压力测量仪表.docx
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压力测量仪表
压力测量仪表
一、压力仪表基础知识：
1、压力定义：
实际是指物理学上的压强，即单位面积上所承受压力的大小。
2、压力单位：
我国法定的压力单位为Pa（N/㎡），简称帕。
常采用的单位还有：
Kgf/cm2、bar、标准大气压atm、mmHg、磅每平方英寸PSI（lb/in2）
3、常用的两个压力压强单位换算表：
1atm=0.1MPa=100KPa=1公斤=1bar=10米水柱＝14.5PSI
1KPa=0.01公斤=0.01bar=7.5mmHg=100mmH2O
4、压力的表示方法
压力有两种表示方法：
一种是以绝对真空作为基准所表示的压力，称为绝对压力；另一种是以大气压力作为基准所表示的压力，称为相对压力。
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。
由于大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力，故相对压力也称表压力。
当绝对压力小于大气压力时，可用容器内的绝对压力不足一个大气压的数值来表示。
称为”真空度”。
它们的关系如下：
绝对压力=大气压力+相对压力
真空度=大气压力—绝对压力
5、常用的压力测量方法
液柱法——U型管压力计、单管压力计
弹性变形法——弹簧管压力计、波纹管压力计、薄膜
电测法——压阻材料、压电材料、霍尔效应
二、压力表
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。
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。
1、压力表的分类：
1）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为1.0、1.6、2.5、4.0级。
2）压力表按其指示压力基准不同，分为一般压力表、绝对压力表、差压表。
3）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60000Pa的压力值；低压表用于测量0~6MPa压力值；中压表用于测量10~60MPa压力值；高压表用于测量100MPa以上压力值。
4）其它类型：
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）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）。
隔膜压力表所使用的隔离器（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。
5）压力表按敏感元件分类，可分为弹簧管、膜片、膜盒及波纹管压力表。
2、弹簧管压力表
弹簧管压力表又称弹性式压力表，弹簧管分为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很高的弹性和强度，弹簧管的测量范围一般在0.1MPa~250MPa。
弹簧管压力表是弹簧管在内腔压力作用下，利用其所具有的弹性特性变形而引起位移，经过连杆和齿轮传动机构放大，传递到仪表的指针上，指示出被测压力的数值。
下图所示是弹簧压力表结构图。
其敏感元件是弹簧管，它一端是封死的自由端，另一端焊接在接头上。
被测介质由接头引入弹簧管，介质的压力使弹簧管的自由端向上方扩张，通过拉杆使扇形齿轮作逆时针方向偏转，从而使中心齿轮带动同的指针作顺时针方向偏转，在面板上指示出被测的压力数值。
游丝是用来克服因扇形齿轮和中心齿轮的间隙而产生的仪表偏差。
改变调整螺钉的位置,可以调整压力表的量程。
弹簧管的材料是根据所测量的范围和测量介质不同而选用不同的金属。
3、弹簧压力表示值超差的调整方法
单圈弹簧管式压力表是工业上应用十分广泛的压力仪表，在检定过程中，示值超差问题比较普遍，具体的调整方法如下：
1）每一检定点超差值相同。
可以在升压以后，在除零点以外的第一个检定点重新安装指针，校准示值。
2）差值呈线性误差。
误差逐渐增加时，将示值调节螺钉向外移以增加臂长；反之，则向内移，减少臂长。
3）示值超差先快（正误差）后慢（负误差）。
反时针方向转动机芯，扩大拉杆与扇形齿轮的夹角；反之，则顺时针方向转动机芯，缩小夹角。
经过调整后。
误差呈线性误差，再移动示值调节螺钉即可。
4）示值在压力一半附近超差。
升压以后，可在中间位置重新安装指针，若不能消除误差，就应该调整拉杆与扇形齿轮的夹角，进行综合调整。
5）仅有一两个点超差。
检查机芯在该点附近的配合情况，当为正差时，齿轮啮合处有污物、毛刺；为负差时，齿牙磨损和有伤，应修补或更换。
6）对一块压力表多次调整，但来回差依然超差，且指针不回零位，则可能是弹簧管变形，需重新更换。
7）调整结束后，装配好仪表各部件，按照检定规程重新进行检定。
4、隔膜压力表：
适用于测量强腐蚀、高温、高粘度、易结晶、
易凝固、有固体浮游物的介质压力以及必须避免测量介质直接进入通用型压力仪表和防止沉淀物积聚且易清洗的场合。
由隔膜隔离器与通用型压力仪表组成一个系统的隔膜表。
隔膜压力表与设备连接方式主要有螺纹连接和法兰连接及卫生卡箍式等。
5、压力表的选用原则
压力表满量程刻度为容器或容器系统最高工作压力的1.5—3.0倍，最好选用2倍。
压力表盘直径不小于100mm，表盘上最好有指示容器系统的最高工作压力的最高工作压力的红线刻度。
6、压力表的安装
下图为管道公司广泛采用的典型压力表安装图
安装的一般原则：
（1）压力表应垂直安装；
（2）应设置在便于观察、清理处，避免受到辐射、冻结或振动等不利因素影响；
（3）压力表和缓冲弯管之间应装有三通旋塞或针型阀，以便更换和校验压力表。
详情参照《石油化工仪表工程施工技术规程SH3521-1999》。
6、压力表的使用要求
压力表在安装前，应经国家认可的计量部门对压力表进行校验，并出具校验合格证。
使用中的压力表每半年校验一次，出现压力指示不灵，指针松动，刻度不清，表盘玻璃破裂，泄压后指针不回零位及铅封损坏等问题时，必须立即更换。
三、压力变送器
（一）压力变送器介绍和原理
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。
压电式压力传感器分为：
压电晶体、压电陶瓷
变送器是从传感器发展而来的，凡能输出标准信号的传感器就称为变送器（标准信号是物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信号，如直流4～20mA），有了统一的信号形式和数值范围，就便于把各种变送器和其他仪表组成检测系统或调节系统。
输出为非标准信号的传感器，必须和特定的仪表或装置配套，才能实现检测或调节功能。
为了加强通用性和灵活性，某些传感器的输出可以靠转换器把非标准信号转换成标准信号，使之与带有标准信号的输入电路或接口的仪表配套。
不同的标准信号也可借助于转换器互相转换。
例如利用气/电转换器，能把20～100kPa的空气压力转换成0～10mA的直流电流。
压力变送器主要由测压元件传感器（也称作压力传感器）、测量电路和过程连接件三部分组成。
压力变送器用于测量液体、气体或蒸汽的压力，然后将压力信号转变成4～20mADC信号输出，这样的电流信号与压力大小成线性关系，一般是正比关系，即变送器输出的电流随压力增大而增大，由此得出一个压力和电压或电流的关系式，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。
压力变送器根据测量原理可分为电容式压力变送器和扩散硅压力变送器，陶瓷压力变送器，应变式压力变送器等。
压力变送器根据测压范围可分成一般压力变送器（0.001MPa～20MPa）和微差压变送器（0～1.5kPa），负压变送器三种。
电容式压力变送器原理：
压力变送器的被测介质的两种压力通入高、低两压力室，低压室压力采用大气压或真空，作用在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。
扩散硅变送器工作原理：
压力作用在不锈钢隔离膜片上，通过隔离硅油传递到扩散硅压力敏感元件上引起电桥输出电压变化，经差分放大和输出放大器放大，最后经V/A电压电流转换成与被测介质（液体）的压力成线性对应关系的4-20mA标准电流输出信号。
扩散硅压力变送器具有工作可靠、性能稳定、安装使用方便、体积小、重量轻、性能价格比高等点，能在各种正负压力测量中得到广泛应用。
采用进口扩散硅或芯体作为压力检测元件，传感器信号经高性能电子放大器转换成0-10mA或4-20mA统一输出信号。
可替代传统的远传压力表，霍尔元件、差动变送器，并具有DDZ-Ⅱ及DDZ-Ⅲ型变送器性能。
能与各种型号的动圈式指示仪、数字压力表、电子电位差计配套使用，也能与智能调节仪或计算机系统配套使用。
扩散硅压力变送器特点
1）使用被测介质广泛，可测油、水等，具有一定的防腐能力。
2）高准确度、高稳定性，线性好，温度稳定性高。
3）体积小、重量轻、安装、调试、使用方便
4）不锈钢全封闭外壳，防水好。
5）压力传感器直接感测被测液位压力，不受介质起泡、沉积的影响。
模拟型压力变送器特点：
●精度高、量程、零点可调、稳定性能好
●二线制
●阻尼可调、耐过压
●固体传感器设计
●无机械可动部件、维修量少
●重量轻（2.4kg）
●全系列统一结构、互换性强
●小型化
●接触介质的膜片材料可选
智能型压力变送器特点：
●超级的测量性能，用于压力、差压、液位、流量测量
●数字精度：
+（-）0.05%
●模拟精度：
+（-）0.75%+（-）0.1%F.S
●全性能：
+（-）0.25F.S
●稳定性：
0.25%60个月
●量程比：
100：
1
●小型化（2.4kg）全不锈钢法兰，易于安装
●过程连接与其它产品兼容，实现最佳测量
●采用16位计算机的智能变送器
●标准4-20mA，带有基于HART协议的数字信号，远程操控
●支持向现场总线与基于现场控制的技术的升级。
智能压力变送器方块图如下：
（二）选择压力变送器所需要的参数
1.型号：
是选择智能型还是模拟型。
2.压力量程范围：
的压力变送器需要测量的压力（压强）上限，通常情况下，为了应对意外出现的过载现象而使变器免于损坏，订购的压力变送器量程通常大于现场测量最大压力约1/3。
3.压力变送器输出信号：
通常的压力变送器输出信号为电压（0-5V，0-10V等）和电流（0-20mA,4-20mA等）信号，适用于不同的需求，电流输出信号的变送器抗干扰能力较强，有很好的远传能力。
电压力输出的传感器适合于短距离的计算机采集和高频响要求。
4.供电电源：
压力变送器正常工作需要合适的激励电源。
通常情况下，电流输出信号的压力变送器供电为24VDC。
5.产品测量精度等级：
该参数为压力变送器按准（精）确度高低分成的等级。
衡量压力变送器测量水平的重要参数。
0.1%0.25%0.5%较为常见。
6.压力接口：
压力变送器在测量过程中，需要和被测量量进行勾通。
通常的勾通的方式为螺纹形式，较为常见的有M20X1.5和M12X1。
7．是否要带表头显示（指针、数码管、液晶）。
8．导线长度：
变送器的工作地点和控制地点往往有或长或短的一定距离，如果距离较短的话，在订购时需提醒供应单位带足够长的导线，尽量避免中间接线，如果需要接线时一定要选有带屏蔽的信号线，以免传输过程中损失信号。
9．变送器的工作环境温度和测量介质温度：
压力变送器如果工作的环境温度和测量介质温度如果过高的话就要对供应单位进行说明，上限通常以60℃为限。
下限通常以-10℃为限。
10．测量介质：
具有腐蚀性、具有较强的渗透能力、有很大的温差变化量。
（三）压力变送器维护故障解决整理表
问题现象
检查与测试
解决办法
1:
变送器无输出
1:
查看变送器电源是否接反；
把电源极性接正确
2:
测量变送器的供电电源，是否有24V直流电压；
必须保证供给变送器的电源电压≥12V（即变送器电源输入端电压≥12V）。
如果没有电源，则应检查回路是否断线、检测仪表是否选取错误（输入阻抗应≤250Ω）；等等。
3:
如果是带表头的，检查表头是否损坏（可以先将表头的两根线短路，如果短路后正常，则说明是表头损坏）；
表头损坏的则需另换表头，
4:
将电流表串入24V电源回路中，检查电流是否正常；
如果正常则说明变送器正常，此时应检查回路中其他仪表是否正常。
5:
电源是否接在变送器电源输入端；
把电源线接在电源接线端子上。
2:
变送器输出≥20mA
1:
变送器电源是否正常
如果小于12VDC，则应检查回路中是否有大的负载，变送器负载的输入阻抗应符合RL≤（变送器供电电压-12V）/（0.02A）Ω
2:
实际压力是否超过压力变送器的所选量程；
重新选用适当量程的压力变送器。
3:
压力传感器是否损坏，严重的过载有时会损坏隔离膜片。
需发回生产厂家进行修理。
4:
接线是否松动；
接好线并拧紧
5:
电源线接线是否正确
电源线应接在相应的接线柱上
3:
变送器输出≤4mA
1:
变送器电源是否正常
如果小于12VDC，则应检查回路中是否有大的负载，变送器负载的输入阻抗应符合RL≤（变送器供电电压-12V）/（0.02A）Ω
2:
实际压力是否超过压力变送器的所选量程；
重新选用适当量程的压力变送器
3：
压力传感器是否损坏，严重的过载有时会损坏隔离膜片。
需发回生产厂家进行修理。
4:
压力指示不正确
1:
变送器电源是否正常
如果小于12VDC，则应检查回路中是否有大的负载，变送器负载的输入阻抗应符合RL≤（变送器供电电压-12V）/（0.02A）Ω
2:
参照的压力值是否一定正确
如果参照压力表的精度低，则需另换精度较高的压力表。
3:
压力指示仪表的量程是否与压力变送器的量程一致
压力指示仪表的量程必须与压力变送器的量程一致
4:
压力指示仪表的输入与相应的接线是否正确
压力指示仪表的输入是4~20mA的，则变送器输出信号可直接接入；如果压力指示仪表的输入是1~5V的则必须在压力指示仪表的输入端并接一个精度在千分之一及以上、阻值为250Ω的电阻，然后再接入变送器的输入。
5:
变送器负载的输入阻抗应符合RL≤（变送器供电电压-12V）/（0.02A）Ω
如不符合则根据其不同可采取相应措施：
如升高供电电压（但必须低于36VDC）、减小负载等
6:
多点纸记录仪没有记录时输入端是否开路；
如果开路则：
1、不能再带其他负载；2、改用其他没有记录时输入阻抗≤250Ω的记录仪。
7:
相应的设备外壳是否接地
设备外壳接地
8:
是否与交流电源及其他电源分开走线
与交流电源及其他电源分开走线
9:
压力传感器是否损坏，严重的过载有时会损坏隔离膜片。
需发回生产厂家进行修理。
10:
管路内是否有沙子、杂质等堵塞管道，有杂质时会使测量精度受到影响；
清理杂质，并在压力接口前加过滤网。
11:
管路的温度是否过高，压力传感器的使用温度是-25~85℃，但实际使用时最好在-20~70℃以内。
加缓冲管以散热，使用前最好在缓冲管内先加些冷水，以防过热蒸汽直接冲击传感器，从而损坏传感器或降低使用寿命。
（四）罗斯蒙特智能压力变送器介绍
参见样本。
四、压力开关
1.概述：
压力开关是一种简单的压力控制装置，当被测压力达到额定值时，压力开关可发出警报或控制信号。
压力开关的一般工作原理：
当系统内压力高于或低于额定的安全压力时，感应器内碟片瞬时发生移动，通过连接导杆推动开关接头接通或断开，当压力降至或升额定的恢复值时，碟片瞬复位，开关自动复位，或者简单的说是当被测压力超过额定值时，弹性元件的自由端产生位移，直接或经过比较后推动开关元件，改变开关元件的通断状态，达到控制被测压力的目的。
压力开关采用的弹性元件有单圈弹簧管、膜片、膜盒及波纹管等。
开关元件有磁性开关、水银开关、微动开关等。
压力开关是与电器开关相结合的装置，当到达预先设定的流体压力时，开关接点动作。
主要应用于电厂、石化、冶金行业等工业设备上输出报警或控制信号，在工业领域中有着重要的用途，能预防生产工程中重要装置的损坏，避免了重大生产事故地发生。
2.压力开关主要敏感元件介绍
波登管波纹管
3. 压力开关参数介绍：
3.1精度：
表示设备精准程度的值
3.2最大压力（Max.P）：
压力范围的最大值。
3.3满量程（F.S）：
压力范围最大值和最小值的差值。
3.4死区：
是指开关设定动作值和复位值的差值，例如当设定值为1MPa，实际复位值为0.9MPa时，死区为0.1MPa。
3.6单刀双掷：
由一个常开、一个常闭触点和一个公共端构成。
3.7双刀双掷：
由一个对称的左、右公共端，两组常开、常闭端子构成。
3.8上限一接点（常开）：
压力上升到设定值时，接点动作，回路导通。
3.9下限一接点（常闭）：
亚力下降到设定值时，接点动作，回路导通。
3.10上下限两接点HL：
是上限式和下限式的组合，分为两接点独立动作（双设定、双回路）和两接点同时动作（单设定、双回路）两种类型。
3.11上限2接点：
合并了两个上限形式，分为分为两接点独立动作（双设定、双回路）和两接点同时动作（单设定、双回路）两种类型。
3.12下限2接点：
合并了两个下限形式，分为两接点独立动作（双设定、双回路）和两接点同时动作（单设定，双回路）两种类型。
3.13耐压：
压力开关保持其正常性能所能承受的最大压力。
但是当压力开关用于过压场合时，敏感元件将会产生持续形变，这时压力设定值将变化，压力开关将不能发挥其正常性能甚至可能损坏。
3.14IP（防护等级）：
是由国际电工协会（IEC）所起草，关于灯具防尘防潮特性的标准。
4压力开关的选型
防爆的必要性
是否需要带指示
接点数量：
一接点（一个输出）或两接点（两个输出）、
设定值和压力范围的确定：
推荐设定范围在压力范围的30%—65%之间，可设定范围为压力范围的15%—90%之间。
接断差的形式：
可调式或固定式。
带隔膜的场合：
测定腐蚀性、高黏度或温度过高时，需要选用带隔膜。
5电接点压力表：
这是一种普通的管弹簧压力表，加上两组电接点。
可以接通相当高低压力的电接点，从而把压力控制在上下限之间。
这种电接点的容量小，只能开关接触器的控制线圈，压力表上的控制位置可以调节。
特点是：
价格便宜，使用简单，但是精度较低，使用寿命短，控制点设置比较麻烦且设置不方便，无需供电。
6BETA压力开关工作原理
BETA开关由自动对中式活塞、带固定弹簧的自动对中式活塞杆、微动开关、外壳、介质接口及其密封构成。
介质压力使膜片发生形变，作用在活塞上并使其作微小位移触击微动开关使之动作。
通过调节弹簧来设定开关动作的压力点，弹簧的精度以及调节螺纹的精度决定了压力开关的分辨率。
参见样本
7压力开关的检定校验规定
五、压力仪表校验
（一）压力仪表的精度校验,应按其不同使用条件分别采用下列信号源和校验设备进行：
1校验测量范围小于0.1MPa的压力表，宜用仪表空气作信号源，与测量范围相适应的标准压力表进行比较。
2测量范围大于0.1MPa的压力表应用活塞式压力计加压与标准压力表或标准砝码相比较，当使用砝码比较时应在砝码旋转的情况下读数
3校验真空压力表时，应用真空泵产生真空度，与测量范围相适应的液柱压力计或标准真空表比较。
4校验禁油压力表应用专用校验设备和工具，或在被校压力表与活塞式压力计之间安装一套油水隔离器，严禁压力表与油接触。
5膜盒式压力表和吸力计的精度校验，宜用大波纹管微压发生器，用补偿式微压计作标准表。
（二）压力表和双波纹管差压计的校验应符合下列规定
1按增大或减小方向施加压力信号，压力仪表指示值的基本误差和变差不得超过仪表精度要求的允许误差指针的上升与下降应平稳无迟滞摇晃现象
2校验点应在刻度范围内均匀选取且不得少于五点真空压力表的压力部分不得少于三点真空部分不得少于两点但压力部分测量上限值超过0.3MPa时真空部分只校验一点
3轻敲仪表外壳时指针偏移不得超过基本误差的一半且示值误差不得超过仪表的允许误差
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