热工第3章 压力测量
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二、弹性元件的特性
2、刚度和灵敏度:
刚度(K):使弹性元件产生单位变形所需要 的负荷。 灵敏度(S):在单位负荷作用下产生的变形。
K=1/S
K大 S小→大量程压力; K小 S大→微小波动压力
二、弹性元件的特性
3、弹性迟滞和弹性后效:
弹性迟滞 ——弹性 元件在其弹性变形范 围内,加负荷与减负 荷时表现的输出特性 不相重合的现象。 滞后误差(Δ)
F1 = K1(P+-P-) F2 = K2 F1 F3 =F2 ( tgθ ) F4 = K3 F3 Ff = NLBI F4 = Ff
K1 K 2 K 3tgθ K I= ( P+ − P− ) = ΔP N NLB
力平衡式压力变送器的原理方框图:
Px
弹性元件
F1
杠杆系统
F4 Ff
副杠杆
S
差动 变压器
电容式压力(差压)变送器
特点:
• 具有最少的可动部分,结构简单; • 测量范围宽,精确度高(达0.2级), 灵敏度高,体积小; • 能输出(4—20)mA的直流标准信号。
工作原理: px →弹性膜片s →极板间距d →电容C→I
A C = Kε d
ε— 介质的介电常数 A — 极板间相互覆盖的面积 d — 极板间的距离
霍尔压力传感器
霍尔效应:霍
尔效应
半导体单晶薄片置 于磁场(B)中,纵向 通控制电流I ,则横 向产生电势EH。
EH=KH I B
工作原理:
px →s →B → EH EH =Ks
恒流源
初始状态:霍尔片处于中间, EH =0
均匀梯度磁场
注意事项:
(减小温度误差)对霍尔元件进行恒温或 采用其它温度补偿措施; (减少不等位电势和零位误差)注意霍尔 元件各处的电阻率、厚度、材料性质等不 均匀性以及不对称焊接,采用补偿电路。
(C2 − C1 )] = K × p
现场接线:
振弦式压力变送器
工作原理:
px →弹性膜片s →振弦张力F →固有频率f
1 T 1 = f = 2l ρ 2l
k
ρ
px
820系列振弦式压力变送器工作原理:
特点:
输出为频率信号,因此具有较强的抗干 扰能力,而且零飘小,温度特性好、准 确度高,通常为0.2级,易于与计算机等 数字监控系统联接。
4、保证仪表与取压口要在同一水平上 对于未预先调整仪表机械零位的压力 表,在使用中其读值应注意安装高度的 液柱修正。
[例3-3] 已知如图(a)和(b)的测压系统中,脉冲水密度 为ρ=988kg/m3,高度差H=10m,仪表指示压力 pd=40bar,大气压力为patm=1atm,试求图(a)和图(b)中 容器内介质绝对压力各为多少MPa? 解:高度差压头 Hρg = 10×988×9.80665= 96889.7 Pa 对于图(a): pabs= pd+ Hρg+patm = 40×105+96889.7+101325 ≈ 4.2 MPa 对于图(b): pabs= pd -Hρg+patm = 40×105-96889.7+101325 ≈ 4.0 MPa
适用于测量空气或其它无腐蚀性气体的微 压或负压。 精度等级—般为2.5级,高的可达1.5级。 锅炉上常用于测量送风系统、制粉系统、 炉膛负压和尾部烟道的压力测量。 测量范围为150~4000Pa。
波纹管式压力表
波纹管——具有等间距同轴环状波纹,能沿轴向伸缩
无缝波纹管
有缝波纹管
波纹管式压力表
双波纹管差压表
在电厂中主要作为水位的显示仪表或变送 器使用,有时也作为流量显示仪表; 通入仪表的正、负压室的静压一般很高, 但测的静差压不大。
弹簧管式压力表
弹簧管
测量范围:真空到103MPa;不能测差压。 实物图:
弹性式压力表的特点
结构简单,使用方便和价格低廉 应用范围广、测量范围宽 只能测表压和负压 就地显示
§3-3 电气式压力测量
压力(差压)传感器(Pressure Senser)
能够感受压力(差压)并能按一定规律将其转 换成相同或不同性质的输出变量的仪表。
变送器(Transducer)
输出为标准信号(电信号)的传感器。 如 4-20mA电流信号。
电位器式压力传感器 电感式压力(差压)传感器 霍尔压力传感器 电容式压力(差压)变送器 振弦式压力变送器 应变式压力变送器 力平衡式压力变送器
以测压弹性膜片作为可变电容器的活动极板。
px →弹性膜片s →极板间距d →电容c→I
C2 − C1 p = K1 C2 + C1
1151型电容式变送器
工作过程:
转换电路图:
I sig = K 2 I diff = K 2 [ fV p − p (C2 − C1 )] = K 2 [
I ref C2 + C1
单管式压力计
多管式压力计 : 将数根肘管连至同 一个大截面容器。 电厂用它来测量炉 膛、烟道各处的负 压和凝汽器的真空 等。
斜管式微压计
原理图:
d2 Δp = l (sin α + 2 ) ρg = K ⋅ l D
斜管式微压计
使用方法: 测正压:被测压力通入大容器; 测负压:被测压力通入肘管; 测差压:将较高的压力通入大容器而将 较低的压力通入肘管。
斜管式微压计
实例图:
1-大容器;2-斜管;3-底座; 4-调斜管倾角支架;5-水平仪。
液柱式压力计的测量误差
1)环境温度变化引起封液密度和标尺 长度变化; 2)重力加速度的变化引起的误差; 3)毛细现象,使封液表面形成弯月 面,导致读数误差。
§3-2 弹性式压力测量
一、弹性元件的测量原理 二、弹性元件的特性 三、弹性式压力表
U
I
放大器
反馈动圈
特点:
结构复杂、 体积和重量大、动态特性差。 0.5 级
压力测量仪表的使用
测压仪表的选择 测压仪表的安装与使用要求
测压仪表的选择
1、仪表种类的选择 (1)被测介质的性质 (2)对仪表输出信号的要求 (3)仪表的使用环境
2、仪表量程的选取
量程上限的刻度值为 (1,1.6,2.5,4.0,6.0)×10n kPa 量程上限Pp与被测压力Px满足: 测平稳压力 1/3 Pp< Px < 2/3 Pp 测波动压力 1/3 Pp< Px ≈ 1/2 Pp
2.取压管路
取压管路的内径一般取7~13mm(对于水、 蒸汽),其长度不宜过长(<60m)。 取压管路不应有水平段敷设,以防聚集气 泡(测液体时)和水柱(测气体时)。
3. 附件
注意要保护仪表不受被测介质的损坏。 如测腐蚀性介质时,要加装隔离容器; 测含尘气体时,要在压力表前加装灰尘捕集器; 测量高温蒸汽时,要加装冷凝盘。
一、弹性元件测量原理
弹性元件在负荷(压力、力或力矩)作用 下,产生相应的变形(位移或转角),此 变形与负荷之间的有一定的函数关系。
F A x = = px K K
二、弹性元件的特性
1、输出特性(弹性特性) 2、刚度和灵敏度 3、不完全弹性 (弹性迟滞和弹性后效)
二、弹性元件的特性
1、输出特性:F= f (px) 或 x = f (px)
[例3-2] 已知扩散硅压力变送器输出电流为4~20mA, 原测量范围0~1MPa改为测量范围1~2.5MPa后,则原 来0.6MPa压力的电流表工作点对应于改测量范围后的 被测压力为多少?
测压仪表的安装和使用
安装、使用注意事项:
1、取压口 取压口应该与工质流速方向垂直。与设备 内壁平齐,并且不要有凸出物和毛刺。 测液体压力——引自管道截面的下部 测气体压力——引自管道截面的上部
E系列扩散硅变送器
1、3-隔离膜片 2-封入液 4-半导体传感器
力平衡式压力变送器
工作原理:
利用力平衡原理 px →弹性元件的集中力F →I
“力平衡”具有的优越性?
F2 F3 F5 S F4 Ff I P+ P-
F1
F2 F3 F5 S F4 Ff I NLBI=K1K2K3(tgθ)(P+-P-) P+ PF1
3、仪表精确度的选取
按国家标准化系列规定生产,有: 0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,4七个等级。 通常(0.5~4.0)%精度压力表用于工业现场; 0.2%精度用于企事业单位作三等标准表。
[例3-1] 己知某测点压力约10MPa,要求其测量误差不超过 0.1MPa。试确定该测点用的压力表量程范围及精度等级?
U 改变铁芯与线圈之间的相对位置
差动变压器式(互感式)压力测量
次级线圈头尾对接 1:铁芯;2:初级线圈; 3:次级线圈;4:骨架
u=e1-e2
起始状态:铁芯处于中间e1=e2,u=0; 铁芯上移: e1↑e2↓,u>0; 铁芯下移: e1↓e2↑ ,u<0。
注意事项:
电源 i 、f 变大则灵敏度变大;但i 过大线 圈发热,f 过高则铁芯涡流损失变大。 由于两次级线圈不完全对称,S=0时有残存 电势。
U形管压力计
Δp = hρg = (h1 + h2 )ρg
U形管压力计
使用注意事项: 保持U 形管垂直 ; 读数时眼睛应与封液弯月面顶部切线 平齐。
单管式压力计
1-宽容器 2-带标尺的肘管 3-连通管 4-水准泡
单管式压力计
原理图:
P2
F2 ΔP = h2 (1 + ) ρg F1
0
P1 h2 0 h1
电位器式压力传感器
原理:
px →弹性元件s1 →电位器滑动触点s2 →Rx →U
实例:电位器式压力变送器与XCZ-104组合使用
使用注意事项: 存在滑动摩擦阻力,电位器易磨损、 受污染。 不宜在有振动和有腐蚀性气氛的环境 中使用。
电感式压力传感器
原理: px →弹性元件s →线圈的电感L→U
热工测量仪表
教师: 朱红霞 Email: zhxia@njit.edu.cn
第三章
压力测量
液柱式压力测量 弹性式压力测量 电气式压力测量 压力测量仪表的使用
概
1、压力
述
——单位面积上垂直作用的力。
2、压力单位
——帕斯卡 1Pa=1N/m2(牛/米2)
概
3、压力的表示方法
述
绝对压力(Pabs) 表压(正压)(Pmtr= Pabs- Patm) 真空(负压)(Pvcm= Patm-Pabs ) 差压
二、弹性元件的特性
弹性后效 ——弹性 元件加负荷或减负荷 到某一数值时,弹性 变形不能同时达到相 应值,而是要经过一 段时间后才能达到应 有的应变量。
三、弹性式压力表
金属膜片式压力表 波纹管式压力表 弹簧管式压力表
金属膜片式压力表
Hale Waihona Puke Baidu膜片
平薄膜
波纹膜
金属膜片式压力表
实物图:
金属膜片式压力表
膜盒压力表
概
述
4、压力测量的主要方法和分类 1)液柱式 Px→ 液柱高度差 2)弹性式 Px→ 弹性元件的位移或力 3)电气式 Px→ 各种电量 4)活塞式 Px→ 活塞上所加平衡砝码
的重力
§3-1 液柱式压力测量
U形管压力计 单管式压力计 斜管式微压计
依靠液柱压头与被测差压(压力)相平衡来工作的 测量范围不大,主要用于正、负微压的测量,如 炉膛烟压,风道风压及测速装置的差压等等。
应变式压力变送器
工作原理:
px →弹性元件s →应变片电阻R→I
R=ρL/A dR/R=dL/L-dA/A+dρ/ρ μ=-(dD/D)/(dL/L) dA/A=2dD/D dR/R=(1+2μ)dL/L+dρ/ρ =(1+2μ+πE)ε 应变效应 压阻效应 金属应变片 半导体压阻片
扩散硅式压力传感器
1、已知某测点取压值约6MPa,当测量平稳变 化压力时,应选取多大测量范围的弹簧管压力 表?若要求|测压误差|不超过0.06MPa,应选多大 的精确度等级? 2、当测量某管道内液体压力时,压力计位于取 样点下方6m处,大气压力为1.02atm,信号管内 脉冲水密度为998kg/m3,压力计指示值为 1.2MPa。试求:被测液体的绝对压力为多少 MPa?不经高度校正指示相对误差是多少? (1atm=101325Pa)