压力检测仪表与变送器.doc

第一节压力检测仪表及变送器
一、概述
在化工、炼油等生产过程中,经常需要对压力和真空度进行检测和控制。根据生产过程的不同要求有的需要检测比大气压力高很多的高压,例如高压聚乙烯要在150Mpa的压力下进行反应。而有的生产过程却需要检测比大气压力低的真空度,例如炼油厂的减压蒸馏则需要在一定的负压下才能进行正常操作。此外,通过检测压力还可以间接测量液位的高低、流量的大小等,也可以判断设备的工作善。因此,为了保证产品质量、提高生产效率、确保生产安全顺利地进行,必须对压力进行检测或按一定的要求对压力进行控制。
所谓压力p是指垂直而均匀地作用于单位面积上的力。其数学表达式为
p= (3-15)
式中p为压力,F为垂直作用力,S为受力面积。
在国际单位制(代号SI)和我国法定计量单位中规定,压力的单位是帕斯卡,简称帕,符号Pa,它表示每平方米的表面上垂直作用1牛顿的力,即1Pa=1N/m2。由于帕的单位太小,因此,工程上还常用千帕(kPa)和兆帕(MPa)压力单位,它们之间的关系为:
1Mpa=1×103kPa=1×106Pa
工程上****惯用的压力单位还有工程大气压(kgf/cm2)、标准大气压(atm)、毫米水柱(mmH2O)、毫米***柱(mmHg)等,按照有关规定,这些单位已不再使用,但为了解这些单位与国际单位制中压力单位的关系,列出表3-5供参考。
表3-5 各种压力单位换算表
单位名称
帕(斯卡)
PPa
千克力每平方厘米
(工程大气压)
kgf/cm2
毫米***柱
mmHg
毫米水柱
mmH2O
标准大气压
atm
巴
bar
1Pa(帕)
1
×10-5
×10-2
×10-1
×10-5
1×10-5
1kgf/cm2(1千克力每平方厘米)
×106
1
×103
104


1mmHg
(1毫米***柱)
×102
×10-3
1
×10
×10-3
×10-3
1mmH2O
(1毫米水柱)
×10
10-4
×10-1
1
×10-4
×10-4
1atm
(1标准大气压)
×105

760
×104
1

1bar(1巴)
1×105

×103
×104

1
压力检测中,常用绝对压力、大气压力、表压(力)、负压(力)或真空度等概念,它们各自的意义及相互之间的关系为
绝对压力p绝:是指物体上所受的实际压力(包含大气压力)。
大气压力p大:是空气柱形成的压力。
表压p表:是指高于大气压力的绝对压力与大气压力之差,即
p表=p绝-p大
负压p负:是指大气压力与低于大气压力的绝对压力之差,即
p负=p大-p绝
绝对压力、表压、负压和大气压力的关系如图3-21所示。
检测绝对压力的仪表称为绝对压力表,检测表压的仪表称为压力表。真空空用低于大气压力的数值表示,绝对压力为零的表示为绝对真空。检测负压的仪表称为真空表,既能检测表压又能检测负压的仪表称为压力真空表。由于各种工艺设备本身就处于大气之中,因此工程上多采用压力表或真空表测量各种设备的压力,只要无特殊要求,一般采用表压加大气压力的方法来求得被测压力的绝对压力值。检测压力的仪表类型很多,如果按其转换原理的不同,大致可分为以下四类:
(一)液柱式压力计
它是根据流体静力学原理,将被测压力转换成液柱高度来进行测量。利用这一原理检测压力的仪表有U型管压力计、单管压力计及斜管微压计等。
(二)弹性式压力表及压力变送器
它是基于弹性元件受压后产生的弹性变形位移与被测压力间呈一定关系的原理制成的。例如,单圈(或多圈)弹簧管压力表、膜片(或膜盒)压力表及波纹管压力表等。
如果通过波纹管(测低压)或单圈弹簧管(测中、高压)把所测压力转换为20~100kPa统一标准的气压信号或0~10mA的直流电流信号输出则为气动或电动压力变送器。压力变送器输出的标准信号可以送往显示仪表进行压力显示;也可以送往调节器,作为自动控制的依据。有关十四行诗为送器的工作原理,将在差压变送器一节予以介绍。
(三)电气式压力计
它是通过机械和电气元件把被测压力转换成电量来进行测量的仪表,例如应变片式、霍尔片式、电容式、电阻式等电气式压力计。
(四)活塞式压力计
它是根据水压机流体传送压力的原理,将被测压力转换成活塞面积上所加砝码的质量来进行测量的。这是一处标准仪器,通常用来