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1、压力测量仪表知识及其选型 陈洪旺,目录,1.压力表基础知识2.压力变送器基础知识3.压力表的选型4.压力变送器的选型5安装知识,压力表基础知识,压力的定义：这里的压力概念，实际上指的是物理学上的压强，即单位面积上所承受压力的大小。绝对压力：以绝对压力零位为基准，高于绝对压力零位的压力。正压：以大气压力为基准，高于大气压力的压力。负压（真空）：以大气压力为基准，低于大气压力的压力。差压：两个压力之间的差值。表压：以大气压力为基准，大于或小于大气压力的压力。压力表：以大气压力为基准，用于测量小于或大于大气压力的仪表。压力表：在工业过程控制与技术测量过程中，由于机械式压力表的弹性敏感元件具有很高的机
2、械强度以及生产方便等特性，使得机械式压力表得到越来越广泛的应用。机械压力表中的弹性敏感元件随着压力的变化而产生弹性变形。机械压力表采用弹簧管（波登管），膜片，膜盒及波纹管等敏感元件并按此分类。所测量的压力一般视为相对压力。一般相对点选为大气压力。弹性元件在介质压力作用下产生的弹性变形，通过压力表的齿轮传动机构放大，压力表就会显示出相对于大气压的相对值(或高或低)。在测量范围内的压力值由指针显示，刻度盘的指示范围一般做成270度。,压力表的分类：压力表按其测量精确度，可分为精密压力表、一般压力表。精密压力表的测量精确度等级分别为0.1、0.16、0.25、0.4级；一般压力表的测量精确度等级分别
3、为1.0、1.6、2.5、4.0级。压力表按其指示压力的基准不同，分为一般压力表、绝对压力表、差压表。一般压力表以大气压力为基准；绝压表以绝对压力零位为基准；差压表测量两个被测压力之差。压力表按其测量范围，分为真空表、压力真空表、微压表、低压表、中压表及高压表。真空表用于测量小于大气压力的压力值；压力真空表用于测量小于和大于大气压力的压力值；微压表用于测量小于60000 Pa的压力值；低压表用于测量06MPa压力值；中压表用于测量1060MPa压力值；高压表用于测量100MPa以上压力值。耐震压力表的壳体制成全密封结构，且在壳体内填充阻尼油，由于其阻尼作用可以使用在工作环境振动或介质压力（载荷
4、）脉动的测量场所。带有电接点控制开关的压力表可以实现发讯报警或控制功能。带有远传机构的压力表可以提供工业工程中所需要的电信号（比如电阻信号或标准直流电流信号）。隔膜表所使用的隔离器（化学密封）能通过隔离膜片，将被测介质与仪表隔离，以便测量强腐蚀、高温、易结晶介质的压力。压力表的弹性元件机械压力表中的弹性敏感元件随着压力的变化,而产生弹性变形。机械压力表采用弹簧管（波登管）、膜片、膜盒及波纹管等敏感元件并按此分类。敏感元件一般是由铜合金、不锈钢或由特殊材料制成。弹簧管（波登管）分为C型管、盘簧管、螺旋管等型式。一般采用冷作硬化型材料坯管，在退火态具有很高的塑性，经压力加工冷作硬化及定性处理后获得
5、很高的弹性和强度。弹簧管在内腔压力作用下，利用其所具有的弹性特性，可以方便地将压力转变为弹簧管自由端的弹性位移。弹簧管的测量范围一般在0.1MPa 250MPa。膜片敏感元件是带有波浪的圆形膜片，膜片本身位于两个法兰之间，或焊接在法兰盘上或其边缘夹在两个法兰盘之间。膜片一侧受到测量介质的压力。这样膜片所产生的微小弯曲变形可用来间接测量介质的压力。压力的大小由指针显示。膜片与波登管相比其传递力较大。由于膜片本身周围边缘固定，所以其防振性较好。膜片压力表可达到很高的过压保护（比如膜片贴附在上法兰盘上）。膜片还可以加上保护镀层以提高防腐性。利用开口法兰、冲洗、开口等措施可用膜片压力表测量粘度很大、不
6、清洁的及结晶的介质。膜片压力表的压力测量范围在1600Pa 2.5 MPa。膜盒敏感元件由两块对扣在一起的呈圆形波浪截面的膜片组成。测量介质的压力作用在膜盒腔内侧，由此所产生的变形可用来间接测量介质的压力。压力值的大小由指针显示。膜盒压力表一般用来测量气体的微压，并具有一定程度的过压保护能力。几个膜盒敏感元件叠在一起后会产生较大的传递力来测量极微小的压力。膜盒压力表的压力测量范围在250Pa 60000Pa。,弹簧管压力表基本结构在压力测量和压力量值传递领域中，最常用到的仪器仪表无愧应数压力表。因其结构简单、指示直观、性能稳定而得到了广泛的应用。目前，国内各生产厂家的压力表结构大同小异，主要由
7、接口支撑部件、测量机构、传动放大机构和示数装置组成。基本原理压力表的工作原理是：当被测介质通过接口部件进入弹性敏感元件（弹簧管）内腔时，弹性敏感元件在被测介质压力的作用下其自由端端会产生相应的位移，相应的 位移则通过齿轮传动放大机构和杆机构转换为对应的转角位移，与转角位移同步的仪表指针就会在示数装置的度盘刻线上指示出被测介质的压力。,压力变送器基础知识,压力变送器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。压力变送器类型以量程范围：微压变送器、压力变送器以测量方式：差压
8、变送器、压力变送器以测量要求：绝压变送器、表压变送器、相对表压变送器。按测压传感元件材料原理大体分这么几种：电容式硅压阻式硅谐振式硅电容式陶瓷电容式陶瓷压阻式电容式原理变送器被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。压力变送器是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的信号。单晶硅谐振式,由单晶硅谐振式传感器上的两上H形的振动梁分别将差压、压力信号转换成频率信号，送到脉冲计数器，再
9、将两频率之差直接传递到CPU进行数据处理，经D/A转换器转换为与输入信号相对应的420mADC的输出信号，并在模拟信号上叠加一个BRAIN/HART数字信号进行通信。膜盒组件中内置的特性修正存贮器存贮传感器的环境温度、静压及输入/输出特性修正数据，经CPU运算，可使变送器获得优良的温度特性和静压特性及输入/输出特性。1、结构原理单晶硅谐振传感器的核心部分，即在一单晶硅芯片上采用微电子机械加工技术（MEMS），分别在其表面的中心和边缘作成两个形状、大小完全一致的H形状的谐振梁（H形状谐振器有两个振梁），且处于微型真空腔中，使其即不与充灌液接触，又确保振动时不受空气阻尼的影响。2、谐振梁振动原理
10、硅谐振梁处于由永久磁铁提供的磁场中，与变压器、放大器等组成一正反馈回路，让谐振梁在回路中产生振荡。3、受力情况 当单晶硅片的上下表面受到压力并形成压力差时将产生形变，中心处受到压缩力，边缘处受到张力，因而两个形状振梁分别感受不同应变作用，其结果是中心谐振梁受压缩力而频减少，边侧谐振梁因受张力而频率之差对应不同的压力信号。,压力表选型,单位及标度(刻度)压力仪表一律使用法定计量单位。即:帕(Pa)、千帕(kPa)和兆帕(MPa)。对于涉外设计项目，可以采用国际通用标准或相应的国家标准。按照使用环境和测量介质的性质选择1 在大气腐蚀性较强、粉尘较多和易喷淋液体等环境恶劣的场合，应根据环境条件，选择
11、合适的外壳材料及防护等级。2 对一般介质的测量(1)压力在-40kPa-+40kPa时，宜选用膜盒压力表。(2)压力在+40kPa以上时，一般选用弹簧管压力表或波纹管压力计。(3)压力在-100kPa-+2400kPa时，应选用压力真空表。(4)压力在-100kPa-0kPa时，宜选用弹簧管真空表。3 稀硝酸、醋酸及其它一般腐蚀性介质，应选用耐酸压力表或不锈钢膜片压力表。4 稀盐酸、盐酸气、重油类及其类似的具有强腐蚀性、含固体颗粒、粘稠液等介质，应选用膜片压力表或隔膜压力表。其膜片及隔膜的材质，必须根据测量介质的特性选择。5 结晶、结疤及高粘度等介质，应选用法兰式隔膜压力表。6 在机械振动较强
12、的场合，应选用耐震压力表或船用压力表。7 在易燃、易爆的场合，如需电接点讯号时，应选用防爆压力控制器或防爆电接点压力表。,8 对于测量高、中压力或腐蚀性较强的介质的压力表，宜选择壳体具有超压释放设施的压力表。下列测量介质应选用专用压力表:(1)气氨、液氨:氨压力表、真空表、压力真空表;(2)氧气:氧气压力表;(3)氢气:氢气压力表;(4)氯气:耐氯压力表、压力真空表;(5)乙炔:乙炔压力表;(6)硫化氢:耐硫压力表;(7)碱液:耐碱压力表、压力真空表。10 测量差压时，应选用差压压力表。精确度等级的选择1 一般测量用压力表、膜盒压力表和膜片压力表，应选用1.5级或2.5.级。2 精密测量用压力
13、表，应选用0.4级、0.25级或0.16级。外型尺寸的选择1 在管道和设备上安装的压力表，表盘直径为l00mm或150mm。2 在仪表气动管路及其辅助设备上安装的压力表，表盘直径为小于60mm。3 安装在照度较低、位置较高或示值不易观测场合的压力表，表盘直径为大于150mm或200mm。测量范围的选择,1 测量稳定的压力时，正常操作压力值应在仪表测量范围上限值的1/3-2/3,2 测量脉动压力(如:泵、压缩机和风机等出口处压力)时，正常操作压力值应在仪表测量范围上限值的1/31/23 侧量高、中压力时，正常操作压力值不应超过仪表测量范围上限值的1/2变送器的选择1 以标准信号传输时，应选用变送
14、器。2 易燃、易爆场合，应选用气动变送器或防爆型电动变送器。3 结晶、结疤、堵塞、粘稠及腐蚀性介质，应选用法兰式变送器。与介质直接接触的材质，必须根据介质的特性选择。4 对于测量精确度要求高，而一般模拟仪表难以达到时，宜选用智能式变送器，其精确度优于0.2级以上。当测量点位置不宜接近或环境条件恶劣时，也宜选用智能式变送器。5 使用环境较好、测量精确度和可靠性要求不高的场合，可以选用电阻式、电感式远传压力表或霍尔压力变送器。6 测量微小压力(小于500Pa)时，可选用微差压变送器。7 测量设备或管道差压时，应选用差压变送器。8 在使用环境较好、易接近的场合，可选用直接安装型变送器。,安装附件的选
15、择1 测量水蒸汽和温度大于60的介质时，应选用冷凝管或虹吸器。2 测量易液化的气体时，若取压点高于仪表，应选用分离器。3 测量含粉尘的气体时，应选用除尘器。4 测量脉动压力时，应选用阻尼器或缓冲器。5 在使用环境温度接近或低于测量介质的冰点或凝固点时，应采取绝热或伴热措施。,压力变送器选型,压力变送器应该如何选型，以下几点供参考1、变送器要测量什么样的压力先确定系统中测量压力的最大值，一般而言需要选择一个具有比最大值还要大1.5倍左右的压力量程的变送器。这主要是在许多系统中，尤其是水压测量和加工处理中，有峰值和持续不规则的上下波动，这种瞬间的峰值能破坏压力传感器。持续的高压力值或稍微超出变送器
16、的标定最大值会缩短传感器的寿命，这样做还会使精度下降。于是可以用一个缓冲器来降低压力毛刺，但这样会降低传感器的响应速度。所以在选择变送器时要充分考虑压力范围、精度与其稳定性。2、什么样的压力介质黏性液体、泥浆会堵上压力接口，溶剂或有腐蚀性的物质会不会破坏变送器中与这些介质直接接触的材料。以上这些因素将决定是否选择直接的隔离膜及直接与介质接触的材料。3、变送器需要多大的精度决定精度的有，非线性，迟滞性，非重复性，温度、零点偏置刻度，温度的影响。但主要由非线性，迟滞性，非重复性，精度越高，价格也就越高。4、变送器的温度范围,通常一个变送器会标定两个温确段，其中一个温度段是正常工作温度，另外一个是温
17、度补偿范围，正常工作温度范围是指变送器在工作状态下不被破坏的时候的温度范围，在超出温度补偿范围时可能会达不到其应用的性能指标。温度补偿范围是一个比工作温度范围小的典型范围。在这个范围内工作变送器肯定会达到其应有的性能指标。温度变化从两方面影响着其输出，一是零点漂移，二是影响满量程输出。如：满量程的+/-X%/，读数的+/-X%/，在超出温度范围时满量程的+/-X%，在温度补偿范围内时读数的+/-X%，如果没有这些参数，会导致在使用中的不确定性。变送器输出的变化到度是由压力变化引起的，还是由温度变化引起的。温度影响是了解如何使用变送器时最复杂的一部分。5、需要得到怎样的输出信号mV、V、mA及频
18、率输出数字输出，选择怎样的输出取决于多种因素，包括变送器与系统控制器或显示器间的距离，是否存在“噪声”或其他电子干扰信号，是否需要放大器，放大器的位置等。对于许多变送器和控制器间距离较短的OEM设备采用mA输出的变送器最为经济而有效的解决方法。如果需要将输出信号放大，最好采用具有内置放大的变送器。对于远距离传输或存在较强的电子干扰信号最好采用mA级输出或频率输出。如果在RFI或EMI指标很高的环境中除了要注意到要选择,mA或频率输出外还要考虑到特殊的保护或过滤器。6、选择怎样的励磁电压输出信号的类型决定选择怎么样的励磁电压。许多变送器有内置的电压调节装置，因此其电源电压范围较大。有些变送器是定
19、量配置，需要一个稳定的工作电压，因此，工作电压决定是否采用带有调节器的传感器，选择传送器时要综合考虑工作电压与系统造价。7、是否需要具备互换性的变送器确定所需的变送器是否能够适应多个使用系统。一般来讲这一点很重要，尤其是对于OEM产品。一旦将产品送到客户手中那么客户用来校准的花销是相当大的。如果产品具有良好的互换性，那么即使改变所用的变送器也不会影响整个系统的效果。8、变送器超时工作后需要保持稳定度大部分变送器在经过超额工作后会产生“漂移”，因此很有必要在购买前了解变送器的稳定性，这种预先的工作能减少将来使用中会出现的种种麻烦。9、变送器的封装变送器的封装，往往容易忽略是它的机架，然而这一点在
20、以后使用中会逐渐暴露出其缺点。在选购变送器时一定要考虑到将来变送器的工作环境，湿度如何，怎样安装变送器，会不会有强烈的撞击或振动等。10、在变送器与其它电子设备间采用怎样的连接是否需要采用短距离连接？若是采用长距离连接，是否需要采用一个连接器。,安装知识,压力取压点及其安装注意事项一般取压1、压力取源部件的安装位置应选在介质流束稳定的地方。2、测量带有灰尘、固体颗粒或沉淀物等混浊介质的压力时，取源部件应倾斜向上安装。在水平的工艺管道上宜顺流束成锐角安装。3、压力取源部件在水平和倾斜的工艺管道上安装时，取压口的方位应符合下列规定：（1）、测量气体压力时，在工艺管道的上半部。（2）、测量液体压力时
21、，在工艺管道的下半部与工艺管道的水平中心线成045度夹角的范围内。（3）、测量蒸汽压力时，在工艺管道的上半部及下半部与工艺管道水平中心线成045度夹角的范围内。变送器在工艺管道上正确的安装位置与被测介质有关，为获效得最佳的测量果，应注意考虑下列情况：1防止变送器与腐蚀性或过热的介质接触；2防止渣滓在导管内沉积；3测量液体压力时，取压口应开在流程管道侧面，以避免沉淀积渣。4测量气体压力时，取压口应开在流程管道顶端，并且变送器也应安装在流程管道上部，以便积累的液体容易注入流程管道中。5导压管应安装在温度波动小的地方；,6测量蒸汽或其它高温介质时，需接加缓冲管（盘管）等冷凝器，不应使变送器的工作温度
22、超过极限。7冬季发生冰冻时，按装在室外的变送器必需采取防冻措施，避免引压口内的液体因结冰体积膨胀，导致传感器损坏。8.测量液体压力时，变送器的安装位置应避免液体的冲击（水锤现象），以免传感器过压损坏。9接线时，将电缆穿过防水接头（附件）或绕性管并拧紧密封螺帽，以防雨水等通过电缆渗漏进变送器壳体内。系统的正确安装包括取压口的开口位置、连接导管的合理铺设和仪表安装位置的正确等。1取压口的位置选择（1）避免处于管路弯曲、分叉及流束形成涡流的区域。（2）当管路中有突出物体（如测温元件）时，取压口应取在其前面。（3）当必须在调节阀门附近取压 时，若取压口在其前，则与阀门距离应 不小于2倍管径；若取压口在
23、其后，则 与阀门距离应不小于3倍管径。（4）对 于宽广容器，取压口应处于流体流动平稳和无涡流的区域。总之，在工艺流程上确定的取压口位置应能保证测得所要选取的工艺参数。2连接导管的铺设 连接导管的水平段应有一定的斜度，以利于排除冷凝液体或气体。当被测介质为气体时，导管应向取压口方向低倾；当被测介质,为液体时，导管则应向测压仪表方向倾斜；当被测参数为较小的差压值时，倾斜度可再稍大一点。此外，如导管在上下拐弯处，则应根据导管中的介质情况，在最低点安置排泄冷凝液体装置或在最高处安置排气装置，以保证在相当长的时间内不致因在导管中积 存冷凝液体或气体而影响测量的准确度。冷凝液体或气体要定期排放。3测压仪表的安装及使用注意事项（1）仪表应垂直于水平面安装；（2）仪表测定点与仪表安装处在同一水平位置，否考虑附加高度误差的修正；（3）仪表安装处与测定点之间的距离应尽量短，以免指示迟缓；（4）保证密封性，不应有泄漏现象出现，尤其是易燃易爆气体介质和有毒有害介质。,谢谢观看！,
