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1、第一节压力检测与变送一、概述压力是工业生产中的重要参数之一，为了保证生产政党运行,必须对压力进行监测和控制，但需说明的是，这里所说的压力，实际上是物理概念中的压强，即垂直作用在单位面积上的力。在压力测量中，常用绝对压力、表压力、负压力或真空度之分。所谓绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用符号Pj表示。用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力，用符号Pq表示。用来测量大气气压力的仪表叫气压表。绝对压力与大气压力之差。称为表压力，用符号Pb表示。即Pb=Pj-pq。当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值（即负压力），此负压力值的绝对值，
2、称为真空度，用符号PZ表示。用来测量真空度的仪表称为真空表。既能测量压力值又能测量真空度的仪表叫压力真空表。二、压力的测量与压力计的选择压力测量原理可分为液柱式、弹性式、电阻式、电容式、电感式和振频式等等。压力计测量压力范围宽广可以从超真空如133XlO13Pa直到超高压280MPao压力计从结构上可分为实验室型和工业应用型。压力计的品种繁多。因此根据被测压力对象很好地选用压力计就显得十分重要。1 .就地压力指示当压力在2.6Kpa时,可采用膜片式压力表、波纹管压力表和波登管压力表。如接近大气压的低压检测时，可用膜片式压力表或波纹管式压力表。2 .远距离压力显示若需要进行远距离压力显示时，一般
3、用气动或电动压力变压器，也可用电气压力传感器。当压力范围为140280MPa时，则应采用高压压力传感受器。当高真空测量时可采用热电真空计。3 .多点压力测量进行多点压力测量时，可采用巡回压力检测仪。若被测压力达到极限值需报警的，则应选用附带报警装置的各类压力计。正确选择压力计除上述几点考虑外，还需考虑以下几点。（1）量程的选择根据被测压力的大小确定仪表量程。对于弹性式压力表，在测稳定压力时，最大压力值应不超过满量程的3/4；测波动压力时，最大压力值应不超过满量程的2/3。最低测量压力值应不低于全量程的1/3o（2）精度选择根据生产允许的最大测量误差，以经济、实惠的原则确定仪表的精度级。一般工业
4、用压力表1.5级或2.5级已足够,科研或精密测量用0.5级或0.35级的精密压力计或标准压力表。（3）使用环境及介质性能的考虑环境条件恶劣，如高温、腐蚀、潮湿、振动等，被测介质的性能，如温度的高低、腐蚀性、易结晶、易燃、易爆等等，以此来确定压力表的种类和型号。(4)压力表外形尺寸的选择现场就地指示的压力表一般表面直径为100mm,在标准较高或照明条件关差的场合用表面直径为200250mm的，盘装压力表直径为e15Omm,或用矩形压力表。常用弹性式压力表规格见表2-1-13。表2-L13常用弹性式压力表规格1.普通包端管压力表型号结构公称直径测量范围,MPa精度等级用途Y40Y40Z径向轴向无边
5、4000.1,0.16,0.25,0.4,0.612.5测量对铜合金不起腐蚀的液体气体、蒸汽压力Y60径向0-0.1,0.16,0.25,0.4,0测量对铜和Y60T径向带60.6钢全金不超(Y60后边0-1,1.6,2.5,4,6腐蚀的液TQ)Y60ZY60ZQ轴向无边轴向带前边-0.1-0,-0.1-0-0.06,-0.1-0.150.l03,-0.l0.5,-0.1-0.9-0.1-1.5,-0.1-2.4体、气体或蒸汽的压力或真空度YlOO径向1000-0.1,0.16,0.25,0.4,0.60-1,1.6,2.5,4,6-0.1-0,-0.1-0-0.06,-0.1-0.15-0.
6、1-0.3,-0.1-0.5,-0.1-0.9-0.1-1.5,-0.1-2.41.5YlOOT径向带后边YlOOZQ轴向带前边YlOOTQ径向带刖边Y150径向150Y150T径向带后边Y150ZQ轴向带前边Y150TQ径向带前边Y260径向2602.精密包端管压力表（可作标准压力表）型号结构公测量范围,MPa精用途备注称度直等径级YB-160A径向YB-160B可校普示仪表YB-160C径向-0.1-0,0-0.1,0,16通压力零点可中压0.4,0.6,1,1.6表或精调YB-160径向2.5,4,6,10,160.25密测量B一表示16025,40,600.4液体气仪表带体、蒸汽有镜面
7、生产0-0.10-6压力和C带镜负压面且可调零符号说明：仪表型号中，常用汉语拼音的第一个字母表示某种意义，如Y-压力，Z真空（阻尼），B一标准（防爆），J精密（矩形），A氨表，X信号（电接点），P膜片，E膜盒，数字表示表面尺寸（mm）,尺寸后的符号表示结构或配接的仪表。4.包装管压力表在测量运行中的常见故障及处理方法。包装管压力表常见故障及处理方法见表2-l-140表2-1-14包端管压力表在运行中的常见故障及处理方法故障现象可能原因处理方法压力表无指示导压管上的切断阀未打开打开切断阀导压管堵塞拆下导压管，用钢丝疏通，用压缩空气或蒸汽吹洗干净弹簧管接头内污物淤积过多而堵塞取下指针和刻度盘，拆下
8、机芯，将弹簧管放到清洗盘清洗，并用钢丝疏通弹簧管裂开更换新的弹簧管中心齿轮与扇形齿轮牙齿磨损过多，以致不能啮合更换新的弹簧管指针抖动大被测介质压力波动大关小阀门开度压力计的安装位置震动大固定压力计或在许可的情况下把压力计移到震动较小的地方，也可装减震器压力表指针有跳动或呆滞现象指针与表面玻璃或刻度盘相碰有磨擦矫正指针，加厚玻璃下面的垫圈或将指针轴孱较大一些中心齿轮轴弯曲取下齿轮在铁徽上用木锤矫正敲直两齿轮啮合处有污物拆下两齿轮进行清洗连杆与扇形齿轮间的活动螺丝不灵活用锂九铿薄连杆厚度压力去掉后，指针不能恢复到零点指针打弯用镜子矫直游丝力矩不足脱开中心齿轮与扇形齿轮的啮合，反时针旋动中心轴以增大
9、游丝反力矩指针松动校验后敲紧传动齿轮有磨擦调整传动齿轮啮合间隙弹簧管变形失效更换弹簧管压力指示值误差不均匀弹簧管自由端与扇形齿轮、连杆传动比调不整不当重新校验调整指示偏高传动比失调重新调整指示偏低传动比失调重新调整弹簧管有渗漏补焊或更换新的弹簧管指针或传动机构有磨擦找出磨擦部位并加以消除导压管线有泄漏逐段检查管线，找出泄漏之处给予排除指针不能指示到上限刻度传动比小把活节螺丝向里移机芯固定在机座位置不当松开螺丝将机芯向反时针方向转动一点弹簧管焊接位置不当重新焊接三、压力传感器压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分，由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出，给显示仪表显示压力
10、值，或供控制和报警使用。压力传感器的种类很多，常用压力传感器的性能比较如表2-1-15所示。表2-1-15几种常用的压力传感器的性能比较类别精度等级测量范围输出信号体积温度影响抗振动冲击性能安装维护电位器式1.5低中压电阻大小差方便应粘膜片式0.2中压20mV小大好方便变贝占弹性粱式（波纹管）0.3负压及中压24mV较大小差方便式式应变简式1中高压12mV小小好利用强制水冷，（垂链膜片）有较小的温度误差,测量方便非粘贝占式张丝式0.5低压IOmV小小好方便霍尔式1.5低中压30mV小大差方便气膜式0.5低中压200mV小大较好复杂差动变压器式1低中压100mA(30mV)大小差方便压电式0.2
11、微低压15V小小较好方便压阻式0.2低中压IOmV小大好方便电容式1微低压13V(20mA)较大大好复杂振频式0.5低中高压频率小大差复杂表示输出信号经过放大。1 .应变式压力传感器应变式压力传感器是把压力的变化转换成电阻值的变化来进行测量的，应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值随压力所产生的应变而变化。对于金属导体，电阻变化率包的R表达式为：(2(2-1-8)式中材料的泊松系数；一应变量。图2-1-9为国产BPR-2型压力传感器的结构示意图。在图2-1-9中，应变简的上端与外壳2固定在一起，下边与密封膜片3紧密接触，两片康铜丝应变片R1和R2用特殊胶合剂粘贴在应变筒的外壁上。Ri沿
12、应变简的轴向粘贴作为测量片，Rz沿应变筒的径向粘贴作为温度补偿片。必须注意，应变片与筒体之间不能产生相对滑动，并且要保持电气绝缘，当被测压力P作用于膜片而使应变筒作轴向受压变形时，沿轴向贴置的应变片K也将产生轴向压缩应变I，于是Ri的阻值变小；而沿径向贴放的应变片R2,由于应变筒的径向产生了拉伸变形，也将产生拉伸应变2,于是R2的阻值变大。应变片Ri、R2与另两个固定电阻R3、R4组成一个桥式电路,见图2-1-9(b),由于Rl和R2的阻值变化使桥路失去平衡，从而获得不平衡电压作为传感器的输出信号，本传感器桥路的电源为10V(直流)，最大的输出为5mV直流信号，再经前置放大成为电动单元组合仪表
13、的输入信号。BPR-2型压力传感器有0IMPa、0IOMPa、030MP等多种量程可供选用。选择时测量上限一般以不超过仪表量程的80%为宜，本传感器主要适用于变化较快的压力测量，其非线性及滞后误差小于1虬2 .压电式压力传感器压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应，目前广泛使用的压电材料有石英和钛酸铁等，当戈 发生机械变形时，在其相对的两个侧面上产4 象称为“压电效应二 飞 ffi 2-1-10 压电式压力 传总器结构原悭图I 9t 2 外充，3 冷晶体上所产生的电荷的大小与外部施加的压力成正比，即q=p(2-1-9)式中：q压电量(电荷数)；P外部施加的压力；n压电常数。这种压力传感
14、器的特点是：体积小，结构简单，不需外加电源，灵敏度和响应频率高，适用于动态压力的测量，广泛地应用于空气动力学、爆炸力学、发动机内部燃烧压力的测量等等。其测量范围可从OOOpa到0-70Mpa精确度可达0.1%.压力式传感器的结构如图2-1-10所示.图中,由受压薄壁筒给出预载力,并将一挠性材料制成非常薄的膜片进行密封.预载筒外的空腔可以连接冷却系统,以保证传感器工作在环境温度一定的条件下,这样就避免了因温度变化所造成的预载力变化而引起测量误差.3 .光导纤维压力传感器光导纤维压力传感器与传统压力传感器相比,有其独特的优点:利用光波传导压力信息,不受电磁干扰,电气绝缘好,耐腐蚀,无电火花,可以在
15、高压、易燃易爆的环境中测量压力、流量、液位等。它灵敏高度，体积小，可挠性好，可插入狭窄的空间是进行测量，因此而得到重视，并且得到迅速发展。图2-1-11所示为Y型光导纤维压力传感器结构原理图，它由金属膜片杯、Y型光导纤维、光源、光接收器及支架等组成。膜片与Y型光导纤维端面间距离约为OJmmo这种传感器能测035MPa动态压力，也可测量低压，输出信号较大。图2IIl光导纤推抵力传感器示意图1灵触;杯I2一支架：3-光导纤维，4-光理；5光段救IS当被测压力作用于膜片杯时，膜片发生位移，从而改变了光导纤维与膜片之间的距离，使光导纤维接收到反射光量变化，这光量由光电元件接收器接收，并且转换成电量，经
16、放大器放大后,显示被测压力值。传感器要求光源稳定，否则要采取补偿措施，以消除光源波动对测量结果的影响。四、压力变压器需要在控制室内显示压力的仪表，一般选用压力变压器或压力传感器，对于爆炸危险场所，常选用气动压力变压器、防爆型电动11型或HI型压力变压器；对于微压力的测量，可采用微差压变压器；对粘稠、易堵、易结晶和腐蚀强的介质，宜选用带法兰的膜片式压变压器；在大气腐蚀场所及强腐蚀性等介质测量中，还可选用1151系列或820系列压力变送器。压力变送器主要技术性能见表2-1-16。表2-1-16压力变送器主要技术性能书/我今性能w*1生产厂力*B气动IO-100kPt0.16mMPMI20-look
17、fI9匕海日动化仪表一厂天律自的化仪O五厂Iflt(矢”I0.8-IOMPa出0IOmAosLWMFHFMkaerM安便表厂等p0.OJTOMPnJIft6255I-4MErt出20mA0.5M*1HMl*安全火AS上*仪表一厂g川仪表厂等一SU电动ciSiI9-8-1(XAHI-1。0CPr出0-IOtnAO-Sttt有菁131国安全火龙31上方IH事群广上*自动化仪/一厂是州版力望送都气壬8Z5l6kPn”出t0*10*Hus电f)(16-lkPa出O-IOmA；5级天津Iil动化仪&I_饯兰欢乐ui,W气助10100kp0.1-60MF出ZO-100kPe1上悔13动化伐表-Iisi2电
18、W压力1.27-l&ukP*U.I2O.7MP止迁移为全量总的soo%迂解为全量程MOK出420mK250.SW悻机小V.抗N孑位.t*V.N安仅表厂820*K(M瓯力1也送6L财-0.l-42MPn8o7a352MPl.2780M420mA710-50mA篥今信号0.2出先助能SMMM.此收证行安装Vffi-射3腐性上“福克WittWR限公司1QBY气动压力变送器是QDZ系列气中的一个品种，了用来测量生产过程中各种液体、蒸汽以及气体绝对压力。IUM-12低质压力变送M-3-三ff4主(Iff.出雪片气动压力变送器的结构除了测量部分外，转动换部分与气动差压变送器相同。压力变送器测量部分的测压敏
19、感元件所产生的测量力的大小范围约为50100N,最高不超过150N。根据这一要求，敏感元件的选择依据由制成的波纹管，其结构原理如图2-1-12所示。当被测压力p进入测量室后，经测量波纹管转换成测量力，通过推杆用在主杠杆上，传递到气动转换部分。测量中、高压(2.510MPa,1060MPa)的敏感元件一般采用铭钮钢制成的包端管,它的测量原理是利用包端管末端产生的径向分力,通过推杆2作用在主杠杆3的下端,带动变送器的气动转换部分动作.图2-1-13为中高压压力变送器测量部分的结构原理示意图.图2-1-14为绝对压力变送器测量部分的结构原理图,主要由两个不锈钢波纹管组成.波纹管1为测量波纹管,波纹管
20、2为补偿波纹管,被抽成真空.两个波纹管的有效面积相等,即A=A2当被测压力Pl进入测量波纹管1时，在被测压力Pl与大气压力P2的差压作用下，测量波纹管产生一个推力：E=PlA-PzA由于补偿波纹管已被抽成真空，所以它仅仅受到周围大气压力P2的作用，它所产生的压缩力为：F2=p2A2则作用在主杠杆4上的合力（即测量力）为：尸=6+6=Pl4P24+P2A2=PlA(2-M0)从上式知，测量力F与被测压力Pl成正比，而与大气压力P2无关，所以测得的压力为绝对压力，无论大气压力如何变化，大气压力对波纹管1与对波纹客2作用所产生的力总是相互抵消的，这样就补偿了由于大气压力变化而引起的测量误差，它的测量
21、范围最小约为1.4kpa,最大可达220kpao图2-1 13中高Ui压力变送器结构原理图I-WWt. 2-HtH. 3一主杈杆，4出轴密片， 5一支架，6毋Mh 7一先体图2T-14绝对压力变送器测量 部分结构原网图1南ht蚊替 2扑俟通税管， 3推杆.4一主H杆表2-1-17DBY矢量压力变送器型号规格表名称型号量程范围，MPa基本误差用途0-0.008-DBY矢量DBY-IllA-In0-0.031压力变送矢DBY-112A-III0-0.025-+1器是自动里0-0.1控制系统压*DBY-12IA-III0-0.08-0-0.0.5中,主要用力3于检测,可变*DBY-122A-III0-0.250-1.00.5连续测量送*DBY-13IA-III00.602.50.5蒸汽、气器DBY-132A-III02.5(MO0.5体、液体等DBY-14IA-III0100250.5介质的压DBY-142A-III0250600.5力或负压DbY-OIIA-III0-0.008-0-0.031力（真空吸力），并将被测量值转换为420mA直流信号输出DBY-012A-III0-0.025-0-0.11DBY-32IA-III060kpa0-200kpa1注:带*者为可以生产防腐型（与介质接触部分为一般不锈钢）.
