1、压力仪表基础知识压力仪表基础知识 培训培训 石化新项目部石化新项目部 主要内容 一一 、压力概念、压力概念 二二 、压力仪表的分类及其优缺点、压力仪表的分类及其优缺点 三三 、压力表的选用、校验、安装、压力表的选用、校验、安装 一一 、压力概念、压力概念 压力：垂直均匀地作用在单位面积上的力，它的法压力：垂直均匀地作用在单位面积上的力，它的法 定计量单位是帕斯卡（简称帕），符号为定计量单位是帕斯卡（简称帕），符号为PaPa，其它，其它 常用法定计量单位还有常用法定计量单位还有KpaKpa、MpaMpa。 1Pa1Pa就是就是1 1牛顿牛顿 （N N）的力作用在）的力作用在1 1平方米（平方米（
2、m m2 2）面积上所产生的压）面积上所产生的压 力。力。 绝对压力绝对压力是以完全真空作为零标准的压力是以完全真空作为零标准的压力。在用绝在用绝 对压力表示低于大气压时对压力表示低于大气压时，把该绝对压力称为真空把该绝对压力称为真空 度度。 表压力表压力是以当地大气压作为零标准的压力。通常所是以当地大气压作为零标准的压力。通常所 指压力就是指表压力。指压力就是指表压力。 差压差压是用两个压力之差表示的压力，也就是以大气是用两个压力之差表示的压力，也就是以大气 压以外的任意压力作零标准的压力。压以外的任意压力作零标准的压力。 根据测量要求，按零标准的方法，可分为绝对压力根据测量要求，按零标准的
3、方法，可分为绝对压力 、表压力、差压力等。工业上相应检测压力的仪表有、表压力、差压力等。工业上相应检测压力的仪表有 压力表、真空表、压力真空两用表。工程上检测压力压力表、真空表、压力真空两用表。工程上检测压力 多数是表压，但工程上仪表调校和计算时，又多数用多数是表压，但工程上仪表调校和计算时，又多数用 绝对压力。应根据实际情况应用。绝对压力。应根据实际情况应用。 a P表压表压=P绝对压力绝对压力P大气压大气压 b P真空度真空度=P大气压力大气压力P绝对压力绝对压力 二、测压仪表的分类：二、测压仪表的分类： 1 1 弹性式压力计弹性式压力计 2 2 液柱式压力计液柱式压力计 3 3 活塞式压
4、力计活塞式压力计 4 4 电气式压力计电气式压力计 5 5 压力开关压力开关 6 6 智能压力变送器智能压力变送器 1 1弹性压力计弹性压力计 弹性压力计弹性压力计: :依据弹性力与被测压力平衡依据弹性力与被测压力平衡 的原理制成，弹性元件变形位移量的多的原理制成，弹性元件变形位移量的多 少反映了被测压力的大小。少反映了被测压力的大小。 常用的弹性元件有常用的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹弹簧管、膜片和波纹 管管，相应的有弹簧管压力计、膜式压力，相应的有弹簧管压力计、膜式压力 计和波纹管式压差计计和波纹管式压差计。 弹簧管弹性元件有弹簧管弹性元件有： 弹簧管压力计：弹簧管的横截面呈椭圆形或扁圆形
5、弹簧管压力计：弹簧管的横截面呈椭圆形或扁圆形， 是一根空心的金属管是一根空心的金属管，其一端封闭为自由端其一端封闭为自由端，另一另一 端固定在仪表的外壳上端固定在仪表的外壳上，并与被测介质相连通并与被测介质相连通，当当 具有压力的介质进入管的内腔后具有压力的介质进入管的内腔后，由于弹簧管的横由于弹簧管的横 截面是椭圆形或扁圆形的截面是椭圆形或扁圆形的。所以在压力的作用下它所以在压力的作用下它 会发生变形会发生变形。短轴方向的内表面积比长轴方向的大短轴方向的内表面积比长轴方向的大， 因而受力也大因而受力也大，当管内压力比管外大时当管内压力比管外大时，短轴要变短轴要变 长些长些，长轴要变短些长轴要
6、变短些，管子截面趋于更圆管子截面趋于更圆。使弯成使弯成 圆弧状的弹簧管向外伸张圆弧状的弹簧管向外伸张，在自由端产生位移在自由端产生位移。此此 位移经杆系和齿轮机构带动指针位移经杆系和齿轮机构带动指针，指针指出相应的指针指出相应的 压力值压力值。 普通压力表 精密压力表 远传式压力表远传式压力表 电接点压力表电接点压力表 有的压力表背后有个小圆孔这是起 什么作用的？ 当压力表测量气体或有毒液体时，在它的表壳背后有一个安全 孔（有黑色的橡胶垫堵着），这样当弹簧管渗漏，损坏时，表 壳内的压力会把安全阀顶开，防止壳体内的压力冲破正面的玻 璃伤人。 膜式压力计：膜式压力计分为膜式压力计：膜式压力计分为膜
7、片压膜片压 力计力计和和膜盒压力计膜盒压力计两种。前者主要用于两种。前者主要用于 测量腐蚀性介质或非凝固、非结晶的粘测量腐蚀性介质或非凝固、非结晶的粘 性介质的压力；后者常用于测量气体的性介质的压力；后者常用于测量气体的 微压或负压。它们的敏感元件分别是膜微压或负压。它们的敏感元件分别是膜 片和膜盒片和膜盒 。 膜片压力计：膜片压力计： （a a）弹性膜片）弹性膜片 （b b）挠性膜片）挠性膜片 膜盒压力计：膜盒压力计： 为了增大膜片的为了增大膜片的 位移量以提高灵位移量以提高灵 敏度，可以把两敏度，可以把两 片金属膜片的周片金属膜片的周 边焊接在一起，边焊接在一起， 形成膜盒。形成膜盒。 波
8、纹管式弹性元件：波纹管式弹性元件： 这种弹性元件容易变形，而且位移大，常用这种弹性元件容易变形，而且位移大，常用 于微压和低压测量。（一般不超过于微压和低压测量。（一般不超过1MP1MPa a） 弹性式压力计的误差：弹性式压力计的误差： 1 1、迟滞误差迟滞误差：相同压力下，同一弹性元件正反行：相同压力下，同一弹性元件正反行 程的变形量不一样，产生迟滞误差。程的变形量不一样，产生迟滞误差。 2 2、后效误差后效误差：弹性元件的变形落后于被测压力的：弹性元件的变形落后于被测压力的 变化，引起弹性后效误差。变化，引起弹性后效误差。 3 3、间隙误差间隙误差：仪表的各种活动部件之间有间隙，：仪表的各
9、种活动部件之间有间隙， 示值与弹性元件的变形不可能完全对应，引起间隙示值与弹性元件的变形不可能完全对应，引起间隙 误差。误差。 4 4、摩擦误差摩擦误差：仪表的活动部件运动时，相互间存：仪表的活动部件运动时，相互间存 在摩擦力，产生摩擦误差。在摩擦力，产生摩擦误差。 5 5、温度误差温度误差：环境温度的变化会引起金属材料弹：环境温度的变化会引起金属材料弹 性模量的变化，造成温度误差。性模量的变化，造成温度误差。 2 2液柱式压力计液柱式压力计 液柱式压力计：液柱式压力计：是根据流体静力学原是根据流体静力学原 理，利用液柱所产生的压力与被测压力理，利用液柱所产生的压力与被测压力 平衡，并根据液柱
10、高度来确定被测压力平衡，并根据液柱高度来确定被测压力 大小的压力计。所用液体叫作大小的压力计。所用液体叫作封液封液，常，常 用的有水、酒精、水银等。液柱式压力用的有水、酒精、水银等。液柱式压力 计多用于测量低压、负压和压力差。常计多用于测量低压、负压和压力差。常 用的液注式压力计用的液注式压力计有有U U型管压力计、单型管压力计、单 管压力计和斜管微压计。管压力计和斜管微压计。 U U型管压力计型管压力计 单管压力计单管压力计 斜管微压计斜管微压计 液柱式压力计的测量误差液柱式压力计的测量误差 ： 1 1、环境温度变化的影响，环境温度偏离规定环境温度变化的影响，环境温度偏离规定 温度温度202
11、0后，封液密度改变对压力计读数影响后，封液密度改变对压力计读数影响 2 2、仪器使用地点的重力加速度影响仪器使用地点的重力加速度影响 3 3、毛细现象使封液表面形成弯月面，这不仅毛细现象使封液表面形成弯月面，这不仅 会引起读数误差，而且会引起液柱的升高或会引起读数误差，而且会引起液柱的升高或 降低。这种误差与封液的表面张力、管径、降低。这种误差与封液的表面张力、管径、 管内壁的洁净度等因素有关，难以精确得到。管内壁的洁净度等因素有关，难以精确得到。 实际应用时，常常通过加大管径来减少毛细实际应用时，常常通过加大管径来减少毛细 现象的影响。现象的影响。 3 3活塞式压力计活塞式压力计 活塞式压力
12、计：活塞式压力计：将被测压力转换成活塞上将被测压力转换成活塞上 所加平衡砝码的重量进行测量。所加平衡砝码的重量进行测量。 活塞式压力计是基于帕斯卡定律及流体静活塞式压力计是基于帕斯卡定律及流体静 力学平衡原理产生的一种高准确度、高复力学平衡原理产生的一种高准确度、高复 现性和高可信度的标准压力计量仪器现性和高可信度的标准压力计量仪器 . . 4 4电气式压力计电气式压力计 电气式压力计：电气式压力计：电气式压力计通常是将压力的变化电气式压力计通常是将压力的变化 转换为电阻、电感或电势等电量的变化，构成各种转换为电阻、电感或电势等电量的变化，构成各种 压力传感器。由于它输出的是电量，便于信号远传
13、，压力传感器。由于它输出的是电量，便于信号远传， 尤其是便于与计算机连接组成数据自动采集系统，尤其是便于与计算机连接组成数据自动采集系统， 所以得到了广泛的应用，极大地推进了自控技术的所以得到了广泛的应用，极大地推进了自控技术的 发展。发展。 电气式压力计组成：压力传感器、测量电路和信号电气式压力计组成：压力传感器、测量电路和信号 处理装置。处理装置。 电气式压力计的种类很多，分类方式也不尽相同。电气式压力计的种类很多，分类方式也不尽相同。 从压力转换成电量的途径来看，可分为从压力转换成电量的途径来看，可分为电阻式、电电阻式、电 容式、电感式等等；还有电磁效应、压阻效应、压容式、电感式等等；还
14、有电磁效应、压阻效应、压 电效应、光电效应电效应、光电效应等等。等等。 电阻应变片式压力传感器电阻应变片式压力传感器 被测压力作用于弹性敏感元件上被测压力作用于弹性敏感元件上，使它产生变形使它产生变形，在在 其变形的部位粘贴有电阻应变片其变形的部位粘贴有电阻应变片，电阻应变片感受被测电阻应变片感受被测 压力的变化压力的变化，按这种原理设计的传感器称为电阻应变片按这种原理设计的传感器称为电阻应变片 式压力传感器式压力传感器。 电感式传感器工作原理：电感式传感器工作原理： 电磁感应原理为基础，把电磁感应原理为基础，把 弹性元件的位移量转换为弹性元件的位移量转换为 电路中电感量的变化或互电路中电感量
15、的变化或互 感量的变化当压力进入膜感量的变化当压力进入膜 盒时，膜盒的顶端在压力盒时，膜盒的顶端在压力P P 的作用下产生与压力的作用下产生与压力P P 大大 小成正比的位移，于是衔小成正比的位移，于是衔 铁也发生移动，从而使气铁也发生移动，从而使气 隙发生变化，流过线圈的隙发生变化，流过线圈的 电流也发生相应的变化，电流也发生相应的变化， 电流表电流表A A的指示值就反映的指示值就反映 了被测压力的大小了被测压力的大小。 线 圈 铁 芯 衔 铁 膜 盒 P U A 电容式压力传感器：将压力转换为电容量的电容式压力传感器：将压力转换为电容量的 变化，然后进行测量。变化，然后进行测量。 测量膜盒
16、一般填充硅油。中心感应片和两边测量膜盒一般填充硅油。中心感应片和两边 固定弧形电极。当被测压力作用在隔离膜片固定弧形电极。当被测压力作用在隔离膜片 上时通过硅油传递压力，引到中间感应膜片，上时通过硅油传递压力，引到中间感应膜片， 使之产生位移，这样中间膜片到俩膜片距离使之产生位移，这样中间膜片到俩膜片距离 不相再等，使俩边不相再等，使俩边 电容不相等，通过转换放电容不相等，通过转换放 大为大为4 4- -20m20mA A信号。信号。 电容式传感器主要优点：电容式传感器主要优点： 输入能量小而灵敏度高。极距变化型电输入能量小而灵敏度高。极距变化型电 容式传感器只需要很小的能量就能改变容式传感器
17、只需要很小的能量就能改变 电容极板的位置。因此电容传感器可以电容极板的位置。因此电容传感器可以 测量很小的力、振动加速度，而且很灵测量很小的力、振动加速度，而且很灵 敏。敏。 动态特性好。电容传感器活动零件少，动态特性好。电容传感器活动零件少， 本身具有很高的自振频率，所以动态特本身具有很高的自振频率，所以动态特 性好性好。 能量损耗小：电容式传感器的工作是变能量损耗小：电容式传感器的工作是变 化极板的间距，而电容变化并不产生热化极板的间距，而电容变化并不产生热 量。量。 结构简单，适应性好：电容式传感器的结构简单，适应性好：电容式传感器的 主要结构是两块金属极板和绝缘层，结主要结构是两块金属
18、极板和绝缘层，结 构很简单，在振动、辐射环境下仍能正构很简单，在振动、辐射环境下仍能正 常工作。常工作。 55压力开关压力开关 压力开关压力开关: :是一种简单的压力控制装置。当被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测压力达到额定值时，压力开关可发出警报 或控制信号。或控制信号。 压力开关的工作原理是：当被测压力超过额压力开关的工作原理是：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 或经过比较后推动或经过比较后推动 开关元件，改变开关开关元件，改变开关 元件的通断状态，达元件的通断状态，达 到控制被测压力的目
19、到控制被测压力的目 的。的。 压力开关采用的弹性元件有压力开关采用的弹性元件有单圈弹簧管、单圈弹簧管、 膜片、膜盒及波纹管膜片、膜盒及波纹管等。等。 开关元件有开关元件有磁性开关磁性开关、水银开关、微动开关、水银开关、微动开关。 开关形式有开关形式有常开式常开式和和常闭式常闭式两种。调节方式两种。调节方式 有有两位式两位式和和三位式三位式两种两种。 66智能压力变送器智能压力变送器 智能变送器是在普通的电气式压力计基智能变送器是在普通的电气式压力计基 础上，增加了微处理器而形成的一种础上，增加了微处理器而形成的一种 智能式检测仪表。智能变送器种类很智能式检测仪表。智能变送器种类很 多，结构各有
20、差异。按照被检测变量多，结构各有差异。按照被检测变量 的不同，分为智能压力变送器、智能的不同，分为智能压力变送器、智能 差压变送器等。差压变送器等。 智能式变送器的特点：智能式变送器的特点： 1. 1. 在检测部件中，除了压力（差压）在检测部件中，除了压力（差压） 传感元外，一般还有温度传感元件。产传感元外，一般还有温度传感元件。产 品采用微机械电子加工技术、超大规模品采用微机械电子加工技术、超大规模 的专用集成电路（的专用集成电路（ASICASIC）和表面安装）和表面安装 技术（技术（SMTSMT），其结构形式有：），其结构形式有： 硅电容式硅电容式 硅谐振式硅谐振式 复合半导体式复合半导体
21、式 硅微电容式硅微电容式。 2. 2. 智能变送器的精度较高，一般在智能变送器的精度较高，一般在0.1%0.1%0.2%0.2%， 有的还能到有的还能到0.075%0.075%；测量范围很宽，量程比达；测量范围很宽，量程比达4040、 5050、100100甚至甚至400400；其他如温度性能、静压性能、单；其他如温度性能、静压性能、单 向过载性能等也比以往的变送器有很大的提高。向过载性能等也比以往的变送器有很大的提高。 3. 3. 智能变送器可以在手持通信器（又称手操器）上智能变送器可以在手持通信器（又称手操器）上 远程设定仪表的零点和量程，因此仪表可以在不通远程设定仪表的零点和量程，因此仪
22、表可以在不通 信号压力的情况下更改测量范围。信号压力的情况下更改测量范围。 4. 4. 智能变送器和智能变送器和DCSDCS控制系统之间可数字通信，就控制系统之间可数字通信，就 为全数字化的现场总线控制系统提供了条件。为全数字化的现场总线控制系统提供了条件。 智能压力差压变送器 罗斯蒙特 富士 霍尼韦尔 EJA HART手操器 275手操器 375手操器 475手操 器 三三 、压力表的选用、校验、安装、压力表的选用、校验、安装 （1 1）压力表的选择：）压力表的选择： 仪表量程的选择：在被测压力较稳定的情况下仪表量程的选择：在被测压力较稳定的情况下，最最 大工作压力不应超过仪表满量程的大工作
23、压力不应超过仪表满量程的3 3/ /4 4；在压力波；在压力波 动较大时动较大时，不应超过仪表满量程的不应超过仪表满量程的2 2/ /3 3；为保证测；为保证测 量的准确度量的准确度，最小工作压力不应小于满量程的最小工作压力不应小于满量程的1 1/ /3 3。 我国生产的压力表有统一的量程系列我国生产的压力表有统一的量程系列，它们是它们是1 1、 1 1. .6 6、2 2. .5 5、4 4. .0 0、6 6. .0 0kPakPa以及它们的以及它们的1010n n倍数倍数。 仪表精度的选择：主要根据生产允许的最大误差来仪表精度的选择：主要根据生产允许的最大误差来 确定确定，即要求实际被测
24、压力允许的最大绝对误差即要求实际被测压力允许的最大绝对误差 应小于仪表的基本误差应小于仪表的基本误差。 仪表类型的选择：从压力大小来考虑：小压力采仪表类型的选择：从压力大小来考虑：小压力采 用液柱式或膜盒式，较大的采用弹簧管。从被测用液柱式或膜盒式，较大的采用弹簧管。从被测 介质来考虑：腐蚀性介质采用不锈钢材质，氧气、介质来考虑：腐蚀性介质采用不锈钢材质，氧气、 乙炔等介质采用专用的压力表。乙炔等介质采用专用的压力表。 校验就是将被校压力校验就是将被校压力 表和标准压力表通以相表和标准压力表通以相 同压力，比较它们的指同压力，比较它们的指 示值，如果被校表对于示值，如果被校表对于 标准表的读数
25、误差不大标准表的读数误差不大 于被校表的最大允许绝于被校表的最大允许绝 对误差时，则认为被校对误差时，则认为被校 表合格。表合格。 常用的校验仪表是活常用的校验仪表是活 塞式压力计。塞式压力计。 （2 2）压力仪表的校验：）压力仪表的校验： （3 3）压力表的安装）压力表的安装 压力表的安装基本要求如下：压力表的安装基本要求如下： a a 测压点测压点: :按被测介质的需求选取正确的测压点，按被测介质的需求选取正确的测压点， 与工艺设备的接触处内壁应保持平齐，不许有与工艺设备的接触处内壁应保持平齐，不许有 凸出物或毛刺，以免影响静压力的正确取得。凸出物或毛刺，以免影响静压力的正确取得。 根据不
26、同的被测介质选择不同的测压位置。根据不同的被测介质选择不同的测压位置。 b b 安装地点的选择安装地点的选择 : :避免振动与高温的影响。避免振动与高温的影响。 c c 防温、防腐、防冻、防堵措施防温、防腐、防冻、防堵措施 例如检测蒸汽例如检测蒸汽 压力时，应加装凝液罐，以防止高温蒸汽与测压力时，应加装凝液罐，以防止高温蒸汽与测 压元件直接接触而损坏测压元件。对于有腐蚀压元件直接接触而损坏测压元件。对于有腐蚀 性的被测介质，应加装充有中性介质的隔离罐性的被测介质，应加装充有中性介质的隔离罐。 d d 安装压力表时，应考虑今后检修方便，压力的取安装压力表时，应考虑今后检修方便，压力的取 压口到压力表之间应安装切断阀，切断阀安装在压口到压力表之间应安装切断阀，切断阀安装在 靠近取压口的地方，测量蒸汽应加装冷凝弯。靠近取压口的地方，测量蒸汽应加装冷凝弯。 e e 如需在现场调校，被测介质又有脏污的情况，切如需在现场调校，被测介质又有脏污的情况，切 断阀改用三通阀。断阀改用三通阀。 f f 安装时引压管不宜过长，否则容易造成测量滞后安装时引压管不宜过长，否则容易造成测量滞后 最长不超过最长不超过5050米。米。 谢谢
