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1、 化工自控儀表識(shí)用與操作主講人: 周寅飛揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系化工自控控儀表識(shí)識(shí)用與操操作第二章壓壓力檢檢測(cè)壓力單位位及測(cè)壓壓儀表彈性式壓壓力計(jì)彈性元件件彈簧管壓壓力表電氣式壓壓力計(jì)應(yīng)變片式式壓力傳傳感器壓阻式壓壓力傳感感器電容式壓壓力傳感感器1目錄:智能式變變送器智能變送送器的特特點(diǎn)智能變送送器的結(jié)結(jié)構(gòu)原理理壓力計(jì)的的選用及及安裝壓力計(jì)的的選用壓力計(jì)的的安裝第二章壓壓力檢檢測(cè)合成氨的的反應(yīng)中中:保證反應(yīng)應(yīng)的進(jìn)行行必須對(duì)對(duì)壓力進(jìn)進(jìn)行控制制3常用壓力力表電接點(diǎn)壓壓力表HAKK-EKA110A差壓變送送器45液柱式壓壓力計(jì)概述6在化工生生產(chǎn)中,壓力是指由氣氣體或液液體均勻勻垂直地地作用于于

2、單位面面積上的的力。在工業(yè)生生產(chǎn)過程程中,壓力往往往是重要要的操作作參數(shù)之之一。壓力的檢測(cè)與控控制,對(duì)保證生生產(chǎn)過程程正常進(jìn)進(jìn)行,達(dá)到高產(chǎn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)質(zhì)、低消消耗和安安全是十十分重要要的。第一節(jié)壓壓力單單位及測(cè)測(cè)壓儀表表壓力是指均勻勻垂直地地作用在在單位面面積上的的力。壓力的單位為為帕斯卡卡,簡(jiǎn)稱稱帕(Pa)7第一節(jié)壓壓力單單位及測(cè)測(cè)壓儀表表為了使大大家了解解國(guó)際單單位制中中的壓力力單位(Pa或MPa)與過去去的單位位之間的的關(guān)系,下面給給出幾種種單位之之間的換換算關(guān)系系表。89壓力單位帕/Pa兆帕/ MPa工程大氣壓/ (kgf/cm2)物理大氣壓/ atm汞柱/ mmHg水柱/ mH2O(磅/

3、英寸2)/ (1b/in2)巴/bar帕111061.019710-59.86910-67.50110-31.019710-41.45010-4110-5兆帕1106110.1979.8697.5011031.01971021.45010210工程大氣壓9.8071049.80710-210.9678735.610.0014.220.9807物理大氣壓1.01331050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.33321021.333210-41.359510-31.315810-310.01361.93410-21.333210-3水柱9.8061039.80

4、610-30.10000.0967873.5511.4220.09806(磅/英寸2)6.8951036.89510-30.070310.0680551.710.703110.06895巴11050.11.01970.9869750.110.19714.501表3-1各種壓力力單位換換算表第一節(jié)壓壓力單單位及測(cè)測(cè)壓儀表表10在壓力測(cè)測(cè)量中,常有表壓、絕絕對(duì)壓力力、負(fù)壓壓或真空空度之分。當(dāng)被測(cè)壓壓力低于于大氣壓壓力時(shí),一般用用負(fù)壓或或真空度度來表示示。p表P真P絕P絕大氣壓力線 零線圖2-1絕對(duì)壓力、表壓、負(fù)壓(真空度)的關(guān)系第一節(jié)壓壓力單單位及測(cè)測(cè)壓儀表表11測(cè)量壓力力或真空空度的儀儀表按照照

5、其轉(zhuǎn)換換原理的的不同,分為四四類。1.液柱式壓壓力計(jì)它根據(jù)流流體靜力力學(xué)原理理,將被被測(cè)壓力力轉(zhuǎn)換成成液柱高高度進(jìn)行行測(cè)量。按其結(jié)構(gòu)形式的不同 有U形管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)等 優(yōu)點(diǎn)這類壓力力計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方方便缺點(diǎn)其精度受受工作液液的毛細(xì)細(xì)管作用用、密度度及視差差等因素素的影響響,測(cè)量量范圍較較窄,一一般用來來測(cè)量較較低壓力力、真空空度或壓壓力差。13第一節(jié)壓壓力單單位及測(cè)測(cè)壓儀表表2.彈性式壓壓力計(jì)它是將被被測(cè)壓力力轉(zhuǎn)換成成彈性元元件變形形的位移移進(jìn)行測(cè)測(cè)量的。3.電氣式壓壓力計(jì)它是通過過機(jī)械和和電氣元元件將被被測(cè)壓力力轉(zhuǎn)換成成電量(如電壓壓、電流流、頻率率等)來來進(jìn)行測(cè)測(cè)量的儀儀表。14

6、種類彈簧管壓壓力計(jì)、波紋管管壓力計(jì)計(jì)及膜式式壓力計(jì)計(jì)等。15種類電容式、電阻式式、電感感式、應(yīng)應(yīng)變片式式和霍爾爾片式等等壓力計(jì)計(jì)。16第一節(jié)壓壓力單單位及測(cè)測(cè)壓儀表表4.活塞式壓壓力計(jì)它是根據(jù)據(jù)水壓機(jī)機(jī)液體傳傳送壓力力的原理理,將被被測(cè)壓力力轉(zhuǎn)換成成活塞上上所加平平衡砝碼碼的質(zhì)量量來進(jìn)行行測(cè)量的的。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)測(cè)量精度度很高,允許誤誤差可小小到0.05%0.02%。結(jié)構(gòu)較復(fù)復(fù)雜,價(jià)價(jià)格較貴貴。17第二節(jié)彈彈性式式壓力計(jì)計(jì)18定義彈性式壓壓力計(jì)是利用各各種形式式的彈性性元件,在被測(cè)測(cè)介質(zhì)壓壓力的作作用下,使彈性性元件受受壓后產(chǎn)產(chǎn)生彈性性變形的的原理而而制成的的測(cè)壓儀儀表。優(yōu)點(diǎn) 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠

7、、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價(jià)格低廉、測(cè)量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點(diǎn)。 可用來測(cè)量幾百帕到數(shù)千兆帕范圍內(nèi)的壓力。 第二節(jié)彈彈性式式壓力計(jì)計(jì)19一、彈性元件件彈性元件件是一種種簡(jiǎn)易可可靠的測(cè)測(cè)壓敏感感元件。當(dāng)測(cè)壓壓范圍不不同時(shí),所用的的彈性元元件也不不一樣。圖2-2彈性元件示意圖彈簧管式式彈性元元件如圖(a)和(b)所示,波紋管式式彈性元元件如圖(e)所示,薄膜式彈彈性元件件如圖(c)和(d)所示。單圈彈簧簧管是彎彎成270度圓弧的的空心金金屬管,其其截面為為扁圓形或橢橢圓形等等。20扁圓形橢橢圓形形半半圓形雙圓形8字形厚厚壁扁扁圓形彈簧管的的各種橫橫截面圖圖21膜片膜盒膜片、膜膜盒22一個(gè)周圍圍為

8、波紋紋狀的薄薄壁金屬屬筒體波紋管231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(diào)整螺絲;9 接頭彈簧壓力表第二節(jié)彈彈性式式壓力計(jì)計(jì)24二、彈簧簧管壓力力表分類使用的測(cè)壓元件 單圈彈簧管壓力表與多圈彈簧管壓力表。 用途 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。 第二節(jié)彈彈性式式壓力計(jì)計(jì)25第二節(jié)彈彈性式式壓力計(jì)計(jì)基本測(cè)量量原理單圈彈簧簧管是一一根彎成成270圓弧的橢橢圓截面面的空心心金屬管管子。管管子的自自由端B封閉,另另一端固固定在接接頭上上。當(dāng)通通入被測(cè)測(cè)的壓力力p后,由于于橢圓形形截面在在壓力p的作用下下,將趨趨于圓形形,而彎彎成圓

9、弧弧形的彈彈簧管也也隨之產(chǎn)產(chǎn)生擴(kuò)張張變形。同時(shí),使彈簧簧管的自自由端B產(chǎn)生位移移。輸入入壓力p越大,產(chǎn)產(chǎn)生的變變形也越越大。由由于輸入入壓力與與彈簧管管自由端端B的位移成成正比,所以只只要測(cè)得得B點(diǎn)的位移移量,就就能反映映壓力p的大小。注意:彈彈簧管自自由端B的位移量量一般很很小,直直接顯示示有困難難,所以以必須通通過放大大機(jī)構(gòu)才才能指示示出來。26第二節(jié)彈彈性式式壓力計(jì)計(jì)在化工生生產(chǎn)過程程中,常常需要把把壓力控控制在某某一范圍圍內(nèi),即即當(dāng)壓力力低于或或高于給給定范圍圍時(shí),就就會(huì)破壞壞正常工工藝條件件,甚至至可能發(fā)發(fā)生危險(xiǎn)險(xiǎn)。這時(shí)時(shí)就應(yīng)采采用帶有有報(bào)警或或控制觸觸點(diǎn)的壓壓力表。將普通通彈簧管管

10、壓力表表稍加變變化,便便可成為為電接點(diǎn)點(diǎn)信號(hào)壓壓力表,它能在在壓力偏偏離給定定范圍時(shí)時(shí),及時(shí)時(shí)發(fā)出信信號(hào),以以提醒操操作人員員注意或或通過中中間繼電電器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)壓力的的自動(dòng)控控制。警惕!27彈簧管壓壓力表28第二節(jié)彈彈性式式壓力計(jì)計(jì)圖2-4 電接點(diǎn)信號(hào)壓力表1,4 靜觸點(diǎn);2 動(dòng)觸點(diǎn);3 綠燈;5 紅燈壓力表指指針上有有動(dòng)觸點(diǎn)點(diǎn)2,表盤上上另有兩兩根可調(diào)調(diào)節(jié)指針針,上面面分別有有靜觸點(diǎn)點(diǎn)1和4。當(dāng)壓力力超過上上限給定定數(shù)值時(shí)時(shí),2和4接觸,紅紅色信號(hào)號(hào)燈5的電路被被接通,紅燈發(fā)發(fā)亮。若若壓力低低到下限限給定數(shù)數(shù)值時(shí),2與1接觸,接接通了綠綠色信號(hào)號(hào)燈3的電路。1、4的位置可可根據(jù)需需要靈活活調(diào)節(jié)

11、。29電接點(diǎn)壓壓力表30第三節(jié)電電氣式式壓力計(jì)計(jì)定義電氣式壓壓力計(jì)是一種能能將壓力力轉(zhuǎn)換成成電信號(hào)號(hào)進(jìn)行傳傳輸及顯顯示的儀儀表。31優(yōu)點(diǎn)1. 該儀表的測(cè)量范圍較廣,分別可測(cè)710-5Pa至5102MPa的壓力,允許誤差可至0.2; 2. 由于可以遠(yuǎn)距離傳送信號(hào),所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中可以實(shí)現(xiàn)壓力自動(dòng)控制和報(bào)警,并可與工業(yè)控制機(jī)聯(lián)用。 第三節(jié)電電氣式式壓力計(jì)計(jì)組成一般由壓壓力傳感感器、測(cè)測(cè)量電路路和信號(hào)號(hào)處理裝裝置所組組成。常常用的信信號(hào)處理理裝置有有指示儀儀、記錄錄儀以及及控制器器、微處處理機(jī)等等。圖2-5 電氣式壓力計(jì)組成方框圖3233第三節(jié)電電氣式式壓力計(jì)計(jì)一、應(yīng)變變片壓力力傳感器器應(yīng)變片式

12、式壓力傳傳感器利用電阻阻應(yīng)變?cè)順?gòu)成成。電阻阻應(yīng)變片片有金屬屬和半導(dǎo)導(dǎo)體應(yīng)變變片兩類類,被測(cè)測(cè)壓力使使應(yīng)變片片產(chǎn)生應(yīng)應(yīng)變。當(dāng)當(dāng)應(yīng)變片片產(chǎn)生壓壓縮(拉拉伸)應(yīng)應(yīng)變時(shí),其阻值值減小(增加),再通通過橋式式電路獲獲得相應(yīng)應(yīng)的毫伏伏級(jí)電勢(shì)勢(shì)輸出,并用毫毫伏計(jì)或或其他記記錄儀表表顯示出出被測(cè)壓壓力,從從而組成成應(yīng)變片片式壓力力計(jì)。圖2-6 應(yīng)變片壓力傳感器示意圖1應(yīng)變筒;2外殼;3密封膜片第三節(jié)電電氣式式壓力計(jì)計(jì)二、壓阻阻式壓力力傳感器器壓阻式壓壓力傳感感器利用單晶晶硅的壓壓阻效應(yīng)應(yīng)而構(gòu)成成。采用單晶晶硅片為為彈性元元件,在在單晶硅硅膜片上上利用集集成電路路的工藝藝,在單單晶硅的的特定方方向擴(kuò)散散一組

13、等等值電阻阻,并將將電阻接接成橋路路,單晶晶硅片置置于傳感感器腔內(nèi)內(nèi)。當(dāng)壓力發(fā)發(fā)生變化化時(shí),單單晶硅產(chǎn)產(chǎn)生應(yīng)變變,使直直接擴(kuò)散散在上面面的應(yīng)變變電阻產(chǎn)產(chǎn)生與被被測(cè)壓力力成比例例的變化化,再由由橋式電電路獲得得相應(yīng)的的電壓輸輸出信號(hào)號(hào)。工作原理理34根據(jù)單晶晶硅的壓壓阻效應(yīng)應(yīng)工作,在很薄薄的單晶晶硅上利利用集成電路工工藝擴(kuò)散散出4個(gè)小片等等值電阻阻,構(gòu)成成惠斯登登測(cè)量橋橋路。USR1R2R3R4IS不受壓時(shí)時(shí):Ri1Ri2Ri3Ri4Rr0.635rR1R1 、R4變小R2R3R4R2 、R3變大35第三節(jié)電電氣式式壓力計(jì)計(jì)特點(diǎn)精度高、工作可可靠、頻頻率響應(yīng)應(yīng)高、遲遲滯小、尺寸小小、重量量輕、結(jié)

14、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單;便于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)顯示數(shù)數(shù)字化;可以測(cè)量量壓力,稍加改改變,還還可以測(cè)測(cè)量差壓壓、高度度、速度度、加速速度等參參數(shù)。圖3-12 壓阻式壓力傳感器1基座;2單晶硅片;3導(dǎo)環(huán);4螺母;5密封墊圈;6等效電阻36第三節(jié)電電氣式式壓力計(jì)計(jì)三、電容容式壓力力變送器器工作原理理37先將壓力力的變化化轉(zhuǎn)換為為電容量量的變化化,然后后進(jìn)行測(cè)測(cè)量。圖2-8 電容式測(cè)量膜盒1中心感應(yīng)膜片 (可動(dòng)電極); 2固定電極; 3測(cè)量側(cè); 4隔離膜片電容式壓壓力變送送器,目目前在工業(yè)生生產(chǎn)中應(yīng)應(yīng)用非常常廣泛,其輸出出信號(hào)也也是標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)420mA電流信號(hào)號(hào)。三、電容容式壓力力變送器器38P2P1 輸出信號(hào)0 20mA定電極

15、C1C2解調(diào)器功放器反饋、保護(hù)電源、振蕩硅油動(dòng)電極結(jié)構(gòu)框圖圖三、電容容式壓力力變送器器39第四節(jié)智智能式式變送器器智能型壓壓力或差差壓變送送器是在普通通壓力或或差壓傳傳感器的的基礎(chǔ)上上增加微微處理器器電路而而形成的的智能檢檢測(cè)儀表表。40一、智能能變送器器的特點(diǎn)點(diǎn)性能穩(wěn)定定,可靠性好好,測(cè)量精度度高,基本誤差差僅為0.1%。量程范范圍可達(dá)達(dá)1001,時(shí)間常數(shù)數(shù)可在036s內(nèi)調(diào)整,有較寬的的零點(diǎn)遷遷移范圍圍。第四節(jié)智智能式式變送器器具有溫度度、靜壓壓的自動(dòng)動(dòng)補(bǔ)償功功能,在檢測(cè)溫溫度時(shí),可對(duì)非線線性進(jìn)行行自動(dòng)校校正。具有數(shù)數(shù)字、模模擬兩種種輸出方方式,能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)雙向數(shù)數(shù)據(jù)通訊訊,可以與現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線線

16、網(wǎng)絡(luò)和和上位計(jì)計(jì)算機(jī)相相連。可以進(jìn)進(jìn)行遠(yuǎn)程程通訊,通過現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)通訊器器,使變送器器具有自自修正、自補(bǔ)償償、自診診斷及錯(cuò)錯(cuò)誤方式式告警等等多種功功能,簡(jiǎn)化了調(diào)調(diào)整、校校準(zhǔn)與維維護(hù)過程程,使維護(hù)和和使用都都十分方方便。41第四節(jié)智智能式式變送器器二、智能能變送器器的結(jié)構(gòu)構(gòu)原理從整體上來看,由硬件和和軟件兩兩大部分分組成。從電路結(jié)構(gòu)構(gòu)上來看,包括傳感感器部件件和電子子部件兩兩部分。42第四節(jié)智智能式式變送器器舉例以美國(guó)費(fèi)希爾-羅斯蒙特公司的3051C型智能差壓變送器為例介紹其工作原理。圖2-9 3051C型智能差壓變送器(420mA)方框圖43第四節(jié)智智能式式變送器器3051C型智能差差壓變送送器所用

17、的手手持通信信器為275型,帶有有鍵盤及及液晶顯顯示器。可以接接在現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)變送器器的信號(hào)號(hào)端子上上,就地地設(shè)定或或檢測(cè),也可以以在遠(yuǎn)離離現(xiàn)場(chǎng)的的控制室室中,接接在某個(gè)個(gè)變送器器的信號(hào)號(hào)線上進(jìn)進(jìn)行遠(yuǎn)程程設(shè)定及及檢測(cè)。實(shí)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(cè)量范圍的變更(3)變送器的校準(zhǔn)(4)自診斷44第四節(jié)智智能式式變送器器 要對(duì)智能型差壓變送器每五年校驗(yàn)一次,智能型差壓變送器與手持通信器結(jié)合使用,可遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),尤其是危險(xiǎn)或不易到達(dá)的地方,給變送器的運(yùn)行和維護(hù)帶來了極大的方便。 注意45智能壓力力變送器器HAKK-3851高精度智智能變送送器46第五節(jié)壓壓力計(jì)計(jì)的選用用及安

18、裝裝一、壓力力計(jì)的選選用壓力計(jì)的的選用應(yīng)根據(jù)工工藝生產(chǎn)產(chǎn)過程對(duì)對(duì)壓力測(cè)測(cè)量的要要求,結(jié)結(jié)合其他他各方面面的情況況,加以以全面的的考慮和和具體的的分析, 一般般考慮以以下幾個(gè)個(gè)問題。儀表類型型的選用用儀表精度度級(jí)的選選取儀表測(cè)量量范圍的的確定47第五節(jié)壓壓力計(jì)計(jì)的選用用及安裝裝1.測(cè)壓點(diǎn)的的選擇應(yīng)能反映映被測(cè)壓壓力的真真實(shí)大小小。要選在被被測(cè)介質(zhì)質(zhì)直線流流動(dòng)的管管段部分分,不要要選在管管路拐彎彎、分叉叉、死角角或其他他易形成成漩渦的的地方。 測(cè)量量流動(dòng)介介質(zhì)的壓壓力時(shí),應(yīng)使取取壓點(diǎn)與與流動(dòng)方方向垂直直,取壓壓管內(nèi)端端面與生生產(chǎn)設(shè)備備連接處處的內(nèi)壁壁應(yīng)保持持平齊,不應(yīng)有有凸出物物或毛刺刺。 測(cè)量量

19、液(氣氣)體壓壓力時(shí),取壓點(diǎn)點(diǎn)應(yīng)在管管道下(上)部部,使導(dǎo)導(dǎo)壓管內(nèi)內(nèi)不積存存氣(液液)體。48二、壓力力計(jì)的安安裝第五節(jié)壓壓力計(jì)計(jì)的選用用及安裝裝2.導(dǎo)壓管鋪鋪設(shè)導(dǎo)壓管粗粗細(xì)要合合適,一一般內(nèi)徑徑為610mm,長(zhǎng)度應(yīng)應(yīng)盡可能能短,最最長(zhǎng)不得得超過50m,以減少少壓力指指示的遲遲緩。如如超過50m,應(yīng)選用用能遠(yuǎn)距距離傳送送的壓力力計(jì)。 導(dǎo)壓壓管水平平安裝時(shí)時(shí)應(yīng)保證證有1:101:20的傾斜度度,以利利于積存存于其中中之液體體(或氣氣體)的的排出。 當(dāng)被被測(cè)介質(zhì)質(zhì)易冷凝凝或凍結(jié)結(jié)時(shí),必必須加設(shè)設(shè)保溫伴伴熱管線線。 取壓壓口到壓壓力計(jì)之之間應(yīng)裝裝有切斷斷閥,以以備檢修修壓力計(jì)計(jì)時(shí)使用用。切斷斷閥應(yīng)裝

20、裝設(shè)在靠靠近取壓壓口的地地方。49第五節(jié)壓壓力計(jì)計(jì)的選用用及安裝裝3.壓力計(jì)的的安裝壓力計(jì)應(yīng)應(yīng)安裝在在易觀察察和檢修修的地方方。安裝地地點(diǎn)應(yīng)力力求避免免振動(dòng)和和高溫影影響。50第五節(jié)壓壓力計(jì)計(jì)的選用用及安裝裝測(cè)量蒸汽汽壓力時(shí)時(shí),應(yīng)加加裝凝液液管,以以防止高高溫蒸汽汽直接與與測(cè)壓元元件接觸觸圖3-17(a);對(duì)對(duì)于有腐腐蝕性介介質(zhì)的壓壓力測(cè)量量,應(yīng)加加裝有中中性介質(zhì)質(zhì)的隔離離罐,右右圖(b)表示了了被測(cè)介介質(zhì)密度度2大于和小小于隔離離液密度度1的兩種情情況。圖2-11 壓力計(jì)安裝示意圖壓力計(jì);切斷閥門;凝液管;取壓容器51第五節(jié)壓壓力計(jì)計(jì)的選用用及安裝裝壓力計(jì)的的連接處處,應(yīng)根根據(jù)被測(cè)測(cè)壓力的的高低和和介質(zhì)性性質(zhì),選選擇適當(dāng)當(dāng)?shù)牟牧狭希鳛闉槊芊鈮|墊片,以以防泄漏漏。當(dāng)被測(cè)測(cè)壓力較較小,而而壓力計(jì)計(jì)與取壓壓口又不不在同一一高度時(shí)時(shí),對(duì)由由此高度度而引起起的測(cè)量量誤差應(yīng)應(yīng)按pHg進(jìn)行修正正。式中中H為高度差差,為導(dǎo)壓管管中介質(zhì)質(zhì)的密度度,g為重力加加速度。為安全全起見,測(cè)量高高壓的壓壓力計(jì)除除選用有有通氣孔孔的外,安裝時(shí)時(shí)表殼應(yīng)應(yīng)向墻壁壁或無人人通過之之處,以以防發(fā)生生意外。52例題分析析舉例1.某臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力范圍為2528MPa,測(cè)量誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察,并能高低限報(bào)警,試正確選用一臺(tái)壓力表,指出型號(hào)、精度與測(cè)量范圍。 解由于往復(fù)式壓縮機(jī)的出口

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