压力测量及变送技术讲义

压力测量及变送

目录

一、压力测量基础知识

1、压力测量的意义

2、压力的概念

3、压力测量常用单位

4、压力单位及换算

二、压力测量仪表

（-）常用基础压力计

（-）活塞压力计

1、工作原理

2、工作范围

3、维护保养

4、操作技能

（三）浮球压力计

（四）数字压力计

（五）工业压力表

1、结构组成

2、工作原理

3、弹性变形

4、测量要点

5、操作技能

三、压力变送器

（一）、1151型电容变送器

1、测量原理

2、安装与接线

3、校验与调整

（二）、EJA智能变送器

1、工作原理与结构

2、智能变送器的特性

（三）、2010TC多变量变送器

四、变送器的检定与维护

1、变送器的检定方法

2、变送器的维护技巧

五、常见故障与诊断

1、压力变送器常见故障与处理方法

2、差压变送器常见故障与处理方法。

第一节压力测量基础知识

一、压力测量的意义

在工业自动化控制、农业基础建设、建筑、国防以及科学研究的广大领域内，

都需要进行压力测量和控制。因此，需要选用正确的压力仪器、仪表来观测和控

制压力的大小、变化，以便保证生产、生活和科研工作能够安全、顺利地进行。

在各类测量器具中，各种压力仪器仪表是属于量大面广的测量器具，它在国

民经济的各个领域内都有着非常广泛的应用。例如：在水利建设中，从筑坝拦水

到抽水灌溉，都需用压力仪表来进行测量和控制。在气象工作中，为进行气象条

件的分析和天气预报，更是把大气压力的测量数据作为主要的依据之一。

在现代工业生产过程中，压力是一个非常重要的参数，它决定了生产过程能

否正常的进行，压力与温度、流量、液位一起并称为工业自动化控制的四大要素。

例如在合成氨生产中，氢气与氮气在合成塔内合成，压力是决定这个化学反应的

主要因素之一，它既影响物料平衡关系，也影响化学反应速度，所以必须严格遵

守工艺操作条件，保持一定的压力，才能确保生产正常地进行。近代热力设备趋

向于采用高压工质，如果对压力缺乏可靠的检查，可能会使设备损坏，甚至引起

设备爆炸事故，直接危及设备和工作人员的安全。例如发电厂的高温高压鼓形锅

炉，若没有汽锅压力计和水位计连续监视汽压和水位的变化情况，就很难正确控

制给水量，对这类锅炉只要停止半分钟给水，就会使压力突增，如无压力计监视

报警，将会发生重大爆炸事故。又如化肥厂多台高压机在运行中需用机油来润滑

活动部位，当油泵输出压力下降而未检测到，设备不能及时得到润滑，将使活动

部位温度上升而损坏设备。在某些条件下，压力还直接决定设备的经济性，例如

汽轮机排汽的真空度，内燃机的排气背压都对设备的效率有重大影响。

在国防工业中，导弹、飞船在空气中飞行，必须先进行飞行条件的试验，以

测量周围的气流压力对导弹和飞船表面的分布情况，用以确定设计参数。各种飞

行器飞行高度的测定，喷气飞机速度的控制，核潜艇的运行和潜水深度的探测，

都要用到测量压力的仪表。在常规武器方面，亦需作各种爆破压力的测定，以设

计具有高效而又轻便的武器装备。

在科学研究方面，压力测量和控制的应用也是十分广泛。如在高温高压的作

用下，对各种材料进行处理，从而生产各种新型的高强度材料，如石墨晶体在高

温高压作用下，改变相态而形成人造金钢石；人造宝石、碳氐硼等也是经过超高

压处理而形成的。在特定的条件下，经过超高压的作用，气态氢可以转变为固态

的金属氢，并具有一切金属的性能。同样，非金属的碳，也可以转换为金属性能

的碳。所有这些，都必须进行压力的测量与控制。

综上所述，压力测量的基本任务，就是要在使用有关压力量值的仪器仪表时,

保证其数值的准确可靠。这就需要我们研究压力量值的传递方法，研制各种压力

基、标准仪器和工作用仪器，掌握压力仪器的使用和维护方法并能够对其进行修

理和改进，从而达到保证安全，提高产品质量的目的。

二、压力的概念

1、压力

压力是指垂直均匀作用在单位面积上的力，由式（1一1）计算

PF/S式（1—1）

式中：P----压力，N/m2（帕斯卡）。

F---垂直作用力，N（牛顿）

S——受力面积，m2（平方米）。。

国际单位制中规定的压力单位名称是帕斯卡，简称“帕”，其物理意义是：

一牛顿的力垂直均匀地作用在一平方米的面积上产生的压力，用符号Pa表示。

帕斯卡，它是在1971年第十四届国际测量大会上批准的具有专门名称的导

出单位之一。1984年我国也规定将帕斯卡作为法定的压力计量量单位。

从压力的定义已知，压力的单位不是基本单位，而是一个导出单位。它是由

质量、长度和时间单位导出的一个单位。

1Pa=1N/m2读作1帕=1牛/米2

从上式（1-1）可以看出，压力P的大小，不仅与作用力F有关，而且与承

受力的面积S的大小有关。例如：有一个5牛顿的力作用在一个5平方米的面积

上，则根据公式（1-1）得到压力P为1帕斯卡，而同样是5牛顿的力，但作用

于1平方米的面积上，根据公式可知压力为5帕斯卡。由此可见，压力是与所承

受的面积成反比例；而与所受的力成正比例。

又由于帕的单位太小，在实际工作中人们常常使用千帕（kPa）和兆帕（MPa）两

种压力单位。它与其他非法定压力单位的换算关系为:

(1)标准大气压：是指纬度为45的海平面上的大气压，又称物理大气压。

latm=101.325kPa

(2)工程大气压：等于1kgf垂直均匀地作用在一平方厘米的面积上产生的压

力。Ikgf/cm2=0.098067MPa；

(3)巴(欧洲常用):lbar=0.1MPa

(4)磅/英寸(美制)：Ibf/ln2(psl)=0.00689MPa；14.46psl=lbar=0.1MPa

(5)毫米水柱(在温度为4℃,重力加速度为9.80665m/s2时)：ImmHzO=9.81

X106Mpa

(6)毫米汞柱(在温度为0℃,重力加速度为9.80665m/s?时)：lmmHg=L333

X104Mpa。

2、几个不同的压力概念：

(1)大气压力

大气压力就是地球表面上的空气柱重量所产生的压力。

(2)绝对压力

以绝对真空为零点起算的压力。

(3)表压力

以大气压力为零点起算的、高于大气压力的那部分压力。

(测量表压是在绝对压力大于大气压力的条件下进行，当一般压力表的示值为零

时，说明此时的绝对压力等于大气压力。)

(4)疏空

以大气压力为零点起算的、低于大气压力的那部分压力。又可以称为真空压

力或负压力。(测量疏空(负压)是在大气压力大于绝对压力的条件下进行)

完全五空C•表'：咨WU力

6舞示fFjKIE力位

1-1绝对压力、大气压力、表压力的关系图

在工程技术中，应用压力是多种多样的，有时需要知道绝对压力（或全压力）,

有时要测量表压力，有时要找出大气压力的压力量值，因为许多问题都与大气压

力有关。

例如：某管道压力表指示的压力为1.5MPa,当地大气压力为0.098MPa,

则管道内绝对压力为1.598MPa。

流体特性及其静力平衡

流体是液体和气体的总称。不论是液体还是气体，它们都有一个共同的特性

就是：流体不能保持一定的形状，而具有很大的流动性。它只能承受压力，不能

承受拉力和切力。当它承受切力时，流体就会流动。

由于气体分子之间距离较大，它可以压缩，而液体是不可压缩的。因此通常

称气体是可压缩流体，称液体是不可压缩流体。

流体与地球之间没有相对运动时，我们称之为流体的静止状态，或叫平衡状

态。

压力测量的对象就是流体压力，流体静压力有两个重要特性：

第一：流体的静压力的方向永远沿着作用面的法线方向。

第二：静止流体中任何一点上各方向的流体静压力均相等。

研究流体的平衡我们以液体为主，推导结果同样可以应用到未压缩的气体，

因为他们的平衡规律是相同的。

第二节压力测量仪表

一、常用压强计

压力计的型式繁多，常用的有以下几种液柱压强计

液柱压强计是基于流体静力学原理设计的。结构比较简单，精度较高，即可

用于测量流体某点的表压，也可用于测量两点的压强差。

(1)U形管压强计U形管压强计(也即U形管压差计)结构如图2-1

所示。玻璃管内充填工作指示液(一般用Hg、H2O、CCL,等密度较大的液体)。

使用前工作液处于平衡位置，两边液柱高度相等。当作用于两端的压强不同时,

压强大的一端液柱下降，压强小的一端液柱上升。重新达到平麓，根据静力学基

本原理，可用下式计算两点的压强差AP;

△P=Pi-P2=(p^-p)gh(2-1)

式中h——U形管两液面的高度差，mm；

p4:---U形管中指示液的密度；kg/m3；

p——管路中流体的密度，kg/m3

图2-1U形管压强计图2-2单管式压强计

(2)单管式压强计单管式压强计是U形压强计的变形，用一只大直径的

杯代替U形压强计的一根管，如图2-2所示。测量原理与U形压强计相同，具

有方便读数的优点。由于杯的截面积大(一般杯与管截面积之比要等于或大于

20倍)，所以，在两端作用不同压强时，细管一边的液柱从平衡位置升高E，杯

中工作液下降h2,根据等体积原理，有：

22

h2D7r/4=h|d7r/4

因：D/d=20,所以h2/h!=1/400

即：h2=h1/400

设%最大为1m,则I12下降2.5mm。相比之下h2可以忽略不计。因此，只读

出一边液柱高度即可。压力差Ap：

Ap=ptgR

必须注意，压强较大侧接在杯形一端。

若要准确测量可对R进行校正，方法如下：

22

R=R'+h2=R'+(D/d)R'=[l+(D/d)]R'

式中D-----杯的直径，mm;

d-----管子的直径,mm;

R'…-标尺读数，m液柱；

R---标尺读数校正后的数值，mm;

h2-----杯中液面下降，mm.o

以上两种测压方法一般适用于测量低压、负压或压力差。

使用U形管压差计时，应注意先充入指示液(约充至高度的一半处)，不得

夹有气泡。压差计连接导管中有气泡，每次使用前都要进行排气。如图2-3所示。

排气方法：缓慢打开管道上的调节阀后，打开放气阀4、5排除管道中的气体；

然后逐步关小U型管压差计上的进口阀，打开平衡夹3和放气夹，以使水流经

测压导管由U形和倒U形压差计的上部放气管流出，排出测压系统的空气。此

时气泡连同水流一起流出，待水流均匀，无气泡夹带，排气操作即完成。待空气

排尽后，先关闭U形和倒U形压差计的放气夹，然后再将U形管上的进口阀关

闭，将倒U形管放气夹打开，下部排水夹打开，将玻璃管中的水放至适当的液

位，再夹紧排水夹和放水夹，夹紧所有压差计上的平衡夹，止匕时，压差计两臂读

数相同，说明系统气已经排完，否则，需要重新排气。

(3)倾斜式压差计倾斜式压差计是把单管压差计或U形管压强计的玻璃

管与水平方向做a角度倾斜(如图24所示)，它使读数放大了I/sina倍，即

R'=R/sina(2-4)

注意：读取R’后带入式2-4中求出R,按AP=pigR计算压力差。

图2-3U形管排气示意图图2Y倾斜式压强计

1、2一测压接管：3—平衡夹；4、5一放气栩

（4）倒U形管压差计倒U形管压强计如图2-5所示。指示液为空气，一般

用于流体压差小的场合。使用时也要排气，操作原与U形管压差计相同。压强

差可按下式计算：

AP=Pl-P2=（p-p空气）gRupgR（2-5）

（5）双液柱压差计也称微压差计，其结构如图2-6所示。一般用于测量气体

压强差的场合。

用双液液柱压差计测定的两点压强差，有静力学方程式可知：

AP=Pl-P2=（pA-pc）gR（2-6）

式中pA----指示液A的密度，kg/m3；

pc----指示液C的密度，kg/m3o

图2-5倒U形管压强计图2W双液液柱压差计

当AP很小时，为了扩大读数R,减小相对误差，可以通过减小（PA-PC）来实现。

（PA-PC）愈小，R值愈大（在压力差一定时）。双液液柱压差计装有两种指示液,

指示液A和C必须有清晰的分界面，密度相近且互不相溶，而指示液C与被测

流体B亦不互溶，工业上长用石蜡油和工业酒精作指示液。实验室中则常用苯

甲醇和氯化钙作指示液，其中氯化钙溶液可以用不同的浓度来调节。

另外，双液液柱压差计为了读数方便，在U形管的两臂顶端各装有一个扩大

室。扩大室内径与U形管内径之比应大于10。这样扩大室的接面积比U形管的

截面积大的多，即使U形管内指示液A的液面差R很大，两扩大室内指示液C

的液面变化很小，故可忽略其影响，而视为等高。

对于液柱压差计，由于指示液同玻璃管会发生毛细管现象，所以在自制液柱

式压强计时一，应当选用内径不小于5mm（最好大于8mm）玻璃管，以减少毛细

管现象引起的误差。因玻璃管的耐压能力低和长度所限，液柱式压强计一般用语

l*l（）5pa以下的正压或负压（或压量）的场合。

二、活塞式压力计

活塞式压力计主要用于实验室、计量室作为标准压力表或精密压力变送器的

标准仪器，它也可作为压力发生器使用，其基本允许误差为土0.02%（一等）、士

0.05%（二等）、土0.2%（三等）。

1、工作原理

括塞式压力计由测量活塞、专用祛码、压力校验器三个部分组成。压力计通

过手轮的转动带动工作活塞移动，压缩工作液体产生压力信号，使油杯中的油压

进入导压管路，并通过阀门分别加在测量活塞和被测表中。被测压力由加在活塞

上的专用祛码平衡，通过读取祛码的质量就可准确地知道被测压力的大小。

P=mg/s

式中：m——祛码的质量，kg

g------当地重力加速度，m/s2

s------活塞有效面积，m\一般为1cm?。或O10cm2。

2.工作范围

以西安自动化仪表厂Ys系列活塞压力计为例：

YS-——6：0.04〜0.6MPa；

YS——60:0.1~6.0MPa；

YS--250：0.5~25.0MPa；

YS--600；1〜60MPa。

不同的工作范围使用不同的工作液体，对于25MPa以内的压力计使用变压

器油；对60MPa以内的压力计使用薨麻油。

3、维护与保养

(1)专用祛码必须专人保管，同一出厂编号的祛码配套使用，不能更换或混

用；

(2)活塞表面禁止用手触摸，不能受到磨损、冲击和弯曲，祛码表面涂层不

得铲除或增加；

(3)使用防尘土措施：在压力计上方加盖布罩；

(4)做好防锈工作，长期不用时一，可在活塞缸和插塞杆上涂上防锈油(例如无

酸的凡士林)。

4、操作技能

［技能-1］活塞压力计的操作

(1)将压力计安装在无振动的工作台上。

(2)调整水平，使压力计的水平泡处于中心位置。

(3)检查油量和清洁程度，并排气放空，油量不足时需补充工作油，可先关

各接头处的阀门，打开油杯阀门，反时针转动手泵手轮，使测量系统充满油液，

然后关闭油杯阀门。

(4)打开测量系统各阀门，转动手轮产生初压，用手转动祛码底盘，使底盘

上升，直到与定位指示板的黑线刻度相齐为止。

(5)根据被校压力表各点的示值，增加祛码，并相应地转动手轮，以免底盘

下降。操作时，使祛码底盘按30〜120r/分的转速顺时针方向转动，转动活塞的

目的是防止静止液体产生静摩擦，影响准确测量；如果旋转太快，将造成活塞偏

歪，磨损活塞。

(6)加装祛码时应先关闭活塞的阀门，以免使祛码突升突降，将祛码放平放

稳，防止将祛码甩出。

(7)测量完成后，反时针旋转手轮，逐步卸去祛码，最后开启油杯阀门，并

填写检定记录。

三、浮球压力计

浮球压力计是一种微压的压力标准仪器，以氮气或净化压缩空气作为气源，

输出准确的气压信号。其工作原理为：浮球压力计由气源、阀门、流量计、浮球、

专用祛码，输出压力信号接口等组成。当气流压力大于平衡压力时一，浮球就自动

上升，增加排气孔的面积，从而使平衡重新得到恢复。浮球在气流作用下能在喷

嘴中自动定心，气流均匀地包围浮球，使浮球下部气流处于恒流状态。浮球与喷

嘴没有接触，消除了摩擦和滞后现象，产生的标准压力信号经由管路供给被检仪

表。

浮球压力计准确度等级为：

士0.02%(一等)，工作温度为(20士2)℃；

±0.05%(二等)，工作温度为(20士5)℃。

［技能-2］浮球压力计操作

(1)将压力计安装在无振动的工作台上。

(2)调整水平，使压力计的水平泡处于中心位置。

(3)将输入、输出气路连接好，气路应严密、不漏。

(4)调整供气气源(大于0.3MPa小于0.8MPa),打开供气阀门，根据被校准压

力各点的示值，增加硅码，压力计输出不同的压力信号，注意不需要旋转祛码。

(5)工作完毕后，逐步卸去祛码，关闭气源，并填写检定记录。

四、数字压力计

数字压力计是利用微处理器将压力信号转换成数字信号的标准压力仪器，用

于现场压力变送器、差压变送器参数的准确测量和校准，其准确度等级为0.05%。

通过更换不同量程的压力传感器模块可以使压力测量范围达到-10〜160000kPa,

以北京康斯特所产的CST2000系列数字压力计为例其示意图见图2—5。为了获

得稳定的压力源，一般数字压力计都配有压力泵，用于产生正压或真空。当与被

校表连接好管路后，推动压力泵的手柄进行打压，当压力恒定后，旋转微分筒的

手轮进行压力的细微调节，给被校表和标准表一个稳定的压力输出信号。

0)

图2-5便携式压力泵

五、压力表

压力表按照用途来分类，又可分为以下几种类型：

（一）一般压力表

一般压力表适用于测量无爆炸危险、不结晶、不凝固及对钢及铜合金不起腐蚀

作用的液体、蒸汽和气体等介质的压力。

（-）隔膜式压力表

隔膜式压力表专供石油、化工、食品等部门生产过程中测量具有腐蚀性、高粘

度、易结晶、含有固体状颗粒、温度较高的液体介质的压力。

（三）防爆感应式接点压力表

防爆感应式接点压力表是专用于某些有爆炸危险场所的仪表，该表具有对工艺

流程中的流体介质的压力参量进行检测、自动控制、自动报警等功能。

（四）电阻远传压力表

电阻远传压力表适用于测量对钢及铜合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等

介质的压力。可以把被测值以电量值传至远离测量点的二次仪表上，以实现集

中检测和远距离控制。

弹簧管压力表

1、结构组成:弹簧管压力表是最常见的压力测量仪表。它由弹簧管、拉杆、

扇形齿轮、中心齿轮、面板、游丝、调整螺钉、指针、接头等组成，如图24所

2、工作原理：弹簧管压力表的测量元件是单簧管，是一根弯成290°圆弧的

椭圆形截面的空心金属管。管子的自由端B封闭，管子的另一端固定在接头上,

与测压点相连。

当弹簧管的固定端通入被测流体后，被测压力由接头9接入，使弹簧管1由

自由端B向左变形，自由端B的弹性位移，通过拉杆2使扇行齿轮3作逆时针

偏转，指针5通过同心轴的齿轮4的带动而作顺时针偏转，发生弹性形变（伸直

或收缩），最小的位移量由封闭的一头带动机械传动装置使指针显示相的压力值。

从而再面板刻度6上显示压力数值。弹簧管的自由端位移与被测压力成正比，压

力越大，位移越大。游丝7是用来调节、克服因扇行齿轮和中收齿轮的间隙所产

生的仪表偏差。改变调节螺丝8位置（即改变机械转动的放大系数）可以实现压

力表的量程的调整。

3、弹性变形与疲劳

（1）弹性变形

在弹性极限范围内，弹性元件的变形与压力成正

比。当作用压力取消后，弹性元件能恢复到初始尺

寸和形状，这种现象称为弹性变形。

（2）弹性后效

加在弹性元件上的负荷停止或完全

卸荷后，弹性元件不是立即完成相应的变形，而是在一段时间内仍在继续发生变

形的现象就叫做弹性元件的弹性后效，它对弹性式仪表的准确度等级起着决定性

的作用。

（3）弹性滞后（弹性迟滞）

加在弹性元件上的负荷在其弹性极限范围内进行缓慢变化时，负载特性曲线

与卸载特性曲线不重合的现象，称为弹性元件的弹性滞后（弹性迟滞）。

（4）永久变形（残余变形）

有些弹簧管在去消外力后，经过几天的时间仍不能恢复到原来的形状和尺

寸，这种现象说明了弹簧管产生了永久变形（残余变形）。这种变形可分为三种

情况：

A、弹性元件在压力作用下产生变形，当压力除去后，弹性元件不能恢复到

原来的形状，这种变形叫塑性变形。

B、弹性元件在交变负荷压力作用下，容易产生微小的应力而疲劳，从而造

成弹性元件的损坏，在除去负荷后，不能恢复到原来的形状，这种变形叫做疲劳

变形。

C、弹性元件持续地承受负荷，也会产生疲劳，当除去负荷后，弹性元件不

能恢复到原来的形状，这种变形叫弹性元件的蠕变。

4、压力表测量要点

A、仪表量程选择

选用弹簧管压力表时，要注意工作介质的物性和量程,其中量程是测量仪表

所能指示的上限值和下限值之差。如测量氨气压力,必须采用不锈钢弹簧管,而

不能采用铜质材料的压力表；测量氧气压力时,压力表应严禁粘有油脂。工作介

质的物性决定压力表选材。为了保证弹簧元件能在弹性变形的安全范围内可靠的

工作，在选择压力表的量程时，必须考虑留有足够的余地。目前常见弹簧压力表

的量程有0.1、0.16、0.25、1.4、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.0、10、16、25、40、

60MPa等。一般操作指示值，在被测压力较为稳定的情况下，最大压力值不超

过满量程的妁；在被测压力波动较大的情况下，最大压力值应不超过满量程的

2/3o

在选用弹簧管压力表时，还要注意所选仪表的准确度。精确度表示仪表测试

结果的可靠程度，他用引用误差来表示，因为精确度不仅与绝对误差大小有关,

还与该仪表的量程有关。我国仪表规定精确度等级主要有0.0K0.02、0.04、0.05、

0.1、02、0.4、0.5、1.0、1.6、2.5、4.0等级。每个精确等级的仪表，其最大引

用误差的百分数，其分子不得大于上述规格级别的右侧值，而小于或等于左侧值

时则列入更高一级精度等级。例如0.5级的仪表，其最大引用应小于或等于0.5%,

如果小于或等于0.2%,应列入0.2级精度等级中，引用误差愈小，精确度愈高。

在实际中需要根据允许误差选择仪表时一，精度一定高于允许的最大引用误差。例

如，允许的最大引用误差若为0.25%,所选仪表的精度应为0.2级。选用精度等

级过高，实际上是一种浪费，一般压力表常用2.5级、L6级或1.0级。

B介质和使用环境：

①预先了解工作介质的压强大小，变化范围以及对测量精度的要求，从而选择适

当量程和精度级的测量仪表。

②预先了解工作介质的物性和状态，如：粘度大小，是否具有腐蚀性、温度高低

和清洁程度等。

③了解周围环境情况，如：温度、湿度、振动的情况，以及是否存在腐蚀性气体

等。

④压强信息是否需要远距离传输或记录等。

C测压点选择

测压点必须尽量选在受流体流动干扰最小的地方,如在管线上测压，测压点

应该选在离流体上游的管线弯头、阀或其化障碍物40~50倍管内径的距离，使紊

乱的流线经过该稳定段后在近壁处的流线与管壁面平行，从而避免动能对测量的

影响。如条件所限，不能保证（40~50）d内的稳定段，可设置整流板或整流管，

以消除动能的影响。

D取压孔的影响

测压孔又称取压孔。由于在管道面上开设了测压孔，不可避免地扰乱了她所

在流体流动的情况，在流体流过孔时其流线向孔内弯曲，并在孔内引起旋涡，因

此，从测压孔引出的静压强和流体真实的静压强存在误差。前人已发现，该误差

与孔附近的流体状态有关，也与孔的尺寸、几何形状、孔轴的方向、孔的深度及

开孔处壁面的粗糙度有关。实验研究证实，孔径尺寸越大，流线弯曲越严重，误

差也越大。从理论上讲，测压孔口越小越好，但孔口太小导致加工困难，且易

被污物堵塞，也使测压的动态性能差。一般孔径为0.5~L0min,精度要求稍低的

场合，可适当放在孔径。

一般对壁面的测压孔有如下要求：孔径dN3mm;孔的轴线要垂直壁面；孔的

边缘不应有毛刺；孔的周围管道壁面要光滑，不应有凹凸部分。因测压是以管壁

面上的测压值表示该端面处的静压，为此可该端面装测压环，使各个测压孔相互

贯通，借以消除管道端面上各点的静压差或不均匀流动引起的附加误差。测压环

的基本形式如图2-8所示，若管道尺寸较小，并且测量精度要求不高时常以单个

测压孔代替测压环。测压孔的方位，根据工作介质的情况而定。当工作介质为气

体时，，般孔口位于管道的上方；为蒸气时，位于管道的侧面；为液体时，位于

与水平轴线成45角处。

取上环

取压管

E正确的安装和使用

①引压导管。系测压管或测压孔和压强计之间的连接管道，它的功能是传感

压强。在正常状态下，引压导管内的流体是完全静止的，导管内的压强安静力学

规律分布，即仅与高度有关。由此可知，测压点处的压强可从压强计的数值求取。

为了保证在引压管内不引起二次环流，管径应较细。但细而长的管道，其阻

尼作用很大，特别是当测压孔很小时阻尼作用更大，使灵敏度下降。因此，引压

管道的长度应尽可能缩短。对于在所测压强为波动较大的场合，为使读书稳定，

往往需要利用引压管道的阻尼作用，此时可关小引压管道的测压阀，或将引压导

管制作成盘形管。

在引压导管工作过程中，必须防止阻塞或泄漏两种情况,否则将回给测量带

来很大的误差。测量气体压强时，往往由于液滴或尘埃被带入引起导管阻塞。测

量液体压强时，往往引导管内残留空气而被阻塞。为此，引压导管最好能垂直安

装或至少不小于1：10的倾斜度，并在最低处集灰集液斗，或在最高出安装放气

发阀。引压导管安装时要注意密封性，否则将使测量值较大地偏离真值。

在测量蒸气压强时;为了避免高温蒸气和测量计直接接触，引压导管一般做

成2-9所示的形式。该形式广泛应用于弹簧压差计，以保障压强计的精度和使用

寿命。除了此形式外，为了减少蒸气中冷凝液收集器。若为腐蚀介质，引压导管

上要安装隔离罐，其形式如图2-10所示。

②在测压点处要安装切断阀(或称测压阀)，以便于引压导管和压强计的拆修。

对于精度级较高或量程较小的压强计，切断阀可防止压强的突然冲击或过载。

③在安装液柱式压强计时，要注意安装的垂直度。

④在使用液柱式压强计时，必需做好引压导管排污或排气工作，读数时视线

应与分界面的弯月面相切。

5、操作技能

［技能-3］拆装压力表

(1)关闭压力表截止阀；

(2)用活动扳手松动压力表接头，缓慢卸压，使天然气压力为零；

(3)继续用扳手卸卜.压力表，注意不能损坏压力表的接头螺纹

(4)旋转压力表截断阀门手轮，吹扫管内污物，再关闭阀门；

(5)选取符合量程范围并检定合格的压力表，配相应的密封垫圈，并涂少量

黄油；

(6)用扳手安装压力表，并旋紧，注意压力表盘方向为便于压力读数的方向;

(7)打开取压阀门，观察压力表指示情况，并进行验漏。

［技能-4］选用压力表

(1)根据压力测量的类别选用压力表，如真空表、压力真空表、大气压表等

等；

(2)根据被测介质的性质选用压力表，如普通压力表、氧气压力表、防硫压

力表、蒸汽压力表等；

(3)根据工艺条件选择压力表的参数，量程选用规则为：压力稳定时，选最

大压力小于3/4满量程；压力波动较大时，选最大压力小于2/3满量程；

(4)根据测量要求选用压力表的准确度等级，一般为适用、够用的原则，能

用普通压力表则采用普通的压力表；如果对压力测量要求较高，例如需要计算管

道储气量的阀室压力，宜选用精密压力表；

(5)根据环境条件选用特殊功能的压力表，例如耐腐蚀的压力表、抗震压力

表等等。

(6)对于需要压力信号远传或报警的场合，宜选用电接点压力表或电远传压

力表。

第三节压力变送器

变送器是将被测工艺参数，逋过传感元件的检测、转换部件的信号转换，输

出统一的气压或电流信号的仪表。按工作能源可分为气动变送器和电动变送器，

按被测参数可分为压力、差压、温度、流量、液位等变送器。本节重点介绍压力

变送器

1.定义

压力变送器是一种将压力变量转换为可传送的统一输出信号的仪表，而且输

出信号与压力变量之间有一定的连续函数关系，通常是线性关系。

2.分类

(1)按变量可分为：绝压变送器、表压变送器、差压变送器、正负压变送器。

(2)按信号可分为：

①电动变送器：输出0〜10mA或4〜20mA(或1〜5v)的直流信号；

②气动变送器：输出20〜lOOkPa的气体压力。

(3)按工作原理可分为：力(力矩)平衡式(DDZ—H型、DDZIII型)变送器、微

位移式（电感式、电容式、应变式、频率式）变送器、智能式变送器等。

（4）按照近几年各个厂家新推出的不同型号分：主要有西安仪表厂的1151

电容式变送器、横河川仪的EJA型变送器、霍尼威尔2000型变送器

一、1151电容式变送器

1151电容式变送器是利用电容转换技术测量压力的。它由测量和转换两部

分组成，具有精度高、体积小、维护方便、调整简单、单向过载保护特I生好等

特点。

1.测量部分

测量部分包括电容膜盒，高、低压室和法兰组件等。

其测量原理是；利用电容敏感元件的电容量随被测压力的变化而变化的特点

而制作的，其结构如图5—6所示。电容膜盒由固定电极、球面电极、绝缘体等

组成。球面电极采用圆形金属薄膜或镀金金属薄膜作为活动电极。当薄膜受压时;

它将产生弹性变形（最大位移为0.1mm）,造成薄膜与固定电极之间形成的电容量

发生变化，通过转换电路输出4〜20mA的直流电流信号。

图5-6电容膜盒的结构

1电容极板，2—测量膜片3—刚性绝缘体

4一硅油5—焊接密封6一隔离膜片7—引线

（1）压力一位移转换。活动电极是平膜片，当膜片的位移小于膜片的厚度,

并且采用周张紧技术时（膜片绷得很紧的意思），压力和位移成线性关系：

Ad—K,（p-P2）=K）AP（5-6）

式中：Ad——活动电极膜片的中心位移，m；

Ki----比例系数,m/kPa；

△p——被测差压力，kPa；P”P2：为高低压室引入的压力，当进行压力

测量时，P2为当地压力。

(2)位移一电容转换。d室固定电极凹面直径很大，可以看成长平行板电容

器，其电容为：C=A$/d(5—7)

式中；c——电容，F

A---电容极板面积，m2；

$——灌充液的介电常数，F/m；

d——极板间的距离，m。

从式(5—7)看出，电容与极板间的位移成反比，不是线性关系，因此必须找

到另一种关系才能进行差压的测量。

当差压为零时，活动电极膜片与两边固定电极之间的距离相等，为d。；当

被测压力Pi和P2分别作用于活动膜片两边时:差压Ap经硅油传递到测量膜片，

引起位移Ado位移的变化引起两侧电容值的改变.

2.转换部分

转换部分由振荡电路、解调电路、调零电路、放大电路等组成。其作用是将

测量部分所得的差动电容的变化转换成标准电流输出信号，同时，需要完备的零

点调整、量程调整、正负迁移、阻尼调整等功能。振荡电路为电容回路提供激励

电源，振荡控制器用于保证输出电流的稳定；解调电路用于将电容变化转换成电

流的变化｝放大电路用于放大电流信号；调零电路用于调整放大器的输入电平的

偏离；调量程电路用于调反馈量的大小。

3、电容变送器的使用

(1)、安装与接线

变送器使用安装支架固定在2in(lin=25.4mm)的管道或墙壁上，安装支架有

三种：管装弯支架、管装平支架、板装弯支架，三种支架可满足现场不同的安装

rHf

而要。

变送器的接线端子在电气盒内，拧下接线侧的表盖，上面的端子是信号端子,

输出4〜20mADC直流信号，电源正极接“+”端，负极接“-”端。下面是测试端

子"TEST”，用于测试或连接指示表头。注意不能将电源信号线接到测试端子，

否则将烧坏跨接在测试端子上的一只二极管。如果已经烧坏，可将两测试端子短

接，变送器可正常工作。

(2)、校验与调整

零位调整。当压力回零时，变送器输出显示不在零位，就需要做零位调整。

零位越高，电流输出越大，计算值越大。

输入变送器压力信号为OMPa,调整变送器外壳铭牌的后面标有“Z”的调节

螺钉，直到变送器的输出电流为4111A(顺时针旋转，变送器的输出增大)。

量程调整。当电流最大时，如果变送器输出显示偏离最大值，需要调量程。

如果量程被调小，将使输出增大，这是因为，二次仪表显示部分将20mA作为最

大值。例如，使用活塞式压力计校准变送器，当达到L59MPa时，变送器输出

为20mA,而此时，活塞仍未浮起，再施压，活塞浮起，而此时输出为20.1mA,

说明量程偏小，显示值偏大。

在变送器的高压侧输入100%满量程的压力信号，调整变送器外壳铭牌的后

面标有“R”的调节螺钉，直到变送器的输出电流为20mA(逆时针旋转，变送器

的输出减小)。如果输出大于20mA(例如为20.1mA),调零对调量程无影响，但调

量程对零点影响较大，影响零点的量为量程调整量的1/5。所以可将差值乘以

过调系数0.25得过调量［0.1X0.25=0.025(mA)］,然后调整量程，使变送器的

输出达到20mA减去过调量［即20-0.025—19.975(mA)］。如果变送器输出小于

20mA,则需加上过调量，撤除压力信号，进行调零后再升压调整量程。

变送器在温度极限或振动较大的场合工作时，为了不影响仪表的准确测量，

可在完成调整后，将调节螺钉稍稍向后倒一些，使得电位器刀口和调节螺钉槽口

的表面之间脱离接触。

在零点和量程调整中，由于有机械间隙，改变调整方向可能会出现死区，一

般采用在反方向转动前有意使过调大一些的办法来解决。

3、正负零点迁移

不以零压力作为变送器零位输入的调校，称为正负迁移。当要求输入压力低

于零压力时需要进行负迁移，当要求输入压力高于零压力时需要进行正迁移。11

51压力变送器正迁移量为500%,负迁移量为600%。例如用变送器测量液位就

需要进行正负迁移，因为变送器的位置不一定和最低液位一致，当液位最低时，

如果变送器输出不为零就需要用零迁移的办法将其迁移掉。

当迁移量较大时，需要取下放大电路板，将正负迁移跨接件插到标有“SZ”

(正迁移)或“EZ”(负迁移)的位置上。

正迁移(例如5〜30kPa)的办法是：先调校零位和量程(0〜25kPa),在高压

侧加5kPa,再调整零位为4mA,应注意不能再调整量程。

负迁移(例如30〜5kPa)的办法是：先调校零位和量程(0〜25kPa),在低压

侧加30kPa,再调整零位为4mA,注意不能再调整量程。

4.线性调整

当仪表线性超差时，可使用放大电路板上线性调节电位器(标有"L”)，其

方法是(一般出厂已调整完毕)：

(1)输入测量范围的中间压力值，记录实际输出值，并计算出与理论值的差

值，

(2)计算量程下降系数：

(3)计算调整量：

(4)输入满度压力，如果△为正，调整线性电位器，从满刻度量程的输出中

减去△；如果△为负，调整线性电位器，从满刻度量程的输出中加上△；

例如：变送器的最大测量范围为186.8kPa,实际使用范围为40kPa,量程下

降系数为186.8/40=4.67o当输入压力为20kPa时，如果实际输出为11.95mA,

则理论值比12mA少了0.05mAo

其调整量为；

△=6X0.05X4.67—1.4(mA)

可调整线性电位器，在满量程输出时增加1.4mA。

5.阻尼调整

阻尼调整用于消除被测压力频繁波动所造成的变送器的输出波动。它可以通

过调整阻尼调节电位器来完成(电路板标记为D),出厂时一，电位器处于反时针极

限位置，阻尼时间为0.2s,顺时针可调整阻尼时间范围为0.2〜1.67s。注意不

要猛拧电位器，超过限位时电位器将损坏。

四、变送器的维护

1.输出电流的检查

当内阻小于10欧姆的电流表接在测试端子时，回路电流将全部流经电流表,

电路板上的二极管将不能导通，从而可以在变送器正常工作时通过测试端子检查

输出电流。

2.传感器本体的检查

传感器组件出现故障时，现场不能修理。当发现膜盒隔离膜片变形或填充液

漏出，只能更换整个传感器组件。清洗时只能用浸过中性清洁剂的软布，而不能

用任何氯化物溶液或含酸的溶液。可以通过补偿板来检查传感器是否有故障：

(1)小心从插头座拔出补偿板(传感器组件不能从电气盒拆下来)；

(2)检查内部二极管回路的正反偏置，测1,2之间和3,4之间的电阻值应

接近相等；

(3)将1,2点短接，检查短接点(即高压侧电容极板)与传感器壳体(即与测

量膜片)之间的电阻应不通或大于10M欧姆，电容为150pF±30pF；

(4)同样检测3,4短接后(低压侧)与壳体之间的电阻和电容；

(5)检查插针8是否可靠地接地，它与外壳之间的电阻为零。

3.电路扳的检查

一般采用替换法进行。当怀疑变送器电路发生故障时，可将电路板拆下来，

换上备用电路板，看输出是否正常。如果确定电路板有故障，可参照电路图进行

基准电压测试，找出故障所在。更换电路板后的变送器需重新进行校准。

二、EJA智能变送器

智能变进器应甩了数字技术，方便地进行现场和控制室之间的连接，并提高

了变送器的性能和可靠性。智能变送器目前是既有数字信号，又有模拟信号的变

送器，正向全数字式现场总线型智能变送器转化。全数字变送器集变送、控制和

通信于一体，将给仪表自动化技术带来革命性的变化。

一、工作原理与结构

由日本横河电机株式会社于1994年最新开发的高性能的DpharpEJA系列智

能式差压/压力变送器，采用了世界上最先进的单晶硅谐振式传感器，准确度达

到士0075%,是目前广泛使用的变送器，由重庆横河川仪有限公司生产。

1、压力传感部件

单晶硅谐振式传感器是在一单晶硅芯片上采用徽电子机械加工技术，分别在

其表面的中心和边缘做成两个形状、大小完全一致的H形谐振梁（见图5-10）,

且处于微型真空腔中，使其既不与充罐液接触，又确保振动时不受空气阻尼的影

响。同时一，硅谐振梁又处于由永久磁铁提供的磁场中，与变压器、放大器等组成

一正反馈回路。通过激振线圈的交变电流激发H形谐振粱振动，并由拾振线圈

感应，送入自动增益放大器，输出频率，同时将交流信号反馈给激振线圈。谐振

梁在回路中就产生自激振荡，以维持谐振连续等幅振动（见图511）。

单晶硅谐振式传感器上的两个H形的振动梁分别将差压（压力）信号转换为

频率信号，送到脉冲计数器，再将两频率之差直接传递到微处理器进行数据处理，

经D/A转换器转换为与输人信号相对应的4〜20mADC的输出信号，并在模拟

信号上叠加一个HART数字信号进行通信。

当单晶硅片的上下表面受到压力并形成压力差时产生变形，中心处受到压缩

力，边缘受到扩张力，因而两个H梁分别感受到不同应变力的作用。中心谐振

梁因受压缩力而频率小，边缘谐振梁因受张力而频率增大。这样一来，就产生了

一个频率差，频率之差与压差成

正比。

图5-10硅谐振梁结构固

谐振梁的振动频率取决于梁的几何形状和张力，而张力是随信号压力的变化

而变化的，当几何尺寸确定后，谐振梁的振动频率就仅仅随压力信号而变化。

2.智能转换部件

由单晶硅谐振式传感器上的两个H形状的谐振梁分别将差压/压力信号转

换为频率信号送到脉冲计数器，再将两频率之差直接传递到CPU微处理器进行

数据处理，同时，内置存储器将测量范围、信号、阻尼时间常数、工程单位、自

诊断信息、恒流输出模式、运算方式等存储起来，通过CPU经D/A转换器转

化为与输入信号相对应的4〜20mADC的模拟输出信号，并在模拟输出信号上叠

加一个BRAIN/HART数字信号进行通信。通过I/O接口与外部设备（如手持

智能终端BT200或275及DCS中的带通信功能的I/0卡）以数字通信方式传递

数据，即高频2.4kHz（BRAIN协议）或12/2.2kHz（HART协议）数字信号叠加

在4〜20mA的信号线上。

二、变送器性能特点

EJA变送器采用了两个谐振梁的差动结构，因而具有优越的性能。

1、很好的温度特性

随着环境温度的变化，EJA的零点和满度不变化。当温度变化时，两个形状、

尺寸、材质完全一致的谐振梁形变相同，故频率变化也一致，

2、优良的静压影响功能

当加有静压（工作压力）时，两形状、尺寸、材质完全一致的谐振梁形变相同，

故频率变化也一致，故偏差自动清除，静压影响可以忽略不计。

3、单向过压能力强

接液膜片与膜盒本体采用独创的波纹加工技术，使外部压力增大到某一数值

时一，接液膜片能与本体完全接触，硅油传递给传感器的压力不再随外力的增加而

增加，从而达到对传感器的保护作用。即使受到了一定力的作用，由于单晶硅材

料及膜片的恢复性能特别好，故也能完全恢复而无误差。

4.支持多协议

通过HART协议或BRAIN协议方便进行数据传输。

三、智能变送器使用

1、安装与接线

变送器输出为4〜20mA,电源线与信号线共用，电源线接在“Supply”的

“+”、“一”端子上，接线端子上标有“Check,,是用来检查变送器时使用，当

接内阻小于Ion的电流表或其他校准仪表时，4〜20mADC直接取出。”为公共

端子，标有接地符号的端子与外壳接地端子任选一个接地，接地电阻小于100

欧姆。智能终端（HART协议275手操器）的两根通讯线可以接在变送器电源端

子或其它中间端子上（使用针钩）o

2.零点调整

零点调整有两种方法；-是使用变送器壳体上的调零螺钉，二是使用智能终端

（HART协议275手操器）。当使用智能终端将外调零设置为“禁止'，状态时，

不能用壳体上的凋零螺钉。调零螺钉位于电源进口一侧t顺时针调节输出增大，

逆时针调节输出减小，调零数值精度可达到量程的0.01%,调零点变化大小由

调节速度确定，粗调可加快，细调应减慢。

3.量程调整

量程调整也有两种方法：一是使用智能终端（HART协议275手操器），二是使

用变送器量程设置开关，它位于内藏指示计的板上，（需用钝头的细棒（如六角扳

手）按动测量范围设置钮）。

4.选型举例

EJA110A；差压变送器，低量程L为0.5〜lOkPa｝中量程M为1〜lOOkPa；

高量程H为5~500kPao

E1A120A：微羞压变送器，用于测量微小差压，范围为01〜IkPa。

EJA130A：高静压差压变送器，最大工作压力32MPa,只有M和H两个量程。

EJA310A：绝对压力变送器，A量程为0.03〜3MPa*M量程为1.3〜130kPa。

EJA430A：压力变进器，A量程为0.03〜3MPa；B量程为0.14〜14MPa。

［技能5—5］差压变送器量程设置

（1）将变送器及测试仪表连接好，并通电预热5m［n以上。

（2）按动测量范围设置钮，使内臧指示计的液晶显示为“L-SET”。

（3）在高压侧施加OkPa压力信号（大气压），待压力稳定后，调节外部调零螺

钉(减少或增大)，使内藏指示计输出信号为0%(ivDC),下限设置完毕。

(4)按动测量范围设置钮，使内藏指示计的液晶显示为“H-SET”。

(5)在高压侧加压力上限值(例如40kPa)o

(6)待压力稳定后，调节外部调零螺钉(减少或增大)，使内臧指示计输出信

号为100%(5VDC),上限设置完毕。

(7)动测量范围设置钮，变进器回到正常的测量状态。

四、HART协议手操器

HART协议手操器又叫HART智能终端，它是带HART协议的仪表进行在线检

测、

校准、故障排除的工具。其结构见图513o手操器主要功能有：参数和自

诊断信息显示，参数的设置和修改以及调整测试和存储记录等。

在线通信条件

采用HART智能终端可在控制室、现场及回

路中任何一点处接人与变送器通信。连接点与电

源之间必须具有一个至少250欧姆的电阻与变压器并

联，电压为16.4〜42VDC,负载电阻为250〜

600欧姆，电缆最小尺寸是WO.5mm,使用

的电缆为带

屏蔽的单芯双绞线或带屏蔽的多芯双绞线。

其最大长度为1524m。

HART智能终端的结构组成：

HART智能终端由手持结构的表体、键

盘、液晶显示器、表笔和通信电缆等组成，在键盘上分数字键区、英文字母键区、

方向键区、功能键区、热键区。

(1)功能键；Fl,F2,F3,F4可在显示屏幕上显示按键功能。例如按F3表

示Home,屏幕将切换到Oniine菜单。

(2)方向键：十+一—，用于变更显示内容，输入文字时，使位置移动。按一

可调出被光标点亮的项目的显示，按-键可回到上次的显示。

(3)英文数字键：正常情况下输人的是数字，也可用相应的数字选取相应的

菜单，SHIFT键用于数

图513HART手操器字和字母的切换。例如输人“7”可按动7即可，输入…C，

时可按动转移键，、70

(4)热键：切换到设定的菜单，Keyprd输入或允许写入新的密码。

(5)显示屏幕：顶部左上角显示变送器型号EJA,中间显示变送器位号Tag(8

个字母)，右上角在通信期间显示空心心形符号口并闪烁，脉冲模式时显示实心。

下一行显示菜单，再下一行显示分菜单，可用上下键选取。底行显示各功能键所

对应的功能。

［技能5-6］使用手操器改变仪表位号

HART的操作一般要了解菜单的总体结构，用上下键突出显示菜单中的一个

命令，然后按Enter键确认。改变变送器位号的操作步骤如下：

(1)打开HART智能终端的电源,显示主屏幕,选择［Devicesetup］｝

(2)选择下级菜单［Basicsetup］；

(3)再选择下级菜单［Tag］；

(4)采用字母输人的方法,将原来的位号进行修改,完成后，按Enter键(F4)t

将数据存储到HART智能终端中，按End键F2,将数据发送至变送器中。

注意：发送数据后不能马上切断变送器的电源，30s方可切断，否则数据将

不被保存。

3.变送器零位调校

有三种方法：-是使用变送器外部调零螺钉，但是这种方法必须是EXISW

的内设置为［Ena—ble］；二是用HART手操器，选择“Zerotrim”参数，按两次

0K,此时零点调至o%(4mADC),注意“%rnge”项的参数值设为“0.o%”；三

是在线调零，这是对于实际输出不能为零时的零位调整，如罐体液位，可采用将

变送器输出调整到一个与实际液位对应的电流值即可。

4.量程设置

对变送器输入一个压力时一，用户可以使用变送器内臧表头上的“量程设定开关”

和调零螺钉对上下限(LRV,HRV)进行设定；或用HART手操器。其步骤为；进入

Devicesetup,选5—URV修改数字接Enter,再按End即可完成。

三、2010TC多参数变送器

上海威尔泰工业自动化股份公司与德国ABB合作开发生产了具有复合微硅

固态传感器技术的MV2010TC多参数变送器。一种变送器集成有多种传感器，可

同时测量差压、绝对静压和温度。

一、工作原理和结构

MV2010TC多参数变送器为模块化设计，它是由带集成电子适配单元的差压传

感器模块、一个带控制单元的放大模块及一个用于测量过程温度的四线制RTD

输人端组成，如图514所示(电子部件的原理见图5-15)o传感器模块采用完

全焊接，内部是带完整过载隔离