第五章 压力检测 3/18/2017 12:14 PM

内容提要 压力单位及测压仪表 弹性式压力计 电气式压力计 智能型压力变送器 压力计的选用及安装 1 3/18/2017 12:14 PM

第一节 压力单位及测压仪表 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 第一节 压力单位及测压仪表 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 3/18/2017 12:14 PM

当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。 第一节 压力单位及测压仪表 在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。 p表 大气压力线 P绝 P真 P绝 绝对压力的零线 图5-1　绝对压力、表压、负压（真空度）的关系 当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。 6 3/18/2017 12:14 PM

第一节 压力单位及测压仪表 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。 1.液柱式压力计 第一节 压力单位及测压仪表 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。 1.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 有U形管压力计、单管压力计等 优点 这类压力计结构简单、使用方便 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。 缺点 7 3/18/2017 12:14 PM

第一节 压力单位及测压仪表 2.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.电气式压力计 8 第一节 压力单位及测压仪表 2.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.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（如电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。 8 3/18/2017 12:14 PM

第二节 压力单位及测压仪表 4.活塞式压力计 优点 测量精度很高，允许误差可小到0.05%～0.02%。 缺点 结构较复杂，价格较贵。 9 第二节 压力单位及测压仪表 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上所加平衡砝码的质量来进行测量的。 优点 测量精度很高，允许误差可小到0.05%～0.02%。 缺点 结构较复杂，价格较贵。 9 3/18/2017 12:14 PM

第二节 弹性式压力计 定义 优点 可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。 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。 定义 具有结构简单、使用可靠、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。 优点 可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。 10 3/18/2017 12:14 PM

第二节 弹性式压力计 一.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5-2 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。 11 3/18/2017 12:14 PM

第二节 弹性式压力计 波纹管式弹性元件 3/18/2017 12:14 PM

第二节 弹性式压力计 二.弹簧管压力表 使用的测压元件 单圈弹簧管压力表与多圈弹簧管压力表。 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。 分类 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。 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 12 3/18/2017 12:14 PM

普通压力表以金属弹簧管作为压力敏感元件,适用于测量无爆炸危险、不结晶、不凝固及对铜和铜合金不起腐蚀作用的液体、气体和蒸汽等介质的正负压力。 氨用压力表：耐腐蚀；氧气压力表：禁油。 3/18/2017 12:14 PM

第二节 弹性式压力计 基本测量原理 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。 13 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９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：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。 13 3/18/2017 12:14 PM

第二节 弹性式压力计 警惕！ 在化工生产过程中，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，就会破坏正常工艺条件，甚至可能发生危险。这时就应采用带有报警或控制触点的压力表。将普通弹簧管压力表稍加变化，便可成为电接点信号压力表，它能在压力偏离给定范围时，及时发出信号，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。 14 3/18/2017 12:14 PM

第二节 弹性式压力计 图5-3 电接点信号压力表 1，4 —静触点；2 —动触点；3 —绿灯；5 —红灯 15 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。 　图5-3 电接点信号压力表 1，4 —静触点；2 —动触点；3 —绿灯；5 —红灯 15 3/18/2017 12:14 PM

第二节 弹性式压力计 防暴电接点压力表 3/18/2017 12:14 PM

第三节 电气式压力计 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。 定义 1. 该仪表的测量范围较广，分别可测7×10-5Pa至5×102MPa的压力，允许误差可至0.2％； 优点 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。 16 3/18/2017 12:14 PM

第三节 电气式压力计 组成 图5-4 电气式压力计组成方框图 17 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。 17 3/18/2017 12:14 PM

第三节 电气式压力计 几种常见的传感器或变送器： 一.霍尔片式压力传感器 霍尔片式压力传感器是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。 霍尔电势可用下式表示 （5-1） 式中，UH为霍尔电势；RH为霍尔常数，与霍尔片材料、几何形状有关；B为磁感应强度；I为控制电流的大小。 　图5-5 霍尔效应 18 3/18/2017 12:14 PM

第三节 电气式压力计 注意 霍尔电势与磁感应强度和电流成正比。提高B和I值可增大霍尔电势UH，但两者都有一定限度，一般I为3～20mA，B约为几千高斯，所得的霍尔电势UH约为几十毫伏数量级。 导体也有霍尔效应，不过它们的霍尔电势远比半导体的霍尔电势小得多。 19 3/18/2017 12:14 PM

第三节 电气式压力计 将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管压力传感器，如图5-6所示。 图5-6 霍尔片式压力传感器 当被测压力引入后，在被测压力作用下，弹簧管自由端产生位移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例。 利用这一电势即可实现远距离显示和自动控制。 图5-6 霍尔片式压力传感器 1—弹簧管；2 —磁钢；3 —霍尔片 20 3/18/2017 12:14 PM

第三节 电气式压力计 二.力矩平衡式压力变送器 24 力矩平衡式压力变送器是一种典型的自平衡检测仪表，它利用负反馈的工作原理克服元件材料、加工工艺等不利因素的影响，使仪表具有较高的测量精度（一般为0.5级）、工作稳定可靠、线性好、不灵敏区小等一系列优点。 24 3/18/2017 12:14 PM

图5-9 DDZ-Ⅲ型电动力矩平衡压力变送器示意图 第三节 电气式压力计 举例 以DDZ-Ⅲ型电动力矩平衡压力变送器为例  DDZ-Ⅲ型系列为直流24V供电，输出4～20mA（DC）,两线制，安全防爆。 被测压力p作用在测量膜片1上，通过膜片的有效面积转变成集中力Fi，即 （5-2） f为膜片的有效面积。 图5-9 DDZ-Ⅲ型电动力矩平衡压力变送器示意图 1—测量膜片；2—轴封膜片；3—主杠杆；4—矢量机构 5—量程调整螺钉；6—连杆；7—副杠杆；8—检测片（衔铁）；9—差动变压器；10—反馈动圈；11—放大器；12—调零弹簧；13—永久磁钢 25 3/18/2017 12:14 PM

第三节 电气式压力计 当主杠杆平衡时，应有 式中， 、 分别为Fi、F1离支点O1的距离。 将式（5-2）代入式（5-3），有 该变送器是按力矩平衡原理工作的。根据主、副杠杆的平衡条件可以推导出被测压力p与输出信号I0的关系。 当主杠杆平衡时，应有 （5-3） 式中， 、 分别为Fi、F1离支点O1的距离。 将式（5-2）代入式（5-3），有 （5-4） 式中, 为一比例系数。 26 3/18/2017 12:14 PM

第三节 电气式压力计 而 式中， 、 分别为F2及电磁反馈力 离支点O2的距离。 将式（5-7）代入式（5-6），得 （5-5） （5-6） 式中， 、 分别为F2及电磁反馈力 离支点O2的距离。 （5-7） 将式（5-7）代入式（5-6），得 （5-8） 联立式（5-5）与（5-8），得 （5-9） 式中， 为转换比例系数。 27 3/18/2017 12:14 PM

1—隔离膜片；2，7—固定电极；3—硅油；4—测量膜片；5—玻璃层；6—底座；8—引线 第三节 电气式压力计 三.电容式压力变送器 电容式压力变送器是一种开环检测仪表，具有结构简单、过载能力强、可靠性好、测量精度高等优点，其输出信号是标准的4～20mA（DC）电流信号。 工作原理 先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。 1—隔离膜片；2，7—固定电极；3—硅油；4—测量膜片；5—玻璃层；6—底座；8—引线 图5-10 电容式差压变送器原理图 28 3/18/2017 12:14 PM

第三节 电气式压力计 小结 电容式差压变送器的结构可以有效地保护测量膜片，当差压过大并超过允许测量范围时，测量膜片将平滑地贴靠在玻璃凹球面上，因此不易损坏，过载后的恢复特性很好，这样大大提高了过载承受能力。与力矩平衡式相比，电容式没有杠杆传动机构，因而尺寸紧凑，密封性与抗振性好，测量精度相应提高，可达0.2级。 29 3/18/2017 12:14 PM

第四节 智能型压力变送器 定义：将物理量转换成电信号的设备称为变送器。 变送器是自动测控系统中的一个重要组成部分。 第四节 智能型压力变送器 变送器概述 定义：将物理量转换成电信号的设备称为变送器。 变送器是自动测控系统中的一个重要组成部分。 作用：将各种物理量转换成统一的标准信号，如气动单元组合仪表（简称为QDZ仪表）为20~100 KPa；电动单元组合仪表（简称为DDZ仪表）中，DDZ-Ⅱ型仪表为0~10mADC； DDZ-Ⅲ型仪表为4~20mADC。 3/18/2017 12:14 PM

第四节 智能型压力变送器 应用：工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。 信号标准：工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。 3/18/2017 12:14 PM

第四节 智能型压力变送器 解释 采用电流信号的原因是不容易受干扰。并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限没有取0mA的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路电流降为0。常取2mA作为断线报警值。 3/18/2017 12:14 PM

第四节 智能型压力变送器 特点 可进行远程通信 30 第四节 智能型压力变送器 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。 特点 可进行远程通信 利用手持通信器，可对现场变送器进行各种运行参数的选择和标定；其精确度高，使用与维护方便。 30 3/18/2017 12:14 PM

美国费希尔-罗斯蒙特公司的3051C型高精度智能变送器 第四节 智能型压力变送器 美国费希尔-罗斯蒙特公司的3051C型高精度智能变送器 3/18/2017 12:14 PM

第五节 压力计的选用及安装 一.压力计的选用 仪表类型的选用 仪表测量范围的确定 仪表精度级的选取 34 第五节 压力计的选用及安装 一.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求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的分析， 一般考虑以下几个问题。 仪表类型的选用　 仪表测量范围的确定　 仪表精度级的选取　 34 3/18/2017 12:14 PM

第五节 压力计的选用及安装 举例 例1 某台往复式压缩机的出口压力范围为25～28MPa，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压力脉动较大，所以选择仪表的上限值为 根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由常用压力计选型表，可查得选用YX-150型电接点压力表，测量范围为0～60MPa。 35 3/18/2017 12:14 PM

第五节 压力计的选用及安装 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 第五节 压力计的选用及安装 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0～60MPa，精度等级为1.5级。 36 3/18/2017 12:14 PM

解：对于测量范围为0～1.6MPa，准确度为1.5级的压力表，允许的最大绝对误差为 1.6×1.5% = 0.024(MPa) 2. 如果某反应器最大压力为0.6MPa，允许最大绝对误差为±0.02MPa。现用一台测量范围为0～1.6MPa，准确度为1.5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0～1.0MPa，准确度为1.5级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。 解：对于测量范围为0～1.6MPa，准确度为1.5级的压力表，允许的最大绝对误差为 1.6×1.5% = 0.024(MPa) 3/18/2017 12:14 PM

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。 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0～1.0MPa，准确度亦为1.5级的压力表,允许的最大绝对误差为 1.0×1.5% = 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。 3/18/2017 12:14 PM

第五节 压力计的选用及安装 一般压力测量仪表的安装 无论选用何种压力仪表和采用何种安装方式，在安装过程中都应注意以下几点： 第五节 压力计的选用及安装 一般压力测量仪表的安装 无论选用何种压力仪表和采用何种安装方式，在安装过程中都应注意以下几点： 压力仪表必须经检验合格后才能安装 压力仪表的连接处，应根据被测压力的高低和被测介质性质，选择适当的材料作为密封垫圈，以防泄漏 压力仪表尽可能安装在室温，相对湿度小于80％，振动小，灰尘少，没有腐蚀性物质的地方，对于电气式压力仪表应尽可能避免受到电磁干扰 37 3/18/2017 12:14 PM

第五节 压力计的选用及安装 压力仪表应垂直安装。一般情况下，安装高度应与人的视线齐平，对于高压压力仪表，其安装高度应高于一般人的头部 第五节 压力计的选用及安装 压力仪表应垂直安装。一般情况下，安装高度应与人的视线齐平，对于高压压力仪表，其安装高度应高于一般人的头部 测量液体或蒸汽介质压力时，应避免液柱产生的误差，压力仪表应安装 在与取压口同一水平的位置上，否则必须对压力仪表的示值进行修正 导压管的粗细合适，一般为6～10mm，长度尽可能短，否则会引起测量迟缓 压力仪表与取压口之间应安装切断阀，以便维修 38 3/18/2017 12:14 PM

常见压力传感器外形 工业压力变送器 数字压力变送器 通用压力变送器 隔离压力变送器 高温压力变送器 隔离压差变送器 隔离液位变送器 微压变送器 电容压力变送器 隔膜压力变送器 绝压变送器 双膜压差变送器 微型探针压力计 暖风空调压力计 湿式压力变送器 本安压力变送器 OEM血压计 OEM压力芯片 3/18/2017 12:14 PM

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