讲课用(压力)

1、第2章 压力和差压测量 1压力和差压测量2.1 压力、压差的概念及单位 2.2 弹性元件及弹性压力表 2.3 压力计的选择与安装2.4 压力变送器第2章2 垂直作用在单位面积上的力称压力。在国际单位制（SI）和我国法定计量单位中，压力的单位是“帕斯卡”，简称“帕”，符号为“Pa”。 即1N的力垂直均匀作用在1m2的面积上所形成的压力值为1Pa。 2.1 压力、压差的概念及单位 2.1.1 压力的概念及单位3 常采用的压力单位还有“工程大气压力”（kgf/cm2）、“标准大气压”、“毫米汞柱”（mmHg）、“毫米水柱”（mmH2O）。2.1 压力、压差的概念及单位 42.1 压力、压差的概念及单

2、位 压力单位换算表5 绝对压力PA2.1 压力、压差的概念及单位 2.1.2 压力表示方式 大气压力PO 表压力PI PI= PAPO 真空度（负压） 差压 62.1 压力、压差的概念及单位 7 用弹性传感器（又称弹性元件）组成的压力测量仪表称为弹性式压力计。弹性元件受压后产生的形变输出（力或位移），可以通过传动机构直接带动指针指示压力（或压差），也可以通过某种电气元件组成变送器，实现压力（或压差）信号的远传。 2.2 弹性元件及弹性压力表 82.2.1 弹性元件测压原理：是利用弹性元件在被测压力作用下产生弹性变形的原理来度量被测压力的 。当弹性元件受压力作用时会产生变形，于是输出位移或力；再

3、把位移或力通过一定的元件转换成电量信号。弹性元件的特点：构造简单，价格便宜，测压范围宽，被测压力低至几帕，高达数百兆帕都可使用，测量精度也较高，在目前的测压仪表中占有统治地位。2.2 弹性元件及弹性压力表 9 按剖面形状分为平膜片和波纹膜片1. 膜片 常用材料：金属膜片，也有橡胶膜片 可测微压和粘滞性介质压力 可与其他转换元件合用 电容式压力传感器 光纤式压力传感器 力矩平衡式压力变送器2.2 弹性元件及弹性压力表 10 广泛应用于测量差压2. 膜盒 硬芯：用于实现输出机械位移或力 硅油：用于传递压力和对膜片起过载保护作用2.2 弹性元件及弹性压力表 11 灵敏，可测较低压力 迟滞误差较大，精

4、度一般只有1.5级3. 波纹管2.2 弹性元件及弹性压力表 122.2 弹性元件及弹性压力表 13截面为非圆形（椭圆形或扁圆形），并弯成圆弧状的空心管子一端为封闭（自由端），一端为开口（固定端）4. 弹簧管2.2 弹性元件及弹性压力表 扁圆形椭圆形双圆形1415结构简单，使用方便，价格低廉，使用范围广，测量范围宽可测负压、微压、低压、中压和高压精度有0.5、1.0、1.5、2.5等2.2.2 弹簧管压力表2.2 弹性元件及弹性压力表 162.2 弹性元件及弹性压力表 电接点压力计可用作电气发讯设备联锁装置和自动操纵装置 高低压给定指针指示指针电接点 172.2 弹性元件及弹性压力表 弹性式压力

5、计的误差1迟滞误差 相同压力下，同一弹性元件正反行程的变形量不一样，产生迟滞误差。2后效误差 弹性元件的变形落后于被测压力的变化，引起弹性后效误差。3间隙误差 仪表的各种活动部件之间有间隙，示值与弹性元件的变形不可能完全对应，引起间隙误差。4摩擦误差 仪表的活动部件运动时，相互间存在摩擦力，产生摩擦误差。5温度误差 环境温度的变化会引起金属材料弹性模量的变化，造成温度误差。182.2 弹性元件及弹性压力表 弹性式压力计误差的改善途径 1用无迟滞误差或迟滞误差极小的“全弹性”材料和温度误差很小的“恒弹性”材料制造弹性元件。2采用新的转换技术，减少或取消中间传动机构，以减少间隙误差和磨擦误差。3限

6、制弹性元件的位移量，采用无干磨擦的弹性支承或磁悬浮支承等。4采用合适的制造工艺，使材料的优良性能得到充分的发挥。19 霍尔压力传感器2.2.3 远传式弹性压力仪表 电容式压力传感器2.2 弹性元件及弹性压力表 201. 霍尔压力传感器 霍尔效应及霍尔元件 在置于磁场的导体或半导体中通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文霍尔在1879年发现的。产生的电势差称为霍尔电压。2.2 弹性元件及弹性压力表 21 霍尔电压UH与材料的性质有关。 霍尔电压UH与元件的尺寸有关。 霍尔电压UH与控制电流及磁场强度有关。2.2 弹性元件

7、及弹性压力表 22 霍尔压力传感器2.2 弹性元件及弹性压力表 23测压原理:是利用转换元件将压力变化转换成电容变化，再通过检测电容的方法来测量压力的。2.电容式压力传感器特点：结构简单（小型化、轻量化）、性能稳定、可靠，具有较高的精度。2.2 弹性元件及弹性压力表 24差动平板电容器的工作原理: 差动平板电容器共有三个极板，其中中间一个电极板为活动电极板，两端为固定电极板。电容器在初始状态下，活动极板正好位于两固定电极板的中间，如图 (a)所示。此时上下两个电容容量完全相等，其差值为零。而每个电容的容量为2.2 弹性元件及弹性压力表 25当受到外界作用，使中间的活动电极板产生一个微小的位移后

8、，如图 (b)所示。由上式可知，差动平板电容器的电容变化量与活动电极的位移成正比。而且当位移较小时，近似满足线性关系。电容式压力变送器正是基于这一工作原理而设计的。2.2 弹性元件及弹性压力表 262.2 弹性元件及弹性压力表 272.2 弹性元件及弹性压力表 差压-膜片位移转换28仪表类型的选择 压力仪表包括普通压力表、氧压表、乙炔表、真空表、压力真空表、防震压力表、耐腐蚀压力表、电接点压力表或带有指示、记录、调节、报警、远传等特殊功能的压力表。 1）、一般根据被测介质的性质，比如状态(气体、液体)、温度、粘度、腐蚀性、玷污程度、易燃和易爆程度等来选择压力仪表的类别。比如用来测量液体介质的压

9、力时，压力变化缓慢的多选用普通压力表，压力波动较大的多选用防震压力表；测量易燃易爆气体介质的压力时，多选用带有“禁油”标志的氧压表、乙炔表；测量气体负压时多选用真空表或压力真空表。2.3 压力计的选择29 当测量粘稠或酸碱等特殊介质的压力时，应选用不锈钢弹簧管、不锈钢机芯的压力表。当有定点报警要求时可选用电接点压力表。当有其它特殊要求时可选用远传压力表、压力圆图记录仪或其它仪表。2）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

10、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。3）使用的环境 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；对于温度特别高或特别低的环境，应选择温度系数小的敏感元件以及相应的变换元件。302.3 压力计的选择 被测压力较稳定：最大工作压力不应超过仪表满量程的3/4；2. 仪表量程的选择 被测压力波动较大或测脉动压力：最大工作压力不应超过仪表满量程的2/3（或1/2 ）； 为保证测量准确度：最小工作压力不应低于满量程的1/3； 优先满足最大工作压力条件； 我国压力仪表测量测量范围的标准系列： ll0n、16l0n、25l0n、4l0n、610n (n是正整数、

11、负整数或零)。 31 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，即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差。3. 仪表精度的选择 以经济、实惠的原则确定仪表的精度级。 工业用压力仪表的精度通常在0.5级以下。一般工业用压力表1.5级或2.5级已足够,科研或精密测量用0.5级或更高等级的精密压力计或标准压力表。2.3 压力计的选择32 现场就地指示的压力表一般表面直径为100mm，在标准较高或照明条件关差的场合用表面直径为200250mm的，盘装压力表直径为150mm，或用矩形压力表。 4. 压力表外形尺寸的选择2.3 压力计的选择33例 若选用弹簧管压力表来测量某设备内

12、的压力，已知被测压力为（0.71） 106Pa，要求测量的绝对误差不得超过0.02 106Pa，试确定该压力表的测量范围及精度等级。 可供选用的测量范围有: 00.6 106Pa 01 106Pa 01.6 106Pa 02.5 106Pa 2.3 压力计的选择34选择量程为01.6 106Pa的仪表，当压力变化时，正处于量程的1/32/3。解：所以应选 1. 0级精度的压力表要求仪表的允许误差为352.3 压力计的安装 a、要选择被测介质直线流动的管段部分，不可选择管路拐弯、分叉、死角或其它易形成漩涡的地方。 b、测量流动介质压力时，应使取压点与流动方向垂直，清除钻孔毛刺。 c、测量液体压力

13、时，取压点应在管道下部，使导压管不积存气体，测量气体时，取压点应在管道上方，使导压管内不积存液体。取压口的选择 应选择能反应被测压力真实情况的取压点。36 a、导压管粗细合适，内径一般取610mm,长度350m,以短为宜，以减小滞后 b、被测介质易冷凝或冻结时，必须加伴热管 c、取压口到压力表之间应装切断阀，靠近取压口d、对水平敷设的引压导管应有35的坡度 2. 导压管的铺设373. 压力、压差计的安装 应安装在易观察和检修的地方; 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和测压元件接触;对于有腐蚀介质时,应加装充有中性介质的隔离罐等。 压力表的连接处

14、应加装密封垫片,一般低于80温度及2MPa压力用石棉纸板或铝片；温度及压力更高时(50MPa以下)用退火紫铜或铅垫。另外还要考虑介质的影响,例如测氧气的压力表不能用带油或有机化合物的垫片,否则会引起爆炸,测量乙炔压力时禁止用铜垫。383940 取压点处应保证有直管段，两边各大于5D； 在蒸汽管道上取压时，应在管道的侧面安装引压管； 隔离罐应安装在引压管的最高点处； 排污管应在靠近变送器引压管连接处安装； 取压点与变送器的管道距离应大于1米； 变送器的安装位置应低于取压点的位置。41有一台空压机的缓冲罐，其工作压力变化范围为13.516 MPa ，工艺要求最大测量误差为0.8 MPa，并可就地观

15、察及高低限报警。试选一合适的压力表（包括测量范围、精度等级）。例1解空压机的缓冲罐的压力视为脉动压力根据就地观察及能进行高低报警的要求，可选用YX-150型电接点压力表，测量范围为0 40MPa。检验量程下限被测压力的最小值不低于满量程的1/3，符合要求。仪表量程选择：最大引用误差所以选择测量范围为0 40 MPa，精度等级为1.5级的YX-150型电接点压力表。42一、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

16、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432、组成： 变送器由两部分组成：差动式压力(差压)电容转换和测量电路。 差动式压力(差压)电容转换是将被测压力(差压)转换成差动变化的电容CL、CH，其结构如图所示。P1P244 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的电容在30150pf范围内。室通孔与自己一侧隔离膜片腔室连通，室和隔离腔室内充有硅油。45 被测压力作用于隔离膜片，通过硅油使测量膜片产生与压力成正比的位移，从而改变了可动极板与固定极板间的距离，引起电容的变化，此电容变化通过引线传给测量显示电路。工作原理差压位移电容电流放大输出传感部分显示电路部分线性关系46（1）差压位移转换d=K1p 线性关系 (2) 位移电容转换p=0时，有初始电容3 差压转换成电容为提高灵敏度和改善非线性，采用差动形式线性关系47（3）当p=0（p1p2)时，C