第二章 壓力檢測(cè)儀表

化工儀表及自動(dòng)化第二章壓力檢測(cè)儀表第一節(jié)概述

概述3在化工生產(chǎn)中,壓力是指由氣體或液體均勻垂直地作用于單位面積上的力。在工業(yè)生產(chǎn)過程中,壓力往往是重要的操作參數(shù)之一。壓力的檢測(cè)與控制,對(duì)保證生產(chǎn)過程正常進(jìn)行,達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗和安全是十分重要的。壓力壓力是指均勻垂直地作用在單位面積上的力。壓力的單位為帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕（Pa）4第一節(jié)壓力單位及測(cè)壓儀表

為了使大家了解國(guó)際單位制中的壓力單位（Pa或MPa）與過去的單位之間的關(guān)系，下面給出幾種單位之間的換算關(guān)系表。

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絕對(duì)壓力、表壓、負(fù)壓（真空度）的關(guān)系7在壓力測(cè)量中，常有表壓、絕對(duì)壓力、負(fù)壓或真空度之分。

當(dāng)被測(cè)壓力低于大氣壓力時(shí)，一般用負(fù)壓或真空度來(lái)表示。p表P真P絕P絕大氣壓力線零線絕對(duì)壓力、表壓、負(fù)壓（真空度）的關(guān)系壓力的概念絕對(duì)壓力——以完全真空（絕對(duì)壓力零位）作參考點(diǎn)的壓力，稱為絕對(duì)壓力，用符號(hào)Pi表示。大氣壓力——由地球表面大氣層空氣柱重力所產(chǎn)生的壓力，稱為大氣壓力，用符號(hào)Po表示。表壓力——以大氣壓力為參考點(diǎn)，大于或小于大氣壓力的壓力稱為表壓力，工業(yè)上所用的壓力儀表指示值多數(shù)為表壓力。差壓（力）——任意兩個(gè)相關(guān)壓力之差稱為壓差。用△P表示。壓力的單位在國(guó)際單位制中，壓力的單位是“牛頓/平方米”，用符號(hào)“N/m2”表示；壓力單位又稱為“帕斯卡”或簡(jiǎn)稱“帕”，用符號(hào)Pa表示。1Pa=1N/㎡。帕的單位很小，因此工程常用千帕或兆帕來(lái)表示壓力大小。我國(guó)已規(guī)定帕斯卡為壓力的法定計(jì)量單位。壓力單位的換算由于歷史發(fā)展的原因、單位制的不同以及使用場(chǎng)合的差異，壓力還有多種不同的單位，各種壓力單位之間的換算關(guān)系列表2-2-1所示：壓力的單位第二節(jié)壓力檢測(cè)方法

壓力檢測(cè)方法根據(jù)測(cè)壓原理的不同，壓力檢測(cè)方法主要有以下幾類：一、重力平衡法這種方式是按照壓力的定義，通過直接測(cè)量單位面積上所受力的大小來(lái)檢測(cè)壓力。如液柱式壓力計(jì)和活塞式壓力計(jì)。壓力檢測(cè)方法壓力檢測(cè)方法二、彈性力平衡法彈性力平衡法是利用彈性元件受壓力作用發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生的彈性力與被測(cè)壓力相平衡的原理來(lái)檢測(cè)壓力。彈性元件受壓力作用下會(huì)因發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生彈性力，當(dāng)彈性力與被測(cè)壓力相平衡時(shí)，其彈性形變的大小反應(yīng)了被測(cè)壓力的大小，因此可以通過彈性元件位移變形的大小測(cè)出被測(cè)壓力。壓力檢測(cè)方法三、物性測(cè)量法物性測(cè)量法是根據(jù)壓力作用于物體后所產(chǎn)生的各種物理效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量。第三節(jié)常用壓力檢測(cè)儀表

彈性壓力計(jì)基本組成

常用壓力檢測(cè)儀表主要分彈性壓力計(jì)和電測(cè)式壓力計(jì)兩種。一、彈性壓力計(jì)彈性壓力計(jì)根據(jù)所用彈性元件的不同構(gòu)成了多種形式的彈性壓力計(jì)：圖2-2-2彈性壓力計(jì)基本組成彈性元件彈性壓力計(jì)的測(cè)壓性能主要取決于彈性元件的彈性特性，它與彈性元件的材料、加工和熱處理質(zhì)量有關(guān)，同時(shí)還與環(huán)境溫度有關(guān)。彈性元件1.彈簧管：又稱波登管（法國(guó)人波登發(fā)明），是一根彎成圓弧狀、管截面為扁圓形的空心金屬管，其一端封閉并處于自由狀態(tài)，另一端開口為固定端，被測(cè)壓力由固定端引入彈簧管內(nèi)腔。特點(diǎn)：測(cè)量范圍大，可用于高、中、低壓或真空度的測(cè)量。2.波紋管：是一端封閉的薄壁圓管，壁面是環(huán)狀波紋。被測(cè)壓力從開口端引入，封閉端將產(chǎn)生位移。特點(diǎn)：位移相對(duì)較大，靈敏度高，用于低壓或差壓測(cè)量。3.彈性膜片：是外緣固定的片狀彈性元件，有平膜片、波紋膜片和撓性膜片幾種形式，其彈性特性由中心位移與壓力的關(guān)系表示，用于低壓、微壓測(cè)量。特點(diǎn)：平膜片位移很小，波紋膜片壓有正弦、鋸齒或梯形等環(huán)狀同心波紋，撓性膜片僅用作隔離膜片，需與測(cè)力彈簧配用。彈簧管壓力計(jì)彈簧管式壓力計(jì)是工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用很廣泛的一種測(cè)壓儀表，以單圈彈簧管結(jié)構(gòu)應(yīng)用最多。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格低廉，測(cè)壓范圍寬，準(zhǔn)確度高

單圈彈簧管壓力計(jì)結(jié)構(gòu)彈性式壓力計(jì)分類使用的測(cè)壓元件單圈彈簧管壓力表與多圈彈簧管壓力表。

用途普通彈簧管壓力表，耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。

1—彈簧管；2—拉桿；3—扇形齒輪；4—中心齒輪；5—指針；6—面板；7—游絲；8—調(diào)整螺絲；9—接頭彈簧壓力表彈性式壓力計(jì)基本測(cè)量原理

單圈彈簧管是一根彎成270°圓弧的橢圓截面的空心金屬管子。管子的自由端B封閉，另一端固定在接頭９上。當(dāng)通入被測(cè)的壓力p后，由于橢圓形截面在壓力p的作用下，將趨于圓形，而彎成圓弧形的彈簧管也隨之產(chǎn)生擴(kuò)張變形。同時(shí)，使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移。輸入壓力p越大，產(chǎn)生的變形也越大。由于輸入壓力與彈簧管自由端B的位移成正比，所以只要測(cè)得B點(diǎn)的位移量，就能反映壓力p的大小。注意：彈簧管自由端B的位移量一般很小，直接顯示有困難，所以必須通過放大機(jī)構(gòu)才能指示出來(lái)。

14彈性式壓力計(jì)

在化工生產(chǎn)過程中，常需要把壓力控制在某一范圍內(nèi)，即當(dāng)壓力低于或高于給定范圍時(shí)，就會(huì)破壞正常工藝條件，甚至可能發(fā)生危險(xiǎn)。這時(shí)就應(yīng)采用帶有報(bào)警或控制觸點(diǎn)的壓力表。將普通彈簧管壓力表稍加變化，便可成為電接點(diǎn)信號(hào)壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時(shí)，及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以提醒操作人員注意或通過中間繼電器實(shí)現(xiàn)壓力的自動(dòng)控制。

警惕！彈性式壓力計(jì)

圖2-4

電接點(diǎn)信號(hào)壓力表1，4

—靜觸點(diǎn)；2

—?jiǎng)佑|點(diǎn)；3

—綠燈；5

—紅燈

壓力表指針上有動(dòng)觸點(diǎn)2，表盤上另有兩根可調(diào)節(jié)指針，上面分別有靜觸點(diǎn)1和4。當(dāng)壓力超過上限給定數(shù)值時(shí)，2和4接觸，紅色信號(hào)燈5的電路被接通，紅燈發(fā)亮。若壓力低到下限給定數(shù)值時(shí)，2與1接觸，接通了綠色信號(hào)燈3的電路。1、4的位置可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。波紋管壓力計(jì)雙濾波管差壓計(jì)結(jié)構(gòu)1-連接軸；2-保護(hù)閥；3-阻尼環(huán)；4-推板；5-扭力管；6-心軸；7-量程彈簧；8-平衡閥；9-低壓波紋管；10-擺桿；11-阻尼閥；12-中心基座；13-高壓波紋管；14-填充液膜式壓力計(jì)膜式壓力計(jì)有膜片壓力計(jì)和膜盒壓力計(jì)兩種。膜片壓力計(jì)主要用于測(cè)量腐蝕性介質(zhì)或非凝固、非結(jié)晶的粘性介質(zhì)的壓力，膜盒壓力計(jì)常用于測(cè)量氣體微壓和負(fù)壓。原理：膜片四周固定，當(dāng)通入壓力后，兩側(cè)面存在壓差時(shí)，膜片將向壓力低的一側(cè)彎曲，膜片中心產(chǎn)生一定的位移，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)，指示出被測(cè)壓力。彈性壓力計(jì)信號(hào)遠(yuǎn)傳方式彈性壓力計(jì)一般為直讀式儀表，也可以將彈性元件的變形轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出.（a）為電位器式。比較簡(jiǎn)單，有很好的線性輸出，可靠性較差。（b）為霍爾式。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，壽命長(zhǎng)，對(duì)外部磁場(chǎng)敏感，耐振性差。（c）差動(dòng)變壓器式。性好、附加力小、位移范圍較大，處于中央位置時(shí)輸出不為零。電測(cè)式壓力計(jì)能夠測(cè)量壓力并提供遠(yuǎn)傳電信號(hào)的裝置稱為壓力傳感器.能將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（如4～20mA直流電流）輸出，則稱為壓力變送器。電測(cè)式壓力傳感器分為：應(yīng)變式、電容式、振頻式、壓電式、光電式、光纖式、超聲式。應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器是一種通過測(cè)量彈性元件因壓力的作用而產(chǎn)生的應(yīng)變來(lái)間接測(cè)量壓力的傳感器，它由彈性元件、應(yīng)變片及測(cè)量電路等組成。特點(diǎn)：具有準(zhǔn)確度高、體積小、重量輕、測(cè)量范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)抗振動(dòng)、抗沖擊性能良好。但應(yīng)變片阻值受溫度影響較大，需要考慮溫度補(bǔ)償。應(yīng)變筒式壓力傳感器當(dāng)應(yīng)變筒內(nèi)腔承受壓力時(shí)，薄壁筒表面的周向應(yīng)力最大，相應(yīng)的周向應(yīng)變?chǔ)艦椋菏街校簆—被測(cè)壓力；E—應(yīng)變筒材料的彈性模量；μ—應(yīng)變筒材料的泊松比；D—應(yīng)變筒外徑；d—應(yīng)變筒內(nèi)徑。優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)變筒式壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，能進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量，測(cè)量范圍也比較寬。圖2-2-8應(yīng)變筒式壓力傳感器平膜式壓力傳感器平膜片式壓力傳感器結(jié)構(gòu)如圖2-2-9所示。彈性元件上粘貼有如圖2-2-10（a）所示的箔式組合應(yīng)變片。四個(gè)應(yīng)變片組成如圖2-2-10（b）所示的電橋，輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)。圖2-2-9平膜式壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖2-2-10箔式組合應(yīng)變片平膜式壓力傳感器對(duì)于邊緣固定的平圓膜片，當(dāng)受壓力作用時(shí)，膜片上任意一點(diǎn)的應(yīng)變可分為徑向應(yīng)變?chǔ)舝和切向應(yīng)變?chǔ)舤，其值與壓力p的大小和該點(diǎn)到膜片中心的距離r有關(guān)：式中：p—被測(cè)壓力；E—膜片材料彈性模量；μ—膜片材料的泊松比；r0—膜片半徑；r—膜片上任意點(diǎn)半徑；h—膜片厚度。平膜式壓力傳感器根據(jù)如上公式分析可知，在膜片中心處（r=0），徑向應(yīng)變?chǔ)舝和切向應(yīng)變?chǔ)舤均達(dá)到最大值，在膜片邊緣處（r=r0），切向應(yīng)變?chǔ)舤=0，而徑向應(yīng)變?chǔ)舝達(dá)到負(fù)最大值（壓縮應(yīng)變），優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可靠，準(zhǔn)確度、靈敏度較高，但頻率響應(yīng)較低，輸出線性差。壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)制成的，它是利用集成電路工藝直接在作為彈性元件的硅平膜片上按一定晶向制成擴(kuò)散電阻，這樣就很容易得到尺寸小、高靈敏度、高自振頻率的壓力傳感器。特點(diǎn)：壓阻式壓力傳感器重復(fù)性、穩(wěn)定性好，工作可靠；靈敏度高，固有頻率高；測(cè)量范圍寬；準(zhǔn)確度高；易于微小型化。壓阻式壓力傳感器特別適合在中、低溫度條件下的中、低壓測(cè)量。壓力傳感器的變送電路工業(yè)上廣泛采用4～20mA直流電流作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)來(lái)傳輸模擬量。電流輸出型變送器有4線制、3線制、2線制等幾種。長(zhǎng)距離傳輸時(shí)以2線制變送器最為經(jīng)濟(jì)、方便，因而應(yīng)用最多。圖2-2-12是一種2線制的壓阻式差壓傳感器的變送器電路，由應(yīng)變電橋、恒流源、溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、放大及電壓-電流轉(zhuǎn)換等幾部分組成，采用24V直流供電。電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器采用變電容測(cè)量原理，將被測(cè)壓力引起的彈性元件的位移變形轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸淖兓瑴y(cè)出電容量，便可知道被測(cè)壓力的大小。1.差動(dòng)變極距式電容壓力傳感器對(duì)于平板電容，在被測(cè)壓力作用下，電容值C會(huì)因兩平行板間距d發(fā)生的微小變化而變化。特點(diǎn)：有較高的靈敏度，但當(dāng)位移較大時(shí)傳感器非線性嚴(yán)重；可改善非線性、提高靈敏度、并可減小因極板間電介質(zhì)的介電常數(shù)ε受溫度影響而引起的不穩(wěn)定性。變面積式電容壓力傳感器優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，輸出信號(hào)大；測(cè)量準(zhǔn)確度高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固，可靠性高，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能承受高過載，耐沖擊與振動(dòng)，可在高溫條件下工作；由于可動(dòng)極板質(zhì)量小，故傳感器固有頻率高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。圖2-2-13（a）變面積式電容壓力傳感器圖2-2-13（b）陶瓷電容式壓力傳感器諧振式壓力傳感器諧振式壓力傳感器是靠被測(cè)壓力所形成的應(yīng)力改變彈性元件的諧振頻率，通過測(cè)量頻率信號(hào)的變化來(lái)檢測(cè)壓力。根據(jù)諧振原理可以制成振筒、振弦及振膜式等多種型式的壓力傳感器。振筒有一定的固有頻率，當(dāng)被測(cè)壓力作用于筒壁時(shí)，筒壁內(nèi)應(yīng)力增加使其剛度加大，振筒固有頻率相應(yīng)改變。振筒固有頻率與作用壓力的關(guān)系可近似表示為：式中：fp—為受壓后的振筒固有頻率；

f0—為筒內(nèi)外壓力相等時(shí)的固有頻率；

α—為振筒結(jié)構(gòu)系數(shù)；

p—為被測(cè)壓力。諧振式壓力傳感器圖2-2-14（a）振筒式壓力傳感器結(jié)構(gòu) 圖2-2-14（b）振筒式壓力傳感器諧振式壓力傳感器激振線圈使振筒按固有頻率振動(dòng)，受壓前后的頻率變化可由檢測(cè)線圈檢出。圖2-2-15為振筒式壓力傳感器的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)電路原理圖。特點(diǎn)：適用于氣體壓力的測(cè)量，其體積小，輸出頻率信號(hào)，重復(fù)性好，耐振；準(zhǔn)確度高，且有良好的穩(wěn)定性。圖2-2-15振筒式壓力傳感器電路原理壓電式壓力傳感器由壓電材料制成的壓電元件受到壓力作用時(shí)產(chǎn)生的電荷量與作用力之間呈線性關(guān)系：式中，Q—電荷量；k—壓電常數(shù)；S—作用面積；p—壓力。圖2-2-16（a）壓電式壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖2-2-16（b）壓電式壓力傳感器模擬式、智能變送器1.模擬式變送器電容式、振弦式、擴(kuò)散硅式等模擬式變送器是20世紀(jì)70年代開發(fā)出來(lái)的一代變送器，和上一代杠桿式變送器相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。它們是基于微位移檢測(cè)和轉(zhuǎn)換技術(shù)，是微位移平衡式變送器，體積小，重量輕。不像杠桿式變送器，為了保證足夠的測(cè)量力矩和反饋力矩，需要杠桿、支點(diǎn)、軸封膜片和較大的反饋機(jī)構(gòu)。（2）準(zhǔn)確度高。它們的準(zhǔn)確度一般為0.25級(jí)，穩(wěn)定性也好。而杠桿式一般為0.5級(jí)，且由于機(jī)械零件多，支承、拉條、反饋波紋管的彎曲疲勞、熱膨脹等原因，穩(wěn)定性也較差。（3）測(cè)量范圍寬，靜壓差小。（4）調(diào)整、使用方便。（5）兩線制，本質(zhì)安全防爆。由于以上原因，這一代變送器至今還在我國(guó)廣泛使用。智能式變送器20世紀(jì)80年代初，美國(guó)霍尼韋爾公司首先推出了ST3000系列智能壓力變送器。隨后，世界上其它儀表公司也都推出了相類似的智能變送器。這些儀表的共同特點(diǎn)有：（1）在檢測(cè)部件中，除了壓力（差壓）傳感元件外，一般還有溫度傳感元件。產(chǎn)品采用微機(jī)械電子加工技術(shù)、超大規(guī)模的專用集成電路（ASIC）和表面安裝技術(shù)，因此儀表結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，體積很小。（2）智能變送器的準(zhǔn)確度較高，一般都在±0.1%～±0.2%，有的還能到±0.075%；測(cè)量范圍很寬，量程比達(dá)40、50、100甚至400；其他如溫度性能、靜壓性能、單向過載性能等比以往的變送器有很大的提高。智能式變送器（3）智能變送器可以在手持通信器（又稱手操器、手持終端）上遠(yuǎn)方設(shè)定儀表的零點(diǎn)和量程，因此儀表可以在不通信號(hào)壓力的情況下更改測(cè)量范圍，這對(duì)于人員難以到達(dá)的場(chǎng)合特別感到方便。（4）智能變送器和DCS控制系統(tǒng)之間可實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信，這就為全數(shù)字化的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)提供了條件。幾種常見的智能變送器（1）橫河EJA智能變送器橫河EJA智能變送器的傳感器是硅諧振式，它將被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換為硅梁的振動(dòng)頻率，然后通過測(cè)頻率來(lái)得到被測(cè)差壓或壓力值。（2）羅斯蒙特3051智能變送器羅斯蒙特3051智能變送器的傳感器是硅電容式，它將被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換為電容的變化，然后通過測(cè)電容的方法來(lái)得到被測(cè)的差壓或壓力值。幾種常見的智能變送器（3）霍尼韋爾ST3000系列智能變送器霍尼韋爾ST3000系列智能變送器的傳感器是復(fù)合半導(dǎo)體式，它將被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換成硅芯片電阻值的變化，然后通過測(cè)電阻的方法來(lái)得到被測(cè)差壓或壓力值。（4）富士FCX-A/C智能變送器富士FCX-A/C智能變送器的傳感器是硅微電容式，它將被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換為靜電容量，然后通過測(cè)硅電容來(lái)得到被測(cè)差壓或壓力值。第四節(jié)壓力儀表的選用、安裝與校驗(yàn)

類型選擇壓力儀表類型的選擇主要應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：（1）要考慮被測(cè)介質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)（如溫度高低、粘度大小、腐蝕性、易燃易爆性能等），以選擇相應(yīng)的儀表。（2）要根據(jù)生產(chǎn)工藝對(duì)壓力儀表的要求和用途，選擇壓力儀表。（3）要考慮壓力儀表使用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件。（4）還要考慮被測(cè)壓力的種類（壓力、負(fù)壓、絕對(duì)壓力、差壓等）、變化快慢等情況，選擇壓力儀表。量程選擇壓力儀表的量程要根據(jù)被測(cè)壓力的大小及在測(cè)量過程中被測(cè)壓力變化的情況等條件來(lái)選取，為保證測(cè)壓儀表安全可靠地工作，選擇量程時(shí)必須留有足夠的余地。（1）測(cè)量穩(wěn)定壓力時(shí)，正常操作壓力應(yīng)小于滿量程的2/3；（2）測(cè)量脈動(dòng)壓力時(shí)，正常操作壓力應(yīng)小于滿量程的1/2；（3）測(cè)量高壓時(shí)，正常操作壓力應(yīng)小于滿量程的3/5；（4）被測(cè)壓力的最小值，不應(yīng)低于滿量程的1/3。準(zhǔn)確度等級(jí)選擇壓力檢測(cè)儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)過程對(duì)壓力測(cè)量所允許的最大誤差。選擇時(shí)應(yīng)堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)的原則，在能滿足生產(chǎn)要求的條件下，不應(yīng)追求使用過高準(zhǔn)確度的儀表。作為工作計(jì)量器具，壓力儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)分為1.0、1.6、2.5、4.0級(jí)；而作為壓力標(biāo)準(zhǔn)器，用于壓力量值傳遞的精密壓力儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)分為0.1、0.16、0.25、0.4級(jí)。例[例]某壓力容器內(nèi)介質(zhì)的正常工作壓力范圍為0.4～0.6MPa，用彈簧管壓力表進(jìn)行檢測(cè)。要求測(cè)量誤差不大于被測(cè)壓力的5％，試確定該壓力表的量程和準(zhǔn)確度等級(jí)。解：由題意知，被測(cè)對(duì)象的壓力比較穩(wěn)定，設(shè)彈簧管壓力表的量程為A，則根據(jù)最大工作壓力有：A>0.6÷2/3=0.9MPa根據(jù)最小工作壓力有：A＜0.4÷1/3=1.2MPa故根據(jù)儀表的量程系列，可選用量程范圍為0～1.0MPa的彈簧管壓力表。由題意，被測(cè)壓力允許的最大絕對(duì)誤差為：?max＝0.4×5％＝0.02MPa儀表準(zhǔn)確度等級(jí)的選取應(yīng)使得其最大引用誤差不超過允許測(cè)量誤差。對(duì)于測(cè)量范圍0～1.0MPa的壓力表，其最大引用誤差為：

γ＝±0.02MPa×100％/1.0MPa＝±2％故應(yīng)選取1.6級(jí)的壓力表。壓力檢測(cè)儀表的安裝（一）取壓點(diǎn)選擇取壓位置要具有代表性，能真實(shí)地反映被測(cè)壓力。應(yīng)按下述原則選擇：（1）取壓點(diǎn)不能處于流束紊亂的地方，要選在直管段上，不可選在管路彎曲、分岔、死角或其他能形成渦流的區(qū)域；（2）取壓點(diǎn)上游側(cè)不應(yīng)有突出管路或設(shè)備的阻力件（如溫度計(jì)套管、閥門、擋板等），否則應(yīng)保證有一定的直管段長(zhǎng)度；（3）測(cè)量液體壓力時(shí)，取壓點(diǎn)應(yīng)在管道下側(cè)，不宜取在最低部；測(cè)量氣體壓力時(shí)，取壓點(diǎn)應(yīng)在管道上側(cè)；（4）取壓口開孔軸線必須與介質(zhì)流動(dòng)方向垂直，引壓管口端面應(yīng)與設(shè)備連接處的內(nèi)壁保持平齊。引壓管的敷設(shè)引壓管的敷設(shè)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）引壓管的粗細(xì)、長(zhǎng)短均應(yīng)選取合適。（2）水平安裝的引壓管應(yīng)保持有1：10～1：20的傾斜度，以避免引壓管中積存液體（或氣體），并有利于這些積液（或氣）的排出。（3）若當(dāng)被測(cè)介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)，應(yīng)增加保溫伴熱措施。（4）取壓點(diǎn)與壓力表之間在靠近取壓口處應(yīng)安裝切斷閥，以備檢修壓力儀表時(shí)使用。壓力儀表的安裝壓力儀表的安裝要注意以下方面：（1）壓力儀表應(yīng)安裝在能滿足規(guī)定的使用環(huán)境條件和易于觀察、維修之處；儀表安裝處與取壓點(diǎn)之間的距離應(yīng)盡量短；（2）為避免溫度變化對(duì)儀表的影響，當(dāng)測(cè)量高溫氣體或蒸汽壓力時(shí)，應(yīng)裝冷凝管或冷凝器；（3）儀表安裝在有振動(dòng)的場(chǎng)所時(shí)，應(yīng)加裝減振器；（4）測(cè)量有腐蝕性、粘度較大、有結(jié)晶或沉淀物等介質(zhì)壓力時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施（如安裝適當(dāng)?shù)母綦x容器），以防腐蝕、堵塞等發(fā)生；（5）壓力儀表的連接處根據(jù)壓力高低和介質(zhì)性質(zhì)，必須加裝密封墊片，以防泄漏；（6）當(dāng)被測(cè)壓力較小而壓力儀表與取壓點(diǎn)不在同一高度時(shí)，應(yīng)考慮修正液體介質(zhì)的液柱靜壓對(duì)儀表示值的影響。第五節(jié)壓力測(cè)量?jī)x表常見故障原因及處理

彈簧管壓力的常見故障及排除方法彈性式壓力表是一種量大面廣的測(cè)壓儀表，其工作原理是利用彈簧管、膜片、膜盒、波紋管為彈性元件，在被測(cè)介質(zhì)的作用下，產(chǎn)生相應(yīng)的位移，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針，在刻度盤上指示出被測(cè)壓力值。常見故障及排除方法：1.指針不在零位，在表盤某一刻度上給壓力表加壓，發(fā)現(xiàn)其壓力值從某一刻度上成比例的變化，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是壓力表通常用在振動(dòng)比較大的場(chǎng)所，或壓力表不小心受到摔碰，使壓力表在回零過程中，扇形齒輪和中心軸之間瞬間不嚙合造成的，排除這種故障的方法是取下指針，重新定針。2.隨著壓力的增加，彈簧管壓力表的示值誤差逐漸的增大或逐漸的減小。上述誤差叫線性誤差，產(chǎn)生的主要原因是傳動(dòng)比發(fā)生了變化，只要移動(dòng)調(diào)整螺釘?shù)奈恢?，改變傳?dòng)比，就可以將誤差調(diào)整到允許的范圍內(nèi)。當(dāng)被檢表誤差為正值，并隨壓力的增加而逐漸增大時(shí)，將調(diào)整螺釘向外移，降低傳動(dòng)比；當(dāng)被檢表的誤差為負(fù)值，并隨壓力的增大而逐漸減小時(shí)，將調(diào)整螺釘向內(nèi)移，增大傳動(dòng)比。常見故障及排除方法：3.非線性誤差壓力表的示值誤差隨著壓力的增大不成比例的變化，這種誤差叫非線性誤差。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是壓力表經(jīng)過長(zhǎng)期使用，各部件之間的配合發(fā)生了改變。排除這種故障的方法是改變扇形齒輪和拉桿的夾角。（1）指針在前半程走得快，在后半程走得慢，調(diào)小拉桿與扇形齒輪的夾角。（2）指針在前半程走得慢，在后半程走得快，調(diào)大拉桿與扇形齒輪的夾角。（3）拉桿與扇形齒輪夾角調(diào)整可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)芯來(lái)達(dá)到。具體方法，旋松底板固定螺絲，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)芯至合適位置，然后旋緊底板固定螺絲，加壓后重新校驗(yàn)。調(diào)整方法，視誤差具體情況而確定，通常情況下，先將儀表的非線性誤差調(diào)成線性誤差，然后再調(diào)整線性誤差。為此，一般情況下調(diào)整拉桿與扇形齒輪夾角的同時(shí)，也調(diào)節(jié)調(diào)整螺釘位置。常見故障及排除方法：4.游絲絞亂游絲絞亂是由于使用中超負(fù)荷或者受到較大沖擊或自行拆卸造成人為損壞所致。當(dāng)它處于正常位置時(shí)，給中心齒輪一反時(shí)針方向的線性平穩(wěn)的回復(fù)力，如果游絲被絞亂，這種回復(fù)力將消失，就會(huì)出現(xiàn)：（1）指針跳擺，數(shù)值不穩(wěn)，增大偶然誤差；（2）零位誤差大；（3）系統(tǒng)誤差加大。排除方法：（1）重盤游絲；（2）配換游絲。常見故障及排除方法：5.齒嚙合面和配合軸孔角部磨損嚴(yán)重引起數(shù)值誤差大而且不穩(wěn)定，有卡針的現(xiàn)象。產(chǎn)生這種損壞主要是因?yàn)閴毫Ρ碓谝还潭ǖ牟环€(wěn)的載荷下長(zhǎng)時(shí)間使用造成的（如動(dòng)力空壓機(jī)），因而壓力傳遞過程中有了較大補(bǔ)償或毛刺阻礙而使計(jì)量值超差。排除方法：（1）更換新的配件；（2）采取縮孔修復(fù)，對(duì)損壞齒嚙可經(jīng)過調(diào)整以避開損壞齒面繼續(xù)使用。常見故障及排除方法：6.指針不回零如果經(jīng)升壓后又卸壓，指針回不到零位，說(shuō)明此表零位狀態(tài)增加了回復(fù)力方向的力。這種力來(lái)自摩擦阻力或形變的剩余張力。摩擦阻力主要發(fā)生在游絲連桿、鉸鏈嚙合部位，如果游絲粘圈或絞亂，連桿鉸鏈活動(dòng)不靈，嚙合部位有毛刺，都將使摩擦力急增，使指針回不到零位，所以這些部件恢復(fù)到正常的狀態(tài)即可排除不回零現(xiàn)象。變送器常見故障及排除方法1.壓力指示不正確（1）變送器電源是否正常，如果小于12VDC，則應(yīng)檢查回路中是否有大的負(fù)載，變送器負(fù)載的輸入阻抗應(yīng)符合RL≤（變送器供電電壓-12V）/（0.02A）Ω。（2）參照的壓力值是否一定正確；如果參照壓力表的準(zhǔn)確度低，則需另?yè)Q準(zhǔn)確度較高的壓力表。（3）壓力儀表的量程是否與壓力變送器的量程一致；壓力儀表的量程必須與壓力變送器的量程一致。（4）壓力儀表的輸入與相應(yīng)的接線是否正確。壓力儀表的輸入是4～20mA的，則變送器輸出信號(hào)可直接接入；如果壓力指示儀表的輸入是1～5V的則必須在壓力指示儀表的輸入端并接一個(gè)準(zhǔn)確度在千分之一及以上、阻值為250Ω的電阻，然后再接入變送器的輸入。變送器常見故障及排除方法（5）變送器負(fù)載的輸入阻抗應(yīng)符合RL≤（變送器供電電壓-12V）/（0.02A）Ω；如不符合則根據(jù)其不同可采取相應(yīng)措施：如升高供電電壓（但必須低于36VDC）、減小負(fù)載等。（6）多點(diǎn)無(wú)紙記錄儀沒有記錄時(shí)檢測(cè)輸入端是否開路，如果開路則不能再帶其他負(fù)載，改用其他記錄時(shí)沒有輸入阻抗≤250Ω的記錄儀。（7）相應(yīng)的設(shè)備外殼是否接地。（8）是否與與交流電源及其他電源分開走線。（9）壓力傳感器是否損壞，嚴(yán)重的過載有時(shí)會(huì)損壞隔離膜片。（10）管路內(nèi)是否有沙子、雜質(zhì)等堵塞管道，有雜質(zhì)時(shí)會(huì)使測(cè)量準(zhǔn)確度受到影響；需清理雜質(zhì)，并在壓力接口前加過濾網(wǎng)。變送器常見故障及排除方法（11）管路的溫度是否過高，壓力傳感器的使用溫度是-25～85℃，但實(shí)際使用時(shí)最好在-20～70℃以內(nèi)；加緩沖管以散熱，使用前最好在緩沖管內(nèi)先加些冷水，以防過熱蒸汽直接沖擊傳感器，從而損壞傳感器或降低使用壽命。2.變送器無(wú)輸出（1）查看變送器電源是否接反，把電源極性接正確；（2）測(cè)量變送器的供電電源，是否有24V直流電壓；必須保證供給變送器的電源電壓≥12V（即變送器電源輸入端電壓≥12V）。如果沒有電源，則應(yīng)檢查回路是否斷線、檢測(cè)儀表是否選取錯(cuò)誤（輸入阻抗應(yīng)≤250Ω）等等；變送器常見故障及排除方法（3）如果是帶表頭的，檢查表頭是否損壞（可以先將表頭的兩根線短路，如果短路后正常，則說(shuō)明是表頭損壞），表頭損壞的則需另?yè)Q表頭；（4）將電流表串入24V電源回路中，檢查電流是否正常；如果正常則說(shuō)明變送器正常，此時(shí)應(yīng)檢查回路中其他儀表是否正常；（5）電源是否接在變送器電源輸入端；把電源線接在電源接線端子上變送器常見故障及排除方法3.變送器輸出≥20mA（1）變送器電源是否正常，如果小于12VDC，則應(yīng)檢查回路中是否有大的負(fù)載，變送器負(fù)載的輸入阻抗應(yīng)符合RL≤（變送器供電電壓-12V）/（0.02A）Ω；（2）實(shí)際壓力是否超過壓力變送器的所選量程；重新選用適當(dāng)量程的壓力變送器；（3）壓力傳感器是否損壞，嚴(yán)重的過載有時(shí)會(huì)損壞隔離膜片；（4）接線是否松動(dòng)，接好線并擰緊；（5）電源線接線是否正確，電源線應(yīng)接在相應(yīng)的接線柱上。變送器常見故障及排除方法4.變送器輸出≤4mA（1）變送器電源是否正常，如果小于12VDC，則應(yīng)檢查回路中是否有大的負(fù)載，變送器負(fù)載的輸入阻抗應(yīng)符合RL≤（變送器供電電壓-12V）/（0.02A）Ω；（2）實(shí)際壓力是否超過壓力變送器的所選量程，重新選用適當(dāng)量程的壓力變送器；（3）壓力傳感器是否損壞，嚴(yán)重的過載有時(shí)會(huì)損壞隔離膜片，需發(fā)回生產(chǎn)廠家進(jìn)行修理。案例1.中控室的某壓力指示不準(zhǔn)故障現(xiàn)象：中控室的二次表壓力指示和現(xiàn)場(chǎng)指示式壓力指示不相符。故障分析：經(jīng)查現(xiàn)場(chǎng)指示式壓力變送器的接線盒內(nèi)進(jìn)水，造成線間絕緣嚴(yán)重下降，使其變送器輸出電流發(fā)生變化，故其二次表壓力指示不準(zhǔn)。故障處理：清除現(xiàn)場(chǎng)變送器的接線盒內(nèi)的積水，故障解除，中控室內(nèi)二次表壓力指示正常。案例2.工藝反映壓力測(cè)量不準(zhǔn)故障現(xiàn)象：有一被測(cè)壓力為P=6.5MPa，使用彈簧管壓力計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，儀表所處的環(huán)境溫度為+40℃，工藝要求測(cè)量準(zhǔn)確度到1%，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)。所選的儀表測(cè)量范圍為0—20MPa，但工藝人員反映該表不準(zhǔn)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)閥門關(guān)閉壓力時(shí)，查看儀表運(yùn)行仍良好，但不能如實(shí)指出過程的壓力。儀表人員應(yīng)該如何處理？故障分析：將壓力表送至壓力檢定室檢定，其結(jié)果符合規(guī)程要求。測(cè)量值允許的絕對(duì)誤差值ΔP為：

ΔP=P×1%=6.5×1%=0.065MPa根據(jù)檢測(cè)儀表選擇原則，被測(cè)量值應(yīng)在測(cè)量?jī)x表的上限值2/3處左右，進(jìn)行測(cè)量?jī)x表的選擇。

6.5×3/2=9.75MPa所以選擇儀表刻度為0-10MPa的量程。案例查表知彈簧管壓力表的溫度系數(shù)β約為0.0001-0.001，如取β=0.0001，測(cè)溫附加誤差值ΔP為

6.5×0.0001（40-20）=0.013MPa這樣儀表允許的絕對(duì)誤差ΔP為：

ΔP=0.065-0.013=0.052MPaδ=0.052/（20-0）=0.26%<0.5%故選擇的儀表量程太大，因而測(cè)量不準(zhǔn)。故障處理：應(yīng)選擇儀表量限為0-10MPa，準(zhǔn)確度為0.5級(jí)為宜。因?yàn)榧僭O(shè)是0-10MPa，

δ=0.052/（10-0）=0.52%>0.5%所以更換被測(cè)量的量限，保持原0.5級(jí)準(zhǔn)確度，便能準(zhǔn)確測(cè)量實(shí)際壓力，從而消除測(cè)量不準(zhǔn)的故障。案例3.壓力測(cè)量值波動(dòng)I故障現(xiàn)象：天然氣壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)波動(dòng)，引起后工段系統(tǒng)波動(dòng)，將該調(diào)節(jié)器打手動(dòng)控制，后工段各系統(tǒng)波動(dòng)現(xiàn)象消失，但壓力調(diào)節(jié)器測(cè)量指示照樣波動(dòng)，只是波動(dòng)現(xiàn)象明顯減弱。故障分析：檢查壓力變送器，將排污閥打開后（未關(guān)根部閥），壓力很快泄掉，還有一點(diǎn)微氣，判斷是根部閥堵塞所致。根部閥堵塞死，導(dǎo)壓管很長(zhǎng)，介質(zhì)管道中壓力的變化之后，很久才能傳遞到變送器感測(cè)元件中，這種滯后累計(jì)的壓力傳遞，必然引起變送器輸出始終在變化。當(dāng)調(diào)節(jié)器投入自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)器對(duì)假信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，必然引起系統(tǒng)介質(zhì)壓力值的波動(dòng)，所以波動(dòng)現(xiàn)象更甚。故障處理：拆去導(dǎo)壓管，發(fā)現(xiàn)閥門結(jié)炭黑很多，堵死了，用鐵絲捅通根部閥，裝回開表，該表運(yùn)行穩(wěn)定。案例4.壓力測(cè)量值波動(dòng)II故障現(xiàn)象：壓力測(cè)量值波動(dòng)故障分析：檢查發(fā)現(xiàn)阻尼器中阻尼油漏掉，失去阻尼作用。壓力變送器配置有阻尼器，以阻尼片在高粘度硅油中受到的阻尼作用，來(lái)防止檢測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。阻尼油漏掉，變送器失去阻尼作用，所以輸出振蕩波動(dòng)。故障處理：重新加上硅油，變送器輸出波動(dòng)現(xiàn)象消除。案例5.壓力指示偏低故障現(xiàn)象：壓縮機(jī)出口氮?dú)錃鈮毫闹骺仉妱?dòng)表頭看，比現(xiàn)場(chǎng)壓力表指示偏低0.5MPa左右。故障分析：先拆回壓力表校驗(yàn)。壓力表在工作段指示正確，拆回壓力變送器檢查，校驗(yàn)也是準(zhǔn)確的，但裝回現(xiàn)場(chǎng)，兩塊表指示照樣不一致，反復(fù)檢查才發(fā)現(xiàn)壓力變送器排污閥關(guān)不死，有少量泄漏，在嘈雜的壓縮廠房，排污閥的泄漏聲被淹沒，未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。故障處理：更換排污閥兩塊表示值一致。案例6.旁路切斷閥泄漏故障現(xiàn)象：再生冷凝器壓力值偏低。故障分析：檢查