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压力检测及仪表
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一、概 述 压力的基本概念 压力测量仪表的分类 压力表选用和效验 压力表的安装、使用要求 压力表的安装注意事项
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1、压力的基本概念 定义 压力表示方式 压力检测方法
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定义 均匀而垂直作用在单位面积上的力称压力. 压力的单位是“帕斯卡”，简称“帕”，符号为“Pa”。
即1N的力垂直均匀作用在1m2的面积上所形成的压力值为1Pa。
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常见非法定压力单位有：工程大气压力（kgf/cm2）、毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH2O）、物理大气压”（atm）、巴（bar）相互转换如下表。
帕(Pa) 巴(bar) 工程大气压 kgf/cm2 标准大气压 (atm) 毫米水柱 (H2Omm) 毫米汞柱 Hg mm 1 10-5 0.1 0.0075 105 104 750 0.97 736 ×105 1.0332 10332 760 10 0.0001 0.0735 133 0.0013 13.6
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压力表示方式 绝对压力（ PJ ):设备内部真实压力. PJ = PB + PD
大气压力（ PD ):由于空气柱重力垂直作用在底面积上所产生的压力。标准状态下的PD=101325Pa 表压力（ PB ):设备内部或某处绝对压力与大气压之差。表压力是一个相对压力，它以环境大气压力为参照点. PB= PJ －PD 真空度（ PZ负压）: PZ＝ PD－ PJ
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压力检测方法 平衡法：通过仪表使液柱高度的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理测量压力
弹性法：利用各种形式的弹性元件，在被测介质的表压力或负压力作用下产生的弹性变形来反映被测压力的大小 电气式：用压力敏感元件直接将压力转换成电阻、电荷量等电量的变化
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2、压力测量仪表的分类 根据测量压力范围：压力表、真空表、气压计 压力测量的原理分为四类：液柱式、机械式、电气式、活塞式
根据仪表精度：0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。一般0.35以上的作为校验标准表生产现场一般用1.0~4.0 根据安装和指示特点：就地、远传、指示式、自动记录式等
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液柱式：根据流体静力学原理，把被测压力 转换成液柱高度
机械式：根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移 电气式：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 活塞式：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
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液柱式压力计 原理：根据流体静力学原理用一定高度的液柱所产生的静压力平衡被测压力，将压力信号转变为液柱高度信号。 结构：玻璃管、标尺、液柱
优点：结构简单，使用方便，灵敏度、精度高用于校正其他类型压力计 缺点：量程受液柱高度的限制，体积大，玻璃管容易损坏及读数不方便 范围：采用水银或水为工作液，用U形管或单管进行测量，常用于低压、负压或压力差的检测。被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、风道各段压力、通风空调系统各段压力的测量
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提高工作液密度将增加压力的测量范围，但灵敏度要降低。
U形管压力计 △P=P1－P2 =ρg(h1+h2) 提高工作液密度将增加压力的测量范围，但灵敏度要降低。
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单管压力计 由于U形管压力计需两次读取液面高度，为使用方便，设计出一次读取液面高度的单管压力计。
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斜管微压计 主要用于测量微小压力、负压和压差，它将单管液柱压力计的测量管倾斜放置，这样可以提高灵敏度，减少读数相对误差。
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倾斜角度越小，L越长，测量灵敏度就越高；但不可太小，否则液柱易冲散，读数较困难，误差增大。
这种倾斜管液柱式压力计可以测量到0.98Pa的微压。为了进一步提高微压计的精确度，应选用密度小的酒精作为工作液体。
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液柱式压力计的测量误差及其修正 1. 环境温度变化 2. 重力加速度变化 3. 毛细管现象
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弹性式压力计 原理：将压力信号转化为弹性元件的机械变形量通过传动机构直接带动指针指示压力或(压差)，也可通过某种电气元件组成变送器，实现压力(或压差)信号的远传。 结构：弹簧管、拉杆、扇形齿轮、中心齿轮、面板、游丝接头。 优点：测量范围大，成本低 缺点：精度差、测量范围有限 分类:膜片、弹簧管、波纹管
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机械变形量的计算
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弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形，变形大小与被测压力成正比关系。常见弹性元件如下图所示：
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弹性式压力表分类 1. 膜片 按剖面形状分为平膜片和波纹膜片 常用材料 可与其他转换元件合用 电容式压力传感器 光纤式压力传感器
力矩平衡式压力变送器
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弹性式压力表分类 2. 波纹管 优点：灵敏高，可测较低压力 缺点：迟滞误差较大，精度一般只有1.5级
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弹性式压力表分类 3. 弹簧管 截面为非圆形（椭圆形或扁圆形），并弯成圆弧状的空心管子 一端为封闭（自由端），一端为开口（固定端）
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弹簧管 （1）弹簧管压力表 结构简单，使用方便，价格低廉，使用范围广，测量范围宽 可测负压、微压、低压、中压和高压
精度有0.5、1.0、1.5、2.5等
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（2）电远传式弹簧压力仪表 霍尔压力传感器 电感式压力传感器
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电气式检测 电气式压力检测方法一般是用压力敏感元件直接将压力转换成电阻、电荷量等电量的变化。
能实现压力－电量转换的压敏元件主要有压电材料、应变片和压阻元件。
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压力变送器 1. 压电式压力传感器 压电效应原理：压电材料受压时会在其表面产生电荷，其电荷量与所受的压力成正比。 压电材料：单晶体、多晶体
特点：结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可靠，线性度好，频率响应高，量程范围广
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2. 应变式压力传感器 应变片是基于应变效应工作的一种压力敏感元件，当应变片受外力作用产生形变时，应变片的电阻值也将发生相应变化。 应变式压力传感器是由弹性元件、应变片以及相应的桥路组成的。
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r＝0，εr、εt达最大值 r=r0， εt=0 r=0.58r0， εr=0 r=r0，εr达负的最大值
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3. 压阻式压力传感器 压阻元件是基于压阻效应工作的一种压力敏感元件，它指在半导体材料的基片上用基成电路工艺制成的扩散电阻，当它受外力作用时，其阻值由于电阻率的变化而改变。 扩散电阻正常工作需依附弹性元件，常用的是单晶体硅膜片。
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优点：体积小，结构简单，能直接反映微小的压力变化，动态响应好
缺点：敏感元件易受温度的影响，从而影响压阻系数的大小
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3、压力检测仪表的选择与校验 一、压力检测仪表的选择 1. 仪表量程的选择 被测压力较稳定：最大工作压力不应超过仪表满量程的3/4
被测压力波动较大或测脉动压力：最大工作压力不应超过仪表满量程的2/3 为保证测量准确度：最小工作压力不应低于满量程的1/3 优先满足最大工作压力条件
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2. 仪表精度的选择 压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误差来确定，即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差。
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3. 仪表类型的选择 从被测介质压力大小来考虑 被测介质的性质 对仪表输出信号的要求 使用的环境
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特殊用途压力表 被测介质 油漆颜色 H2 深绿色 cl2 褐色 乙炔C2 H2 白色 氨 黄色 燃料气 红色 氧气 天蓝色
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测量对铜合金不起腐蚀作用的液体气体蒸汽压力
常用弹性压力规格表 型号 结构 公称直径 测量范围 精度等级 用途 Y40 径向 Φ40 0～0.1,0.16, 0.25,0.4,0.6,1 测量对铜合金不起腐蚀作用的液体气体蒸汽压力 Y40Z 轴向无边
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压力仪表的校验 校验就是将被校验压力表和标准压力表通以相同压力，比较它们的指示数值，如果被校表对于标准表的读数误差，不大于被校表规定的最大准许绝对误差时，则认为被校表合格。 常用的校验仪器是活塞式压力计，它由压力发生部分和测量部分组成，它的精度等级有0.02、0.05和0.2级，可用来校准0.25级精密压力表，也可校准各种工业用压力表，被校压力的最高值为60MPa。
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测量部分 压力发生部分
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4、压力表的安装、使用要求 1. 取压口的选择 在管道或烟道上取压 测量流动介质的压力 测量液体介质的管道上取压
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2. 导压管的铺设 导压管是传递压力、压差信号的。
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3. 压力、压差计的安装
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耐震隔膜压力表 全不锈钢压力表 全不锈钢隔膜压力表 EJA438隔膜密封压力表 霍尼韦尔ST3000系列全智能变送器
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1.STR94G智能远传法兰压力变送器 2.STA92L智能绝压变送器 3.STD924智能压力变送器
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1.耐震隔膜压力表 产品型号 ：YN-60-100-150-MF（ML）
隔膜压力表采用间接测量结构，适用于测量粘度大、易结晶、腐蚀性大、温度较高的液体、气体或颗粒固体介质的压力。隔离膜片有多种材料，以适应各种不同腐蚀介质。 适用于化学工业、石油、制碱、合成纤维等工业。
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2.全不锈钢压力表 产品型号：Y-60B-100B-150B 仪表全部采用不锈钢材料制造，重要零件采用OCr18Ni12Mo2Ti材料，适用于有腐蚀性气体环境，可检测腐蚀性较强介质的压力，广泛应用于石油、化工、冶金等工业。 耐震型还可以适应剧烈震动的环境，耐受脉动介质及冲击载荷，具有更广泛的用途。
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3.全不锈钢隔膜压力表 全不锈钢隔膜压力表与前面讲的耐震隔膜压力表基本上一致，这里就不做详细讲解。
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4.EJA438W隔膜密封压力表 概要 密封隔膜是用于防止管道中的介质直接进入压力变送器里的压力传感器组件中。它与变送器之间是靠注满流体的毛细管连接起来的。 EJA438W、EJA438N隔膜密封式压力变送器用来测量液体、气体、和蒸汽的压力，然后输出与压力相对应的4-20mA
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DC信号输出。 由于他们可与BT200∕100手操器（BRAIN）或HART275手操器等系统进行相互通信，故可以进行远程设定及监控。 （ EJA438W、EJA438N两者之间的区别在于膜片，W指平膜片，N指凸膜片。
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技术规格标准 1.测量范围： 膜盒 量程 范围 EJA438W ~14MPa －0.1~14MPa (4.6~140Kgf∕cm2) (－1~140Kgf∕cm2) EJA438N ~7MPa －0.1~7MPa (4.6~70Kgf∕cm2) (－1~70Kgf∕cm2)
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注： 量程：指标称范围两极限之差的值 例：对从-10V~+20V的标称范围，其量程为20V。 范围：在有些知识领域中，最大值与最小值之差称为范围。
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2.输出信号：4-20mADC 3.环境温度： -40~85℃（-40 ~185 ℉）（一般型） -30~80 ℃ （-22 ~176 ℉）（带数字表头型） 4.工作压力： 工作压力必须在法兰额定范围之内
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配线及调试 1.外部接线盒连接 （1）电源线接在“SUPPLY”的+、-端子上 （2）外部指示计接在“CHECK”的+、-端子上
（3）BT200接在“SUPPLY”的+、-端子上（使用钩针）， BT200以交流信号与接线盒联结，所以没有极性。
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（4）校验仪表接在“CHECK”的+、-端子上，从“CHECK”的+、-端子上可输出4~20mADC的电流信号。 （5）接地 接线盒内外各有一个接地端子，可任选其一。 因为EJA智能变送器是两线制传输仪表，所以信号线就是电源线。
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2.调试 （1）确认EJA变送器安装可靠，隔膜密封部法兰的连接部无泄露。 （2）打开电源，接上智能终端BT200，确认变送器处于正常工作状态。 （3）零点调整，有两种方法，一是用变送器上的调零螺钉，另一种是用BT200进行输出信号的调整。 （4）设置量程
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a.现场压力加到变送器上，用户可使用可选的位于内藏指示计面板上的量程设定钮（按钮）结合外部调零螺钉，改变（重设）测量范围的上下限值（HRV、LRV），就不需要BT200。 b.修改内藏指示计的其他参数，就需要用BT200，具体操作参见智能终端BT200的操作。
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故障排除 1.测量值出现异常 （1）过程变量本身是否异常 检查过程系统 （2）测量系统是否存在问题 分析测量系统
（1）过程变量本身是否异常 检查过程系统 （2）测量系统是否存在问题 分析测量系统 （3）外接指示计是否出错 检查校正安装、运行状况；检查变送器本身。
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2.无输出 （1）自诊断过程是否有错误提示 按照错误信息表采取措施 （2）电源极性是否正确 从电源到终端接线盒检查校正电源 （3）电源电压及负载电阻是否正确 检查额定电压及负载电阻 （4）变送器回路是否断线 检查校正断线及布线错误
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3.输出超过0﹪或100﹪ （1）密封膜片是否正确连接到过程流体 正确连接 （2）电源极性是否正确 从电源到接线盒检查并校正电源 （3）液位指示是否在指定范围内 按照铭牌上的量程使用 （4）调零是否正确 调零
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4.输出误差大 （1）电源电压及负载电阻是否正确 检查电压和阻抗 （2）输出是否受外界干扰 充分接地和使用屏蔽线隔离干扰 （3）毛细管是否固定 固定以免风吹或振动 （4）输出调节是否正确 调节输出
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（5）变送器是否安装在温差显著的场所 采取隔热散热及通风措施
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5.霍尼韦尔ST3000系列全智能变送器
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一.概述 ST3000-STA92L绝压变送器是以微处理器为基础的智能变送器。最新推出的R300版本，全面提升了变送器的精度、可靠性及长期稳定性指标。它能测量各种气体的绝对压力，并输出对应的4~20mA模拟信号和数字信号。他独特的温度和静压自动修正功能使其能满足苛刻的使用环境。它具有DE通讯协议，可与霍尼韦尔的EpxerionPKSTM集散控制
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控制系统和智能现场通讯器（SFC）实现双向数字通讯，消除了模拟信号传输误差，方便了变送器的调试、校验和故障诊断。 二. 测量对象： 1
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四.技术指标 1.精度：±0.065﹪ 2.稳定性： ±0.01﹪ ∕年 3.测量范围： STA92L，STA922 0~104kPa(A) STA94L，STA940 0~3.5MPa（A） 4.输出信号：4~20mADC 5.通讯协议：HART协议或现场总线（FF）通讯协议
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安装
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安装注意事项: 1.就地安装的压力表不应固定在强烈振动的设备或管道上。 2.测量低压的压力表或变送器的安装高度，宜与取压点的高度一致。 3.测量高压的压力表安装在操作岗位附近时，宜距地面1.8m以上，或在仪表正面加保护罩。
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