第二章 压力测量

1、压力：压力： 即压强，介质垂直均匀地作用于单位面积上的力。即压强，介质垂直均匀地作用于单位面积上的力。 P=F/SP=F/S 在石油化工生产中，压力往往是决定生产安全、产品质量和生产效在石油化工生产中，压力往往是决定生产安全、产品质量和生产效率的重要因素。率的重要因素。 分离器和锅炉：分离器和锅炉：承压承压设备，必须严格控制压力设备，必须严格控制压力不能超过不能超过其额定值。其额定值。 减压蒸馏装置：减压蒸馏装置：负压负压设备，必须严格控制压力设备，必须严格控制压力不能过低不能过低。压力形式：压力形式： 1.1.绝对压力绝对压力p p，即相对于，即相对于0 0压的压力；压的压力； 大气压力大气

2、压力 pa2.2.正压力正压力（表压）（表压）绝对压力减大气压力绝对压力减大气压力 pepe=p-pa=p-pa 3.3.负压力负压力（真空度）（真空度）大气压力减绝对压力大气压力减绝对压力p pd=pa pp pPP0 0PdPd大气大气paPePe绝对压力绝对压力p帕：帕斯卡帕：帕斯卡 用用papa表示表示 1pa=1N/m1pa=1N/m2 2 1Mpa=101Mpa=106 6PaPa标准大气压标准大气压（kg/cm2kg/cm2） 工程大气压（工程大气压（kg/cmkg/cm2 2） 巴巴(bar)(bar)表表2-1 2-1 常用压力单位换算表常用压力单位换算表压力测量仪表又称压力

3、表或压力计，按照其转换原理不同大致分为以下压力测量仪表又称压力表或压力计，按照其转换原理不同大致分为以下几类：几类：（1 1）液柱式压力计）液柱式压力计（2 2）弹性式压力计）弹性式压力计（3 3）电气式压力计）电气式压力计（4 4）活塞式压力计）活塞式压力计根据根据流体静力平衡原理流体静力平衡原理测量显示，测量显示，U U形管。形管。根据弹性元件在压力作用下产生根据弹性元件在压力作用下产生变形原理变形原理制作。制作。利用弹性元件和应变元件结合将弹性元件的利用弹性元件和应变元件结合将弹性元件的形变形变转换为电信号；或利用金属及半导体的转换为电信号；或利用金属及半导体的压变压变特性特性直接将压力

4、转变为电信号直接将压力转变为电信号利用作用在已知面积上利用作用在已知面积上重力重力平衡平衡被测压力被测压力的原理。的原理。 利用利用弹性元件弹性元件在被测介质的压力作用下产生在被测介质的压力作用下产生形变程度形变程度来衡量来衡量被测介质的被测介质的压力大小压力大小。工作原理：工作原理：特点：特点： 结构简单，价格低廉。测量范围广结构简单，价格低廉。测量范围广易于易于改进升级改进升级： 增加附加装置（记录、电气变换、控制元件），可增加附加装置（记录、电气变换、控制元件），可实现测量信号的远传、报警、自动控制等。实现测量信号的远传、报警、自动控制等。弹性元件是一种测压敏感元件，常用的弹性元件有以下

5、几种：弹性元件是一种测压敏感元件，常用的弹性元件有以下几种：1. .弹簧管式弹簧管式单圈圆弧形截面单圈圆弧形截面为扁圆或椭圆为扁圆或椭圆多圈圆弧形，多圈圆弧形，增加自由端位移增加自由端位移膜片膜片2. .薄膜式薄膜式3. .波纹管式波纹管式膜盒，膜盒，內內充硅充硅油油微压或低压测微压或低压测量量测压原理：测压原理： 压力压力PP（弹性元件（弹性元件A A）产生力产生力 F=PA F=PA （平衡）（平衡） 变形变形S S 产生反力产生反力 f=KS f=KS 分类：分类：根据测压元件根据测压元件根据特殊应用场合根据特殊应用场合单圈单圈多圈多圈耐腐蚀（氨）耐腐蚀（氨）禁油（氧气）禁油（氧气）1.

6、1.单圈弹簧管压力表单圈弹簧管压力表P压力S位移 弹簧管为一弹簧管为一270270圆弧形扁圆截面空心金属薄管。圆弧形扁圆截面空心金属薄管。固定端输入压力，自由端连接放大指示机构。在内腔固定端输入压力，自由端连接放大指示机构。在内腔压力压力p p作用下，弹簧管截面作用下，弹簧管截面变园变园、产生、产生挺直挺直、扩张扩张变形。变形。自由端产生自由端产生位移位移S S。 压力压力- -形变形变位移位移指示指示位移太小怎位移太小怎么办？么办？固定固定自由自由 位移的放大机构：位移的放大机构：拉杆拉杆扇形齿轮扇形齿轮中心齿轮中心齿轮齿轮咬合齿轮咬合指针指针支点支点刻度刻度刻度标尺是线性的刻度标尺是线性的

7、! ! 组成组成： 由表壳、单圈弹簧管、传动放大机构、指由表壳、单圈弹簧管、传动放大机构、指示部分组成示部分组成 。表壳：壳体、盖、表面玻璃。表壳：壳体、盖、表面玻璃。传动放大机构：拉杆与扇形齿轮构成传动放大机构：拉杆与扇形齿轮构成一级一级杠杠杆放大，放大倍数可通过改变调整螺钉位置改杆放大，放大倍数可通过改变调整螺钉位置改变。扇形齿轮与中心齿轮构成变。扇形齿轮与中心齿轮构成二级二级放大。放大。指示机构：由中心齿轮带动指针沿刻度盘偏指示机构：由中心齿轮带动指针沿刻度盘偏转，指示压力。转，指示压力。原理：压力原理：压力PP弹簧管内腔弹簧管内腔受力，变形受力，变形自自由端位移由端位移 拉杆拉杆 扇形

8、齿轮偏转扇形齿轮偏转中心中心齿轮偏转齿轮偏转指针偏转指针偏转指示压力。指示压力。游丝作用：使中心齿轮与扇形齿轮保持游丝作用：使中心齿轮与扇形齿轮保持同一同一侧齿面侧齿面接触接触, ,消除齿轮啮合间隙带来的变差。消除齿轮啮合间隙带来的变差。调整螺钉作用：改变传动机构放大倍数，消调整螺钉作用：改变传动机构放大倍数，消除测量上限下指示误差除测量上限下指示误差调量程。调量程。 功能扩展：带电接点的压力表（功能扩展：带电接点的压力表（实现压力控制实现压力控制） 用途：压力越限报警或控制。用途：压力越限报警或控制。 1. 1.结构结构由压力表加装电接点制成。由压力表加装电接点制成。动触点动触点，装在指针，

9、装在指针上；上；静触点静触点，装于上下给定指针，并由游丝弹，装于上下给定指针，并由游丝弹性连接。性连接。 2. 2.原理原理P PPmaxPmax时，动触点时，动触点2 2与静触点与静触点4 4接触接触接通接通高压报警，红灯高压报警，红灯5 5亮亮 。PPminPPmin时，动触点时，动触点2 2与静触点与静触点1 1接触接触接通接通低压报警，绿灯低压报警，绿灯3 3亮亮 。结论结论：PPmaxPPmax 高压报警（红灯亮）；高压报警（红灯亮）；PPminPPmin 低压报警（绿灯亮）；低压报警（绿灯亮）；PminPPmaxPminPPmax时压力正常（红绿灯均不亮）时压力正常（红绿灯均不亮）

10、 把被测压力转换成电信号输出，然后测量电信号获得压力数值，这种测把被测压力转换成电信号输出，然后测量电信号获得压力数值，这种测量仪表量仪表叫电气式压力计。量仪表量仪表叫电气式压力计。组成：组成：一般由压力传感器、测量电路、信号处理部分组成。一般由压力传感器、测量电路、信号处理部分组成。 特点特点：测量范围较宽，精度可达：测量范围较宽，精度可达O.2O.2级。级。 能够进行信号的远距离传送，便于实现压力的自动控制和报警，方能够进行信号的远距离传送，便于实现压力的自动控制和报警，方 便与计算机等工业控制机连接，在石油、化工、炼油、冶金等领域便与计算机等工业控制机连接，在石油、化工、炼油、冶金等领域

11、 应用很广。应用很广。压力电信号传感器测量线路显示记录仪表辅助电源1 1、霍尔效应：、霍尔效应： 霍尔片霍尔片-N-N型半导体片型半导体片, , 置于置于Z-Z-向磁场中，向磁场中，Y-Y-向通过电流向通过电流时，电子受洛伦茨力的作用向时，电子受洛伦茨力的作用向-X-X方向偏转，方向偏转，X X方向电荷积累方向电荷积累形成形成“霍尔电势霍尔电势Eh” Eh” 式中式中 k kh h灵敏系数，与半导体材料、尺寸和温度有关；灵敏系数，与半导体材料、尺寸和温度有关； B B非均匀磁场磁感应强度！非均匀磁场磁感应强度！ I I电流。电流。在上式中，保持电流在上式中，保持电流I I不变，则不变，则EhE

12、h与与B B呈线性关系。呈线性关系。2 2、霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器YSH-3YSH-3型：霍尔片固定在单圈弹型：霍尔片固定在单圈弹簧管的自由端。处于固定的两块簧管的自由端。处于固定的两块磁铁的非均匀磁场中。磁铁的非均匀磁场中。压力P电源 I输出 EHSN NSN SB各种应变片与弹性元件配用，组成应变式压力传感器各种应变片与弹性元件配用，组成应变式压力传感器。 应变式压力传感器应变式压力传感器：利用导体或半导体的：利用导体或半导体的“应变效应应变效应”来测量压力，来测量压力，即通过应变片将即通过应变片将被测压力被测压力转换成转换成电阻值电阻值的变化，通过桥式测量电路，的变化，通过

13、桥式测量电路，获得相应的毫伏级电压信号作为输出。如果配上相应的显示仪表就可获得相应的毫伏级电压信号作为输出。如果配上相应的显示仪表就可显示出被测介质的压力。应变式压力传感器适用于测量快速变化的压显示出被测介质的压力。应变式压力传感器适用于测量快速变化的压力和高压力。力和高压力。1 1、电阻应变片、电阻应变片应变效应应变效应：当导体和半导体材料应变片发生机械变形时其电阻值变化：当导体和半导体材料应变片发生机械变形时其电阻值变化。应变应变片：片：它是由金属导体或半导体材料制成的电阻体，其电阻值随被它是由金属导体或半导体材料制成的电阻体，其电阻值随被测压力所产生的应变而变化测压力所产生的应变而变化。

14、箔式箔式丝式丝式半导体式半导体式BPRBPR2 2型应变式压力传感器型应变式压力传感器应变筒下装承压膜片，应变筒外壁粘贴应变片应变筒下装承压膜片，应变筒外壁粘贴应变片r1(r1(轴向轴向) )、 r2(r2(径向径向) )。原理原理：应变筒外壁上，应变片：应变筒外壁上，应变片R1R1沿轴向粘贴，作为测量片；沿轴向粘贴，作为测量片；R2R2沿径向粘沿径向粘贴，作为温度补偿片。被测压力贴，作为温度补偿片。被测压力P P作用于膜片，底膜片受压作用于膜片，底膜片受压F=P.AF=P.A压缩压缩应变筒应变筒轴向应变（粗短）轴向应变（粗短）R1R1减小、减小、R2R2增加增加电桥失去平衡电桥失去平衡产生不

15、产生不平衡电压输出。平衡电压输出。 固体受力后固体受力后电阻率电阻率发生变化的现象称为发生变化的现象称为压阻效应压阻效应。压阻式压力变送器。压阻式压力变送器就是利用就是利用单晶硅材料单晶硅材料的压阻效应和微电子技术制成的一种新型压力仪表的压阻效应和微电子技术制成的一种新型压力仪表 电容式差压变送器利用弹性膜片作电容式差压变送器利用弹性膜片作为敏感元件，利用弹性膜片在压力作为敏感元件，利用弹性膜片在压力作用下的用下的变形变形，改变膜片与电容，改变膜片与电容固定电固定电极极之间的距离，由此改变电容式变送之间的距离，由此改变电容式变送器的电容量器的电容量。 动电极和固定电极构成的两个电容器动电极和固

16、定电极构成的两个电容器的的 电容量可以近似表示为：电容量可以近似表示为：式中式中 A A极板截面积极板截面积其核心元件差动电容膜盒其核心元件差动电容膜盒5 5两侧焊接隔离两侧焊接隔离膜片膜片8 8、1414，系统封闭，充满硅油。，系统封闭，充满硅油。一个一个动电极（中心感压膜片动电极（中心感压膜片1111）、两个固定）、两个固定电极（弧形电极电极（弧形电极1010、1212）形成两个电容）形成两个电容，经导线引出电容膜盒。中心感压膜，经导线引出电容膜盒。中心感压膜片为一圆形薄金属膜片，它既是动电极，片为一圆形薄金属膜片，它既是动电极，又是压力的敏感元件，将电容膜盒的正、又是压力的敏感元件，将电

17、容膜盒的正、负压侧隔开。负压侧隔开。8 81111101012121414 电容式压力变送器，由电容式压力变送器，由测量部分测量部分、转换部分转换部分组成。组成。 测量部分：测量部分：PP由电容膜盒由电容膜盒膜片微位移膜片微位移电容变化电容变化C C 。转换部分：转换部分：测量电容变化测量电容变化CC标准信号电流标准信号电流4-20mA.4-20mA.输出。输出。工作原理工作原理 膜盒两边由隔离膜片密封，内部充满硅油。隔离膜片感受两侧压力膜盒两边由隔离膜片密封，内部充满硅油。隔离膜片感受两侧压力的作用，通过硅油传压使弹性膜片产生位移，向低压侧凸起。引起两的作用，通过硅油传压使弹性膜片产生位移，

18、向低压侧凸起。引起两侧电容器电容值改变。电容量变化经转换电路，转换为标准信号（侧电容器电容值改变。电容量变化经转换电路，转换为标准信号（4-4-20mA20mA）输出。）输出。P1-P2=0P1-P2=0时，时，C1=C2= C0C1=C2= C0P1-P20 -P1-P20 -隔离膜片隔离膜片-硅油传压硅油传压-中心膜片向右侧凸起中心膜片向右侧凸起-两电容值变两电容值变化化-C1- C2-C1- C2C2-C1C2-C1经转换放大转换为标准信号（经转换放大转换为标准信号（4-20mA4-20mA）输出。）输出。特点：特点：精度高（精度高（0.250.25），结构坚实，耐震动、耐冲击，稳定可靠

19、，灵敏度高），结构坚实，耐震动、耐冲击，稳定可靠，灵敏度高过载能力大；可以测量压力和差压，仪表测量范围过载能力大；可以测量压力和差压，仪表测量范围0.01MPa-70MPa0.01MPa-70MPa。一、压力表的选择一、压力表的选择1 1、确定压力表类型、确定压力表类型注意注意 ppmaxmax,p,pminmin3 3、计算压力表精度、计算压力表精度根据工艺要求允许测量误差根据工艺要求允许测量误差e emaxmax 计算所选精度等级计算所选精度等级根据介质性质、显示要求、测量环境选择。一般就地指示选根据介质性质、显示要求、测量环境选择。一般就地指示选Y-100Y-100单圈单圈弹簧管压力表。

20、弹簧管压力表。2 2、选择压力表量程、选择压力表量程根据被测压力大小及波动情况选择考虑因素：量程太小，压力波动余地根据被测压力大小及波动情况选择考虑因素：量程太小，压力波动余地小、弹簧管长期极限变形影响寿命。量程太大，同精度压力表误差大。被小、弹簧管长期极限变形影响寿命。量程太大，同精度压力表误差大。被测压力应在压力表满量程的（测压力应在压力表满量程的（1 13 3）-（1 12 23 35 5）之间。）之间。测量稳定压力时：测量稳定压力时： 测量脉动压力时：测量脉动压力时：测量高压压力时：测量高压压力时： 其中：其中：P0maxP0max被测最大压力；被测最大压力；P0minP0min被测最

21、小压力；被测最小压力；SpSp压力表量程压力表量程举例：举例：P21P21某台往复式压缩机出口压力范围为某台往复式压缩机出口压力范围为2.52.52.8MPa2.8MPa，测量误差，测量误差不得大于不得大于0.1MPa0.1MPa，工艺要求，工艺要求就地观察就地观察。试正确选用一台压。试正确选用一台压力表，指出型号、精度等级和测量范围。力表，指出型号、精度等级和测量范围。 解：解：由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以选用压力计的量程为：由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以选用压力计的量程为：选取压力表量程为选取压力表量程为6MPa6MPa，测量范围，测量范围0 06MPa6MPa。所选压力计的精度等级为：。所选压力计的精度等级为：选取压力表精度等级为选取压力表精度等级为1 15 5级。用于就地显示，可选用级。用于就地