壓力檢測(cè)與變送

1、第一節(jié) 壓力檢測(cè)與變送一、概述壓力是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，為了保證生產(chǎn)政黨運(yùn)行，必須對(duì)壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，但需說(shuō)明的是，這里所說(shuō)的壓力，實(shí)際上是物理概念中的壓強(qiáng)，即垂直作用在單位面積上的力。在壓力測(cè)量中，常用絕對(duì)壓力、表壓力、負(fù)壓力或真空度之分。所謂絕對(duì)壓力是指被測(cè)介質(zhì)作用在容器單位面積上的全部壓力，用符號(hào) pj 表示。用來(lái)測(cè)量絕對(duì)壓力的儀表稱為絕對(duì)壓力表。地面上的空氣柱所產(chǎn)生的平均壓力稱為大氣壓力，用符號(hào)pq 表示。 用來(lái)測(cè)量大氣氣壓力的儀表叫氣壓表。絕對(duì)壓力與大氣壓力之差。稱為表壓力，用符號(hào)pb 表示。即 pb=pj -p q。當(dāng)絕對(duì)壓力值小于大氣壓力值時(shí)，表壓力為負(fù)值（即負(fù)壓力） ，

2、此負(fù)壓力值的絕對(duì)值，稱為真空度， 用符號(hào) pz 表示。用來(lái)測(cè)量真空度的儀表稱為真空表。既能測(cè)量壓力值又能測(cè)量真空度的儀表叫壓力真空表。二、壓力的測(cè)量與壓力計(jì)的選擇壓力測(cè)量原理可分為液柱式、彈性式、電阻式、電容式、電感式和振頻式等等。壓力計(jì)測(cè)量壓力范圍寬廣可以從超真空如133×10-13 Pa 直到超高壓280MPa。壓力計(jì)從結(jié)構(gòu)上可分為實(shí)驗(yàn)室型和工業(yè)應(yīng)用型。 壓力計(jì)的品種繁多。 因此根據(jù)被測(cè)壓力對(duì)象很好地選用壓力計(jì)就顯得十分重要。1就地壓力指示當(dāng)壓力在2.6Kpa 時(shí) , 可采用膜片式壓力表、波紋管壓力表和波登管壓力表。 如接近大氣壓的低壓檢測(cè)時(shí)，可用膜片式壓力表或波紋管式壓力表。2

3、遠(yuǎn)距離壓力顯示若需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離壓力顯示時(shí)，一般用氣動(dòng)或電動(dòng)壓力變壓器，也可用電氣壓力傳感器。當(dāng)壓力范圍為140280MPa時(shí)，則應(yīng)采用高壓壓力傳感受器。當(dāng)高真空測(cè)量時(shí)可采用熱電真空計(jì)。3多點(diǎn)壓力測(cè)量進(jìn)行多點(diǎn)壓力測(cè)量時(shí)，可采用巡回壓力檢測(cè)儀。若被測(cè)壓力達(dá)到極限值需報(bào)警的，則應(yīng)選用附帶報(bào)警裝置的各類壓力計(jì)。正確選擇壓力計(jì)除上述幾點(diǎn)考慮外，還需考慮以下幾點(diǎn)。（ 1）量程的選擇 根據(jù)被測(cè)壓力的大小確定儀表量程。 對(duì)于彈性式壓力表， 在測(cè)穩(wěn)定壓力時(shí)， 最大壓力值應(yīng)不超過(guò)滿量程的3/4 ；測(cè)波動(dòng)壓力時(shí)，最大壓力值應(yīng)不超過(guò)滿量程的2/3 。最低測(cè)量壓力值應(yīng)不低于全量程的1/3 。（ 2）精度選擇 根據(jù)生產(chǎn)允

4、許的最大測(cè)量誤差，以經(jīng)濟(jì)、實(shí)惠的原則確定儀表的精度級(jí)。 一般工業(yè)用壓力表 1.5 級(jí)或 2.5 級(jí)已足夠 , 科研或精密測(cè)量用 0.5 級(jí)或 0.35 級(jí)的精密壓力計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)壓力表。（ 3）使用環(huán)境及介質(zhì)性能的考慮 環(huán)境條件惡劣，如高溫、腐蝕、潮濕、振動(dòng)等，被測(cè)介質(zhì)的性能， 如溫度的高低、 腐蝕性、易結(jié)晶、易燃、易爆等等，以此來(lái)確定壓力表的種類和型號(hào)。（4）壓力表外形尺寸的選擇現(xiàn)場(chǎng)就地指示的壓力表一般表面直徑為 100mm，在標(biāo)準(zhǔn)較高或照明條件關(guān)差的場(chǎng)合用表面直徑為 200250mm的，盤裝壓力表直徑為150mm，或用矩形壓力表。常用彈性式壓力表規(guī)格見表2-1-13 。表 2-1-13 常用彈性

5、式壓力表規(guī)格1普通包端管壓力表型號(hào)結(jié)構(gòu)公測(cè)量范圍， MPa用途精稱度等直級(jí)徑測(cè)量對(duì)銅合Y40徑向00.1,0.16,0.25,0金不起腐蝕軸向無(wú)40的液體氣Y40Z.4,0.6 1邊體、蒸汽壓2.5力Y60徑向00.1,0.16,0.25,0測(cè)量對(duì)銅和Y60T徑向帶60.4,0.6鋼全金不超（ Y60T后邊01, 1.6, 2.5, 4, 6腐蝕的液Q）-0.10,-0.100.0體、氣體或Y60Z軸向無(wú)6,-0.10.15蒸汽的壓力Y60ZQ邊-0.10.3,-0.10.5或真空度軸向帶,-0.10.9前邊-0.11.5,-0.12.4Y100徑向00.1,0.16,0.25,0Y100T徑

6、 向 帶.4,0.6后邊01,1.6,2.5,4,6Y100ZQ軸 向 帶 100-0.10,-0.100.0前邊6,-0.10.15Y100TQ徑 向 帶-0.10.3,-0.10.5前邊,-0.10.9Y150徑向-0.11.5,-0.12.415Y150T徑 向 帶后邊Y150ZQ軸 向 帶 150前邊Y150TQ徑 向 帶前邊Y260徑向 2602精密包端管壓力表（可作標(biāo)準(zhǔn)壓力表）型號(hào)結(jié)構(gòu)公測(cè)量范圍， MPa精度用途備注稱直徑等級(jí)YB-160AA 一表徑向YB-160B示儀表YB-160C 徑向可校普零點(diǎn)可-0.10,00.1,0,16通壓力中壓調(diào)表或精YB-160 徑向0.4,0.6

7、,1,1.60.25B表密測(cè)量2.5,4,6,10,16示儀表1600.4液體氣25,40,60帶有鏡生產(chǎn) 00.1 06體、蒸面汽壓力C帶和負(fù)壓鏡面且可調(diào)零符號(hào)說(shuō)明： 儀表型號(hào)中， 常用漢語(yǔ)拼音的第一個(gè)字母表示某種意義，如 Y- 壓力， Z真空 （阻尼），B標(biāo)準(zhǔn) （防爆），J精密（矩形），A氨表， X信號(hào)（電接點(diǎn)） ，P膜片， E膜盒，數(shù)字表示表面尺寸（ mm），尺寸后的符號(hào)表示結(jié)構(gòu)或配接的儀表。4包裝管壓力表在測(cè)量運(yùn)行中的常見故障及處理方法。包裝管壓力表常見故障及處理方法見表2-1-14 。表 2-1-14 包端管壓力表在運(yùn)行中的常見故障及處理方法故障現(xiàn)象 可能原因 處理方法導(dǎo)壓管上的切斷

8、閥未打開切斷閥打開導(dǎo)壓管堵塞拆下導(dǎo)壓管，用鋼絲疏通，用壓縮空氣或蒸汽吹洗干凈壓力表無(wú)指彈簧管接頭內(nèi)污物淤取下指針和刻度盤，拆下機(jī)積過(guò)多而堵塞芯，將彈簧管放到清洗盤清示洗，并用鋼絲疏通彈簧管裂開更換新的彈簧管中心齒輪與扇形齒輪更換新的彈簧管牙齒磨損過(guò)多，以致不能嚙合被測(cè)介質(zhì)壓力波動(dòng)大關(guān)小閥門開度指針抖動(dòng)大壓力計(jì)的安裝位置震固定壓力計(jì)或在許可的情況下把壓力計(jì)移到震動(dòng)較小的動(dòng)大地方，也可裝減震器指針與表面玻璃或刻矯正指針，加厚玻璃下面的度盤相碰有磨擦墊圈或?qū)⒅羔樰S孱鉸大一些壓力表指針中心齒輪軸彎曲取下齒輪在鐵鐓上用木錘矯有跳動(dòng)或呆正敲直滯現(xiàn)象兩齒輪嚙合處有污物拆下兩齒輪進(jìn)行清洗連桿與扇形齒輪間的用銼

9、九銼薄連桿厚度活動(dòng)螺絲不靈活指針打彎用鑷子矯直壓力去掉后，游絲力矩不足脫開中心齒輪與扇形齒輪的嚙合，反時(shí)針旋動(dòng)中心軸以指針不能恢增大游絲反力矩復(fù)到零點(diǎn)指針?biāo)蓜?dòng)校驗(yàn)后敲緊傳動(dòng)齒輪有磨擦調(diào)整傳動(dòng)齒輪嚙合間隙彈簧管變形失效更換彈簧管壓力指示值彈簧管自由端與扇形重新校驗(yàn)調(diào)整誤差不均勻齒輪、連桿傳動(dòng)比調(diào)不整不當(dāng)指示偏高傳動(dòng)比失調(diào)重新調(diào)整傳動(dòng)比失調(diào)重新調(diào)整彈簧管有滲漏補(bǔ)焊或更換新的彈簧管指示偏低指針或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有磨找出磨擦部位并加以消除擦導(dǎo)壓管線有泄漏逐段檢查管線，找出泄漏之處給予排除傳動(dòng)比小把活節(jié)螺絲向里移指針不能指機(jī)芯固定在機(jī)座位置松開螺絲將機(jī)芯向反時(shí)針方示到上限刻度不當(dāng)向轉(zhuǎn)動(dòng)一點(diǎn)彈簧管焊接位置不當(dāng)重新

10、焊接三、壓力傳感器壓力傳感器是壓力檢測(cè)系統(tǒng)中的重要組成部分，由各種壓力敏感元件將被測(cè)壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成容易測(cè)量的電信號(hào)作輸出，給顯示儀表顯示壓力值，或供控制和報(bào)警使用。壓力傳感器的種類很多，常用壓力傳感器的性能比較如表2-1-15 所示。表 2-1-15 幾種常用的壓力傳感器的性能比較抗精溫振度測(cè)量輸出體度動(dòng)類別等范圍信號(hào)積影沖安裝維護(hù)擊級(jí)響性能電位器式1.5低中電阻大小差方便壓應(yīng)粘膜片式0.2中壓20mV小大好方便彈性粱負(fù)壓式較0.324mV變貼（波紋及中大小差方便壓管）式式應(yīng)變簡(jiǎn)1中高12mV小小好利用強(qiáng)制式壓水冷, 有( 垂鏈膜較小的溫片)度誤差 ,測(cè)量方便非粘0.5 低壓10mV張絲式小小

11、好方便貼式低中霍爾式1.530mV小大差方便壓低中較氣膜式0.5200mV小大復(fù)雜壓好100mA低中差動(dòng)變壓器式1(30mV大小差方便壓)微低15V較壓電式0.2小小方便壓好低中壓阻式0.210mV小大好方便壓微低13V較電容式1(20大好復(fù)雜壓大mA)0.5低中振頻式頻率小大差復(fù)雜高壓 表示輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)放大。1應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器是把壓力的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化來(lái)進(jìn)行測(cè)量的， 應(yīng)變片是由金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成的電阻體，其阻值隨壓力所產(chǎn)生的應(yīng)變而變化。對(duì)于金屬導(dǎo)體，電阻變化率R的R表達(dá)式為：RR12（ 2-1-8 ）式中材料的泊松系數(shù)；應(yīng)變量。圖 2-1-9 為國(guó)產(chǎn) BPR-2型壓力

12、傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖2-1-9 中，應(yīng)變簡(jiǎn)的上端與外殼 2 固定在一起，下邊與密封膜片3 緊密接觸，兩片康銅絲應(yīng)變片R1 和 R2用特殊膠合劑粘貼在應(yīng)變筒的外壁上。R1沿應(yīng)變簡(jiǎn)的軸向粘貼作為測(cè)量片，R2 沿應(yīng)變筒的徑向粘貼作為溫度補(bǔ)償片。必須注意，應(yīng)變片與筒體之間不能產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，并且要保持電氣絕緣，當(dāng)被測(cè)壓力 p 作用于膜片而使應(yīng)變筒作軸向受壓變形時(shí)， 沿軸向貼置的應(yīng)變片R1 也將產(chǎn)生軸向壓縮應(yīng)變1，于是R1 的阻值變??；而沿徑向貼放的應(yīng)變片R2，由于應(yīng)變筒的徑向產(chǎn)生了拉伸變形，也將產(chǎn)生拉伸應(yīng)變2，于是R2 的阻值變大。應(yīng)變片R1、R2 與另兩個(gè)固定電阻R3、R4 組成一個(gè)橋式電路，見圖

13、 2-1-9 （ b），由于 R1 和 R2 的阻值變化使橋路失去平衡，從而獲得不平衡電壓作為傳感器的輸出信號(hào)，本傳感器橋路的電源為10V（直流），最大的輸出為5mV直流信號(hào)，再經(jīng)前置放大成為電動(dòng)單元組合儀表的輸入信號(hào)。BPR-2 型壓力傳感器有01MPa、 010MPa、 030MP等多種量程可供選用。選擇時(shí)測(cè)量上限一般以不超過(guò)儀表量程的80%為宜，本傳感器主要適用于變化較快的壓力測(cè)量，其非線性及滯后誤差小于± 1%。2壓電式壓力傳感器壓電式傳感器的原理是基于某些晶體材料的壓電效應(yīng)，目前廣泛使用的壓電材料有石英和鈦酸鋇等，當(dāng)這些晶體受壓力作用發(fā)生機(jī)械變形時(shí)， 在其相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面上產(chǎn)

14、生異性電荷，這種現(xiàn)象稱為“壓電效應(yīng)” 。晶體上所產(chǎn)生的電荷的大小與外部施加的壓力成正比，即qp（ 2-1-9 ）式中： q壓電量（電荷數(shù)） ；p外部施加的壓力；壓電常數(shù)。這種壓力傳感器的特點(diǎn)是：體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需外加電源，靈敏度和響應(yīng)頻率高，適用于動(dòng)態(tài)壓力的測(cè)量，廣泛地應(yīng)用于空氣動(dòng)力學(xué)、爆炸力學(xué)、發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測(cè)量等等。其測(cè)量范圍可從 0700pa 到 070Mpa精確度可達(dá) 0.1%. 壓力式傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 2-1-10 所示 . 圖中 , 由受壓薄壁筒給出預(yù)載力 , 并將一撓性材料制成非常薄的膜片進(jìn)行密封. 預(yù)載筒外的空腔可以連接冷卻系統(tǒng), 以保證傳感器工作在環(huán)境溫度一定的條件

15、下 , 這樣就避免了因溫度變化所造成的預(yù)載力變化而引起測(cè)量誤差 .3. 光導(dǎo)纖維壓力傳感器光導(dǎo)纖維壓力傳感器與傳統(tǒng)壓力傳感器相比, 有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn): 利用光波傳導(dǎo)壓力信息, 不受電磁干擾 , 電氣絕緣好 , 耐腐蝕 ,無(wú)電火花 , 可以在高壓、易燃易爆的環(huán)境中測(cè)量壓力、流量、液位等。它靈敏高度，體積小，可撓性好，可插入狹窄的空間是進(jìn)行測(cè)量，因此而得到重視，并且得到迅速發(fā)展。圖 2-1-11 所示為 Y 型光導(dǎo)纖維壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理圖， 它由金屬膜片杯、 Y 型光導(dǎo)纖維、光源、光接收器及支架等組成。膜片與Y 型光導(dǎo)纖維端面間距離約為0.1mm。這種傳感器能測(cè)035MPa動(dòng)態(tài)壓力，也可測(cè)量低壓，輸

16、出信號(hào)較大。當(dāng)被測(cè)壓力作用于膜片杯時(shí)，膜片發(fā)生位移，從而改變了光導(dǎo)纖維與膜片之間的距離， 使光導(dǎo)纖維接收到反射光量變化， 這光量由光電元件接收器接收， 并且轉(zhuǎn)換成電量， 經(jīng)放大器放大后，顯示被測(cè)壓力值。傳感器要求光源穩(wěn)定，否則要采取補(bǔ)償措施，以消除光源波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。四、壓力變壓器需要在控制室內(nèi)顯示壓力的儀表，一般選用壓力變壓器或壓力傳感器，對(duì)于爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所，常選用氣動(dòng)壓力變壓器、防爆型電動(dòng)型或型壓力變壓器；對(duì)于微壓力的測(cè)量， 可采用微差壓變壓器；對(duì)粘稠、易堵、易結(jié)晶和腐蝕強(qiáng)的介質(zhì)，宜選用帶法蘭的膜片式壓變壓器；在大氣腐蝕場(chǎng)所及強(qiáng)腐蝕性等介質(zhì)測(cè)量中，還可選用 1151 系列或 820 系

17、列壓力變送器。壓力變送器主要技術(shù)性能見表2-1-16 。表 2-1-16 壓力變送器主要技術(shù)性能QBY氣動(dòng)壓力變送器是QDZ系列氣動(dòng)單元組合儀表中的一個(gè)品種，它用來(lái)測(cè)量生產(chǎn)過(guò)程中各種液體、蒸汽以及氣體的壓力、負(fù)壓和絕對(duì)壓力。氣動(dòng)壓力變送器的結(jié)構(gòu)除了測(cè)量部分外，轉(zhuǎn)動(dòng)換部分與氣動(dòng)差壓變送器相同。壓力變送器測(cè)量部分的測(cè)壓敏感元件所產(chǎn)生的測(cè)量力的大小范圍約為 50100N，最高不超過(guò) 150N。根據(jù)這一要求，敏感元件的選擇依據(jù)由制成的波紋管，其結(jié)構(gòu)原理如圖 2-1-12 所示。當(dāng)被測(cè)壓力 p 進(jìn)入測(cè)量室后，經(jīng)測(cè)量波紋管轉(zhuǎn)換成測(cè)量力，通過(guò)推桿用在主杠桿上，傳遞到氣動(dòng)轉(zhuǎn)換部分。測(cè)量中、高壓（ 2.510M

18、Pa,1060 MPa）的敏感元件一般采用鉻釩鋼制成的包端管 , 它的測(cè)量原理是利用包端管末端產(chǎn)生的徑向分力 , 通過(guò)推桿 2 作用在主杠桿 3 的下端 , 帶動(dòng)變送器的氣動(dòng)轉(zhuǎn)換部分動(dòng)作 . 圖 2-1-13 為中高壓壓力變送器測(cè)量部分的結(jié)構(gòu)原理示意圖 .圖 2-1-14 為絕對(duì)壓力變送器測(cè)量部分的結(jié)構(gòu)原理圖 , 主要由兩個(gè)不銹鋼波紋管組成 . 波紋管 1 為測(cè)量波紋管 , 波紋管 2 為補(bǔ)償波紋管 , 被抽成真空 . 兩個(gè)波紋管的有效面積相等 , 即 A1=A2當(dāng)被測(cè)壓力P1 進(jìn)入測(cè)量波紋管1 時(shí)，在被測(cè)壓力p1 與大氣壓力p2 的差壓作用下，測(cè)量波紋管產(chǎn)生一個(gè)推力：F1p1A1p2 A1由于補(bǔ)償波紋管已被抽成真空，所以它僅僅受到周圍大氣壓力p2 的作用，它所產(chǎn)生的壓縮力為：F2=p2A2則作用在主杠桿4 上的合力（即測(cè)量力）為：FF1F2p1 A1p2 A1p2 A2p1 A1（ 2-1-10 ）從上式知