压力、压差和物位测量技术

压力、压差和物位测量技术压力测量仪表技术物体单位面积上所承受的垂直作用力，工程技术上称为压力，物理学中称作压强。其法定计量单位是帕，符号是Pa，其物理意义是1N的力垂直作用于1m2的面积上所形成的压力。1帕是较小的计量单位，约等于0.1mmH2O，所以在工业上常用兆帕（MPa）、千帕（kPa）、巴（bar）来表示。压力的表示方式有三种：即绝对压力、表压力、真空度或负压。绝对压力Pj：以完全真空作为零标准表示的压力;表压力Pb：以大气压作为零标准表示的压力；真空度Pz：是指大气压与低于大气压力的绝对压力之差，有时也叫负压；由于各种工艺设备和测量仪表通常处于大气之中，本身就承受着大气压力，所以工程上经常采用表压或真空度来表示压力的大小。测量压力仪表的分类测量压力的仪表类型很多，按其转换原理的不同，可分为四类：1、液柱式压力计：它是根据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度，常用的有U形管压力计；2、弹性式压力计：它是根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移；常用的弹簧管式、波纹管式、膜片式和膜盒式等；3、电气式压力计：它是将被测压力转换成各种电量，如电感、电容、电阻、电位差等，依据电量的大小实现压力的间接测量；常用的有压力变送器等；4、活塞式压力计：它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量；普遍作为标准仪器用来对弹性式压力计进行校验和刻度；测量压力仪表的选择为了使压力表充分发挥作用，应综合考虑测量目的、测量环境、维护难易程度、可靠性和经济性等要求选择最适用的压力仪表一：一般选择条件1、仪表种类的选择：根据监视的要求，可分别选择现场指示型、报警型和控制盘指示型。对于电动或气动压力变送器的应用，则应考虑各自的特点，对于气动压力变送器，不需要考虑防爆、防噪声等问题，但是要考虑传送距离受限制的缺点；电动压力变送器一般不受传送距离的限制，但是存在着防爆、防噪声等问题，还要考虑统一输出信号的问题；2、仪表规格的选择：根据被测介质压力的大小，参照压力表的测量范围进行规格的选择。对于弹性压力表，在稳定负荷条件下，被测参数额定值为压力表的满量程值的2/3，在波动负荷条件下，压力表经常指示范围则不应超过满量程的1/2，对于最低压力，压力指示范围不应该低于满量程的1/3；选用压力表时，还要考虑准确度等级，根据要求选择所需的；测量压力仪表的选择二、特殊条件的选择1、按环境条件选择：在受机械振动影响大的场所，应选用具有耐震结构的压力表；环境温度很高时，可选用结构上耐高温的压力表；对腐蚀性环境，原则上应尽力避免，如无法避免时，则应采取防腐蚀措施，同时对仪表进行密封性处理，以免损伤仪表内部机件；对于易燃易爆等危险场所，必须选用防爆型仪表；2、按被测介质的性质选择：被测介质具有腐蚀性时，应选用耐腐蚀材料制成敏感元件的压力表，或者选用带耐腐蚀材料隔膜的压力表；测量氧气时，必须使用禁油标记的压力表，这是因为氧气直接接触油脂，会发生剧烈的氧化反应而引起爆炸，应进行严格的管理；对于脉冲压力，应选用带有缓冲装置的压力表；在测量蒸汽或气体压力时，为了防止弹簧管损坏而使压力表正面损坏，应选用外壳带有排气孔的压力表；这种类型的压力表一般称为安全型仪表；液柱式压力计液柱式压力计是利用液柱高度产生的压力和被测压力相平衡的原理制成的测压仪表，具有结构简单、使用方便、制造容易、测量精度高和价格低廉等特点，常用来测量工业中的液体、气体和蒸汽的低压、负压和差压。液柱式压力计的使用液柱式压力计有U形管压力计、单管压力计和斜管压力计1、为了减小视差，须正确读取液面的位置，即凹面的最低点；2、测量较大压力时，可采用重度较大的工作液，测量较小压力时，可采用重度较小的工作液；3、从测压点到压力计之间的连接管应尽量短，一般在3~50m之间；4、U形管压力计一般使用的液柱高度不超过1.5m；5、填充工作液时，应注意其重度，必须和原来压力计所标称的相一致，否则将影响仪表的精度；6、使用的工作液须注意其性质，以防止中毒或产生事故；7、单管压力计作为标准仪器使用时，需根据使用条件进行温度和重力加速度的修正；液柱式压力计的安装1、液柱式压力计应避免安装于过热、过冷和有振动的地方；因为过热工作液容易蒸发、过冷工作液可能冻结、振动太大会把玻璃管震破，造成测量误差；2、需水平放置的仪表，测量前应将仪表放平，再校正零点；3、灌注工作液的重度必须与制作仪表刻度标尺时的液体重度一致；4、工作液为水时，可在水液中加入一点红墨水或其他颜料，以便于观察读数；5、被测压力不能超过仪表测量范围；有时因为突然停电或操作不当会使压力突然增大，造成工作液被冲走，若是水银工作液既带来损失还可能造成水银中毒的危险，可采用接长玻璃管或装设收集瓶的方法；6、被测介质不能与工作液混合，或起化学反应；7、液柱式压力计的安装，应根据水平仪校正垂直安装位置，不可倾斜安装，安装地方要有良好照明，应变清晰读数；液柱式压力计故障处理故障原因处理方法1、仪表指示不正常，小于或反应不出被测介质的变化1、引压管密封性不良，有泄露现象2、测量管连接管不密封1、检察管线的连接处，并加以消除2、选用内经小于玻璃管外径的橡皮管或扎紧原橡皮管2、仪表无指示1、引压管堵塞2、通大气一端堵塞3、容器底部接头堵塞4、连接橡皮管因折弯而堵塞1、逐段检查并加以疏通2、排除通口上的堵塞物3、切除引压管，拆开容器，清除吹洗接头4、调整橡皮管长度，放大曲率半径，固定橡皮管3、接头连接处渗水1、连接橡皮管内经太大，不够紧密2、橡皮管老化1、选用内经小于玻璃管的橡皮管2、更换橡皮管4、刻度不清楚工作液或测量管脏清洗工作液或测量管弹性式压力计弹性式压力计弹性式压力表是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理制成的测压仪表。这种仪表结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围广以及足够的精度等优点；在工业上得到广泛应用。根据压力显示和传递方式的不同分为两类，一类是把弹性元件的应变转换成电的或气压的变化，即有两次变换的压力表；另一类是把压力引起的弹性元件的位移，直接用机械机构放大并指示被测压力的压力表我们常用的压力表有：弹簧管压力表、膜片压力表、膜盒压力表、波纹管压力表弹簧管压力表按弹簧管型式不同，有多圈及单圈弹簧管压力表。被测压力和弹簧管自身的变形所产生的应力相平衡，游丝是克服扇形齿轮和中心齿轮的传动间隙所引起的仪表变差调整螺钉可改变传动机构的传动比（放大系数），以调整仪表的量程。电接点压力表在生产过程中，常常需要把压力控制在某一范围内，即当压力高于或低于给定的范围时，就会破坏工艺条件，甚至会发生事故。压力表上有一个动触点，即压力指针，两个静触点，一个是下限给定指针，一个是上限给定指针，当压力超出上限给定值时，动触点和静触点接触闭合，输出电路接通，发出报警信号；当压力低于下限给定值时，同样发出报警信号，两个静触点的位置可根据需要灵活调节膜片(盒)式压力表膜片压力表是利用金属膜片作为感压弹性元件。其组成有：膜片下盖、膜片、膜片上盖、球铰链、顶杆、表壳、扇形齿轮、中心齿轮、指针。当被测介质从接头传入膜室后，膜片下部承受被测压力，上部为大气压，因此膜片产生向上的位移，通过机械链接指针转动，在刻度盘上读出相应的压力数值。用两个同心波纹膜片焊接在一起，构成空心的膜盒作为膜盒压力表的感压弹性元件。动作原理和膜片压力计相同。弹性压力表的日常维护1、仪表安装的正常工作位置是与盘面垂直放置。仪表在测量平稳压力时，不超过仪表测量上限的3/4，测量脉动、冲击压力时，不超过仪表测量上限的2/3；2、仪表调整校对时的温度是20℃±5℃，当在环境温度是-40℃~60℃使用时，应考虑温度附加误差；3、仪表在下列条件使用时，应安装附加装置：1）被测介质温度高于环境温度时，应安装充满隔热液体的弯管装置，使进入表内的戒指温度不大于60℃；2）当被测介质对仪表零件有腐蚀作用时，应安装充满中性液体的隔离容器，要求不与工作介质发生化学反应；3）仪表长期使用后，由于灰尘进入内部，可能出现指针跳动现象，这时应将仪表拆开，仔细清洗指针机构，并在各传动轴处涂以钟表油。重新装好后，需进行示值校验；4）氧气压力表严禁测量一切含油成分的气体或液体，否则有爆炸的危险；弹性压力表的检修检查1、弹簧管：首先试验弹簧管的密封性，将弹簧管装在压力表校验器上，加上比额定压力大5%~10%的压力，检查弹簧管有无漏洞或破裂，外形有无皱瘪现象；2、传动齿轮：1）轮轴与孔径间隙的检查：观察中心轮指针轴端是否弯曲，扇形轮两轴端是否弯曲，然后检查中心轮轴和扇形轮轴与夹板配合孔径的间隙；2）齿轮的检查：检查中心轮与扇形轮的磨损情况和缺牙及卧牙情况，然后检查中心轮与扇形轮之间齿合情况；3）游丝检查：检查游丝框距是否均匀，游丝各框间平面起伏情况，如损坏严重则应更换新的游丝；4）检查指针与轴的结合紧度，检查与刻度盘的距离，检查指针套筒的垂直度，看指针与轴线是否处于90°状态；5）壳体密封性检查：检查盖子与玻璃的结合情况，如垫片和玻璃边缘有无破裂情况等；弹簧管压力表故障处理故障原因处理方法压力表无指示1、引压管上切断阀未打开2、引压管有污物堵塞3、弹簧管接头内污物淤积4、弹簧管裂开5、中心齿轮与扇形齿轮磨损过多，以致不能啮合6、弹簧管的自由端与连接杆的结合螺丝没有或松脱1、打开切断阀2、拆下引压管除去污物3、疏通弹簧管接头4、更换新的弹簧管5、更换两齿轮，如扇形齿轮的个别齿轮磨损可镶补6、如没有则配制，如松脱则拧紧指针走动呆滞1、指针表面与盖子的玻璃面接触2、指针表面与刻度盘面接触3、中心齿轮轴弯曲与刻度盘相碰或摩擦4、中心齿轮与扇形齿轮啮合处有污物1、增厚玻璃与扼圈间的距离2、应放长指针铜轴颈长度或缩小铜轴颈孔径3、校正齿轮轴或将刻度指针轴孔铰大一点4、拆下两齿轮清洗弹簧管压力表故障处理故障原因处理方法指针跳跃转动1、弹簧管的自由端与连接杆的接合螺丝处不活动2、连接杆与扇形轮的接合螺丝不活动3、扇形轮与中心轮轴和夹板接合面不平行4、轮轴的两端轴径不同心，弯曲1、校正弹簧管自由端与连接杆和扇形轮接合端的平行度2、用锉刀锉薄连接杆厚度3、将轮轴的碰住面用小平板锉或锉刀锉去4、校正轮轴弯曲指针快速抖动1、引入管的控制阀开得太大2、压力表安装处周围的震动大3、引压管的控制阀接头进入孔太大1、应适当关小控制阀2、应装减震阻尼器3、需缩小其孔径弹簧管压力表故障处理故障原因处理方法指针不能恢复到零1、指针呈现弯曲2、游丝力矩不足3、指针松动4、传动齿轮有摩擦5、仪表本身指针不能对准零位6、弹簧管扩展移动与齿轮牵动距离长度没有调好1、用镊子弄直2、增大游丝转矩3、校验后敲紧4、调整传动齿轮啮合间隙5、应将指针对准零位6、需作弹簧管自由端至扇形轮之间连接杆长度调整示值误差不均匀1、弹簧管的扩展移动与压力不成比例2、弹簧管自由端与扇形轮间连接杆传动比调整不当3、刻度盘的刻度不等分4、刻度盘与中心轴不同心1、弹簧管需作校正2、应作机件传动比调整3、应更换均匀刻度4、调整刻度盘与中心轴弹簧管压力表故障处理故障原因处理方法指针达不到上限值1、弹簧管焊接位置不对2、弹簧管自由端与扇形轮的连接杆太短3、机芯固定与机座位置不正确4、传动比不正确5、仪表刻度盘角度过大1、重新焊接正确2、调整或更换连接杆3、重新安装机芯4、重新调整传动比5、按要求重新绘制刻度表内有液体1、壳体与盖子水密性不够，没装胶片垫片2、弹簧管本身焊接端不良，有漏洞3、弹簧管壁有裂纹、漏洞1、配制盖子垫片2、应焊补弹簧管接端3、更换或焊补弹簧管弹簧管压力表故障处理故障原因处理方法示值偏低1、传动比失调2、弹簧管有渗漏3、指针与传动机构间有间隙4、导压管线有泄漏1、重新加以调整2、更换或焊补弹簧管3、找出摩擦部位加以消除4、逐段检查，予以排除仪表变差大1、游丝力矩不足2、活动部位轴孔磨大3、活动部位发生摩擦或过紧4、中心齿轮与扇形齿轮间有污物1、加大游丝力矩2、用冲子缩小轴孔3、消除摩擦和过紧部件4、消除污物或清洗两齿轮电接点压力表故障处理故障原因处理方法指针到规定值时不发信号1、电源开关未合上2、电源开关接触不良或损坏3、保险丝烧断4、接触点太脏5、接触点位置不正，没有接触上6、信号器（灯泡电铃线圈等）烧断7、连接导线内部断线8、接线端子导线脱落或未连接好1、合上电源开关2、切断电源修理、更换开关3、更换保险丝4、切断电源、擦洗触头5、调整触点位置6、找出原因、更换灯泡电铃7、仔细找出导线断头连接好8、重新连接并固紧电接点压力表故障处理故障原因处理方法触点经常烧坏1、触点容量小2、负载容量大3、触点太脏、接触电阻增大4、压力波动大、动作频繁1、选用大一点的触点2、减少负载容量3、用砂纸擦或用酒精清洗4、在压力表前加装缓冲器信号动作误差大1、压力表本身不准2、触点位置不准3、触点金属杆松动1、重新加以调整2、校正接触点3、增加游丝反力矩膜盒（片）压力表故障处理故障原因处理方法仪表无指示1、导压管路或接头堵塞2、膜盒（片）有漏洞或破裂3、指针杆脱落4、传动部分与膜盒（片）连接处脱落5、传动部分过紧或卡住1、用铁丝疏通堵处并清洗2、更换或补漏3、切断压力，按零位固定好指针杆4、连接好脱落处5、调整过紧或卡住部分、并加油润滑指针转动不灵活1、导管或接头处因脏物堵塞、时通时断2、指针与刻度盘或玻璃面相碰3、传动机构的活动部位有摩擦或卡住4、轴承有裂痕1、清除脏物2、平整指针3、清除摩擦或卡住部位，并加最钟表油润滑4、更换新轴承膜盒（片）压力表故障处理故障原因处理方法示值偏低1、导管和接头处有泄漏2、磨盒有漏洞或破裂3、活动部件有摩擦或卡住4、连杆和拉杆的传动比不正确5、调节螺丝调整不合格1、消除泄漏处2、焊补或更换膜盒3、消除摩擦或卡住并加钟表油润滑4、重新调整两杆的夹角5、重新调整调节螺丝指针达不到上限1、导管或接头处有泄漏2、膜盒有漏洞或破裂3、连杆和拉杆的传动比不正确4、调节螺丝调整不合适5、传动部位有摩擦或卡死1、消除泄漏处2、更换或焊补膜盒3、重新调整晾干的长度或夹角4、重新调整调整螺丝5、消除有摩擦或卡死部位膜盒（片）压力表故障处理故障原因处理方法仪表变差大1、导管或接头处因污物堵塞，时通时断2、连杆和拉杆的连接孔磨损而增大3、游丝力矩不足4、指针与刻度盘摩萨5、传动部位有摩擦或轴承过紧6、膜盒失效1、用钢丝疏通并清洗2、用冲子紧缩轴孔或更新连杆与拉杆3、增大游丝力矩4、消除摩擦部位5、消除摩擦部位，并加钟表油润滑6、更换新的膜盒压力、差压变送器压力、差压变送器可把被测压力、差压信号转换为电量信号，并能对电量信号进行远距离传送和测量。可分作：力平衡原理变送器、微位移原理变送器、智能变送器三种。压力、差压变送器有敏感元件、传感元件、测量电路和辅助电源等组成。敏感元件：也称感压元件，是直接感受压力并把压力信号转换为位移信号的元件；如：美国Rosemount研制的电容式1151系列变送器、美国Honeywell研制的扩散硅式变送器、日本横河研制的EJA型变送器等传感元件：也称转换器，可以直接感受压力，也可以不直接感受压力，可把敏感元件所产生的非电量（如位移）信号转换为电量信号；传感膜片的最大位移量为0.10毫米；测量电路：电路能把传感元件输出的电信号进行加工处理，如放大、运算、使之成为能显示、记录或控制的统一标准信号；压力、差压变送器原理压力、差压变送器原理输入差压作用于感压膜片，使其产生位移，从而使感压膜片（即可动电极）与固定直流电极所组成的差压变送器的电容量发生变化，此电容变化量再经电容-电流转换电路转换成电流信号，电流信号与调零信号的代数和同反馈信号进行比较，其差值送入放大电路，经放大得到4-20mA直流电流后输出。智能变送器的特点：1）组态：包括给变送器指定标号、测量范围、输出与输入的关系（线性或开方）、阻尼时间常数；2）测量范围的改变：不需到现场调整；3）变送器的校准：不必将变送器拆到实验室，通过通讯（hart协议或brown协议）即可校准零点和量程；4）自诊断：包括组态的检查、通信功能检查、变送功能检查、参数异常检查等；5）变送器输入/输出显示：以百分数显示当时的输出，以工程单位显示当时的输入；压力、差压变送器性能压力、差压变送器校验+--mA250欧姆1~5V直流毫安表+----+V压力源标准压力表24VDC4~20mA压力变送器校验接线图压力、差压变送器校验1）按照上图将变送器及电流表固定安装、接线，接通电源，在输入差压为零的情况下调整仪表零点，使输出为4mA。顺时针转动调零螺钉输出增大，反之减小；2）向正压容室通入压力，缓慢的增加到满量程时仪表输出应为20mA，不为此值时应进行量程调整。调整量程时对变送器的零点有一定影响，故应反复进行进行调零调量程，直到校准位置；3）把量程范围均分为5等分作为检验点，将压力均匀加到各检验点的数值。先后记下各检验点的正反行程的输出电流值，其基本误差和变差应在仪表允许的误差范围内；4）附有迁移机构的仪表，首先校验其量程，量程校正后，改变迁移力，使仪表量程迁移到所需的地方去；变送器故障现象分析故障现象故障产生的范围、原因仪表无指示接线盒端子7、8无电压、没有电源；接线盒端子7、8为-24V、电源极性接反接线盒端子7、8电压正常，而线路板上无电压，反馈线圈断路输出小于4mA、零点调不了检测变压器副端为零、电阻器R5压降小于0.72V、检测变压器副端开路或C2损坏三极管BG1、BG2损坏或虚焊，制成三极管电压压降减小放大器工作正常、检测片位置离检测变压器太远输出最大约30mA左右线路板上无电压、检测变压器原端开路线路板上无电压、原端和副端短路、线路板上输入短路、三极管BG1管脚短接输出两位或突变、零位不稳定放大器工作正常、手感可动部件有摩擦、装配不当、反馈线路和磁钢有卡放大器工作正常、反馈线圈和磁钢间无摩擦、反馈线圈短路、反馈线圈接反线性不好矢量机构安装不妥、测量部分密封性不好、可动部件有碰、卡现象膜盒有损坏现象、过载保护簧片安装不紧变差大机械紧固部分松动；反馈线圈引线和杠杆部分有摩擦反馈线圈运动时有摩擦；膜盒有损坏现象输出达不到20没A膜盒连接簧片松动、静压螺钉松动、电压低负载过大输出震荡