1、化学工业出版社化学工业出版社 化工仪表及自动化化工仪表及自动化 第二章第二章 压力检测压力检测 化学工业出版社化学工业出版社 内容提要内容提要 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表 弹性式压力计弹性式压力计 弹性元件弹性元件 弹簧管压力表弹簧管压力表 电气式压力计电气式压力计 应变片式压力传感器应变片式压力传感器 压阻式压力传感器压阻式压力传感器 电容式压力传感器电容式压力传感器 1 化学工业出版社化学工业出版社 内容提要内容提要 智能式变送器智能式变送器 智能变送器的特点智能变送器的特点 智能变送器的结构原理智能变送器的结构原理 压力计的选用及安装压力计的选用及安装 压力计的选用压力计的选用
2、 压力计的安装压力计的安装 2 化学工业出版社化学工业出版社 概述概述 3 在化工生产中, 压力是指由气体或液体均匀垂直地 作用于单位面积上的力。 在工业生产过程中,压力往往是重要的操作参数之一。 压力的检测与控制,对保证生产过程正常进行,达到 高产、优质、低消耗和安全是十分重要的。 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表 表示受力面积。表示垂直作用力；表示压力；式中，SFp S F p 压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。 压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa） 2 11mNPa PaMPa 6 1011 4 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一
3、节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表 为了使大家了解国际单位制中的压力单位（Pa或 MPa）与过去的单位之间的关系，下面给出几种单位之 间的换算关系表。 5 化学工业出版社化学工业出版社 6 压力单压力单 位位 帕帕/Pa 兆帕兆帕/ MPa 工程大气压工程大气压/ (kgf/cm2) 物理大气压物理大气压/ atm 汞柱汞柱/ mmHg 水柱水柱/ mH2O （磅（磅/英寸英寸2）/ （1b/in2） 巴巴/bar 帕帕 1 110106 6 1.01971010- - 5 5 9.8691010- -6 6 7.501 1010- -3 3 1.0197 1010- -4 4 1.45
4、01010- -4 4 11010- -5 5 兆帕兆帕 110106 6 1 1 10.197 9.869 7.501 10103 3 1.0197 10102 2 1.45010102 2 10 工程大工程大 气压气压 9.80710104 4 9.807 1010- -2 2 1 0.9678 735.6 10.00 14.22 0.9807 物理大物理大 气压气压 1.013310105 5 0.10133 1.0332 1 760 10.33 14.70 1.0133 汞柱汞柱 1.333210102 2 1.3332 1010- -4 4 1.35951010- - 3 3 1.3
5、1581010- - 3 3 1 0.0136 1.9341010- -2 2 1.3332 1010- -3 3 水柱水柱 9.80610103 3 9.806 1010- -3 3 0.1000 0.09678 73.55 1 1.422 0.0980 6 （磅（磅/ 英寸英寸2） 6.89510103 3 6.895 1010- -3 3 0.07031 0.06805 51.71 0.7031 1 0.0689 5 巴巴 110105 5 0.1 1.0197 0.9869 750.1 10.197 14.50 1 表3-1 各种压力单位换算表 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一
6、节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表 大气压力绝对压力表压 ppp 7 在压力测量中，常有在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度表压、绝对压力、负压或真空度之分。之分。 绝对压力大气压力真空度 ppp 当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。 p表 P真 P绝 P绝 大气压力线大气压力线 零线零线 图2-1 绝对压力、表压、负 压（真空度）的关系 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表 8 测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。测量压力或真空度的仪表按照其转换原
7、理的不同，分为四类。 1 1. .液柱式压力计液柱式压力计 它根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。 按其结构形式的不同按其结构形式的不同 有U形管压力计、单管压力计等 优点优点 这类压力计结构简单、使用方便 缺点缺点 其精度受工作液的毛细管作用、密度及视 差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测 量较低压力、真空度或压力差。 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表 2 2. .弹性式压力计弹性式压力计 它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。 3 3. .电气式压力计电气式压力计 它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（
8、如 电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。 9 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表 4 4. .活塞式压力计活塞式压力计 它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转 换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。 优点优点 缺点缺点 测量精度很高，允许误差可小到0.05%0.02%。 结构较复杂，价格较贵。 10 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计 11 定义定义 弹性式压力计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而制成的测压仪表。 优点优点 具有结构简单、使用可靠
9、、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。 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计 12 一一、弹性元件弹性元件 弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围 不同时，所用的弹性元件也不一样。 图2-2弹性元件示意图 弹簧管式弹性元件如图(a)和(b)所示，波纹管式弹性元件 如图(e)所示，薄膜式弹性元件如图(c)和(d)所示。 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计 13 二二、弹簧管压力表弹簧管压力表 分分 类类 使用的测压元件使用的测压元件 单圈弹簧管压
10、力表与多单圈弹簧管压力表与多 圈弹簧管压力表。圈弹簧管压力表。 用途用途 普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨 用压力表、禁油的氧气压力表等。用压力表、禁油的氧气压力表等。 1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 弹簧压力表弹簧压力表 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计 基本测量原理基本测量原理 单圈弹簧管是一根弯成270圆弧的椭圆截面的空心金 属管子。管子的自由端B封闭，另一端固定在接头上。当 通入被测的压力p后，由于椭圆形截面在压力p的作用下，将 趋于圆形，而弯成圆弧形
11、的弹簧管也随之产生扩张变形。同 时，使弹簧管的自由端B产生位移。输入压力p越大，产生 的变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端B的位移成正 比，所以只要测得B点的位移量，就能反映压力p的大小。 注意注意：弹簧管自由端B的位移量一般很小，直接显示有困难， 所以必须通过放大机构才能指示出来。 14 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计 在化工生产过程中在化工生产过程中，常需要把压力控制在某一范围内常需要把压力控制在某一范围内， 即当压力低于或高于给定范围时即当压力低于或高于给定范围时，就会破坏正常工艺条件就会破坏正常工艺条件， 甚至可能发生危险甚至可能发生危险。这时
12、就应采用带有报警或控制触点的压这时就应采用带有报警或控制触点的压 力表力表。将普通弹簧管压力表稍加变化将普通弹簧管压力表稍加变化，便可成为电接点信号便可成为电接点信号 压力表压力表，它能在压力偏离给定范围时它能在压力偏离给定范围时，及时发出信号及时发出信号，以提以提 醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。 警惕！警惕！ 15 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 弹性式压力计弹性式压力计 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 压力表指针上有动触点2，表 盘上另有两根可调节指针，上面 分别有
13、静触点1和4。当压力超过上 限给定数值时，2和4接触，红色信 号灯5的电路被接通，红灯发亮。 若压力低到下限给定数值时，2与1 接触，接通了绿色信号灯3的电路。 1、4的位置可根据需要灵活调节。 16 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 电气式压力计电气式压力计 定义定义 电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行 传输及显示的仪表。 17 优点优点 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。 化学工业出版社化学工业出版社 第三
14、节第三节 电气式压力计电气式压力计 组成组成 一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用 的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。 图2-5 电气式压力计组成方框图 18 化学工业出版社化学工业出版社 19 第三节第三节 电气式压力计电气式压力计 一一、应变片压力传感器应变片压力传感器 应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片 有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当 应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通 过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记 录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。 图2-6 应变片压力
15、传感器示意图 1应变筒； 2 外 壳 ； 3密封膜片 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 电气式压力计电气式压力计 二二、压阻式压力传感器压阻式压力传感器 压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成。 采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集 成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻， 并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。 当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散 在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由 桥式电路获得相应的电压输出信号。 工作原理工作原理 20 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 电气式压力计电气式压力计 特点特点 精度高、工作可
16、靠、频率 响应高、迟滞小、尺寸小、 重量轻、结构简单； 便于实现显示数字化； 可以测量压力，稍加改 变，还可以测量差压、高度、 速度、加速度等参数。 2121 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 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 电气式压力计电气式压力计 三三、电容式压力变送器电容式压力变送器 工作原理工作原理 22 先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。 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 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 智能式变送器智能式变送
17、器 智能型压力或差压变送器智能型压力或差压变送器是在普通压力或差压传感器 的基础上增加微处理器电路而形成的智能检测仪表。 23 一、智能变送器的特点一、智能变送器的特点 性能稳定,可靠性好,测量精度高,基本误差仅为0.1%。 量程范围可达1001 ,时间常数可在036s内调整,有较 宽的零点迁移范围。 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 智能式变送器智能式变送器 具有温度、静压的自动补偿功能,在检测温度时,可 对非线性进行自动校正。 具有数字、模拟两种输出方式,能够实现双向数据通 讯,可以与现场总线网络和上位计算机相连。 可以进行远程通讯,通过现场通讯器,使变送器具有 自修正、自补偿、
18、自诊断及错误方式告警等多种功 能,简化了调整、校准与维护过程,使维护和使用都 十分方便。 24 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 智能式变送器智能式变送器 二、智能变送器的结构原理二、智能变送器的结构原理 从整体上整体上来看,由硬件和软件两大部分组成。 从电路结构电路结构上来看,包括传感器部件和电子部件两部 分。 25 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 智能式变送器智能式变送器 举例举例 以美国费希尔以美国费希尔-罗斯蒙特公司的罗斯蒙特公司的3051C型智能差压变型智能差压变 送器为例介绍其工作原理。送器为例介绍其工作原理。 图2-9 3051C型智能差压变送器（420mA
19、）方框图 26 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 智能式变送器智能式变送器 30513051C C型智能差压变送器型智能差压变送器所用的手持通信器为275型，带 有键盘及液晶显示器。可以接在现场变送器的信号端子上， 就地设定或检测，也可以在远离现场的控制室中，接在某个 变送器的信号线上进行远程设定及检测。 实现的功能实现的功能 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 27 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 智能式变送器智能式变送器 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
20、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。 注意注意 28 化学工业出版社化学工业出版社 第五节第五节 压力计的选用及安装压力计的选用及安装 一、压力计的选用一、压力计的选用 压力计的选用压力计的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要应根据工艺生产过程对压力测量的要 求求，结合其他各方面的情况结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的加以全面的考虑和具体的 分析分析， 一般考虑以下几个问题一般考虑以下几个问题。 仪表类型的选用仪表类型的选用 仪表精度级的选取仪表精度级的选取 仪表测量范围的确定仪表测量范围的确定 29 化学工业出版社化学工业出版社 第五节
21、第五节 压力计的选用及安装压力计的选用及安装 1 1. .测压点的选择测压点的选择 应能反映被测压力的真实大小。 要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐 弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。 测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直， 取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，不应 有凸出物或毛刺。 测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部， 使导压管内不积存气（液）体。 30 二、压力计的安装二、压力计的安装 化学工业出版社化学工业出版社 第五节第五节 压力计的选用及安装压力计的选用及安装 2 2. .导压管铺设导压管铺设 导压管粗细要合适，一般内径为610mm，
22、长度应尽可 能短，最长不得超过50m，以减少压力指示的迟缓。如超过 50m，应选用能远距离传送的压力计。 导压管水平安装时应保证有1:101:20的倾斜度，以利 于积存于其中之液体（或气体）的排出。 当被测介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管线。 取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时 使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。 31 化学工业出版社化学工业出版社 第五节第五节 压力计的选用及安装压力计的选用及安装 3. 压力计的安装压力计的安装 压力计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。 32 化学工业出版社化学工业出版社 第五节第五节 压力计的选用及安装
23、压力计的选用及安装 测量蒸汽压力时，应加装凝 液管，以防止高温蒸汽直接与 测压元件接触图3-17（a）； 对于有腐蚀性介质的压力测量， 应加装有中性介质的隔离罐， 右图（b）表示了被测介质密度 2大于和小于隔离液密度1的 两种情况。 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 33 化学工业出版社化学工业出版社 第五节第五节 压力计的选用及安装压力计的选用及安装 压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质， 选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。 当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时， 对由此高度而引起的测量误差应按pHg进行修正。 式中H为高度差，为
24、导压管中介质的密度，g为重力加速 度。 为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外， 安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。 34 化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析 举例举例 1 1. .某台往复式压缩机的出口压力范围为某台往复式压缩机的出口压力范围为2525 2828MPa，测量误差不得大于测量误差不得大于1 1MPa。工艺上要求工艺上要求 就地观察就地观察，并能高低限报警并能高低限报警，试正确选用一台压试正确选用一台压 力表力表，指出型号指出型号、精度与测量范围精度与测量范围。 MPapp562282 max1 解解 由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以 选
25、择仪表的上限值为 根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由本 章附录，可查得选用YX-150型电接点压力表，测量范 围为060MPa。 35 化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析 3 1 60 25 由于 ，故被测压力的最小值不低于满量程的 1/3，这是允许的。另外，根据测量误差的要求，可 算得允许误差为 所以，精度等级为1.5级的仪表完全可以满足误 差要求。至此，可以确定，选择的压力表为YX-150 型电接点压力表，测量范围为060MPa，精度等级 为1.5级。 %67. 1%100 60 1 36 化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析 2. 2. 如果某反应器最大压力为
26、如果某反应器最大压力为0.60.6MPa，允许最大绝对误，允许最大绝对误 差为差为0.020.02MPa。现用一台测量范围为。现用一台测量范围为0 01.61.6MPa，准，准 确度为确度为1.51.5级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的 误差要求？若采用一台测量范围为误差要求？若采用一台测量范围为0 01.01.0MPa，准确度，准确度 为为1.51.5级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。 解：解：对于测量范围为01.6MPa，准确度为1.5级的压 力表，允许的最大绝对误差为 1.61.5% = 0.024(MPa) 37 化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析 因为此数值超过了工艺上允许的最大绝对误差数值, 所以是不合格的。对于测量范围为01.0MPa，准确度 亦为1.5级的压力表,允许的最大绝对误差为 1.01.5% = 0.015(MPa) 因为此数值小于工艺上允许的最大绝对误差,故符合 对测量准确度的要求,可以采用。 该例说明了选一台量程很大的仪表来测量很小的参 数值是不适宜的。 38 化学工业出版社化学工业出版社
