压力检测与变送

1、压力检测与变送张国鹏2014/8/28目录一、概述二、压力表的分类三、压力仪表的选用与安装四、工业压力表的校验一、概述 压力是生产过程中的重要参数，压力的检测与控制是保证工艺要求，设备经济运行和人身安全的必要条件。 定义：垂直均匀地作用于单位面积上的力, 国际单位为帕斯卡Pa。 绝对压力 绝对真空下的压力称为绝对零压；以绝对零压为基准的压力为绝对压力。 表压 以大气压力为基准的压力。 P表= P 绝 P大 P大=101.325KPa 当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值（即负压力），此负压力值得绝对值，称为真空度。 1 kgf/cm2 = 0.9807105Pa 1 mmH2O = 0.

2、980710Pa 1 mmHg = 1.332102Pa 1 bar=105Pa 1 PSI=6.89103Pa 压力检测方法 1.平衡法：通过仪表使液柱高度的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理测量压力 2.弹性法：利用各种形式的弹性元件，在被测介质的表压力或负压力作用下产生的弹性变形来反映被测压力的大小 3.电气式：用压力敏感元件直接将压力转换成电阻、电荷量等电量的变化二、压力表的分类按压力检测原理分液柱式弹性式电气式1、液柱式压力计 液柱式压力表大多是一根直的或弯成U形的玻璃管，其中充以工作液体，常用的工作液体为蒸馏水、水银和酒精。 工作原理 液柱式压力表利用流体静力学原理，将被测压力

3、转化成液柱的高度来进行压力测量。 特点 液柱式压力计结构简单，使用方便灵敏度和精确度都高，常用于校正其他类型压力计。但其体积大、反应慢、量程受液柱高度的限制，只用于测量微小的压力、真空度或者差压，容易损坏，读数不方便，难于自动测量。注意事项 为减小毛细现象，U型管的内径一般为5-20mm, ，内径最好不小于10mm 使用时保持垂直 减小二次读数误差，读数时眼睛与液面平齐，以封液弯月面顶部切线为准读取液面高度。 应选择密度小的封液，以增大左右管液体的高度差，减小读数误差。（水，汞，四氯化碳）。 当测量较大的压力时，可采用密度较大的封液；当测量较小的压力时，可采用密度较小的封液；液体压力计的测量误

4、差分析及其修正1、毛细现象。 由于毛细现象，管内的液柱可产生附加升高或降低，其大小与封液的性质和管内径等因素有关。 修正方法：以U形管为例：当封液是水，修正值-30/d（mm）;当封液是水银，修正值+14/d（mm）2、温度 指由于液体压力计所处环境温度的变化引起的测量误差。 一是标尺长度随温度的变化，一般要求标尺所用的材料的温度系数极小； 二是工作液密度随温度的变化 。如：水当温度从10变到20时，其密度从9998kgm3减小到9983kgm3，相对变化量为0.15。 3、 重力加速度误差 当对压力检测精度要求比较高时，需要准确测出当地的重力加速度。4、安装误差 当U形管安装不垂直时将会产生

5、安装误差。 例如U形管倾斜5时，液面高度差h的读数相对于实际值要偏大约0.38。2、弹性式压力计 工作原理 弹性压力表是利用各种不同形状弹性感压元件在被测压力的作用下，产生弹性变形制成的测压仪表。 特点 具有结构简单、结实耐用、测量范围宽等特点，是压力测量仪表中应用最多的一种。但其精度较低，不能自动测量。 弹性元件 弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形，变形大小与被测压力成正比关系。常用的弹性元件有弹簧管、膜片、膜盒和波纹管。弹性元件的结构和压力测量范围弹性元件的结构和压力测量范围 膜片 膜片是用金属或者非金属制成的圆形薄片；按工作面形状分为：平膜片和波纹膜片。常用的材料：锡锌青铜、磷青铜、铍

6、青铜、高弹性合金、恒弹性合金、碳素铜、不锈钢等。膜片的厚度一般在0.050.3mm。膜片受压力作用产生位移，可直接带动传动机构指示，由于膜片的位移较小，灵敏度低，指示精度也不高，一般为2.5级。 注：平膜片测量压力时位移很小，常用来测量高压。波纹膜片常用来测量低压。 膜盒 膜盒分为开口膜盒、闭口膜盒。开口膜盒用于表压测量。闭口膜盒用于绝对压力测量。膜盒膜片弹簧管(波登管)弹簧管是横截面呈非圆形(椭圆形或扁圆形)，弯成圆弧状(中心角常为270)的空心管子。管子的一端为封闭，另一端为开口。闭口端作为自由端，开口端作为固定端。 弹簧管的各种横截面图弹簧管的各种横截面图 扁圆形椭圆形半圆形双圆形8字形

7、厚壁扁圆形波纹管由于波纹管的位移相对较大，故一般可在其顶端安装传动机构，带动指针直接读数。一般压缩使用。线性好特点：灵敏度高(特别是在低压区)，常用于检测较低的压力(1.0106Pa)，但波纹管迟滞误差较大，精度一般只能达到1.5级膜盒压力表 膜盒压力表是用于生产过程的工业仪表，它适用于测量微小压力和真空。测量范围一般在一20004000Pa，精确度等级一般为2.5级。膜盒压力表的结构主要由膜盒、传动机构、调整机构、游丝指针、表盘等构成。膜式压力计有膜片压力计和膜盒压力计两种。前者主要用于测量腐蚀性介质或非凝固、非结晶的粘性介质的压力，后者常用于测量气体微压和负压。 原理：原理：膜片四周固定，

8、当通入压力后，两侧面存在压差时，膜片将向压力低的一侧弯曲，膜片中心产生一定的位移，通过传动机构带动指针转动，指示出被测压力。 弹簧管压力表 弹簧管压力表是生产过程中和实验室应用非常普遍的测压仪表。它可以测量压力，也可以测量真空。按照使用的弹簧管的种类可分为单圈和多圈弹簧管压力表 单圈弹分管压力表的结构及工作原理 结构组成如图所示，主要由1弹簧管、齿轮传动系统（包括2拉杆、3扇形齿轮、4中心齿轮等）、5指针、6刻度盘、7游丝、8调整螺钉等。：弹簧管自由端的位移量一般很弹簧管自由端的位移量一般很小，直接显示有困难，所以必须通过小，直接显示有困难，所以必须通过放大机构才能指示出来。放大机构才能指示出

9、来。 用途：弹簧管压力表是生产过程中和实验室应用非常普遍的测压仪表。它可以测量压力，也可以测量真空。 种类：按照使用的弹簧管的种类可分为单圈和多圈弹簧管压力表。 型号：按照适用的条件可分为耐振型、耐热型、耐腐蚀型、抗冲击防爆型以及专用压力表等。它们的工作原理是相同的。波纹管差压计 双波纹管差压计在火力发电厂中主要用于流量和水位测量指示记录的二次仪表。如果用于流量测量，差压计往往还带有积算装置。测量的差压值上限可达0.4MPa，耐工作压力上限可达40MPa，精确度可达1.01.5级。1-连接轴；2-保护阀；3-阻尼环；4-推板；5-扭力管；6-心轴；7-量程弹簧；8-平衡阀；9-低压波纹管；10

10、-摆杆；11-阻尼阀；12-中心基座；13-高压波纹管；14-填充液注：主要用于微压、低压的测量压力变送器压力传感器：能够感受压力（压差）并能按一定规律将压力（压差）转换成同种或别种性质输出量的仪表。弹性元件检测压力的输出只是机械位移信号，该信号可以就地显示，也可以变换为电信号以供远传。这种变换一般称为电变送。其方法很多，如电阻式、电感式、电容式、应变式、力平衡式、光纤式等。目前工业生产使用的电变送后的压力信号都是标准化的电流或电压信号，其变送器都是定型的产品。一、电容式压力变送器1、工作原理：以弹性元件膜片为电容器的可动极板，它与固定极板之间形成一可变电容。随被测压力的变化，膜片产生位移，使

11、电容器的可动极板与固定极板之间的距离改变，从而改变了电容器的电容量，完成压力信号与电容量之间的变化。 将激励电压加于电容器，产生交变电流，经整流、控制、放大，输出420mA标准信号。 电容器的电容量由它的两个极板的大小、形状、相对位置和电介质的介电常数决定 电容式压力变送器检测环节。 感压元件是膜片，两电容的固定极板为球面形结构。测量膜片位于两固定极板的中央，它与固定极板构成两个小室，两室结构对称。固定极板是将玻璃绝缘体磨成球形凹面，并在该表面镀上一层金属薄膜而成。金属薄膜和弹性膜片都接有输出引线。测量膜片与固定极板形成电容，室和隔离腔室内充有硅油。差压位移电容放大输出电流 三阀组1、打开正压

12、阀a2、关闭平衡阀b3、打开负压阀c a b c二、应变式压力变送器 应变式压力传感器利用金属应变片或半导体应变片将测压弹性元件的应变转换成电阻变化。 弹性元件的应变转换成电阻值的大小是由金属或半导体材料制成的电阻体（即应变片）完成。 常用的金属应变片：金属丝式、箔式、薄膜式，基于金属丝的应变效应工作，半导体应变片：体式、薄膜式、扩散式，基于半导体压阻效应工作。1金属电阻应变片:丝式、箔式、薄膜式。 (1)金属丝式应变片 将金属电阻丝（一般是合金，电阻率较高，电阻约为120，直径约0.025mm）粘贴在绝缘基片上，上面覆盖一层薄膜，使它们变成一个整体。（2）金属箔式应变片 （3）金属薄膜应变片

13、 金属薄膜应变片是采用真空蒸镀或溅射等方法，在薄的基底材料上制成一层金属电阻材料薄膜以形成应变片。厚度在0.1mm以下。将产生应变的金属或合金直接沉淀在弹性元件上而不用粘合剂，应变片的滞后和蠕变都很小，灵敏度高。 1、原理：利用金属应变片或半导体应变片将测压弹性元件的应变转换成电阻变化。2、应变式压力变送器（1 ）组成：两部分， 感压弹性元件，应变片。也可将二者结合成一体。（2）测量电路的工作：将应变片电阻的变化转换成电流或电压输出是由测量电路完成的。 压力仪表的选用与安装压力仪表的选用与安装2）对仪表输出信号的要求）对仪表输出信号的要求 对于只需要观察压力变化的情况，应选用如弹簧对于只需要观

14、察压力变化的情况，应选用如弹簧管压力表那样的直接指示型的仪表；如需将压力管压力表那样的直接指示型的仪表；如需将压力信号远传到控制室或其他电动仪表，则可选用电信号远传到控制室或其他电动仪表，则可选用电气式压力检测仪表或其他具有电信号输出的仪表；气式压力检测仪表或其他具有电信号输出的仪表；如果要检测快速变化的压力信号，则可选用电气如果要检测快速变化的压力信号，则可选用电气式压力检测仪表，较常用的是压阻式压力传感器。式压力检测仪表，较常用的是压阻式压力传感器。3）使用的环境）使用的环境 对爆炸性较强的环境，在使用电气压力仪表时，对爆炸性较强的环境，在使用电气压力仪表时，应选择防爆型压力仪表；对于温度

15、特别高或特应选择防爆型压力仪表；对于温度特别高或特别低的环境，应选择温度系数小的敏感元件以别低的环境，应选择温度系数小的敏感元件以及相应的变换元件。及相应的变换元件。 一般在被测压力较稳定的情况下，最大工作压力不应超过仪表满量程的23； 在被测压力波动较大或测脉动压力时，最大工作压力不应超过仪表满量程的12。 为了保证测量准确度最小工作压力不应低于满量程的13。 当被测压力变化范围大，最大和最小工作压力可能不能同时满足上述要求时，选择仪表量程应首先要满足最大工作压力条件。 压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误差来确定，即要求仪表的基本误差应小于实际被测压力允许的最大绝对误差。另外，在选择

16、时应坚持节约的原则，只要测量精度能满足生产的要求，就不必追求用过高精度的仪表。在实用中，应先选定仪表的测量上限，然后试选一准确度等级，并按上述公式计算出最大允差。如果允差值小于工艺要求的准确度，则可选择该准确度等级的压力仪表；如果允差值超过工艺要求的准确度，则需更换准确度高一级的压力仪表。4、表径的选择压力仪表的表径指仪表外壳的直径，常用的有60mm、 l00mm、 150mm、200mm、250mm等规格。 一般根据检测，仪表所处位置和照明情况来选用适合的表径，以能便于观察清楚为宜。在远距离和较暗处，适于用中l00mm 以上直径的仪表。1）取压口应与工质流速方向垂直，与设备内壁平齐 2）防止

17、仪表感受件与高温和有害的被测介质接触。高温介质要冷凝，含尘气体要设灰尘捕集器；腐蚀介质应加装隔离容器 3）仪表与取压口如不在同一水平上，应注意校正由于高度差对仪表造成的额外的读数误差。 4）压力取出口位置，测量气体介质应在工艺管道的上部，测量蒸汽应在工艺管道的两侧，测量液体压力应在工艺管道的下部。取压口的选择在管道或烟道上取压测量流动介质的压力测量液体介质的管道上取压 (5)为了准确测得静压，压力表取压点应在直管段上，并设切断阀；其中，清洁无腐蚀性介质用针形阀粘度大，有腐蚀性介质用闸阀，可免除突然的压力波动和消除脉动。使用于腐蚀性介质和重油时，可在压力表和阀门间装隔离器，隔离器内装隔离液(隔离

18、液可为轻柴油或甘油水溶液等)。 (6)压力表应尽可能在常温下测量(65 摄氏度以下)，在高温下压力表内的焊口会损坏。因此，高温管道的压力表要设置管圈。流体脉动处，设置脉冲缓冲器，以免脉动传给压力表。对于腐蚀性流体应设置隔离膜片式压力表，以免该流体进入压力表内。(7)振动设备的压力表，可装在墙上、柱上或仪表盘上，用软管与设备上的取压口连接。 测量设备的微压(真空)或介质有沉淀物时，应使开口的标高低于和尽可能靠近仪表，以减少附加误差或避免沉淀物进入压力表内。 (8)工艺设备上的测压点开口应在气相段。对立式高设备(例如分馏塔)顶部压力。可沿塔顶出口管在其较低处取压，以便于维护检修。(9)取压点的位置

19、要注意工艺管道分叉、阀前、阀后，严格按工艺流程要求，同一处测压点，压力表和压力变送器可合用一个取压口。(10)压力表管嘴安装位置一般离焊缝大于 100mm，距法蓝小于300 mm。(11)现场指示用压力表的设置位置，最适宜的高度为13001800 mm ，过高时(2200 mm)应设平台或直梯，以便检查和维护。(12)避免处于管路弯曲、分又及流束形成涡流的区域。(13)当管路中有突出物体(如测温元件)时，取压口应取在其前面。(14)当必须在调节阀门附近取压时，若取压口在其前，则与阀 门距离应不小于2倍管径；若取压口在其后，则与阀门距离应不小于3倍管径。(15)对于宽广容器，取压应处于流体流动平

20、稳和无涡流的区域。 总之，在工艺流程上确定的取压口位置应能保证测得所要选取的工艺参数。连接导管的铺设： 连接导管的水平段应有一定的斜度，以利于排除冷凝液和气体。当被测介质为气体时，导管应向取压口方向低倾；当被测介质为液体时，导管应向测压仪表方向倾斜；当被测参数为较小差压值时，倾斜度可再稍大一点。此外，如导管在上下拐弯处，则应根据导管中的介质情况，在最低点安装排泄冷凝液体装置或在最高处安置排气装置，以保证在相当长的时间内不致因在导管中积存冷凝液体或气体而影响测量的准确度，冷凝液体或气体要定期排放。 导压管粗细长短要合适，一般内径为68 mm，长度不超过50mm。必要时采取措施，防止被测介质冷凝或

21、结冰。导压管敷设时，应保持1：1 01：20的坡度，以利于导压管内积存的少量液体或气体的排出。 工业压力表的校验 电厂中校验测压仪表的标准器有两类：一类是活塞式压力计，常用于105 pa压力以上，另一类是液柱式压力计，低压范围内0105Pa,也可用空气浮球式压力计代替液柱式压力计。 校验测压仪表用标准器1活塞式压力计 工作原理：用直接作用在已知活塞面积上的砝码重力来平衡被测压力，从已知的活塞面积和砝码重量，求得被测压力的值 2、弹簧管压力计的检定：准确度等级上来讲，分为两类精密的：精密压力表：0.06,0.1,0.16,0.25,0.4,0.6 普通的：一般压力表 1.0,1.6,2.5,4.

22、0 按照中华人民共和国国家计量检定规程JJG5299中规定，压力仪表的测量上限有以下系列： ll0n、16l0n、25l0n、4l0n、610n n是正整数、负整数或零。 1） 检定弹簧管压力计 一般来讲，弹簧管压力精度较低，所以标准器的选择范围比较大。精密表：二等标准压力计即可：活塞式压力计，液体压力计等。普通表：三等标准压力计即可。在检定时，要求标准表精度等级比被校表等级高一级以上。或者：标准器测量的允许误差被校仪器的允许误差1/4。 检定弹簧管压力计所需的设备： 压力源， 压力调节器， 油气隔离器， 工作介质： 对于上限不大的压力仪表，选择气体作为工作介质，以减小测量误差。 对于测压上限

23、较大的仪表，选择液体作为工作介质 检定流程。1. 环境条件设定。 主要是温度： 0.25级以上的压力计，环境温度在标称值20摄氏度处，且温度波动小于2摄氏度。 0.4-0.6级的压力计，环境温度在标称值20摄氏度处，且温度波动小于3摄氏度。 1-4级的压力计，环境温度在标称值20摄氏度处，且温度波动小于5摄氏度。 同时，备件仪表必须放在设定的环境下2小时以上。2.外观检定。 a、外观是否有变形，损坏。 b、注意根据压力表的类型选择工作介质。 c、注意压力表指针是否变形。 d、要求压力表指针与仪表表盘的距离恰当。 检查方法：加压至上限，然后至下限。在这个过程中观察该距离，观察是否有跳动，停滞现象

24、。 3、示值检定。 检定方法： a检定点：10点或以上，一般在备件仪表分度线处，而且，这些点需要均匀分别在整个分度盘处。 b检定时，需要均匀升、降压，并需要在上限处作耐压测试（3分钟以上），先升压在指定检定点读数，然后降压在指定点处读数，每次读数需要两次以上，一般一次在敲一下表壳前，一次在之后。 c读数精确度或估计值到分度的1/10。 d对于精密仪表，检定流程需要两次。 e零点检定，无压力情况下检查（两次） 降压接近零点时检定。4、数据计算 a 回差计算。 b 示值误差。 c 对于精密仪表，一个检定点处有4个读数值，数据处理时，需要将均值以“四舍六进五奇进”原则处理。 d 计算相邻点间隔大小。

25、 e 一般精密表为300分格，一般最少10个检定点，因此两个检定点之间为30分格，间隔允许误差需要达到间隔值的1/10,即3分格。 f 对于可疑记录，重新检定。 谢谢大家！三、压力表的选用 1、就地压力指示 当压力在2.6Kpa时,可采用膜片式压力表、波纹管压力表和波登管压力表。如接近大气压的低压检测时，可用膜片式压力表或波纹管式压力表。 2、远距离压力显示 若需要进行远距离压力显示时，一般用气动或电动压力变压器，也可用电气压力传感器。当压力范围为140280MPa时，则应采用高压压力传感受器。当高真空测量时可采用热电真空计。3多点压力测量 进行多点压力测量时，可采用巡回压力检测仪。若被测压力达到极限值需报警的，则应选用附带报警装置的各类压力计。三、压力表的选用 1、就地压力指示 当压力在2.6Kpa时,可采用膜片式压力表、波纹管压力表和波登管压力表。如接近大气压的低压检测时，可用膜片式压力表或波纹管式压力表。 2、远距离压力显示 若需要进行远距离压力显示时，一般用气动或电动压力变压器，也可用电气