9.806101

5、03 39.8061010-3-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅（磅/英寸英寸2）6.89510103 36.8951010-3-30.070310.0680551.710.703110.06895巴巴110105 50.11.01970.9869750.110.19714.501表3-1 各種壓力單位換算表化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 壓力單位及測壓儀表壓力單位及測壓儀表大氣壓力絕對壓力表壓ppp7在壓力測量中，常有在壓力測量中，常有表壓、絕對壓力、負壓或真空度表壓、絕對壓力、負壓或真空度之分。之分。 絕對壓力大氣壓力真空度ppp當被測壓

6、力低于大氣壓力時，一般用負壓或真空度來表示。當被測壓力低于大氣壓力時，一般用負壓或真空度來表示。p表P真P絕P絕大氣壓力線大氣壓力線 零線零線圖2-1絕對壓力、表壓、負壓（真空度）的關系化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 壓力單位及測壓儀表壓力單位及測壓儀表8測量壓力或真空度的儀表按照其轉換原理的不同，分為四類。測量壓力或真空度的儀表按照其轉換原理的不同，分為四類。 它根據(jù)流體靜力學原理，將被測壓力轉換成液柱高度進行測量。 有U形管壓力計、單管壓力計等 這類壓力計結構簡單、使用方便 其精度受工作液的毛細管作用、密度及視差等因素的影響，測量范圍較窄，一般用來測量較低壓力、真空度或壓力

7、差。 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 壓力單位及測壓儀表壓力單位及測壓儀表 它是將被測壓力轉換成彈性元件變形的位移進行測量的。 它是通過機械和電氣元件將被測壓力轉換成電量（如電壓、電流、頻率等）來進行測量的儀表。 9化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 壓力單位及測壓儀表壓力單位及測壓儀表 它是根據(jù)水壓機液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉換成活塞上所加平衡砝碼的質量來進行測量的。 測量精度很高，允許誤差可小到0.05%0.02%。 結構較復雜，價格較貴。 10化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 彈性式壓力計彈性式壓力計11 是利用各種形式的彈性元件，在被測介

8、質壓力的作用下，使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測壓儀表。 具有結構簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價格低廉、測量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點。 可用來測量幾百帕到數(shù)千兆帕范圍內的壓力。 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 彈性式壓力計彈性式壓力計12n 一、一、彈性元件彈性元件 彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。當測壓范圍不同時，所用的彈性元件也不一樣。 圖2-2彈性元件示意圖 彈簧管式彈性元件波紋管式彈性元件薄膜式彈性元件化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 彈性式壓力計彈性式壓力計13n 二、彈簧管壓力表二、彈簧管壓力表 使用的測壓元件使用的測壓元

9、件 單圈彈簧管壓力表與多單圈彈簧管壓力表與多圈彈簧管壓力表。圈彈簧管壓力表。 用途用途 普通彈簧管壓力表，耐腐蝕的氨普通彈簧管壓力表，耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。 1彈簧管；2 拉桿；3 扇形齒輪；4 中心齒輪；5 指針；6 面板；7 游絲；8 調整螺絲；9 接頭化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 彈性式壓力計彈性式壓力計 單圈彈簧管是一根彎成270圓弧的橢圓截面的空心金屬管子。管子的自由端B封閉，另一端固定在接頭上。當通入被測的壓力p后，由于橢圓形截面在壓力p的作用下，將趨于圓形，而彎成圓弧形的彈簧管也隨之產(chǎn)生擴張變形。同時，使彈簧管的自

10、由端B產(chǎn)生位移。輸入壓力p越大，產(chǎn)生的變形也越大。由于輸入壓力與彈簧管自由端B的位移成正比，所以只要測得B點的位移量，就能反映壓力p的大小。 ：彈簧管自由端B的位移量一般很小，直接顯示有困難，所以必須通過放大機構才能指示出來。 14化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 彈性式壓力計彈性式壓力計 在化工生產(chǎn)過程中，常需要把壓力控制在某一范圍內，在化工生產(chǎn)過程中，常需要把壓力控制在某一范圍內，即當壓力低于或高于給定范圍時，就會破壞正常工藝條件，即當壓力低于或高于給定范圍時，就會破壞正常工藝條件，甚至可能發(fā)生危險。這時就應采用帶有報警或控制觸點的壓甚至可能發(fā)生危險。這時就應采用帶有報警或控

11、制觸點的壓力表。將普通彈簧管壓力表稍加變化，便可成為電接點信號力表。將普通彈簧管壓力表稍加變化，便可成為電接點信號壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時，及時發(fā)出信號，以提壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時，及時發(fā)出信號，以提醒操作人員注意或通過中間繼電器實現(xiàn)壓力的自動控制。醒操作人員注意或通過中間繼電器實現(xiàn)壓力的自動控制。 15化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 彈性式壓力計彈性式壓力計圖2-4 電接點信號壓力表1，4 靜觸點；2 動觸點；3 綠燈；5 紅燈 壓力表指針上有動觸點2，表盤上另有兩根可調節(jié)指針，上面分別有靜觸點1和4。當壓力超過上限給定數(shù)值時，2和4接觸，紅色信號燈5的電路

12、被接通，紅燈發(fā)亮。若壓力低到下限給定數(shù)值時，2與1接觸，接通了綠色信號燈3的電路。1、4的位置可根據(jù)需要靈活調節(jié)。 16化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 電氣式壓力計電氣式壓力計是一種能將壓力轉換成電信號進行傳輸及顯示的儀表。 171. 該儀表的，分別可測710-5Pa至5102MPa的壓力，允許誤差可至0.2； 2. 由于可以遠距離傳送信號，所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中可以實現(xiàn)壓力自動控制和報警，并可與工業(yè)控制機聯(lián)用。 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 電氣式壓力計電氣式壓力計 一般由壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置所組成。常用的信號處理裝置有指示儀、記錄儀以及控制器、

13、微處理機等。 圖2-5 電氣式壓力計組成方框圖18化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 19第三節(jié)第三節(jié) 電氣式壓力計電氣式壓力計n 一、應變片壓力傳感器一、應變片壓力傳感器 利用電阻應變原理構成。電阻應變片有金屬和半導體應變片兩類，被測壓力使應變片產(chǎn)生應變。當應變片產(chǎn)生壓縮（拉伸）應變時，其阻值減小（增加），再通過橋式電路獲得相應的毫伏級電勢輸出，并用毫伏計或其他記錄儀表顯示出被測壓力，從而組成應變片式壓力計。 圖2-6 應變片壓力傳感器示意圖1應變筒；2 外 殼 ；3密封膜片化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 電氣式壓力計電氣式壓力計 利用單晶硅的壓阻效應而構成。 采用單晶硅片為彈

14、性元件，在單晶硅膜片上利用集成電路的工藝，在單晶硅的特定方向擴散一組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器腔內。 當壓力發(fā)生變化時，單晶硅產(chǎn)生應變，使直接擴散在上面的應變電阻產(chǎn)生與被測壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應的電壓輸出信號。 20化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 電氣式壓力計電氣式壓力計 精度高、工作可靠、頻率響應高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結構簡單； 便于實現(xiàn)顯示數(shù)字化； 可以測量壓力，稍加改變，還可以測量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。 2121圖3-12 壓阻式壓力傳感器1基座；2單晶硅片；3導環(huán)；4螺母；5密封墊圈；6等效電阻化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出

15、版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 電氣式壓力計電氣式壓力計 22先將壓力的變化轉換為電容量的變化，然后進行測量。 圖2-8 電容式測量膜盒1中心感應膜片 (可動電極)； 2固定電極； 3測量側； 4隔離膜片化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 智能式變送器智能式變送器是在普通壓力或差壓傳感器的基礎上增加微處理器電路而形成的智能檢測儀表。 23n 一、智能變送器的特點一、智能變送器的特點性能穩(wěn)定,可靠性好,測量精度高,基本誤差僅為0.1%。量程范圍可達1001 ,時間常數(shù)可在036s內調整,有較寬的零點遷移范圍。化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 智能式變送器智能式變送器具有溫度、靜

16、壓的自動補償功能,在檢測溫度時,可對非線性進行自動校正。具有數(shù)字、模擬兩種輸出方式,能夠實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊,可以與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡和上位計算機相連。可以進行遠程通訊,通過現(xiàn)場通訊器,使變送器具有自修正、自補償、自診斷及錯誤方式告警等多種功能,簡化了調整、校準與維護過程,使維護和使用都十分方便。 24化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 智能式變送器智能式變送器n 二、智能變送器的結構原理二、智能變送器的結構原理從整體上整體上來看,由硬件和軟件兩大部分組成。 從電路結構電路結構上來看,包括傳感器部件和電子部件兩部分。 25化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 智能式變送器智能式變送

17、器圖2-9 3051C型智能差壓變送器（420mA）方框圖26化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 智能式變送器智能式變送器所用的手持通信器為375型，帶有鍵盤及液晶顯示器。可以接在現(xiàn)場變送器的信號端子上，就地設定或檢測，也可以在遠離現(xiàn)場的控制室中，接在某個變送器的信號線上進行遠程設定及檢測。 實現(xiàn)的功能實現(xiàn)的功能圖2-10 手持通信器的連接示意圖（1）組態(tài)（2）測量范圍的變更（3）變送器的校準（4）自診斷27化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 智能式變送器智能式變送器 要對智能型差壓變送器每五年校驗一次，智能型差壓變送器與手持通信器結合使用，可遠離生產(chǎn)現(xiàn)場，尤其是危險或

18、不易到達的地方，給變送器的運行和維護帶來了極大的方便。 28化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 智能式變送器智能式變送器n 三、三、HART375智能終端智能終端HART智能終端，采用HART通訊規(guī)約，是帶有小型鍵盤和顯示器的便攜式裝置，不需敷設專用導線，借助原有的兩線制直流電源兼信號線，用疊加脈沖法傳遞指令和數(shù)據(jù)，使變送器的零點及量程，線性或開方都能自由調整或選定，各參數(shù)分別以常用物理單位顯示在現(xiàn)場通訊器上。調整或選定完畢，可將現(xiàn)場通訊器的插頭拔下，變送器即按新的運行參數(shù)工作。HART375主要用于對HART智能儀表進行組態(tài)、管理、維護、調整以及對運行過程中的儀表進行過程變量的監(jiān)

19、測。 25化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第五節(jié)第五節(jié) 壓力計的選用及安裝壓力計的選用及安裝n 一、壓力計的選用一、壓力計的選用 壓力計的選用壓力計的選用應根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對壓力測量的要應根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對壓力測量的要求，結合其他各方面的情況，加以全面的考慮和具體的求，結合其他各方面的情況，加以全面的考慮和具體的分析，分析， 一般考慮以下幾個問題。一般考慮以下幾個問題。29化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第五節(jié)第五節(jié) 壓力計的選用及安裝壓力計的選用及安裝應能反映被測壓力的真實大小。 要選在被測介質直線流動的管段部分，不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。 測量流動介質的壓力時

20、，應使取壓點與流動方向垂直，取壓管內端面與生產(chǎn)設備連接處的內壁應保持平齊，不應有凸出物或毛刺。 測量液（氣）體壓力時，取壓點應在管道下（上）部，使導壓管內不積存氣（液）體。 30n 二、壓力計的安裝二、壓力計的安裝化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第五節(jié)第五節(jié) 壓力計的選用及安裝壓力計的選用及安裝 導壓管粗細要合適，一般內徑為610mm，長度應盡可能短，最長不得超過50m，以減少壓力指示的遲緩。如超過50m，應選用能遠距離傳送的壓力計。 導壓管水平安裝時應保證有1:101:20的傾斜度，以利于積存于其中之液體（或氣體）的排出。 當被測介質易冷凝或凍結時，必須加設保溫伴熱管線。 取壓口到壓力計之

21、間應裝有切斷閥，以備檢修壓力計時使用。切斷閥應裝設在靠近取壓口的地方。31化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第五節(jié)第五節(jié) 壓力計的選用及安裝壓力計的選用及安裝壓力計應安裝在易觀察和檢修的地方。安裝地點應力求避免振動和高溫影響。32化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 第五節(jié)第五節(jié) 壓力計的選用及安裝壓力計的選用及安裝測量蒸汽壓力時，應加裝凝液管，以防止高溫蒸汽直接與測壓元件接觸圖3-17（a）；對于有腐蝕性介質的壓力測量，應加裝有中性介質的隔離罐，右圖（b）表示了被測介質密度2大于和小于隔離液密度1的兩種情況。圖2-11 壓力計安裝示意圖壓力計；切斷閥門；凝液管；取壓容器33化學工業(yè)出版社化學工業(yè)

22、出版社 n 第五節(jié)第五節(jié) 壓力計的選用及安裝壓力計的選用及安裝壓力計的連接處，應根據(jù)被測壓力的高低和介質性質，選擇適當?shù)牟牧希鳛槊芊鈮|片，以防泄漏。當被測壓力較小，而壓力計與取壓口又不在同一高度時，對由此高度而引起的測量誤差應按pHg進行修正。式中H為高度差，為導壓管中介質的密度，g為重力加速度。為安全起見，測量高壓的壓力計除選用有通氣孔的外，安裝時表殼應向墻壁或無人通過之處，以防發(fā)生意外。 34化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 例題分析例題分析1.1.某臺往復式壓縮機的出口壓力范圍為某臺往復式壓縮機的出口壓力范圍為25252828MPa，測量誤差不得大于，測量誤差不得大于1 1MPa。工藝上要求。工藝上要求就地觀察，并能高低限報警，試正確選用一臺壓就地觀察，并能高低限報警，試正確選用一臺壓力表，指出型號、精度與測量范圍。力表，指出型號、精度與測量范圍。 MPapp562282max1 解解由于往復式壓縮機的出口壓力脈動較大，所以選擇儀表的上限值為 根據(jù)就地觀察及能進行高低限報警的要求，由本章附錄，可查得選用YX-150型電接點壓