常用压力类仪表的工作原理及故障判断

1、常用压力类仪表的工作原理常用压力类仪表的工作原理及故障判断及故障判断 滕少臣滕少臣 压力是连续生产过程的重要工艺参数。为了保证生压力是连续生产过程的重要工艺参数。为了保证生产正常运行，必须对压力进行监测和控制。物理上把单产正常运行，必须对压力进行监测和控制。物理上把单位面积上所受的作用力叫做压强，而把某一面积所受力位面积上所受的作用力叫做压强，而把某一面积所受力的总和称之为压力。我们这里所说的压力实际上就是物的总和称之为压力。我们这里所说的压力实际上就是物理概念中的压强。理概念中的压强。概述概述表示受力面积。表示垂直作用力；表示压力；式中，SFpSFp 是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。的单

2、位为帕斯卡，简称帕（Pa）211mNPa PakPaMPa631011011压力的概念与压力单位压力单位帕/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111061.019710-59.86910-67.50110-31.019710-41.45010-4110-5兆帕1106110.1979.8697.5011031.01971021.45010210工程大气压9.8071049.80710-210.9678735.610.0014.220.9807物理大气压1.01331050.1013

3、31.0332176010.3314.701.0133汞柱1.33321021.333210-41.359510-31.315810-310.01361.93410-21.333210-3水柱9.8061039.80610-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅/英寸2）6.8951036.89510-30.070310.0680551.710.703110.06895巴11050.11.01970.9869750.110.19714.501表1 各种压力单位换算表3 3压力的表示方法压力的表示方法 在压力测量中，压力的表示方法有4种：大气压力、绝对压力、表压力、

4、负压力或真空度(2)绝对压力P P ：介质作用在容器表面上的实际压力(3)表压力： aPPp(4)负压力： PPpa (1)大气压力Pa：由表面空气柱重量产生的压力 大气压力绝对压力表压pppp表P真P绝P绝大气压力线大气压力线绝对压力的零线绝对压力的零线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。当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。图1绝对压力、表压、负压（真空度）的关系当被测压力高于大气压力时，一般用表压力来表示。当被测压力高于大气压力时，一般用表压力来表示。4. 压力测量仪表的分类（1）液柱式压力计（2）弹性式压力计 （3）活塞式压力计

5、（4）电测式压力计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。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。常用压力表电接点压力表电接点压力表 HAKK-EKA110A差压变送器差压变送器 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。 有U形管压力计、单管压力计等 这类压力计结构简单、使用方便 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，一般用来测量较低的压力、真空度或压力差。 二、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。 具有结构简单、使用可靠、读数清晰、价格低廉、

6、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的压力。 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。 图3-5 弹性元件示意图 弹簧管式弹性元件薄膜式弹性元件波纹管式弹性元件1、弹性元件的种类（1）弹簧管 结构简单，测量范围很广。（2）波纹管 刚度小、位移量大，灵敏度高，用来测量较低的压力。（3）膜片膜盒 膜片刚度大、位移量小，灵敏度低。2、弹性元件的基本特性：刚度：产生单位位移所需要的压力。弹性滞后：是指弹性材料在加载、卸载的正反行程中,相同压力下变形不同,位移曲线不重合。弹性后效：是指载荷在停止变化之后，弹性元件在一段时间之内还会继续

7、产生类似蠕动的位移。温度系数：温度改变1引起的刚度的变化。1弹簧管测压原理弹簧管测压原理被测压力p作用于弹簧管内腔后，其截面变形-变圆。但是，弹簧管弧长度拉伸变形可以忽略不计，弹簧管微元截面绕管轴心逆时针方向转动。所有弹簧管截面微元变形累积的结果，使整个弹簧管中心角减小，弹簧管产生向外挺直的扩张变形，自由端向右上方位移。图2.3 弹簧管的测压原理PKPabbhRE22222)1 (1、弹簧管材料的泊松系数和弹性模量； R弹簧管圆弧外半径；a、b弹簧管截面长半轴、短半轴；h弹簧管的壁厚； k弹簧管的几何参数， 系数； k与弹簧管结构、尺寸、材料有关的常数。 工作原理：工作原理：被测压力由接头9通

8、入弹簧管内腔，使弹簧管1产生弹性变形，自由端B向右上方位移。通过拉杆2使扇形齿轮3作逆时针偏转，进而带动中心齿轮4作顺时针偏转，于是固定在中心齿轮上的指针5也作顺时针偏转，从而指出被测压力的数值。由于自由端B的位移量与被测压力之间成正比例关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。1弹簧管；2 拉杆；3 扇形齿轮；4 中心齿轮；5 指针；6 面板；7 游丝；8 调整螺丝；9 接头 在生产过程中，常需要把压力控制在某一范围内，即当在生产过程中，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

9、就应采用带有报警或控制触点的压力表。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，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。员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。 ：弹簧管自由端B的位移量一般很小，直接显示有困难，所以必须通过放大机构才能指示出来。 电接点压力表电接点压力表 图3-7 电接点信号压力表1，4 静触点；2 动触点；3 绿灯；5 红灯原理：原理：压力表指针上有动

10、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电接点压力表作用：作用：压力越限报警、控制结构：结构：在普通弹簧管压力表上附加触点机构而成三、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。 1. 该仪表的，分别可测710-5Pa至5102MPa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。 是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔

11、元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。 图3-9 霍尔效应 可用下式表示 BIRUHH 式中，UH为霍尔电势；RH为霍尔常数，与霍尔片材料、几何形状有关；B为磁感应强度；I为控制电流的大小。 将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管压力传感器，如图3-10所示。 图3-10 霍尔片式压力传感器1弹簧管；2 磁钢；3 霍尔片 当被测压力引入后，在被测压力作用下，弹簧管自由端产生位移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例。 利用这一电势即可实现远距离显示和自动控制。 利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半导体应变片两类，

12、被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。 图3-11 应变片压力传感器示意图1应变筒；2 外 壳 ；3密封膜片 利用单晶硅的压阻效应而构成。 采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。 当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。 图3-12 压阻式压力传感器1基座；2单晶硅片；3导

13、环；4螺母；5密封垫圈；6等效电阻 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。 具有结构简单、过载能力强、可靠性好、测量精度高等优点，其输出信号是标准的420mA（DC）电流信号。 先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。 结构原理组成：由检测部分和转换部分组成。图2.34 电容式差压变送器1差动电容膜盒；2-低压室压盖3低压侧导压孔；4连接螺栓；5-“O”型密封圈； 6高压室压盖；7高压侧导压口；8排气螺钉；9电容膜盒联结头；10-引线；11-中心壳座；12-前壳盖；13-

14、表玻璃；14-显示表头；15、17-电路板；16-出线孔；18-后壳盖1 1、检测部分、检测部分结构：检测部分的核心是差动电容膜盒。基座8内嵌一对柱形绝缘玻璃体3，其球冠形表面镀金形成电容的固定电极。中间夹一测量膜片2，作为电容的可动电极板。基座两边分别焊接隔离膜片6将基座密封，内充工作液（硅油）。图2.36 差动电容膜盒1固定极板（镀金薄膜）；2-测量膜片（可动极板）；3绝缘玻璃体；4硅油；5-焊接密封； 6隔离膜片；7引线；8-基座原理：测量膜片和两边固定电极分别形成电容CH和CL。压力P1、P2通过隔离膜片、硅油传递到测量膜片上。使测量膜片向低压测凸起。从而使高压侧电容极板间距增大，电容

15、CH减小，低压侧电容极板间距减小，电容CL增大。这一电容量变化经引出线送往传送部分放大，转换为420mA DC信号输出w四、智能型压力变送器是在普通压力或差压传感器的基础上增加微处理器电路而形成的智能检测仪表。 可进行远程通信 利用手持通信器，可对现场变送器进行各种运行参数的选择和标定；其精确度高，使用与维护方便。 图3-15 3051C型智能差压变送器（420mA）方框图图3-16 手持通信器的连接示意图所用的手持通信器为275型，带有键盘及液晶显示器。可以接在现场变送器的信号端子上，就地设定或检测，也可以在远离现场的控制室中，接在某个变送器的信号线上进行远程设定及检测。 实现的功能实现的功

16、能（1）组态（2）测量范围的变更（3）变送器的校准（4）自诊断 要对智能型差压变送器每五年校验一次，智能型差压变送器与手持通信器结合使用，可远离生产现场，尤其是危险或不易到达的地方，给变送器的运行和维护带来了极大的方便。 五、压力计的选用及安装 压力计的选用压力计的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要应根据工艺生产过程对压力测量的要求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的分析，分析， 一般考虑以下几个问题。一般考虑以下几个问题。压力计类型的选择压力计类型的选择压力计类型的选择必须满足工业生产对远传、记录、报警等要求；满足介质性质、环境条件

17、的限制。（1）压力表的选择 在腐蚀性较强、粉尘较多和淋液等环境恶劣的场合，宜选用密闭式不锈钢及全塑压力表。测量弱酸、碱、氨类及其它腐蚀性介质，应选用耐酸压力表、氨压力表或不锈钢膜片压力表。测量具有强腐蚀性、含固体颗粒、结晶、高粘粘稠液体介质时，可选用隔膜压力表。在机械振动较强的场合，应选用耐震压力表或船用压力表。在易燃、易爆的场合，如需电接点讯号时，应选用防爆电接点压力表。测量氨、氧、氢气、氯气、乙炔、硫化氢等介质应选用专用压力表。（2）变送器、传感器的选择需要标准信号(4-20mA )传输时，应选变送器。易燃易爆场合，选用气动变送器或防爆型、本安型电动变送器。对易结晶、堵塞、粘稠或有腐蚀性的

18、介质，可选用法兰型变送器。根据测量环境、测量精度选取变送器类型。2测量范围的选择测量范围的选择压力计量程范围的选择根据被测压力的大小确定。 被测压力比较平稳时 被测压力波动较大时 测量高压压力时 minpmaxP3SP23 minpmaxP3SP2 minpmaxP3SP35 式中 maxP 被测压力的最大值；minP 被测压力的最小值。 w3压力计精度的选取压力计精度的选取所选压力计的精度等级值：100 pmaxcSeA式中 maxe 工艺允许的最大误差； 所选压力计量程。 pS 应能反映被测压力的真实大小。 要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地

19、方。 测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直，取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，不应有凸出物或毛刺。 测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部，使导压管内不积存气（液）体。 导压管粗细要合适，一般内径为610mm，长度应尽可能短，最长不得超过50m，以减少压力指示的迟缓。如超过50m，应选用能远距离传送的压力计。 导压管水平安装时应保证有1:101:20的倾斜度，以利于积存于其中之液体（或气体）的排出。 当被测介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管线。 取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。压力计应安装在易观察和检修的地

20、方。安装地点应力求避免振动和高温影响。测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触图3-17（a）；对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中性介质的隔离罐，右图（b）表示了被测介质密度2大于和小于隔离液密度1的两种情况。图3-17 压力计安装示意图压力计；切断阀门；凝液管；取压容器压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由此高度而引起的测量误差应按pHg进行修正。式中H为高度差，为导压管中介质的密度，g为重力加速度。为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙

21、壁或无人通过之处，以防发生意外。 压力表无指示压力表无指示压力表故障导压管上的切断阀未打开打开切断阀导压管堵塞拆下导压管用钢丝疏通，用压缩空气或蒸汽吹洗干净弹簧管接头内污物淤积过多而堵塞取下指针和刻度盘拆下机芯，将弹簧管放到清洗盘清洗，并用铁丝通弹簧管裂开更换新的弹簧管中心齿轮与扇形齿轮牙齿磨损过多，以至于不能咬合更换齿轮压力指示值误差不均匀压力指示值误差不均匀1)弹簧管变形失效，位移与压力不成正比例关系，需要更换弹簧管。2)弹簧管自由端与扇形齿轮、轮杆传动比调整不当，需要重新加以检验调整。3)齿轮夹板与底板结合位置不对。应松脱结合螺丝将夹板向反时针方向传动。4)指针位移大小，致使偏前或偏后，

22、游丝松紧不一，可调整游丝松紧，把中心齿轮转动位置。 当所加压力达到压力表测量上限刻度值时，当所加压力达到压力表测量上限刻度值时，压力表的指针仍不动或很少移动。压力表的指针仍不动或很少移动。 说明压力未传到弹簧管。应先检查压力说明压力未传到弹簧管。应先检查压力表校验器连接的密封垫片是否将接头处通道表校验器连接的密封垫片是否将接头处通道堵死。若连接处没有问题，则证明压力表内堵死。若连接处没有问题，则证明压力表内部堵塞，应予清洗。部堵塞，应予清洗。指示偏低指示偏低1、传动比例失调，重新调整传动比例2、弹簧管有渗漏，补焊或更换弹簧管3、指针或传动机构有摩擦，找出摩擦部位并加以消除4、导压管线有泄漏，找

23、出管线泄漏处给予排除电接点压力表w由测量系统、指示系统、磁助电接点装置、外壳、调整装置和接线盒（插头座）等组成。w电接点压力表的工作原理是基于测量系统中的弹簧管在被测介质的压力作用下，追使弹簧管之末端产生相应的弹性变形一位移，借助拉杆经齿轮传动机构的传动并予放大，由固定齿轮上的指示（连同触头）逐将被测值在度盘上指示出来。与此同时，当其与设定指针上的触头（上限或下限）相接触（动断或动合）的瞬时，致使控制系统中的电路得以断开或接通，以达到自动控制和发信报警的目的。 工作原理工作原理w电接点压力表因其结构简单，所以，很少出现特殊故障，但是因其为机械与电气开关的结合体，所以常见故障也为分为两个方面：w

24、即液压指示故障和开关接触不良故障w液压指示故障一般为漏油或指示不准，这些故障一般都不可维修，需更换新表；而对于接点接触不良的故障，可以旋动表罩中心的旋钮（高低压限定调整机构），使相应的触点碰触几次，即可排除，如电接点污损严重，则拆下表罩用细砂纸打磨一下触点即可恢复使用。电容式压力变送器 被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。电容式压力变送器是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。 当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力

25、成正比的信号。工作原理工作原理电容式压力变送器常见故障分析与处理方法一般为变送器测量部分产生的故障，因此应首先检查变送器的测量敏感部件。 1拆下法兰，检查敏感部件隔离膜片有无变形，破损和漏油现象发生。 2接通电路和气路，当压力信号为量程上限值时，关闭气源，输出电压和读数值应稳定不动。如果输出电压下降，则说明变送器有泄漏，可用肥皂水检查出泄漏部位。 变送器无输出或输出不正常可能是变送器电路部分的原因w接通电源，在给定输入压力信号后，检查变送器输出端电压信号的状态。若无输出电压w应首先检查电源电压是否正常；是否符合供电要求；电源与变送器及负载设备之间有无接线错误。如果变送器接线端子上无电压或极性接

26、反均可造成变送器无电压信号输出。w排除上述原因，则应进一步检查放大器板线路中元件有无损坏问题；线路板接插件有无接触不良现象，可采取对照正常仪表的测量电压与故障仪表对应的测量电压相比较的方法，确定故障点，必要的情况下可更换有故障的放大器板。在对流量型变送器检查时，对J型放大器板应特别要注意采取防静电措施。 变送器常见故障问题现象检查与测试解决办法变送器无输出1:查看变送器电源是否接反；把电源极性接正确2:测量变送器的供电电源，是否有24V直流电压；必须保证供给变送器的电源电压12V(即变送器电源输入端电压12V)。如果没有电源，则应检查回路是否断线、检测仪表是否选取错误（输入阻抗应250）3:如

27、果是带表头的，检查表头是否损坏（可以先将表头的两根线短路，如果短路后正常，则说明是表头损坏）；表头损坏的则需另换表头4:将电流表串入24V电源回路中，检查电流是否正常；如果正常则说明变送器正常，此时应检查回路中其他仪表是否正常问题现象检查与测试解决办法2:变送器输出20mA1: 变送器电源是否正常如果小于12VDC，则应检查回路中是否有大的负载，变送器负载的输入阻抗应符合RL(变送器供电电压-12V)/( 0.02A) 2:实际压力是否超过压力变送器的所选量程；重新选用适当量程的压力变送器。3:压力传感器是否损坏，严重的过载有时会损坏隔离膜片。需发回生产厂家进行修理。4:接线是否松动；接好线并拧紧5