压力检测

第1章压力检测

压力是工业生产中的重要基本参数。在生产过程中，对液体、蒸汽和气体压力的检测是保证工艺要求、设备和人身安全并使设备安全运行的必要条件。在天然气输气工程中，对各个输气站场的压力测量、控制尤为重要。

1.1 压力基本概念

1.1.1 压力定义

垂直作用于物体单位表面上的力称为压强，在工程上通常称为压力。即单位面积上所承受压力的大小。

1.1.2 压力的表示方法

(1)绝对零压力：如果一切分子都从容器内移出，则将造成完全真空，且无压力作用于器壁。这种理想化的状态确定了零压力条件并被称为绝对零。

(2)绝对压力：以绝对零压力为基准点起算的压力。绝对静压力确定气体分子的活力，它是用于计算气体密度的压力。

(3)大气压力：自绝对零压力起算的大气作用下的压力称为大气压力。大气压力随地区和高度的不同而变化。

(4)标准大气压：把作用于海平面处的大气压定义为标准大气压。我国采用的标准大气压为101.325kPa。

(5)表压：以大气压力为基准，压力测量仪表测压元件内部压力与周围大气压的差值。为了得到绝对压力需将大气压力附加在压力表的读数上，工程上常用的示值压力大多为表压。

(6)真空度：以大气压力为基准，低于大气压力的压力读数。

(7)静压：流体在静止或运动时所施加的实际压力为静压。通过管壁上的径向开孔可测出静压。

(8)差压：两个压力之间的差值。

(9)动压力：垂直于流向的压力检测，静压会随着流体的正面动能而增加。在流速为零时，压力读数与静压相等，但当流速增加时，观察到的差值按速度的平方而增加。这种压力级的差来自动压力。

(10)总压力：静压和动压之和为滞止压力，或总压力。

1.1.3 压力关系式

(1)绝对压力 =大气压力 + 表压

(2)总压 =动压 + 静压

(3)真空度 =大气压力 – 绝对压力

1.1.4 压力单位及表示方法

SI单位制压力的单位为帕斯卡，符号为Pa，其物理意义为1牛顿的力作用于1平方米的面积上所形成的压强。

即：1帕斯卡 = 1 牛顿/米2

1 Pa = 1 N/m2

由于Pa单位值太小，通常采用kPa、MPa表示压力。

1 MPa = 103kPa = 106 Pa

天然气输送工程中常见压力单位：

1巴（bar）= 0.1 MPa = 102kPa = 105 Pa

1磅力每平方英寸（psi）= 6894.76 Pa

1标准大气压（atm）= 101325 Pa

1工程大气压（kgf/cm2）= 98066.5 Pa

1毫米水柱（mmH2O）= 9.8066 Pa

英制绝对压力：psia

英制表压：psig

1.2 压力测量方法

1.2.1 应用液柱重力法测量压力

依据流体静力学原理把被测压力转换成液柱高度的一种测压方法。其是利用液柱对压力的直接平衡进行压力测量的。

常用的有U型管、单管压力计，主要用于测量低压、负压或差压。

1.2.2 应用弹性变形测量压力

利用弹性元件受压后产生弹性变形的原理进行测压的。

常用的弹性元件有弹簧管、薄膜式弹性元件和波纹管。

(1)弹簧管：把截面积为椭圆形的金属管弯成弧形，当内部通入压力后，由于金属管的变形，其自由端会产生位移，利用该位移可以测量出压力的大小。可测量很高的压力。

(2)薄膜式弹性元件：有膜片和膜盒二种形式，在施加在薄膜上的压力作用下，膜片或膜盒会产生位移，利用该位移可以测量出压力的大小。测量压力范围较弹簧管低。

(3)波纹管：是一个周围为波纹状的薄壁金属筒体，在压力作用下易于变形，通常用于微压和低压测量。

1.2.3 应用电测法测量压力

电测法测量压力是通过传感器直接把被测压力转换为电信号，检测元件动态特性好，测量范围宽，耐压高，适用于测量快速变化、脉动和超高压等场合。

常用的有电容式、电感式、压电式、压阻式、应变式传感器等。

1.3 压力表

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。

1.3.1 测量原理

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（弹簧管），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。敏感元件一般是由铜合金，不锈钢或由特殊材料组成。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。

1.3.2 压力表按测量原理及基准压力分类

(1) 弹簧管压力表

弹簧管敏感元件是弯成圆形,截面显椭圆形的弹性C形管，也称波登管。测量介质的压力作用在弹簧管的内侧，这样弹簧管椭圆截面会趋于圆形截面。由于波登管微小变

形，形成一定的环应力，此环应力会使弹簧管向外延伸。由于弹性弹簧管头部没有固定，其就会产生变形。其变形的大小取决于测量介质的压力大小，弹簧管的变形通过机芯间接地由指针显示测量介质的压力。大致成250度角的C形弹簧管可用来测量大约60bar 的压力.当测量压力更高时一般采用螺纹式弹簧管或螺杆式弹簧管.弹簧管在超压保护方面具有一定的局限性。在测量系统更复杂的情况下弹簧管压力表可于化学密封结合使用.弹簧管压力表的压力测量范围在0~0.6及0~4000 bar.测量精度在0.1及4.0 %。

(2) 膜片压力表

膜片敏感元件是带有波浪的圆形膜片,膜片本身位于两个法兰之间，或焊接在法兰盘上或其边缘夹在两个法兰盘之间。膜片一侧受到测量介质的压力。这样膜片所产生的微小弯曲变形可用来间接测量介质的压力。压力的大小由指针显示。膜片与波登管相比其传递力较大。由于膜片本身周围边缘固定，所以其防振性较好。膜片压力表可达到很高的过压保护(比如膜片贴附在上法兰盘上)。膜片还可以加上保护镀层以提高防腐性。利用开口法兰、冲洗开口等措施可用膜片压力表测量粘度很大的，不清洁的及结晶的介质。膜片压力表的压力测量范围在0 ~16 mbar及0 ~ 40 bar 测量精度在1.6或2.5。(3) 膜盒压力表

膜盒敏感元件由两块连接在一起的显圆形波浪的膜片组成。测量介质的压力作用在膜盒腔内侧，由此所产生的变形可用来间接测量介质的压力。压力值的大小由指针显示。膜盒压力表一般用来测量气体的压力，并能测量微压。当几个膜盒敏感元件叠在一起后会产生较大的传递力来测量极微小的压力。膜盒压力表的压力测量范围在0~2.5 mbar 及 0~0.6 bar，测量精度在0.1到2.5。

(4)差压表

差压表直接测量显示两个压力值的差值。以上描述的敏感元件及测量原理在差压表中可以继续应用。两个封闭的测量腔由测量敏感元件分开。当两个压力相同时，敏感元件不会产生变形，指针也不显示。当一侧压力大于或小于另一侧压力时, 指针显示差压值。当静压很高时差压值也可以直接测量。利用膜片敏感元件可以达到很高过压保护。工程测量中要考虑最大允许静压和正极及负极单面的过压保护。敏感元件微小变形的传递，压力值的显示等技术的性能在大多数情况下与如上所描述的相同。 差压表的压力测量范围在0 ~16mbar 及0 ~25 bar 测量精度0.6到2.5。