02_第二章_石油大学化工仪表压力测量及变送

1、测量仪表与自动化测量仪表与自动化 压力及其表示，弹簧管压力表结构原理，变送器工作压力及其表示，弹簧管压力表结构原理，变送器工作 原理、两线制与四线制、电容式和智能式差压变送器原理，原理、两线制与四线制、电容式和智能式差压变送器原理， 变送器输出值计算，压力仪表选用、安装和校验。变送器输出值计算，压力仪表选用、安装和校验。 第二章 压力测量及变送 内容：内容： 第一节第一节 概概 述述 第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计 第三节第三节 压力传感器与变送器压力传感器与变送器 第四节第四节 压力仪表选用、安装与校验压力仪表选用、安装与校验 重点：重点： 测量仪表与自动化测量仪表与自动化 一、压力

2、一、压力 压力压力( (压强压强)P=F/A)P=F/A 标准单位标准单位: Pa : Pa KPaKPa MPaMPa 工程单位：巴、工程单位：巴、mmHmmH2 2O O、mmHmmHg g、标准大气压、标准大气压、公斤力（公斤力（KgfKgf） 第一节 概 述 二、压力表示方法二、压力表示方法 大气压大气压: 大气自重产生的压力大气自重产生的压力 表压表压: 以大气压作为它的基准以大气压作为它的基准 绝压绝压: 以绝对真空作为基准以绝对真空作为基准 真空度真空度: 低于大气压的压力低于大气压的压力 表压表压= =绝对压力绝对压力- -大气压大气压 真空度真空度= =大气压大气压- -绝对

3、压力绝对压力 测量仪表与自动化测量仪表与自动化 三、测压仪表分类三、测压仪表分类 1 1、液柱式、液柱式 P=P=ghgh 2 2、弹性式、弹性式：弹簧管弹簧管 膜片膜片 膜盒膜盒 波纹管波纹管 3 3、电气式、电气式：利用传感器将压力转换成：利用传感器将压力转换成电量电量(R.V.I.C)(R.V.I.C)的仪表的仪表 4 4、活塞式、活塞式：压力发生装置（：压力发生装置（校验仪器校验仪器) ) U型管液柱式型管液柱式 测量仪表与自动化测量仪表与自动化 第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计 一、弹性元件一、弹性元件 弹性式压力计通过测量弹性元件受压后所产生弹性变形弹性式压力计通过测量弹性元

4、件受压后所产生弹性变形 ( (即位移即位移) )来测量压力。来测量压力。 常用弹性元件：膜片、弹簧管常用弹性元件：膜片、弹簧管、波纹管、膜盒波纹管、膜盒 测量仪表与自动化测量仪表与自动化 (2)(2)拉杆、扇形齿轮与中心齿轮：拉杆、扇形齿轮与中心齿轮： 作用：传递、两级放大（调整螺钉位置作用：传递、两级放大（调整螺钉位置, ,可调量程）可调量程） (3)(3)游丝：克服齿轮间间隙游丝：克服齿轮间间隙, , 减少变差。减少变差。 (4)(4)指针及表盘：指示指针及表盘：指示 2 2、工作原理、工作原理: : 压力压力弹簧管弹簧管拉杆拉杆扇形齿轮扇形齿轮中心齿轮中心齿轮指示指示 二、弹簧管压力计二

5、、弹簧管压力计 1 1、组成、组成( (结构结构) ) (1) (1)弹簧管：弹簧管：中空中空扁平，椭圆形截面，一端固定，一端为自扁平，椭圆形截面，一端固定，一端为自 由端由端, , 弧度为弧度为270270度，采用铜、合金铜、钢等材料制成。度，采用铜、合金铜、钢等材料制成。 作用：感受压力信号，并转换为位移信号。作用：感受压力信号，并转换为位移信号。 压力表结构 测量仪表与自动化测量仪表与自动化 第三节第三节 压力传感器与变送器压力传感器与变送器 传感器传感器: 能将非电量被测参数按确定函数关系转换成电量的设备能将非电量被测参数按确定函数关系转换成电量的设备/ 器件。器件。 压阻式、应变式、

6、电容式、电感式、振弦式等。压阻式、应变式、电容式、电感式、振弦式等。 一、传感器与变送器一、传感器与变送器 压力测量：压力测量： 就地指示式：弹簧管压力表就地指示式：弹簧管压力表 远传信号表：传感器、变送器远传信号表：传感器、变送器 变送器变送器：有传感器：有传感器+ +变换变换+ +输出电路组成，实现将被测参数成比输出电路组成，实现将被测参数成比 例转换成标准统一信号，并能有限距离远传的功能。例转换成标准统一信号，并能有限距离远传的功能。 输出信号：实现准确、快速传输，减少衰减、抗干扰能力强，输出信号：实现准确、快速传输，减少衰减、抗干扰能力强， 采用可调恒流源信号（采用可调恒流源信号（42

7、0mA ） 量程可调：把同一参数不同测量范围转换为成比例的统一信号。量程可调：把同一参数不同测量范围转换为成比例的统一信号。 输出信号相同。输出信号相同。 测量仪表与自动化测量仪表与自动化 气动压力（差压）变送器：气动压力（差压）变送器：杠杆、喷嘴杠杆、喷嘴- -挡板、气动放大器、反馈机构挡板、气动放大器、反馈机构 电动压力（差压）变送器：电动压力（差压）变送器：P(P(P)MP)M、XC.L.R.V4XC.L.R.V420mA20mA 双杠杆差压变送器通过双杠杆将差压转换为位移，位移通过差动双杠杆差压变送器通过双杠杆将差压转换为位移，位移通过差动 变压器等机构转换成电流变压器等机构转换成电流

8、4 420mA20mA输出。输出。 电容式差压变送器将差压转化为电容板位移变化，电容量变化，电容式差压变送器将差压转化为电容板位移变化，电容量变化， 利用电容电流转换电路、放大电路转换成利用电容电流转换电路、放大电路转换成4 420mA20mA输出。输出。 压阻式压力变送器将压力转化为传感器电阻，利用测量桥路转化压阻式压力变送器将压力转化为传感器电阻，利用测量桥路转化 成电压，进而转换成成电压，进而转换成4 420mA20mA输出。输出。 智能差压变送器利用微处理器实现各种参数的测量、温度及零点智能差压变送器利用微处理器实现各种参数的测量、温度及零点 补偿、非线性校正、自动调零、调量程、自诊断

9、等功能。补偿、非线性校正、自动调零、调量程、自诊断等功能。 二、变送器分类二、变送器分类 测量仪表与自动化测量仪表与自动化 原理：原理：负反馈原理负反馈原理 组成：转换部分：将被测参数转化为某一中间模拟量组成：转换部分：将被测参数转化为某一中间模拟量Z Zi i 反馈部分：将输出信号反馈部分：将输出信号Y Y转换成反馈信号转换成反馈信号Z Zf f 放大部分：把放大部分：把=Zi-Zf放大，转换成标准输出信号放大，转换成标准输出信号Y Y 结论：仪表特性与输入部分、反馈部分有关；结论：仪表特性与输入部分、反馈部分有关； 若若K Kf f，K K1 1是常数，变送器输出输入将是良好的线性关系。是

10、常数，变送器输出输入将是良好的线性关系。 三、构成原理三、构成原理 Z Zi i=K=K1 1x x Z Zf f= =K Kf fy y =Zi-Zf y=K2 x K K y x KK KK y yKxKKy f f f 1 2 21 12 1 )( 测量仪表与自动化测量仪表与自动化 四线制变送器 电源 接收 仪表 电源 输出信号 现场 供电控制室 调节器 显示仪表 四、变送器信号与连接方式四、变送器信号与连接方式 信号：统一信号信号：统一信号 连接：连接：四线制、两线制四线制、两线制 两线制：两线制： 两线制变送器 RL（接收仪表） 调节器 显示仪表 四线制：四线制： 测量仪表与自动化测

11、量仪表与自动化 两线制变送器正常工作需满足：两线制变送器正常工作需满足： 1 1、变送器工作电流、变送器工作电流IIIIomin omin(4mA) (4mA)，一般为，一般为3mA3mA以下，因此一以下，因此一 般变送器需要进行低功耗设计。般变送器需要进行低功耗设计。 2 2、在下列电压条件下，变送器能保持正常工作、在下列电压条件下，变送器能保持正常工作 V VT T（E Emin min I Iomax omax(R (RLmax Lmax+r +r) )） V VT T 变送器最小端电压变送器最小端电压VT12VVT12V E Emin min 电源电压最小值 电源电压最小值 r - r

12、 -连接导线电阻值连接导线电阻值 I Iomax omax 输出电流上限值 输出电流上限值 R RLmax Lmax 变送器最大负载电阻值。 变送器最大负载电阻值。 如果负载电阻增加，电源电压需增大；反之亦然。如果负载电阻增加，电源电压需增大；反之亦然。 例如：电容式差压变送器负载电阻为例如：电容式差压变送器负载电阻为0 0600600时，电源时，电源24V24V；负；负 载电阻为载电阻为0 016501650时，电源时，电源45V45V。 测量仪表与自动化测量仪表与自动化 两线制与四线制变送器相比，具有三个优点：两线制与四线制变送器相比，具有三个优点： 1 1、节省电缆和安装费用。、节省电缆

13、和安装费用。 2 2、只需用一根穿线管道。、只需用一根穿线管道。 3 3、易燃易爆的环境中，只需配一只安全栅。、易燃易爆的环境中，只需配一只安全栅。 3 3、变送器的最小有效功率、变送器的最小有效功率P P Iomin(EminIomin(EminIominRLmaxIominRLmax) ) 要实现两线制传输，必须采用有活零点的电流信号，当变送器要实现两线制传输，必须采用有活零点的电流信号，当变送器 输出为零信号时，应保证它内部的半导体器件必须有正常的工作输出为零信号时，应保证它内部的半导体器件必须有正常的工作 点。国际统一电流信号采用点。国际统一电流信号采用420mA DC。 测量仪表与自

14、动化测量仪表与自动化 电容式压力（差压）变送器：电容式压力（差压）变送器： 差动电容式敏感元件组成差动电容式敏感元件组成 ： 中心感压膜片：可动电极中心感压膜片：可动电极 正负压侧弧形电极：固定电极正负压侧弧形电极：固定电极 隔离膜片：感压隔离膜片：感压 基座基座 硅油：传递压力硅油：传递压力 电极引线：引出信号电极引线：引出信号 感压膜片与正负压侧弧形电极形成电容感压膜片与正负压侧弧形电极形成电容 Ci1Ci1、Ci2Ci2，无差压输入时：，无差压输入时：Ci1Ci1Ci2Ci2 150150170PF170PF 五、电容式压力（差压）变送器五、电容式压力（差压）变送器 压阻式、应变式、电容

15、式、电感式压阻式、应变式、电容式、电感式 测量仪表与自动化测量仪表与自动化 测量仪表与自动化测量仪表与自动化 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 420mA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。 测量仪表与自动化测量仪表与自动化 测量仪表与自动化测量仪表与自动化 下下上 III LL Lx I )( minmax min 0 六、变送器输出值的计算六、变送器输出值的计算 变送器的统一信号：

16、变送器的统一信号： 气动变送器输出统一信号为：气动变送器输出统一信号为：0.020.020.1MPa0.1MPa 电动差压变送器输出统一信号为：电动差压变送器输出统一信号为：4 4 20mA 20mA 输出值计算通用式输出值计算通用式: : 0 I -变送器输出信号值；变送器输出信号值； x-x-被测参数值被测参数值( (单位量纲应与变送器量程一致单位量纲应与变送器量程一致) )； -变送器变送器输出信号输出信号范围的上限、下限。范围的上限、下限。 上 I 下 I、 -变送器测量范围的上限、下限。变送器测量范围的上限、下限。 max L min L 、 测量仪表与自动化测量仪表与自动化 例：一

17、台例：一台DDZ-DDZ-差压变送器，测量范围差压变送器，测量范围2.5 2.5 10MPa 10MPa，当，当 所测压力为所测压力为5MPa5MPa，输出是多少，输出是多少? ? 解：解： o o=(5-2.5)/(10-2.5)=(5-2.5)/(10-2.5)* *(20-4)+4=9.33mA(20-4)+4=9.33mA 测量仪表与自动化测量仪表与自动化 一、压力表选用一、压力表选用 1 1、型号、型号：根据测量介质、使用环境等因素选择：根据测量介质、使用环境等因素选择 压力仪表选用、安装与校验压力仪表选用、安装与校验 3、精度：根据测量的误差要求计算引用误差，靠高精度等级、精度：根

18、据测量的误差要求计算引用误差，靠高精度等级 2、量程：、量程： 压力平稳：压力平稳：P量量=P测测*1.5 ；波动范围大；波动范围大P量量=P测测*.0 下限选取下限选取:测量值大于测量值大于1/3的量程。的量程。 量程靠级量程靠级:01.0,1.6,2.5,4,6,1010nMPa(其中其中n为自然整为自然整 数，可为正、负值数，可为正、负值)。 测量仪表与自动化测量仪表与自动化 例：测量范围为一比较稳定的值例：测量范围为一比较稳定的值0.8MPa0.8MPa，要求误差，要求误差 不大于不大于0.02MPa,0.02MPa,求压力表的精度、量程。求压力表的精度、量程。 解：解：P P量 量=

19、P =P测 测 1.5=1.2MPa 1.5=1.2MPa 测量范围选测量范围选0 0 1.6MPa 1.6MPa 因为：因为：1.6/30.8MPa 1.6/30.8MPa 选择合理选择合理 q q允 允= = 0.02/1.60.02/1.6* *100%=100%=1.25%1.25% 精度等级为精度等级为1.0 1.0 ( (精度往高选择，可确保误差不会超过精度往高选择，可确保误差不会超过0.02)0.02) 测量仪表与自动化测量仪表与自动化 二、安装二、安装 测管道静压应避开压力扰动处，保证引压管内为单相流体。测管道静压应避开压力扰动处，保证引压管内为单相流体。 开孔：压力稳定处，即不要有阀，弯头等阻力件开孔：压力稳定处，即不要有阀，弯头等阻力件 方位：液体在管道下方方位：液体在管道下方4545度区域取压；气体在管道上方度区域