化工仪表及自动化第二章ppt

1、 化工自控仪表识用与操作主讲人: 周寅飞扬州工业职业技术学院化学工程系化工自控控仪表识识用与操操作第二章压压力检检测压力单位位及测压压仪表弹性式压压力计弹性元件件弹簧管压压力表电气式压压力计应变片式式压力传传感器压阻式压压力传感感器电容式压压力传感感器1目录：智能式变变送器智能变送送器的特特点智能变送送器的结结构原理理压力计的的选用及及安装压力计的的选用压力计的的安装第二章压压力检检测合成氨的的反应中中:保证反应应的进行行必须对对压力进进行控制制3常用压力力表电接点压压力表HAKK-EKA110A差压变送送器45液柱式压压力计概述6在化工生生产中,压力是指由气气体或液液体均匀匀垂直地地作用于于

2、单位面面积上的的力。在工业生生产过程程中,压力往往往是重要要的操作作参数之之一。压力的检测与控控制,对保证生生产过程程正常进进行,达到高产产、优质质、低消消耗和安安全是十十分重要要的。第一节压压力单单位及测测压仪表表压力是指均匀匀垂直地地作用在在单位面面积上的的力。压力的单位为为帕斯卡卡，简称称帕（Pa）7第一节压压力单单位及测测压仪表表为了使大大家了解解国际单单位制中中的压力力单位（Pa或MPa）与过去去的单位位之间的的关系，下面给给出几种种单位之之间的换换算关系系表。89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/

3、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1.01331050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.33321021.333210-41.359510-31.315810-310.01361.93410-21.333210-3水柱9.8061039.80

4、610-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅/英寸2）6.8951036.89510-30.070310.0680551.710.703110.06895巴11050.11.01970.9869750.110.19714.501表3-1各种压力力单位换换算表第一节压压力单单位及测测压仪表表10在压力测测量中，常有表压、绝绝对压力力、负压压或真空空度之分。当被测压压力低于于大气压压力时，一般用用负压或或真空度度来表示示。p表P真P绝P绝大气压力线 零线图2-1绝对压力、表压、负压（真空度）的关系第一节压压力单单位及测测压仪表表11测量压力力或真空空度的仪仪表按照照

5、其转换换原理的的不同，分为四四类。1.液柱式压压力计它根据流流体静力力学原理理，将被被测压力力转换成成液柱高高度进行行测量。按其结构形式的不同 有U形管压力计、单管压力计等 优点这类压力力计结构构简单、使用方方便缺点其精度受受工作液液的毛细细管作用用、密度度及视差差等因素素的影响响，测量量范围较较窄，一一般用来来测量较较低压力力、真空空度或压压力差。13第一节压压力单单位及测测压仪表表2.弹性式压压力计它是将被被测压力力转换成成弹性元元件变形形的位移移进行测测量的。3.电气式压压力计它是通过过机械和和电气元元件将被被测压力力转换成成电量（如电压压、电流流、频率率等）来来进行测测量的仪仪表。14

6、种类弹簧管压压力计、波纹管管压力计计及膜式式压力计计等。15种类电容式、电阻式式、电感感式、应应变片式式和霍尔尔片式等等压力计计。16第一节压压力单单位及测测压仪表表4.活塞式压压力计它是根据据水压机机液体传传送压力力的原理理，将被被测压力力转换成成活塞上上所加平平衡砝码码的质量量来进行行测量的的。优点缺点测量精度度很高，允许误误差可小小到0.05%0.02%。结构较复复杂，价价格较贵贵。17第二节弹弹性式式压力计计18定义弹性式压压力计是利用各各种形式式的弹性性元件，在被测测介质压压力的作作用下，使弹性性元件受受压后产产生弹性性变形的的原理而而制成的的测压仪仪表。优点 具有结构简单、使用可靠

7、、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、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内的压力。 第二节弹弹性式式压力计计19一、弹性元件件弹性元件件是一种种简易可可靠的测测压敏感感元件。当测压压范围不不同时，所用的的弹性元元件也不不一样。图2-2弹性元件示意图弹簧管式式弹性元元件如图(a)和(b)所示，波纹管式式弹性元元件如图(e)所示，薄膜式弹弹性元件件如图(c)和(d)所示。单圈弹簧簧管是弯弯成270度圆弧的的空心金金属管，其其截面为为扁圆形或椭椭圆形等等。20扁圆形椭椭圆形形半半圆形双圆形8字形厚厚壁扁扁圆形弹簧管的的各种横横截面图图21膜片膜盒膜片、膜膜盒22一个周围围为

8、波纹纹状的薄薄壁金属属筒体波纹管231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 接头弹簧压力表第二节弹弹性式式压力计计24二、弹簧簧管压力力表分类使用的测压元件 单圈弹簧管压力表与多圈弹簧管压力表。 用途 普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。 第二节弹弹性式式压力计计25第二节弹弹性式式压力计计基本测量量原理单圈弹簧簧管是一一根弯成成270圆弧的椭椭圆截面面的空心心金属管管子。管管子的自自由端B封闭，另另一端固固定在接接头上上。当通通入被测测的压力力p后，由于于椭圆形形截面在在压力p的作用下下，将趋趋于圆形形，而弯弯成圆

9、弧弧形的弹弹簧管也也随之产产生扩张张变形。同时，使弹簧簧管的自自由端B产生位移移。输入入压力p越大，产产生的变变形也越越大。由由于输入入压力与与弹簧管管自由端端B的位移成成正比，所以只只要测得得B点的位移移量，就就能反映映压力p的大小。注意：弹弹簧管自自由端B的位移量量一般很很小，直直接显示示有困难难，所以以必须通通过放大大机构才才能指示示出来。26第二节弹弹性式式压力计计在化工生生产过程程中，常常需要把把压力控控制在某某一范围围内，即即当压力力低于或或高于给给定范围围时，就就会破坏坏正常工工艺条件件，甚至至可能发发生危险险。这时时就应采采用带有有报警或或控制触触点的压压力表。将普通通弹簧管管

10、压力表表稍加变变化，便便可成为为电接点点信号压压力表，它能在在压力偏偏离给定定范围时时，及时时发出信信号，以以提醒操操作人员员注意或或通过中中间继电电器实现现压力的的自动控控制。警惕！27弹簧管压压力表28第二节弹弹性式式压力计计图2-4 电接点信号压力表1，4 静触点；2 动触点；3 绿灯；5 红灯压力表指指针上有有动触点点2，表盘上上另有两两根可调调节指针针，上面面分别有有静触点点1和4。当压力力超过上上限给定定数值时时，2和4接触，红红色信号号灯5的电路被被接通，红灯发发亮。若若压力低低到下限限给定数数值时，2与1接触，接接通了绿绿色信号号灯3的电路。1、4的位置可可根据需需要灵活活调节

11、。29电接点压压力表30第三节电电气式式压力计计定义电气式压压力计是一种能能将压力力转换成成电信号号进行传传输及显显示的仪仪表。31优点1. 该仪表的测量范围较广，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。 第三节电电气式式压力计计组成一般由压压力传感感器、测测量电路路和信号号处理装装置所组组成。常常用的信信号处理理装置有有指示仪仪、记录录仪以及及控制器器、微处处理机等等。图2-5 电气式压力计组成方框图3233第三节电电气式式压力计计一、应变变片压力力传感器器应变片式

12、式压力传传感器利用电阻阻应变原原理构成成。电阻阻应变片片有金属属和半导导体应变变片两类类，被测测压力使使应变片片产生应应变。当当应变片片产生压压缩（拉拉伸）应应变时，其阻值值减小（增加），再通通过桥式式电路获获得相应应的毫伏伏级电势势输出，并用毫毫伏计或或其他记记录仪表表显示出出被测压压力，从从而组成成应变片片式压力力计。图2-6 应变片压力传感器示意图1应变筒；2外壳；3密封膜片第三节电电气式式压力计计二、压阻阻式压力力传感器器压阻式压压力传感感器利用单晶晶硅的压压阻效应应而构成成。采用单晶晶硅片为为弹性元元件，在在单晶硅硅膜片上上利用集集成电路路的工艺艺，在单单晶硅的的特定方方向扩散散一组

13、等等值电阻阻，并将将电阻接接成桥路路，单晶晶硅片置置于传感感器腔内内。当压力发发生变化化时，单单晶硅产产生应变变，使直直接扩散散在上面面的应变变电阻产产生与被被测压力力成比例例的变化化，再由由桥式电电路获得得相应的的电压输输出信号号。工作原理理34根据单晶晶硅的压压阻效应应工作，在很薄薄的单晶晶硅上利利用集成电路工工艺扩散散出4个小片等等值电阻阻，构成成惠斯登登测量桥桥路。USR1R2R3R4IS不受压时时：Ri1Ri2Ri3Ri4Rr0.635rR1R1 、R4变小R2R3R4R2 、R3变大35第三节电电气式式压力计计特点精度高、工作可可靠、频频率响应应高、迟迟滞小、尺寸小小、重量量轻、结

14、结构简单单；便于实现现显示数数字化；可以测量量压力，稍加改改变，还还可以测测量差压压、高度度、速度度、加速速度等参参数。图3-12 压阻式压力传感器1基座；2单晶硅片；3导环；4螺母；5密封垫圈；6等效电阻36第三节电电气式式压力计计三、电容容式压力力变送器器工作原理理37先将压力力的变化化转换为为电容量量的变化化，然后后进行测测量。图2-8 电容式测量膜盒1中心感应膜片 (可动电极)； 2固定电极； 3测量侧； 4隔离膜片电容式压压力变送送器，目目前在工业生生产中应应用非常常广泛，其输出出信号也也是标准准420mA电流信号号。三、电容容式压力力变送器器38P2P1 输出信号0 20mA定电极

15、C1C2解调器功放器反馈、保护电源、振荡硅油动电极结构框图图三、电容容式压力力变送器器39第四节智智能式式变送器器智能型压压力或差差压变送送器是在普通通压力或或差压传传感器的的基础上上增加微微处理器器电路而而形成的的智能检检测仪表表。40一、智能能变送器器的特点点性能稳定定,可靠性好好,测量精度度高,基本误差差仅为0.1%。量程范范围可达达1001,时间常数数可在036s内调整,有较宽的的零点迁迁移范围围。第四节智智能式式变送器器具有温度度、静压压的自动动补偿功功能,在检测温温度时,可对非线线性进行行自动校校正。具有数数字、模模拟两种种输出方方式,能够实现现双向数数据通讯讯,可以与现现场总线线

16、网络和和上位计计算机相相连。可以进进行远程程通讯,通过现场场通讯器器,使变送器器具有自自修正、自补偿偿、自诊诊断及错错误方式式告警等等多种功功能,简化了调调整、校校准与维维护过程程,使维护和和使用都都十分方方便。41第四节智智能式式变送器器二、智能能变送器器的结构构原理从整体上来看,由硬件和和软件两两大部分分组成。从电路结构构上来看,包括传感感器部件件和电子子部件两两部分。42第四节智智能式式变送器器举例以美国费希尔-罗斯蒙特公司的3051C型智能差压变送器为例介绍其工作原理。图2-9 3051C型智能差压变送器（420mA）方框图43第四节智智能式式变送器器3051C型智能差差压变送送器所用

17、的手手持通信信器为275型，带有有键盘及及液晶显显示器。可以接接在现场场变送器器的信号号端子上上，就地地设定或或检测，也可以以在远离离现场的的控制室室中，接接在某个个变送器器的信号号线上进进行远程程设定及及检测。实现的功能图2-10 手持通信器的连接示意图（1）组态（2）测量范围的变更（3）变送器的校准（4）自诊断44第四节智智能式式变送器器 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。 注意45智能压力力变送器器HAKK-3851高精度智智能变送送器46第五节压压力计计的选用用及安

18、装装一、压力力计的选选用压力计的的选用应根据工工艺生产产过程对对压力测测量的要要求，结结合其他他各方面面的情况况，加以以全面的的考虑和和具体的的分析， 一般般考虑以以下几个个问题。仪表类型型的选用用仪表精度度级的选选取仪表测量量范围的的确定47第五节压压力计计的选用用及安装装1.测压点的的选择应能反映映被测压压力的真真实大小小。要选在被被测介质质直线流流动的管管段部分分，不要要选在管管路拐弯弯、分叉叉、死角角或其他他易形成成漩涡的的地方。 测量量流动介介质的压压力时，应使取取压点与与流动方方向垂直直，取压压管内端端面与生生产设备备连接处处的内壁壁应保持持平齐，不应有有凸出物物或毛刺刺。 测量量

19、液（气气）体压压力时，取压点点应在管管道下（上）部部，使导导压管内内不积存存气（液液）体。48二、压力力计的安安装第五节压压力计计的选用用及安装装2.导压管铺铺设导压管粗粗细要合合适，一一般内径径为610mm，长度应应尽可能能短，最最长不得得超过50m，以减少少压力指指示的迟迟缓。如如超过50m，应选用用能远距距离传送送的压力力计。 导压压管水平平安装时时应保证证有1:101:20的倾斜度度，以利利于积存存于其中中之液体体（或气气体）的的排出。 当被被测介质质易冷凝凝或冻结结时，必必须加设设保温伴伴热管线线。 取压压口到压压力计之之间应装装有切断断阀，以以备检修修压力计计时使用用。切断断阀应装

20、装设在靠靠近取压压口的地地方。49第五节压压力计计的选用用及安装装3.压力计的的安装压力计应应安装在在易观察察和检修修的地方方。安装地地点应力力求避免免振动和和高温影影响。50第五节压压力计计的选用用及安装装测量蒸汽汽压力时时，应加加装凝液液管，以以防止高高温蒸汽汽直接与与测压元元件接触触图3-17（a）；对对于有腐腐蚀性介介质的压压力测量量，应加加装有中中性介质质的隔离离罐，右右图（b）表示了了被测介介质密度度2大于和小小于隔离离液密度度1的两种情情况。图2-11 压力计安装示意图压力计；切断阀门；凝液管；取压容器51第五节压压力计计的选用用及安装装压力计的的连接处处，应根根据被测测压力的的高低和和介质性性质，选选择适当当的材料料，作为为密封垫垫片，以以防泄漏漏。当被测测压力较较小，而而压力计计与取压压口又不不在同一一高度时时，对由由此高度度而引起起的测量量误差应应按pHg进行修正正。式中中H为高度差差，为导压管管中介质质的密度度，g为重力加加速度。为安全全起见，测量高高压的压压力计除除选用有有通气孔孔的外，安装时时表壳应应向墙壁壁或无人人通过之之处，以以防发生生意外。52例题分析析举例1.某台往复式压缩机的出口压力范围为2528MPa，测量误差不得大于1MPa。工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。 解由于往复式压缩机的出口