[教育]壓力測量儀表知識及其選型

1、壓力測量儀表知識及其選型,目錄,1.壓力表基礎知識2.壓力變送器基礎知識3.壓力表的選型4.壓力變送器的選型5安裝知識,壓力表基礎知識,,壓力的定義： 這里的壓力概念，實際上指的是物理學上的壓強，即單位面積上所承受壓力的大小。 絕對壓力：以絕對壓力零位為基準，高于絕對壓力零位的壓力。 正壓：以大氣壓力為基準，高于大氣壓力的壓力。 負壓（真空）：以大氣壓力為基準，低于大氣壓力的壓力。 差壓：兩個壓力之間

2、的差值。 表壓：以大氣壓力為基準，大于或小于大氣壓力的壓力。 壓力表：以大氣壓力為基準，用于測量小于或大于大氣壓力的儀表。 壓力表： 在工業(yè)過程控制與技術測量過程中，由于機械式壓力表的彈性敏感元件具有很高的機械強度以及生產(chǎn)方便等特性，使得機械式壓力表得到越來越廣泛的應用。 機械壓力表中的彈性敏感元件隨著壓力的變化而產(chǎn)生彈性變形。機械壓力表采用彈簧管（波登管），膜片，膜盒及波紋管等敏感元件并按此分類。所測量的壓力

3、一般視為相對壓力。一般相對點選為大氣壓力。彈性元件在介質(zhì)壓力作用下產(chǎn)生的彈性變形，通過壓力表的齒輪傳動機構(gòu)放大，壓力表就會顯示出相對于大氣壓的相對值(或高或低)。 在測量范圍內(nèi)的壓力值由指針顯示，刻度盤的指示范圍一般做成270度。,壓力表的分類： 壓力表按其測量精確度，可分為精密壓力表、一般壓力表。精密壓力表的測量精確度等級分別為0.1、0.16、0.25、0.4級；一般壓力表的測量精確度等級分別為1.0、1.6、2.5、4

4、.0級。 壓力表按其指示壓力的基準不同，分為一般壓力表、絕對壓力表、差壓表。一般壓力表以大氣壓力為基準；絕壓表以絕對壓力零位為基準；差壓表測量兩個被測壓力之差。 壓力表按其測量范圍，分為真空表、壓力真空表、微壓表、低壓表、中壓表及高壓表。真空表用于測量小于大氣壓力的壓力值；壓力真空表用于測量小于和大于大氣壓力的壓力值；微壓表用于測量小于60000 Pa的壓力值；低壓表用于測量0~6MPa壓力值；中壓表用于測量10~60MPa

5、壓力值；高壓表用于測量100MPa以上壓力值。 耐震壓力表的殼體制成全密封結(jié)構(gòu)，且在殼體內(nèi)填充阻尼油，由于其阻尼作用可以使用在工作環(huán)境振動或介質(zhì)壓力（載荷）脈動的測量場所。 帶有電接點控制開關的壓力表可以實現(xiàn)發(fā)訊報警或控制功能。 帶有遠傳機構(gòu)的壓力表可以提供工業(yè)工程中所需要的電信號（比如電阻信號或標準直流電流信號）。 隔膜表所使用的隔離器（化學密封）能通過隔離膜片，將被測介質(zhì)與儀表隔離，以便測量強腐蝕、高溫、易

6、結(jié)晶介質(zhì)的壓力。 壓力表的彈性元件機械壓力表中的彈性敏感元件隨著壓力的變化,而產(chǎn)生彈性變形。機械壓力表采用彈簧管（波登管）、膜片、膜盒及波紋管等敏感元件并按此分類。敏感元件一般是由銅合金、不銹鋼或由特殊材料制成。   彈簧管（波登管）分為C型管、盤簧管、螺旋管等型式。一般采用冷作硬化型材料坯管，在退火態(tài)具有很高的塑性，經(jīng)壓力加工冷作硬化及定性處理后獲得很高的彈性和強度。彈簧管在內(nèi)腔壓力作用下，利用其所具有的彈性特性，可以

7、方便地將壓力轉(zhuǎn)變?yōu)閺椈晒茏杂啥说膹椥晕灰啤椈晒艿臏y量范圍一般在0.1MPa ~ 250MPa。  膜片敏感元件是帶有波浪的圓形膜片，膜片本身位于兩個法蘭之間，或焊接在法蘭盤上或其邊緣夾在兩個法蘭盤之間。膜片一側(cè)受到測量介質(zhì)的壓力。這樣膜片所產(chǎn)生的微小彎曲變形可用來間接測量介質(zhì)的壓力。壓力的大小由指針顯示。膜片與波登管相比其傳遞力較大。由于膜片本身周圍邊緣固定，所以其防振性較好。膜片壓力表可達到很高的過壓保護（比如膜片貼附在上法

8、蘭盤上）。膜片還可以加上保護鍍層以提高防腐性。利用開口法蘭、沖洗、開口等措施可用膜片壓力表測量粘度很大、不清潔的及結(jié)晶的介質(zhì)。膜片壓力表的壓力測量范圍在1600Pa ~ 2.5 MPa。  膜盒敏感元件由兩塊對扣在一起的呈圓形波浪截面的膜片組成。測量介質(zhì)的壓力作用在膜盒腔內(nèi)側(cè)，由此所產(chǎn)生的變形可用來間接測量介質(zhì)的壓力。壓力值的大小由指針顯示。膜盒壓力表一般用來測量氣體的微壓，并具有一定程度的過壓保護能力。幾個膜盒敏感元件疊在一起后會

9、產(chǎn)生較大的傳遞力來測量極微小的壓力。膜盒壓力表的壓力測量范圍在250Pa ~ 60000Pa。,彈簧管壓力表基本結(jié)構(gòu)        在壓力測量和壓力量值傳遞領域中，最常用到的儀器儀表無愧應數(shù)壓力表。因其結(jié)構(gòu)簡單、指示直觀、性能穩(wěn)定而得到了廣泛的應用。目前，國內(nèi)各生產(chǎn)廠家的壓力表結(jié)構(gòu)大同小異，主要由接口支撐部件、測量機構(gòu)、傳動放大機構(gòu)和示數(shù)裝置組成?；?/p>

10、原理      壓力表的工作原理是： 當被測介質(zhì)通過接口部件進入彈性敏感元件（彈簧管）內(nèi)腔時，彈性敏感元件在被測介質(zhì)壓力的作用下其自由端端會產(chǎn)生相應的位移，相應的 位移則通過齒輪傳動放大機構(gòu)和桿機構(gòu)轉(zhuǎn)換為對應的轉(zhuǎn)角位移，與轉(zhuǎn)角位移同步的儀表指針就會在示數(shù)裝置的度盤刻線上指示出被測介質(zhì)的壓力。,壓力變送器基礎知識,,壓力變送器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應

11、用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)。 壓力變送器類型以量程范圍：微壓變送器、壓力變送器以測量方式：差壓變送器、壓力變送器以測量要求：絕壓變送器、表壓變送器、相對表壓變送器。按測壓傳感元件材料原理大體分這么幾種：電容式硅壓阻式硅諧振式硅電容式陶瓷電容式陶瓷壓阻式電容式原理變送器被測介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室，作用在δ

12、元件(即敏感元件)的兩側(cè)隔離膜片上，通過隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測量膜片兩側(cè)。壓力變送器是由測量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各組成一個電容器。 當兩側(cè)壓力不一致時，致使測量膜片產(chǎn)生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側(cè)電容量就不等，通過振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換成與壓力成正比的信號。單晶硅諧振式,由單晶硅諧振式傳感器上的兩上H形的振動梁分別將差壓、壓力信號轉(zhuǎn)換成頻率信號，送到脈沖計數(shù)器，再將兩頻率之差直接傳遞到CPU進行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換

13、器轉(zhuǎn)換為與輸入信號相對應的4~20mADC的輸出信號，并在模擬信號上疊加一個BRAIN/HART數(shù)字信號進行通信。 膜盒組件中內(nèi)置的特性修正存貯器存貯傳感器的環(huán)境溫度、靜壓及輸入/輸出特性修正數(shù)據(jù)，經(jīng)CPU運算，可使變送器獲得優(yōu)良的溫度特性和靜壓特性及輸入/輸出特性。 1、 結(jié)構(gòu)原理單晶硅諧振傳感器的核心部分，即在一單晶硅芯片上采用微電子機械加工技術（MEMS），分別在其表面的中心和邊緣作成兩個形狀、大小完全一致的H形狀的諧振梁

14、（H形狀諧振器有兩個振梁），且處于微型真空腔中，使其即不與充灌液接觸，又確保振動時不受空氣阻尼的影響。 2、 諧振梁振動原理 硅諧振梁處于由永久磁鐵提供的磁場中，與變壓器、放大器等組成一正反饋回路，讓諧振梁在回路中產(chǎn)生振蕩。 3、 受力情況 當單晶硅片的上下表面受到壓力并形成壓力差時將產(chǎn)生形變，中心處受到壓縮力，邊緣處受到張力，因而兩個形狀振梁分別感受不同應變作用，其結(jié)果是中心諧振梁受壓縮力而頻減少，邊側(cè)諧

15、振梁因受張力而頻率之差對應不同的壓力信號。,壓力表選型,單位及標度(刻度)壓力儀表一律使用法定計量單位。即:帕(Pa)、千帕(kPa)和兆帕(MPa)。　　對于涉外設計項目，可以采用國際通用標準或相應的國家標準?！　“凑帐褂铆h(huán)境和測量介質(zhì)的性質(zhì)選擇　　1 在大氣腐蝕性較強、粉塵較多和易噴淋液體等環(huán)境惡劣的場合，應根據(jù)環(huán)境條件，選擇合適的外殼材料及防護等級?！　? 對一般介質(zhì)的測量　　(1) 壓力在-40kPa---+40kPa

16、時，宜選用膜盒壓力表?！　?2 ) 壓力在+40kPa以上時，一般選用彈簧管壓力表或波紋管壓力計?！　?3) 壓力在-100kPa---+2400kPa時，應選用壓力真空表。　　(4) 壓力在-100kPa--0kPa時，宜選用彈簧管真空表?！　? 稀硝酸、醋酸及其它一般腐蝕性介質(zhì)，應選用耐酸壓力表或不銹鋼膜片壓力表?！　? 稀鹽酸、鹽酸氣、重油類及其類似的具有強腐蝕性、含固體顆粒、粘稠液等介質(zhì)，應選用膜片壓力表或隔膜壓力表。

17、其膜片及隔膜的材質(zhì)，必須根據(jù)測量介質(zhì)的特性選擇?！　? 結(jié)晶 、結(jié)疤及高粘度等介質(zhì)，應選用法蘭式隔膜壓力表?！　? 在機械振動較強的場合，應選用耐震壓力表或船用壓力表?！　? 在易燃、易爆的場合，如需電接點訊號時，應選用防爆壓力控制器或防爆電接點壓力表。,8 對于測量高、中壓力或腐蝕性較強的介質(zhì)的壓力表，宜選擇殼體具有超壓釋放設施的壓力表?！　∠铝袦y量介質(zhì)應選用專用壓力表:　　(1) 氣氨、液氨:氨壓力表、真空表、壓力真空表;

18、　　(2) 氧氣:氧氣壓力表;　　(3) 氫氣:氫氣壓力表;　　(4) 氯氣:耐氯壓力表、壓力真空表;　　(5) 乙炔:乙炔壓力表;　　(6 ) 硫化氫:耐硫壓力表;　　(7) 堿液:耐堿壓力表、壓力真空表?！　?0 測量差壓時，應選用差壓壓力表?！　【_度等級的選擇　　1 一般測量用壓力表、膜盒壓力表和膜片壓力表，應選用1.5級或2.5. 級。　　2 精密測量用壓力表，應選用0.4級、0.25級或0.16級?！　?/p>

19、外型尺寸的選擇　　1 在管道和設備上安裝的壓力表，表盤直徑為l00mm或150mm?！　? 在儀表氣動管路及其輔助設備上安裝的壓力表，表盤直徑為小于60mm?！　? 安裝在照度較低、位置較高或示值不易觀測場合的壓力表，表盤直徑為大于150mm或200mm ?！　y量范圍的選擇,1 測量穩(wěn)定的壓力時，正常操作壓力值應在儀表測量范圍上限值的1/3---2/3,　　2 測量脈動壓力(如:泵、壓縮機和風機等出口處壓力)時，正常操作壓力

20、值應在　　儀表測量范圍上限值的1/3~1/2　　3 側(cè)量高、中壓力時，正常操作壓力值不應超過儀表測量范圍上限值的1/2　　變送器的選擇　　1 以標準信號傳輸時，應選用變送器?！　? 易燃、易爆場合，應選用氣動變送器或防爆型電動變送器?！　? 結(jié)晶、結(jié)疤、堵塞、粘稠及腐蝕性介質(zhì)，應選用法蘭式變送器。與介質(zhì)直接接觸的材質(zhì)，必須根據(jù)介質(zhì)的特性選擇。　　4 對于測量精確度要求高，而一般模擬儀表難以達到時，宜選用智能式變送器，其精確

21、度優(yōu)于0.2級以上。當測量點位置不宜接近或環(huán)境條件惡劣時，也宜選用智能式變送器。　　5 使用環(huán)境較好、測量精確度和可靠性要求不高的場合，可以選用電阻式、電感式遠傳壓力表或霍爾壓力變送器?！　? 測量微小壓力(小于500Pa)時，可選用微差壓變送器?！　? 測量設備或管道差壓時，應選用差壓變送器。　　8 在使用環(huán)境較好、易接近的場合，可選用直接安裝型變送器。,安裝附件的選擇　　1 測量水蒸汽和溫度大于60℃的介質(zhì)時，應選用冷凝管

22、或虹吸器?！　? 測量易液化的氣體時，若取壓點高于儀表，應選用分離器?！　? 測量含粉塵的氣體時，應選用除塵器。　　4 測量脈動壓力時，應選用阻尼器或緩沖器?！　? 在使用環(huán)境溫度接近或低于測量介質(zhì)的冰點或凝固點時，應采取絕熱或伴熱措施。,壓力變送器選型,壓力變送器應該如何選型，以下幾點供參考　　1、變送器要測量什么樣的壓力　　先確定系統(tǒng)中測量壓力的最大值，一般而言需要選擇一個具有比最大值還要大1.5倍左右的壓力量程的變送器

23、。這主要是在許多系統(tǒng)中，尤其是水壓測量和加工處理中，有峰值和持續(xù)不規(guī)則的上下波動，這種瞬間的峰值能破壞壓力傳感器。持續(xù)的高壓力值或稍微超出變送器的標定最大值會縮短傳感器的壽命，這樣做還會使精度下降。于是可以用一個緩沖器來降低壓力毛刺，但這樣會降低傳感器的響應速度。所以在選擇變送器時要充分考慮壓力范圍、精度與其穩(wěn)定性?！　?、什么樣的壓力介質(zhì)　　黏性液體、泥漿會堵上壓力接口，溶劑或有腐蝕性的物質(zhì)會不會破壞變送器中與這些介質(zhì)直接接觸的材

24、料。以上這些因素將決定是否選擇直接的隔離膜及直接與介質(zhì)接觸的材料?！　?、變送器需要多大的精度　　決定精度的有，非線性，遲滯性，非重復性，溫度、零點偏置刻度，溫度的影響。但主要由非線性，遲滯性，非重復性，精度越高，價格也就越高?！　?、變送器的溫度范圍,通常一個變送器會標定兩個溫確段，其中一個溫度段是正常工作溫度，另外一個是溫度補償范圍，正常工作溫度范圍是指變送器在工作狀態(tài)下不被破壞的時候的溫度范圍，在超出溫度補償范圍時可能會達不

25、到其應用的性能指標?！　囟妊a償范圍是一個比工作溫度范圍小的典型范圍。在這個范圍內(nèi)工作變送器肯定會達到其應有的性能指標。溫度變化從兩方面影響著其輸出，一是零點漂移，二是影響滿量程輸出。如：滿量程的+/-X%/℃，讀數(shù)的+/-X%/℃，在超出溫度范圍時滿量程的+/-X%，在溫度補償范圍內(nèi)時讀數(shù)的+/-X%，如果沒有這些參數(shù)，會導致在使用中的不確定性。變送器輸出的變化到度是由壓力變化引起的，還是由溫度變化引起的。溫度影響是了解如何使用變送

26、器時最復雜的一部分。　　5、需要得到怎樣的輸出信號　　mV、V、mA及頻率輸出數(shù)字輸出，選擇怎樣的輸出取決于多種因素，包括變送器與系統(tǒng)控制器或顯示器間的距離，是否存在“噪聲”或其他電子干擾信號，是否需要放大器，放大器的位置等。對于許多變送器和控制器間距離較短的OEM設備采用mA輸出的變送器最為經(jīng)濟而有效的解決方法?！　∪绻枰獙⑤敵鲂盘柗糯?，最好采用具有內(nèi)置放大的變送器。對于遠距離傳輸或存在較強的電子干擾信號最好采用mA級輸出或頻

27、率輸出?！　∪绻赗FI或EMI指標很高的環(huán)境中除了要注意到要選擇,mA或頻率輸出外還要考慮到特殊的保護或過濾器。　　6、選擇怎樣的勵磁電壓　　輸出信號的類型決定選擇怎么樣的勵磁電壓。許多變送器有內(nèi)置的電壓調(diào)節(jié)裝置，因此其電源電壓范圍較大。有些變送器是定量配置，需要一個穩(wěn)定的工作電壓，因此，工作電壓決定是否采用帶有調(diào)節(jié)器的傳感器，選擇傳送器時要綜合考慮工作電壓與系統(tǒng)造價。　　7、是否需要具備互換性的變送器　　確定所需的變送器是

28、否能夠適應多個使用系統(tǒng)。一般來講這一點很重要，尤其是對于OEM產(chǎn)品。一旦將產(chǎn)品送到客戶手中那么客戶用來校準的花銷是相當大的。如果產(chǎn)品具有良好的互換性，那么即使改變所用的變送器也不會影響整個系統(tǒng)的效果?！　?、變送器超時工作后需要保持穩(wěn)定度　　大部分變送器在經(jīng)過超額工作后會產(chǎn)生“漂移”，因此很有必要在購買前了解變送器的穩(wěn)定性，這種預先的工作能減少將來使用中會出現(xiàn)的種種麻煩。　　9、變送器的封裝　　變送器的封裝，往往容易忽略是它的機

29、架，然而這一點在以后使用中會逐漸暴露出其缺點。在選購變送器時一定要考慮到將來變送器的工作環(huán)境，濕度如何，怎樣安裝變送器，會不會有強烈的撞擊或振動等?！　?0、在變送器與其它電子設備間采用怎樣的連接　　是否需要采用短距離連接？若是采用長距離連接，是否需要采用一個連接器。,安裝知識,壓力取壓點及其安裝注意事項一般取壓1、壓力取源部件的安裝位置應選在介質(zhì)流束穩(wěn)定的地方。2、測量帶有灰塵、固體顆粒或沉淀物等混濁介質(zhì)的壓力時，取源部件應

30、傾斜向上安裝。在水平的工藝管道上宜順流束成銳角安裝。3、壓力取源部件在水平和傾斜的工藝管道上安裝時，取壓口的方位應符合下列規(guī)定：　　 （1）、測量氣體壓力時，在工藝管道的上半部?！　?（2）、測量液體壓力時，在工藝管道的下半部與工藝管道的水平中心線成0～45度夾角的范圍內(nèi)?！　?（3）、測量蒸汽壓力時，在工藝管道的上半部及下半部與工藝管道水平中心線成0～45度夾角的范圍內(nèi)。變送器在工藝管道上正確的安裝位置與被測介質(zhì)有關，為獲效

31、得最佳的測量果，應注意考慮下列情況： 1．防止變送器與腐蝕性或過熱的介質(zhì)接觸；2．防止渣滓在導管內(nèi)沉積； 3．測量液體壓力時，取壓口應開在流程管道側(cè)面，以避免沉淀積渣。4．測量氣體壓力時，取壓口應開在流程管道頂端，并且變送器也應安裝在流程管道上部，以便積累的液體容易注入流程管道中。5．導壓管應安裝在溫度波動小的地方；,6．測量蒸汽或其它高溫介質(zhì)時，需接加緩沖管（盤管）等冷凝器，不應使變送器的工作溫度超過極限。7．冬季發(fā)生冰凍

32、時，按裝在室外的變送器必需采取防凍措施，避免引壓口內(nèi)的液體因結(jié)冰體積膨脹，導致傳感器損壞。 8. 測量液體壓力時，變送器的安裝位置應避免液體的沖擊（水錘現(xiàn)象），以免傳感器過壓損壞。9．接線時，將電纜穿過防水接頭（附件）或繞性管并擰緊密封螺帽，以防雨水等通過電纜滲漏進變送器殼體內(nèi)?！∠到y(tǒng)的正確安裝包括取壓口的開口位置、連接導管的合理鋪設和儀表安裝位置的正確等。 　　1．取壓口的位置選擇（1）避免處于管路彎曲、分叉及流束形成渦流的區(qū)

33、域。（2）當管路中有突出物體（如測溫元件）時，取壓口應取在其前面。（3）當必須在調(diào)節(jié)閥門附近取壓 時，若取壓口在其前，則與閥門距離應 不小于2倍管徑；若取壓口在其后，則 與閥門距離應不小于3倍管徑。（4）對 于寬廣容器，取壓口應處于流體流動平穩(wěn)和無渦流的區(qū)域?？傊?，在工藝流程上確定的取壓口位置應能保證測得所要選取的工藝參數(shù)?！　?．連接導管的鋪設 　　連接導管的水平段應有一定的斜度，以利于排除冷凝液體或氣體。當被測介質(zhì)為氣體時，導管

34、應向取壓口方向低傾；當被測介質(zhì),為液體時，導管則應向測壓儀表方向傾斜；當被測參數(shù)為較小的差壓值時，傾斜度可再稍大一點。此外，如導管在上下拐彎處，則應根據(jù)導管中的介質(zhì)情況，在最低點安置排泄冷凝液體裝置或在最高處安置排氣裝置，以保證在相當長的時間內(nèi)不致因在導管中積 存冷凝液體或氣體而影響測量的準確度。冷凝液體或氣體要定期排放?！　?．測壓儀表的安裝及使用注意事項 　　（1）儀表應垂直于水平面安裝；（2）儀表測定點與儀表安裝處在同一水平位