压力检测与变送

一、概述 　　压力是工业生产中的重要参数之一，为了保证生产正常运行，必须对压力进行监测和控制，但需说明的是，这里所说的压力，实际上是物理概念中的压强，即垂直作用在单位面积上的力。 　　在压力测量中，常用绝对压力、表压力、负压力或真空度之分。所谓绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用符号pj表示。用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力，用符号pq表示。用来测量大气气压力的仪表叫气压表。绝对压力与大气压力之差。称为表压力，用符号pb表示。即pb=pj-pq。当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值（即负压力），此负压力值的绝对值，称为真空度，用符号pz表示。用来测量真空度的仪表称为真空表。既能测量压力值又能测量真空度的仪表叫压力真空表。 二、压力的测量与压力计的选择 　　压力测量原理可分为液柱式、弹性式、电阻式、电容式、电感式和振频式等等。压力计测量压力范围宽广可以从超真空如133×10-13Pa直到超高压280MPa。压力计从结构上可分为实验室型和工业应用型。压力计的品种繁多。因此根据被测压力对象很好地选用压力计就显得十分重要。 1．就地压力指示 　　当压力在2.6Kpa时,可采用膜片式压力表、波纹管压力表和波登管压力表。如接近大气压的低压检测时，可用膜片式压力表或波纹管式压力表。 2．远距离压力显示 　　若需要进行远距离压力显示时，一般用气动或电动压力变压器，也可用电气压力传感器。当压力范围为140~280MPa时，则应采用高压压力传感受器。当高真空测量时可采用热电真空计。 3．多点压力测量 　　进行多点压力测量时，可采用巡回压力检测仪。 若被测压力达到极限值需报警的，则应选用附带报警装置的各类压力计。 　　确选择压力计除上述几点考虑外，还需考虑以下几点。 （1）量程的选择 根据被测压力的大小确定仪表量程。对于弹性式压力表，在测稳定压力时，最大压力值应不超过满量程的3/4；测波动压力时，最大压力值应不超过满量程的2/3。最低测量压力值应不低于全量程的1/3。 （2）精度选择 根据生产允许的最大测量误差，以经济、实惠的原则确定仪表的精度级。一般工业用压力表1.5级或2.5级已足够,科研或精密测量用0.5级或0.35级的精密压力计或标准压力表。 （3）使用环境及介质性能的考虑 环境条件恶劣，，如高温、腐蚀、潮湿、振动等，被测介质的性能，如温度的高低、腐蚀性、易结晶、易燃、易爆等等，以此来确定压力表的种类和型号。 （4）压力表外形尺寸的选择 现场就地指示的压力表一般表面直径为φ100mm，在标准较高或照明条件关差的场合用表面直径为φ200~φ250mm的，盘装压力表直径为φ150mm，或用矩形压力表。常用弹性式压力表规格见表2-1-13。 表2-1-13常用弹性式压力表规格 2．精密包端管压力表（可作标准压力表） 　　符号说明：仪表型号中，常用汉语拼音的第一个字母表示某种意义，如Y-压力，Z—真空（阻尼），B—标准（防爆），J—精密（矩形），A—氨表，X—信号（电接点），P—膜片，E—膜盒，数字表示表面尺寸（mm），尺寸后的符号表示结构或配接的仪表。 4．包装管压力表在测量运行中的常见故障及处理方法。 包装管压力表常见故障及处理方法见表2-1-14。 三、压力传感器 　　压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分，由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出，给显示仪表显示压力值，或供控制和报警使用。 　　压力传感器的种类很多，常用压力传感器的性能比较如表2-1-15所示。 ① ① 表示输出信号经过放大。 1．应变式压力传感器 　　应变式压力传感器是把压力的变化转换成电阻值的变化来进行测量的，应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值随压力所产生的应变而变化。对于金属导体，电阻变化率 △R/R 的表达式为： （2-1-8） 式中μ—材料的泊松系数； ε—应变量。 图2-1-9为国产BPR-2型压力传感器的结构示意图。 　　在图2-1-9中，应变简的上端与外壳2固定在一起，下边与密封膜片3紧密接触，两片康铜丝应变片R1和R2用特殊胶合剂粘贴在应变筒的外壁上。R1沿应变简的轴向粘贴作为测量片，R2沿应变筒的径向粘贴作为温度补偿片。必须注意，应变片与筒体之间不能产生相对滑动，并且要保持电气绝缘，当被测压力p作用于膜片而使应变筒作轴向受压变形时，沿轴向贴置的应变片R1也将产生轴向压缩应变ε1，于是R1的阻值变小；而沿径向贴放的应变片R2，由于应变筒的径向产生了拉伸变形，也将产生拉伸应变ε2，于是R2的阻值变大。 　　应变片R1、R2与另两个固定电阻R3、R4组成一个桥式电路，见图2-1-9（b），由于R1和R2的阻值变化使桥路失去平衡，从而获得不平衡电压作为传感器的输出信号，本传感器桥路的电源为10V（直流），最大的输出为5mV直流信号，再经前置放大成为电动单元组合仪表的输入信号。 　　BPR-2型压力传感器有0~1MPa、0~10MPa、0~30MP等多种量程可供选用。选择时测量上限一般以不超过仪表量程的80%为宜，本传感器主要适用于变化较快的压力测量，其非线性及滞后误差小于±1%。 2．压电式压力传感器 　　压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应，目前广泛使用的压电材料有石英和钛酸钡等，当这些晶体受压力作用发生机械变形时，在其相对的两个侧面上产生异性电荷，这种现象称为“压电效应”。 晶体上所产生的电荷的大小与外部施加的压力成正比，即 q=ηp （2-1-9） 式中：q—压电量（电荷数）； p—外部施加的压力； η—压电常数。 　　 　　这种压力传感器的特点是：体积小，结构简单，不需外加电源，灵敏度和响应频率高，适用于动态压力的测量，广泛地应用于空气动力学、爆炸力学、发动机内部燃烧压力的测量等等。其测量范围可从0~700pa到0~70Mpa精确度可达0.1%. 　　压力式传感器的结构如图2-1-10所示.图中,由受压薄壁筒给出预载力,并将一挠性材料制成非常薄的膜片进行密封.预载筒外的空腔可以连接冷却系统,以保证传感器工作在环境温度一定的条件下,这样就避免了因温度变化所造成的预载力变化而引起测量误差. 3.光导纤维压力传感器 　光导纤维压力传感器与传统压力传感器相比,有其独特的优点:利用光波传导压力信息,不受电磁干扰,电气绝缘好,耐腐蚀,无电火花,可以在高压、易燃易爆的环境中测量压力、流量、液位等。它灵敏高度，体积小，可挠性好，可插入狭窄的空间是进行测量，因此而得到重视，并且得到迅速发展。 　　图2-1-11所示为Y型光导纤维压力传感器结构原理图，它由金属膜片杯、Y型光导纤维、光源、光接收器及支架等组成。膜片与Y型光导纤维端面间距离约为0.1mm。这种传感器能测0~35MPa动态压力，也可测量低压，输出信号较大。 　　当被测压力作用于膜片杯时，膜片发生位移，从而改变了光导纤维与膜片之间的距离，使光导纤维接收到反射光量变化，这光量由光电元件接收器接收，并且转换成电量，经放大器放大后，显示被测压力值。 　　传感器要求光源稳定，否则要采取补偿措施，以消除光源波动对测量结果的影响。 四、压力变压器 　　需要在控制室内显示压力的仪表，一般选用压力变压器或压力传感器，对于爆炸危险场所，常选用气动压力变压器、防爆型电动Ⅱ型或Ⅲ型压力变压器；对于微压力的测量，可采用微差压变压器；对粘稠、易堵、易结晶和腐蚀强的介质，宜选用带法兰的膜片式压变压器；在大气腐蚀场所及强腐蚀性等介质测量中，还可选用1151系列或820系列压力变送器。 压力变送器主要技术性能见表2-1-16。 　　QBY气动压力变送器是QDZ系列气动单元组合仪表中的一个品种， 它用来测量生产过程中各种液体、蒸汽以及气体的压力、负压和绝对压力。 　　气动压力变送器的结构除了测量部分外，转动换部分与气动差压变送器相同。 　　压力变送器测量部分的测压敏感元件所产生的测量力的大小范围约为50~100N，最高不超过150N。根据这一要求，敏感元件的选择依据由制成的波纹管，其结构原理如图2-1-12所示。当被测压力p进入测量室后，经测量波纹管转换成测量力，通过推杆用在主杠杆上，传递到气动转换部分。测量中、高压（2.5~10MPa,10~60 MPa）的敏感元件一般采用铬钒钢制成的包端管,它的测量原<