壓力檢測與變送

1、第一節(jié) 壓力檢測與變送一、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)政黨運行，必須對壓力進行監(jiān)測和控制，但需說明的是，這里所說的壓力，實際上是物理概念中的壓強，即垂直作用在單位面積上的力。在壓力測量中，常用絕對壓力、表壓力、負壓力或真空度之分。所謂絕對壓力是指被測介質(zhì)作用在容器單位面積上的全部壓力，用符號pj表示。用來測量絕對壓力的儀表稱為絕對壓力表。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pq表示。用來測量大氣氣壓力的儀表叫氣壓表。絕對壓力與大氣壓力之差。稱為表壓力，用符號pb表示。即pb=pj-pq。當絕對壓力值小于大氣壓力值時，表壓力為負值（即負壓力），此負壓力值的絕對值

2、，稱為真空度，用符號pz表示。用來測量真空度的儀表稱為真空表。既能測量壓力值又能測量真空度的儀表叫壓力真空表。二、壓力的測量與壓力計的選擇壓力測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。壓力計測量壓力范圍寬廣可以從超真空如133×10-13Pa直到超高壓280MPa。壓力計從結構上可分為實驗室型和工業(yè)應用型。壓力計的品種繁多。因此根據(jù)被測壓力對象很好地選用壓力計就顯得十分重要。1就地壓力指示當壓力在2.6Kpa時,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時，可用膜片式壓力表或波紋管式壓力表。2遠距離壓力顯示若需要進行遠距離壓力顯示時

3、，一般用氣動或電動壓力變壓器，也可用電氣壓力傳感器。當壓力范圍為140280MPa時，則應采用高壓壓力傳感受器。當高真空測量時可采用熱電真空計。3多點壓力測量進行多點壓力測量時，可采用巡回壓力檢測儀。若被測壓力達到極限值需報警的，則應選用附帶報警裝置的各類壓力計。正確選擇壓力計除上述幾點考慮外，還需考慮以下幾點。（1）量程的選擇 根據(jù)被測壓力的大小確定儀表量程。對于彈性式壓力表，在測穩(wěn)定壓力時，最大壓力值應不超過滿量程的3/4；測波動壓力時，最大壓力值應不超過滿量程的2/3。最低測量壓力值應不低于全量程的1/3。（2）精度選擇 根據(jù)生產(chǎn)允許的最大測量誤差，以經(jīng)濟、實惠的原則確定儀表的精度級。一

4、般工業(yè)用壓力表1.5級或2.5級已足夠,科研或精密測量用0.5級或0.35級的精密壓力計或標準壓力表。（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、振動等，被測介質(zhì)的性能，如溫度的高低、腐蝕性、易結晶、易燃、易爆等等，以此來確定壓力表的種類和型號。（4）壓力表外形尺寸的選擇 現(xiàn)場就地指示的壓力表一般表面直徑為100mm，在標準較高或照明條件關差的場合用表面直徑為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常用彈性式壓力表規(guī)格1普通包端管壓力表型號結構公 稱直 徑測量范圍，MPa精 度等 級用途Y40Y4

5、0Z徑向軸向無邊4000.1,0.16,0.25,0.4,0.6 12.5測量對銅合金不起腐蝕的液體氣體、蒸汽壓力Y60Y60T（Y60TQ）Y60ZY60ZQ徑向徑向帶后邊軸向無邊軸向帶前邊6000.1,0.16,0.25,0.4,0.601, 1.6, 2.5, 4, 6-0.10,-0.100.06,-0.10.15-0.10.3,-0.10.5,-0.10.9-0.11.5,-0.12.4測量對銅和鋼全金不超腐蝕的液體、氣體或蒸汽的壓力或真空度Y100徑向10000.1,0.16,0.25,0.4,0.601, 1.6, 2.5, 4, 6-0.10,-0.100.06,-0.10.1

6、5-0.10.3,-0.10.5,-0.10.9-0.11.5,-0.12.415Y100T徑向帶后邊Y100ZQ軸向帶前邊Y100TQ徑向帶前邊Y150徑向150Y150T徑向帶后邊Y150ZQ軸向帶前邊Y150TQ徑向帶前邊Y260徑向2602精密包端管壓力表（可作標準壓力表）型號結構公稱直 徑測量范圍，MPa精度等級用途備注YB-160AYB-160B徑向160-0.10,00.1,0,160.4,0.6,1,1.62.5,4,6,10,1625,40,60生產(chǎn)00.1060.250.4可校普通壓力表或精密測量液體氣體、蒸汽壓力和負壓A一表示儀表零點可調(diào)B表示儀表帶有鏡面C帶鏡面且可調(diào)零

7、YB-160C徑向中壓YB-160徑向符號說明：儀表型號中，常用漢語拼音的第一個字母表示某種意義，如Y-壓力，Z真空（阻尼），B標準（防爆），J精密（矩形），A氨表，X信號（電接點），P膜片，E膜盒，數(shù)字表示表面尺寸（mm），尺寸后的符號表示結構或配接的儀表。4包裝管壓力表在測量運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壓力表無指示導壓管上的切斷閥未打開打開切斷閥導壓管堵塞拆下導壓管，用鋼絲疏通，用壓縮空氣或蒸汽吹洗干凈彈簧管接頭內(nèi)污物淤積過多而堵塞取下指針和刻度盤，拆下機芯，將彈簧

8、管放到清洗盤清洗，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牙齒磨損過多，以致不能嚙合更換新的彈簧管指針抖動大被測介質(zhì)壓力波動大關小閥門開度壓力計的安裝位置震動大固定壓力計或在許可的情況下把壓力計移到震動較小的地方，也可裝減震器壓力表指針有跳動或呆滯現(xiàn)象指針與表面玻璃或刻度盤相碰有磨擦矯正指針，加厚玻璃下面的墊圈或?qū)⒅羔樰S孱鉸大一些中心齒輪軸彎曲取下齒輪在鐵鐓上用木錘矯正敲直兩齒輪嚙合處有污物拆下兩齒輪進行清洗連桿與扇形齒輪間的活動螺絲不靈活用銼九銼薄連桿厚度壓力去掉后，指針不能恢復到零點指針打彎用鑷子矯直游絲力矩不足脫開中心齒輪與扇形齒輪的嚙合，反時針旋動中心軸以增大游絲反力矩指

9、針松動校驗后敲緊傳動齒輪有磨擦調(diào)整傳動齒輪嚙合間隙彈簧管變形失效更換彈簧管壓力指示值誤差不均勻彈簧管自由端與扇形齒輪、連桿傳動比調(diào)不整不當重新校驗調(diào)整指示偏高傳動比失調(diào)重新調(diào)整指示偏低傳動比失調(diào)重新調(diào)整彈簧管有滲漏補焊或更換新的彈簧管指針或傳動機構有磨擦找出磨擦部位并加以消除導壓管線有泄漏逐段檢查管線，找出泄漏之處給予排除指針不能指示到上限刻度傳動比小把活節(jié)螺絲向里移機芯固定在機座位置不當松開螺絲將機芯向反時針方向轉動一點彈簧管焊接位置不當重新焊接三、壓力傳感器壓力傳感器是壓力檢測系統(tǒng)中的重要組成部分，由各種壓力敏感元件將被測壓力信號轉換成容易測量的電信號作輸出，給顯示儀表顯示壓力值，或供控制

10、和報警使用。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類別精度等級測量范圍輸出信號體積溫度影響抗振動沖擊性能安裝維護電位器式1.5低中壓電阻大小差方便應粘膜片式0.2中壓20mV小大好方便變貼彈性粱式（波紋管）0.3負壓及中壓24mV較大小差方便式式應變簡式(垂鏈膜片)1中高壓12mV小小好利用強制水冷,有較小的溫度誤差,測量方便非粘貼式張絲式0.5低壓10mV小小好方便霍爾式1.5低中壓30mV小大差方便氣膜式0.5低中壓200mV小大較好復雜差動變壓器式1低中壓100mA(30mV)大小差方便壓電式0.2微低壓15V小小

11、較好方便壓阻式0.2低中壓10mV小大好方便電容式1微低壓13V(20 mA)較大大好復雜振頻式0.5低中高壓頻率小大差復雜 表示輸出信號經(jīng)過放大。1應變式壓力傳感器應變式壓力傳感器是把壓力的變化轉換成電阻值的變化來進行測量的，應變片是由金屬導體或半導體制成的電阻體，其阻值隨壓力所產(chǎn)生的應變而變化。對于金屬導體，電阻變化率的表達式為： （2-1-8）式中材料的泊松系數(shù)；應變量。圖2-1-9為國產(chǎn)BPR-2型壓力傳感器的結構示意圖。在圖2-1-9中，應變簡的上端與外殼2固定在一起，下邊與密封膜片3緊密接觸，兩片康銅絲應變片R1和R2用特殊膠合劑粘貼在應變筒的外壁上。R1沿應變簡的軸向粘貼作為測量

12、片，R2沿應變筒的徑向粘貼作為溫度補償片。必須注意，應變片與筒體之間不能產(chǎn)生相對滑動，并且要保持電氣絕緣，當被測壓力p作用于膜片而使應變筒作軸向受壓變形時，沿軸向貼置的應變片R1也將產(chǎn)生軸向壓縮應變1，于是R1的阻值變??；而沿徑向貼放的應變片R2，由于應變筒的徑向產(chǎn)生了拉伸變形，也將產(chǎn)生拉伸應變2，于是R2的阻值變大。應變片R1、R2與另兩個固定電阻R3、R4組成一個橋式電路，見圖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，本傳感器橋路的電源為10V（直流），最大的輸出為5mV直流信號，再經(jīng)前置放大成為電動單元組合儀表的輸入信號。BPR-2

13、型壓力傳感器有01MPa、010MPa、030MP等多種量程可供選用。選擇時測量上限一般以不超過儀表量程的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，目前廣泛使用的壓電材料有石英和鈦酸鋇等，當這些晶體受壓力作用發(fā)生機械變形時，在其相對的兩個側面上產(chǎn)生異性電荷，這種現(xiàn)象稱為“壓電效應”。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 （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是：體積小，結構簡單，不需外加電源，靈敏度和響應頻率高，適用于

14、動態(tài)壓力的測量，廣泛地應用于空氣動力學、爆炸力學、發(fā)動機內(nèi)部燃燒壓力的測量等等。其測量范圍可從0700pa到070Mpa精確度可達0.1%.壓力式傳感器的結構如圖2-1-10所示.圖中,由受壓薄壁筒給出預載力,并將一撓性材料制成非常薄的膜片進行密封.預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)境溫度一定的條件下,這樣就避免了因溫度變化所造成的預載力變化而引起測量誤差.3.光導纖維壓力傳感器光導纖維壓力傳感器與傳統(tǒng)壓力傳感器相比,有其獨特的優(yōu)點:利用光波傳導壓力信息,不受電磁干擾,電氣絕緣好,耐腐蝕,無電火花,可以在高壓、易燃易爆的環(huán)境中測量壓力、流量、液位等。它靈敏高度，體積小，可撓性

15、好，可插入狹窄的空間是進行測量，因此而得到重視，并且得到迅速發(fā)展。圖2-1-11所示為Y型光導纖維壓力傳感器結構原理圖，它由金屬膜片杯、Y型光導纖維、光源、光接收器及支架等組成。膜片與Y型光導纖維端面間距離約為0.1mm。這種傳感器能測035MPa動態(tài)壓力，也可測量低壓，輸出信號較大。當被測壓力作用于膜片杯時，膜片發(fā)生位移，從而改變了光導纖維與膜片之間的距離，使光導纖維接收到反射光量變化，這光量由光電元件接收器接收，并且轉換成電量，經(jīng)放大器放大后，顯示被測壓力值。傳感器要求光源穩(wěn)定，否則要采取補償措施，以消除光源波動對測量結果的影響。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

16、器或壓力傳感器，對于爆炸危險場所，常選用氣動壓力變壓器、防爆型電動型或型壓力變壓器；對于微壓力的測量，可采用微差壓變壓器；對粘稠、易堵、易結晶和腐蝕強的介質(zhì)，宜選用帶法蘭的膜片式壓變壓器；在大氣腐蝕場所及強腐蝕性等介質(zhì)測量中，還可選用1151系列或820系列壓力變送器。壓力變送器主要技術性能見表2-1-16。表2-1-16壓力變送器主要技術性能 QBY氣動壓力變送器是QDZ系列氣動單元組合儀表中的一個品種，它用來測量生產(chǎn)過程中各種液體、蒸汽以及氣體的壓力、負壓和絕對壓力。氣動壓力變送器的結構除了測量部分外，轉動換部分與氣動差壓變送器相同。 壓力變送器測量部分的測壓敏感元件所產(chǎn)生的測量力的大小范

17、圍約為50100N，最高不超過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，其結構原理如圖2-1-12所示。當被測壓力p進入測量室后，經(jīng)測量波紋管轉換成測量力，通過推桿用在主杠桿上，傳遞到氣動轉換部分。測量中、高壓（2.510MPa,1060 MPa）的敏感元件一般采用鉻釩鋼制成的包端管,它的測量原理是利用包端管末端產(chǎn)生的徑向分力,通過推桿2作用在主杠桿3的下端,帶動變送器的氣動轉換部分動作.圖2-1-13為中高壓壓力變送器測量部分的結構原理示意圖. 圖2-1-14為絕對壓力變送器測量部分的結構原理圖,主要由兩個不銹鋼波紋管組成.波紋管1為測量波紋管,波紋管2為補償波紋管,被抽成真

18、空.兩個波紋管的有效面積相等,即A1=A2當被測壓力P1進入測量波紋管1時，在被測壓力p1與大氣壓力p2的差壓作用下，測量波紋管產(chǎn)生一個推力： 由于補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（即測量力）為： （2-1-10）從上式知，測量力F與被測壓力p1成正比，而與大氣壓力p2無關，所以測得的壓力為絕對壓力，無論大氣壓力如何變化，大氣壓力對波紋管1與對波紋客2作用所產(chǎn)生的力總是相互抵消的，這樣就補償了由于大氣壓力變化而引起的測量誤差，它的測量范圍最小約為1.4kpa,最大可達220kpa。表2-1-17 DBY矢量壓力變送器型號規(guī)格表名稱型號量程范圍，MPa基本誤差%用途矢量壓力變送器DBY-111A-00.00800.03±1DBY矢量壓力變送器是自動控制系統(tǒng)中,主要用于檢測,可連續(xù)測量蒸汽、氣體、液體等介質(zhì)的壓力或負壓力（真空吸力），并將被測量值轉換為420mA直流信號輸出DBY-112A-0