第三章 压力测量

一、1151系列电容式压力(差压)变送器 1.概述 1151系列电容式压力(压差)变送器是我国引进美 国罗斯蒙特公司技术并自己开发生产的一类新型压力 (差压)变送器。 特点：它具有精确度高，性能稳定，单向过载保护性 能好，调整方便，体积小，重量轻等一系列优点。 应用：使用在电力、石油、化工等各领域的生产过程 中。在火力发电厂使用1151电容式压力(差压)变送器 几乎有一种替代其他种类压力(差压)变送器的趋势。 组成： 变送器由两部分组成：差动式压力(差压)—电 容转换和测量电路。
三、压力测量仪表的分类
在生产过程中和实验室里使用的压力仪表种类很多。 对压力仪表可以从不同的角度进行分类。 按被测压力可分为：压力表、真空表、绝对压力表、真 空压力表等。 ● 按压力表使用的条件可分为：普通型、耐震型、耐热型、 耐酸型、禁油型、防爆型等压力表。 ● 按压力表的功能可分为；指示式压力表、压力变送器。 ● 按压力表的工作原理可分为：液柱式压力计、弹性式压力 计、物性式压力计、活塞式压力计等。
三、斜管微压计
斜管微压计是一种测量微小压力的测量仪表。
1.结构与工作原理
其工作原理与U形管压力计相同。当被测压力与封液 液柱产生的压力平衡时，有 式中 由于 所以
h2 l sin
得到：
d2 p1 p 2 g ( 2 sin )l D
肘管的倾斜角是可调节的，弧形支架板上设计了 一些固定肘管的孔。在每个孔处刻有一数字，使用时 读出液柱长度(mm)，则
●
四、压力标准与量值传递
压力标准分为：基准、一等标准、二等标准、三 等标准。 能够实现基准和各级标准的仪器是基准器和标准 器。 基准器是国家最高的压力标准器，它又可以分为 基准器和工作基准器。基准器用于进行国际比对，还 将压力基准传递给工作基准器。 工作基准器可复制多套保存在全国各地的主要部 门，由它将压力工作基准传递到一等标准器，再由一 等标准器传递到二等标准器，然后由二等标准器传递 到三等标准器，最后由三等标准器传递到工作压力仪 表。 基准器、工作基准器及各级标准器目前多采用活 塞式压力计和液柱式压力计。
第三章
第一节
压力及差压测量
压力测量的基本知识
在生产过程中，压力是工质状态的一个参数。在火电厂中，压 力是热力过程的重要参数。如要使锅炉、汽轮机以及辅机设备等安 全、经济地运行，就必须对生产过程中的水、汽、油、空气等工质 的压力进行检测，以便于对火电生产过程的监视和控制。
一、压力的概念与表示方法
1.压力的概念 工程技术中的压力是物理学中的压强，即垂直作用在物体单位 面积上的力的大小。
p
E [a 2 l b(l ) 2 ] R4
对于弹簧管，经过精心设计制造加工后，在一定压 力范围内，其输出-输出关系一般为线性。对于截面是 扁圆结构的弹簧管，其自由端弹性位移与被测压力的关 系为
l

R[( sin ) 2 (1 cos ) 2 ]0.5
单管压力计是由一个宽容器(杯形容器)、 一支肘管、标尺、封液等构成的。
其工作原理与U形管压力计是相同的。根据流体静力学：
读数是在肘管上读数，宽容器上不能读数，由于
所以
可得到：
由于肘管内径远小于宽容器的内径，所以 《1。在测 d 量要求不高时，可忽略 D 项而直接读出h1即可。
2 2
d2 D2
2．使用
第四节
压力信号远传变换方法
一、电感式位移变换 二、电容式位移变换 三、力平衡式压力变换 四、霍尔式送器
弹性元件检测压力的输出只是机械位移信号，该 信号可以就地显示，也可以变换为电信号以供远传。这 种变换一般称为电变送，其方法很多，如电阻式、电感 式、电容式、应变式、力平衡式、霍尔式、振弦式、光 纤式等。目前工业生产使用的电变送后的压力信号都是 标准化的电流或电压信号，其变送器都是定型的产品。
单管压力计在测量正压力时，宽容器接被测压力， 肘管通大气。测量负压力时，肘管接被测负压，宽容器 通大气。测量差压时，宽容器接压力高一侧的压力，肘 管接压力低一侧的压力。 单管压力计的型号为TG，其精确度等级可达0.02～1 级。当进行精密测量或用作标准仪表时，则要进行密度 和重力加速度的修正。
在火力发电厂测量风压或烟道负压时，常使用单 管压力计的变形仪表——多管压力计
四、双波纹管差压计
双波纹管差压计在火力发电厂中主要用于流量和水位测量指 示记录的二次仪表。如果用于流量测量，差压计往往还带有积算 装置。测量的差压值上限可达0.4MPa，耐工作压力上限可达 40MPa，精确度可达1.0～1.5级。 双波纹管差压计主要由测量机构、传动机构、记录机构以及机 械积算装置等部分组成。
单圈弹簧管的自由端位移一般不大，多适用于指示型压力 表。如要实现记录指示，则需要有较大的弹性位移和较大的 转动力矩，这就要使用多圈弹簧管。 在一定的压力范围内，多圈弹簧管自由端输出的角位移 与被测压力是线性关系。在测量状态下记录纸是随时间匀速 运动的，记录笔下的曲线代表压力随时间的变化。
单圈弹簧管压力表内部结构
膜片结构示意
（a）平面膜片；（b）波纹膜片； （c）挠性膜片
膜盒结构示意图
弹簧管结构示意图 (a)单圈弹簧管；(b)盘旋形弹簧 (c)螺旋形弹簧管；(d)组合弹簧管
波纹管(筒)结构示意图 (a)波纹筒结构示意； (b)与弹簧组合使用的波纹筒
膜
盒
波纹管
弹簧管截面形状
多圈弹簧管
2.弹性元件的特性 (1)蠕变和疲劳形变 弹性元件经过长时间的负荷作用， 当负荷取消后，不能恢复原来的形态，这种特性称为弹性 元件的蠕变。 (2)弹性迟滞 弹性元件在弹性范围内加负荷与减负荷 时其弹性形变输出特性曲线不重合，这种特性称为弹性迟 滞。 (3)弹性后效 当加在弹性元件上的负荷停止变化或被 取消时，弹性元件的形变并不是立即就完成，而是要经过 一定的时间才完成相应的形变，这种特性称为弹性后效。
p Ai l
d2 Ai g ( 2 sin ) D
斜管微压计的分度条件是：标准重力加速度和 20℃时确定密度(808.38kg／m3)的酒精溶液。
2. 示值修正
实际的测量经常是偏离仪表分度条件，而经常 发生的是测量时温度不是20℃，而是其他某个温度， 在测量要求高的时候，则要对温度时的示值进行修正。 示值修正系数
（a）弹性迟滞；（b）弹性后效；（c）弹性滞环
(4)输出- 输入特性 目前只是通过实验和理论相结合的方法，得出弹性元件的输 出—输入关系。 对于膜片和膜盒，其输出-输入关系一般是非线性的。实用的 平面膜片位移不超过0.1mm时，可以使输出-输入的关系达到较好 的线性程度，即
l kp
对于波纹膜片，其弹性位移与被测压力关系为
三、弹簧管压力表
可以测量压力，也可以测量真空。按照使用的弹簧管的 种类可分为单圈和多圈弹簧管压力表。按照适用的条件可分为 耐振型、耐热型、耐腐蚀型、抗冲击防爆型以及专用压力表等。 它们的工作原理是相同的。
1.单圈弹分管压力表的结构及工作原理
由弹簧管、传动机构、游丝、指针、表盘等组成。
2.多圈(螺旋形)弹簧管压力表
一、 U形管压力计
1.结构与工作原理
它的结构组成有三部分：U形的玻璃管、标尺及管 内的工作液体(称为封液)。U形管的两个平行的直管又 称为肘管。精密的U形管压力计尚有游标对线装置、水 准器、铅锤等。
根据流体静力学原理，当管内的工作液柱产生的压力与 被测压力平衡时，则有
p1 p2 ( 1 ) g (h1 h2 )
准确度：目前金属弹性式压力计的精确度可达到
0.16级、0.25级、0.4级。工业生产过程中使用的弹性 压力计，其精确度大都是1.5级、2.0级、2.5级。 测量条件：弹性式压力表适用的也测量条件较广泛， 有抗振型、抗冲击型、防水型、防爆型、防腐型等。
一、弹性元件
1.弹性元件的结构形式 弹性式压力计中的弹性元件主要有膜片、膜盒、 弹簧管、波纹管等。每种弹性元件在结构上又有不同 的形式，如膜片分为平面膜片、波纹膜片和挠性膜片 等，
二、膜盒压力表
它适用于测量微小压力和真空。测量范围一般在一 2000～4000Pa，精确度等级一般为2.5级。主要由膜盒、传 动机构、调整机构、游丝指针、表盘等构成，
膜盒风压表
1一膜盒；2一刻度盘；3一零位调整；4一弧形架；5一指针； 6一弹簧片；
7一曲柄；8一 调整螺丝；9一拉杆；10一拐臂；11一固定指针套； 12一固定铀；13一形丝；14一引压管接头
3.工业弹簧管压力表的检定与调整
(1)检定方法: 比较法 (2)主要检定项目:基本误差、变差、零位、指针移动的 平稳性、轻敲表示值的变动量、外观检查等。 （3）调整 可调整的部位：指针的定位、曲柄长度（OB=r)、拉杆 与曲柄之间的初始夹角以及游丝的松紧等。
压力表校验台
就地压力表
除氧器压力电接点压力表
第二节
液柱式压力计
工作原理：液柱式压力计是利用一定高度的液柱所产生的 压力平衡被测压力，而用相应的液柱高度去显示被测压力的。 特点：这类压力计结构简单，显示直观，使用方便，精确 度较高，价格便宜，由于结构和显示上的原因，液柱式压力计 的测压上限不高，一般显示的液往高度上限为1～2 m。液柱是 水银时，其测压上限可达到2000mmHg。液柱式压力计适用于小 压力、真空及差压的测量。 种类：有U形管压力计、单管压力计、多管压力计、斜管微 压计、补偿式微压计、差动式微压计、钟罩式压力计、水银气 压计等。
斜管微压计
第三节
弹性式压力计
弹性式压力计是生产过程中使用最为广泛的一类压力 计。
特点：它的结构简单，使用操作方便，性能可靠，
价格便宜，可以直接测量气体、油、水、蒸汽等介质的压 力。其测量范围很宽，可以从几十帕到数吉帕。它可以测 量正压、负压和差压。 分类：可分为机械弹性式压力计和弹性式压力变送 器两类。不论哪一类压力计在结构上都有一弹性元件。弹 性元件是压力计的核心器件，它把被测量的压力转换成弹 性元件的弹性位移输出。当结构、材料一定时，在弹性限 度内弹性元件发生弹性形变而产生的弹性位移与被测量的 压力值有确定的对应关系。