第2章3过程控制系统与仪表
50页1、2.3 压力检测及仪表 压力是工业生产中的重要工艺参数之一。如在化工、炼油等生产工艺中,经常会遇到压力,包括高压、超高压和真空度(负压)的测量。,2.3.1压力检测的方法 工程上习惯把垂直作用于作用单位面积上的力称为 “压力”。即 P = F/S,压力的单位是“帕斯卡”1Pa =1N/m2 1MPa =106Pa 1工程大气压 = 1kg /cm2 = 9.80665104Pa 0.1MPa,工程中压力的表示方式有: 表压、负压(真空度)、 差压、绝对压力。,工业中所用仪表的压力指示值,大多数为表压和差压。,p差压 = p被测压力1 - p被测压力2,表压 、绝对压力、负压(真空度)、差压之间的关系:,p表亚 = p绝对压力 - p大气压力,p真空镀 = p大气压力 - p绝对压力,压力测量仪表品种很多,按照其转换原理的不同,大致可分为四大类。,1、液柱式压力计 利用液体静力学原理测压,如U型管压力计,当被测压力P大于大气压力B时,液柱会产生高度差。,在U型管h2处等压面上有: P +1g( H+h1+h2 ) =B + 2g H + g( h1+h2 ) 则: p = P - B=
2、(2 -1 ) g H + ( 2 ) g (h1+h2) 只要读出(h1+h2)便可知p,U型管压力计在读(h1h2)时,产生两次读数误差。为了减少读数误差,可将其改进为单管压力计和斜管压力计,测量原理相似。 目前,液柱式压力计使用较少。,2、弹性式压力计,它是将被测压力转换成弹性元件的变形位移进行测量的。,3电气式压力计 是通过各种敏感元件将被测压力转换成电量(电压、电流、频率等)进行测量的。例如力平衡式压力变送器、电容式压力变送器等。 4活塞式压力计 是根据液体传送压力的原理,将被测压力与活塞上所加的砝码质量进行平衡来测量的。它的测量精度很高。,2.3.2 弹性式压力计 利用弹性元件受压产生变形可以测量压力。由于其产生的位移或力易转化为电量,且构造简单,价格便宜,测压范围宽,被广泛使用。 常用的弹性元件有5种:,(1)单圈弹簧管 将截面为椭圆形的金属空心管弯成270圆弧形,顶端封口,当通入压力 p 后,它的自由端就会产生位移。,测压范围较宽,可高达1000MPa。,(2)多圈弹簧管 为了在测低压时增加位移,可以将弹簧管制成多圈状。,(3) 膜片 用金属或非金属材料做成的具有弹性的
3、圆片(有平膜片和波纹膜片)。在压力作用下,其中心产生变形位移。可测低压。,(4) 膜盒 将两张金属膜片沿周口对焊,内充硅油。使膜片增加强度。,( 5 ) 波纹管 位移最大,可测微压(1MPa)。,弹簧管压力表的品种规格繁多。按其用途不同,有普通弹簧管压力表、耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。但它们的外形与结构基本相同,只是所用的弹簧管材料有所不同。,2.3.2.2弹簧管压力表,弹簧管压力表的结构原理,1 - 弹簧管,2- 拉杆,3- 扇形齿轮,4- 中心齿轮,5- 指针,6 面板,7 游丝,8 调整螺钉,9 接头,弹簧管是一根弯成270圆弧的椭圆截面的空心金属管,管子的自由端B封闭,并连接拉杆及扇形齿轮,带动中心齿轮及指针。,在被测压力 p 的作用下,弹簧管的椭圆形截面趋于圆形,圆弧状的弹簧管随之向外扩张变形。 自由端B的位移与输入压力p成正比。通过拉杆、齿轮的传递、放大,带动指针偏转。,基本测量原理,传递及放大过程,游丝7用来压紧扇形齿轮和中心齿轮间的接触面。,自由端B的位移,拉杆2,扇形齿轮3,中心齿轮4,同轴的指针5转动,在面板6的刻度标尺上 指示出被测压力p的数值,调整螺
4、钉8的位置,即改变了机械传动系数,调整了仪表量程。,测压关系: 自由端的相对角位移 / o 与被测压力P成正比。,/ o = KP,K常数,生产中,常需要把压力控制在某一范围内。要求当压力超出给定范围时,测量仪表能发出信号,以提醒操作人员,或启动继电器实现压力的自动控制。这就要求压力表带有报警或控制输出。,电接点压力表 在普通弹簧管压力表的基础上稍添部件,便可成为电接点信号压力表。,增加两个报警针,上面分别装静触点1和4,指示针上装动触点2。分别用软导线引至输出接线柱。,使用时可后接两个信号灯或继电器3、5。,报警原理: 若压力降到下限值时,动触点2与静触点1接触,接通了信号灯3的电路。当压力超过上限值时,动触点2和静触点4接触,信号灯5的电路被接通。,2.3.3电气式压力计 电气式压力计是指将压力转换成电信号进行显示的仪表。电气式压力变送器是指将压力转换成标准电信号输出的仪表。 电气式压力计一般由压力传感元件、测量电路和信号处理电路所组成。,2.3.3.1电容式差压(压力)变送器 当电容式差压变送器的一个被测压力是大气压时,就成为压力变送器。 电容式压力变送器是20世纪70年代初由美
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