1、第二節(jié) 彈性式壓力計,一、彈性元件,彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。它不僅是彈性式壓力計的測壓元件，也經(jīng)常用來作為氣動單元組合儀表的基本組成元件。當測壓范圍不同時，所用的彈性元件也不一樣，常用的幾種彈性元件的結(jié)構(gòu)如圖2 一2 所示。,1 彈簧管式彈性元件彈簧管式彈性元件的測壓范圍較寬，可測量高達l000MPa 的壓力。單圈彈簧管是彎成圓弧形的金屬管子，它的截面做成扁圓形或橢圓形，如圖2 一2 ( a ）所示。當通入壓力p 后，它的自由端就會產(chǎn)生位移。這種單圈彈簧管自由端位移較小，因此能測量較高的壓力。為了增加自由端的位移，可以制成多圈彈簧管，如圖2 一2 ( b ）所示。 2 薄膜式彈性

2、元件薄膜式彈性元件根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同還可以分為膜片與膜盒等。它的測壓范圍較彈簧管式的為低。圖2 一2 ( c ）為膜片式彈性元件，它是由金屬或非金屬材料做成的具有彈性的一張膜片（有平膜片與波紋膜片兩種形式），在壓力作用下能產(chǎn)生變形。有時也可以由兩張金屬膜片沿周口對焊起來，成一薄壁盒子，內(nèi)充液體（例如硅油），稱為膜盒，如圖2 一2 ( d ）所示。 3 波紋管式彈性元件波紋管式彈性元件是一個周圍為波紋狀的薄壁金屬筒體，如圖2 一2 ( e ）所示。這種彈性元件易于變形，而且位移很大，常用于微壓與低壓的測量（一般不超過1MPa ）。,二、彈簧管壓力表,彈簧管壓力計的基本測量原理,管子的自由端B 封閉，

3、管子的另一端固定在接頭9 上。當通入被測的壓力p 后，由于橢圓形截面在壓力p 的作用下，將趨于圓形，彎成圓弧形的彈簧管隨之產(chǎn)生向外挺直的擴張變形。由于變形，使彈簧管的自由端B 產(chǎn)生位移。輸人壓力p 越大，產(chǎn)生的變形也越大。由于輸人壓力與彈簧管自由端B 的位移成正比，所以只要測得B 點的位移量，就能反映壓力p的大小，這就是彈簧管壓力計的基本測量原理。,彈簧管自由端B 的位移量一般很小，直接顯示有困難，所以必須通過放大機構(gòu)才能指示出來。具體過程是這樣的：彈簧管自由端B 的位移通過拉桿2 （見圖2 一3 ）使扇形齒輪3 作逆時針偏轉(zhuǎn)，于是指針5 通過同軸的中心齒輪4 的帶動而作順時針偏轉(zhuǎn)，在面板6

4、的刻度標尺上顯示出被測壓力p 的數(shù)值。由于彈簧管自由端的位移與被測壓力之間具有正比關(guān)系，因此彈簧管壓力表的刻度標尺是線性的。,圖2 一4 是電接點信號壓力表的結(jié)構(gòu)和工作 原理示意圖。壓力表指針上有動觸點2 ，表盤上另有兩個可調(diào)節(jié)的指針，上面分別有靜觸點1 和靜觸點4 。當壓力超過上限給定數(shù)值（此數(shù)值由靜觸點4 的指針位置確定）時，動觸點2 和靜觸 點4 接觸，紅色信號燈5 的電路被接通，使紅燈 發(fā)亮，若壓力低到下限給定數(shù)值時，動觸點2 與靜觸點1 接觸，接通了綠色信號燈3 的電路。靜觸點L4 的位置可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。,第三節(jié) 壓力計的選用及安裝,一、壓力計的選用,1 儀表類型的選用 儀表類型

5、的選用必須滿足工藝生產(chǎn)的要求。例如是否需要遠傳變送、自動記錄或報警；被測介質(zhì)的物理化學性質(zhì)（諸如腐蝕性、溫度高低、黏度大小、臟污程度、易燃易爆等）是否對測量儀表提出特殊要求；現(xiàn)場環(huán)境條件（諸如高溫、電磁場、振動及現(xiàn)場安裝條件等）對儀表類型有否特殊要求等。總之，根據(jù)工藝要求正確選用儀表類型是保證儀表正常工作及安全生產(chǎn)的重要前提。例如普通壓力計的彈簧管多采用銅合金，高壓的也有采用碳鋼的，而氨用壓力計彈簧管的材料卻都采用碳鋼的，不允許采用銅合金的。因為氨氣對銅的腐蝕極強，所以普通壓力計用于氨氣壓力測量很快就要損壞。,2 儀表測量范圍的確定 儀表的測量范圍是指被測量可按規(guī)定精確度進行測量的范圍，它是根

6、據(jù)操作中需要測量的參數(shù)大小來確定的。 在測量壓力時，為了延長儀表使用壽命，避免彈性元件因受力過大而損壞，壓力計的上限值應該高于工藝生產(chǎn)中可能的最大壓力值。根據(jù)“化工自控設(shè)計技術(shù)規(guī)定”，在測量穩(wěn)定壓力時，最大工作壓力不應超過量程的2 / 3 ；測量脈動壓力時，最大工作壓力不應超過量程的1 / 2 ；測量高壓壓力時，最大工作壓力不應超過量程的3 / 5 。 為了保證測量值的準確度，所測的壓力值不能太接近于儀表的下限值，亦即儀表的量程不能選得太大，一般被測壓力的最小值應不低于儀表滿量程的1 / 3 為宜。 根據(jù)被測參數(shù)的最大值和最小值計算出儀表的上、下限后，還不能以此數(shù)值直接作為儀表的量程范圍。因為

7、儀表標尺的極限值不是任意取一個數(shù)字都可以的，它是由國家主管部門用規(guī)程或標準規(guī)定了的。因此，我們選用儀表的標尺極限值時，也只能采用相應的規(guī)程或標準中的數(shù)值（一般可在相應的產(chǎn)品目錄中查到）。,3 儀表準確度等級的選取,儀表準確度是根據(jù)工藝生產(chǎn)上所允許的最大測量誤差來確定的。一般來說，所選用的儀表越精密，則測量結(jié)果越精確、可靠。但不能認為選用的儀表準確度越高越好，因為越精密的儀表，一般價格越貴，操作和維護越費事。因此，在滿足工藝要求的前提下，應盡可能選用準確度較低、價廉耐用的儀表。,二、壓力計的安裝,壓力計的安裝正確與否，影響到測量的準確性和壓力計的使用壽命。,1 測壓點的選擇,所選擇的取壓點應能反

8、映被測壓力的真實大小。 要選在被測介質(zhì)直線流動的管段部分，不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。 測量流動介質(zhì)的壓力時，應使取壓點與流動方向垂直，取壓管內(nèi)端面與生產(chǎn)設(shè)備連接處的內(nèi)壁應保持平齊，不應有凸出物或毛刺。 測量液體壓力時，取壓點應在管道下部，使導壓管內(nèi)不積存氣體；測量氣體壓力時，取壓點應在管道上方，使導壓管內(nèi)不積存液體。,2 導壓管鋪設(shè), 導出管粗細要合適，一般內(nèi)徑為6 - 10mm ，長度應盡可能短，最長不得超過50m , 以減少壓力指示的遲緩。如超過50m ，應選用能遠距離傳送的壓力計。 導壓管水平安裝時應保證有1 ： 10 一1 ： 20 的傾斜度，以利于積存于其中

9、之液體（或氣體）的排出。 當被測介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時，必須加保溫伴熱管線。 取壓口到壓力計之間應裝有切斷閥，以備檢修壓力計時使用。切斷閥應裝設(shè)在靠近取壓口的地方,3 其它注意事項, 壓力計應安裝在易觀察和檢修的地方。 安裝地點應力求避免振動和高溫影響, 測量蒸汽壓力時，應加裝凝液管，以防止高溫蒸汽直接與測壓元件接觸見圖2 一11( a ） ；對于有腐蝕性介質(zhì)的壓力測量，應加裝有中性介質(zhì)的隔離罐，圖2 一11( b ）表示了被測介質(zhì)密度大于和小于隔離液體密度的兩種情況。, 壓力計的連接處，應根據(jù)被測壓力的高低和介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當?shù)牟牧?，作為密封，以防泄漏。一般低?0 及2MPa 時，用牛皮或橡膠

10、墊片；350 一450 及5MPa 以下用石棉或鋁墊片；溫度及壓力更高（50MPa 以下）用退火紫銅或鉛墊片。但測量氧氣壓力時，不能使用浸油墊片及有機化合物墊片；測量乙炔壓力時，不能使用銅墊片，因它們均有發(fā)生爆炸的危險。, 當被測壓力較小，而壓力計與取壓口又不在同一高度時，對由此高度差而引起的測量誤差應按卻p=士Hg 進行修正。 為安全起見，測量高壓的儀表除選用表殼有通氣孔的外，安裝時表殼應向墻壁或無人通過之處，以防發(fā)生意外,第三章 流量檢測,流量計：測量流體流量（瞬時流量）的儀表一般叫流量計。 計量表：測量流體總量的儀表常稱為計量表。 瞬時流量 ：是指單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量的大

11、小 流體總量 ：在某一段時間內(nèi)流過管道的流體流量的總和，即瞬時流量在某一段時間內(nèi)的累計值，稱為總量。,第一節(jié) 概述,流量檢測儀表的分類,1、速度式流量儀表這是一種以測量流體在管道內(nèi)的流速作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。例如差壓式流量計、轉(zhuǎn)子流量計、電磁流量計、渦輪流量計、堰式流量計等。2、容積式流量計這是一種以單位時間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。例如橢圓齒輪流量計、活塞式流量計等。,第二節(jié) 差壓式流量計,差壓式（也稱節(jié)流式）流量計是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實現(xiàn)流量檢測的。它是目前生產(chǎn)中測量流量最成熟、最常用的方法之一。通常是由能

12、將被測流量轉(zhuǎn)換成壓差信號的節(jié)流裝置（如孔板、噴嘴、文丘里管等）和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對應的流量值顯示出來的差壓計所組成。在單元組合儀表中，由節(jié)流裝置產(chǎn)生的壓差信號，經(jīng)常通過差壓變送器轉(zhuǎn)換成相應的信號（電的或氣的），以供顯示，記錄或控制用。,一、節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式,1 節(jié)流現(xiàn)象,節(jié)流裝置前流體壓力較高，稱為正壓，常以“十”標志；節(jié)流裝置后流體壓力較低，稱為負壓，常以“一”標志。節(jié)流裝置前后壓差的大小與流量有關(guān)。管道中流動的流體流量越大，在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓差也越大，我們只要測出孔板前后側(cè)壓差的大小，即可表示流量的大小，這就是節(jié)流裝置測量流量的基本原理。,值得注意的是： 要準確地測量出截面與截

13、面處的壓力是有困難的，這是因為產(chǎn)生最低靜壓力的截面 的位置是隨著流速的不同而改變的，事先根本無法確定。實際上是在孔板前后的管壁上選擇兩個固定的取壓點，來測量流體在節(jié)流裝置前后的壓力變化的。因而所測得的壓差與流量之間的關(guān)系，與測壓點及測壓方式的選擇是緊密相關(guān)的。,2 流量基本方程式,二、標準節(jié)流裝置的選用和安裝使用,1 節(jié)流裝置的選用 在加工制造和安裝方面，以孔板為最簡單，噴嘴次之，文丘里管最復雜。造價高低也與此相對應。實際上，在一般場合下，以采用孔板為最多。 當要求壓力損失較小時，可采用噴嘴、文丘里管等。 在測量某些易使節(jié)流裝置腐蝕、沾污、磨損、變形的介質(zhì)流量時，采用噴嘴較采用孔板為好。 在流

14、量值與壓差值都相同的條件下，使用噴嘴有較高的測量精度，而且所需的直管長度也較短。 如被測介質(zhì)是高溫、高壓的，則可選用孔板和噴嘴。文丘里管只適用于低壓的流體介質(zhì)。,2 節(jié)流裝置的安裝使用,在安裝和使用節(jié)流裝置時，應注意如下事項： 必須保證節(jié)流裝置的開孔和管道的軸線同心，并使節(jié)流裝置端面與管道的軸線垂直。 在節(jié)流裝置前后長度為兩倍于管徑（2D ）的一段管道內(nèi)壁上，不應有凸出物和明顯的粗糙或不平現(xiàn)象。 任何局部阻力（如彎管、三通管、閘閥等）均會引起流速在截面上重新分布，引起流量系數(shù)變化。所以在節(jié)流裝置的上、下游必須配置一定長度的直管。 標準節(jié)流裝置（孔板、噴嘴），一般都用于直徑D 50mm 的管道中

15、。, 被測介質(zhì)應充滿全部管道并且連續(xù)流動。 管道內(nèi)的流束（流動狀態(tài)）應該是穩(wěn)定的。 被測介質(zhì)在通過節(jié)流裝置時應不發(fā)生相變。例如：流體不蒸發(fā)和析出氣體，氣體不冷凝等。當流過節(jié)流裝置的流體出現(xiàn)氣液混相時，將會使測量造成很大誤差。譬如說，測量飽和蒸汽流量的差壓計，當蒸汽由于溫度降低而冷凝，使蒸汽中夾雜水滴時，將會使測量結(jié)果完全失真，這是使用中特別要注意的。,差壓式流量計一般應由節(jié)流裝置、導壓管、差壓計三部分組成。用在流量測量上的差壓計有很多類型，例如雙波紋管差壓計、膜盒式蓋壓計、浮標式差壓計、差壓變送器等。這里我們僅介紹差壓變送器。,三、力矩平衡式差壓變送器,該差壓變送器的工作過程是這樣的： 測量氣

16、室1 由測量膜片2 分隔開，右側(cè)為高壓室（正壓室）, 左側(cè)為低壓室（負壓室）。當測量膜片的兩側(cè)分別通以p1和p2信號后，測量膜片在差壓 p =p1一p2的作用下產(chǎn)生一個測量力F ，測量力F 測通過連桿推動主杠桿4 繞軸封膜片上的支撐點Ol 轉(zhuǎn)動，通過推板5 作用在矢量板6 上，矢量板6 將推板的作用力F1分解成沿著矢量板作用在支點上的F3 （消耗在支點上）和沿著拉桿7 向上的F2。拉桿向上的作用力F2帶動副杠桿11 繞十字簧片8 轉(zhuǎn)動，使與副杠桿剛性連接的動鐵心9 和差動變壓器10 之間的距離改變，從而改變差動變壓器原、副邊繞組的磁藕合，使差動變壓器副邊繞組輸出電壓改變，經(jīng)檢測放大器12 放大

17、后轉(zhuǎn)換成電流I0輸出，以改變可動線圈14 和永久磁鋼之間的電磁平衡力矩，與在F2作用下副杠桿的驅(qū)動力矩重新平衡。在這個新的平衡位置上，檢測放大器有一個確定的對應輸出電流I0，從而把氣室兩側(cè)的差壓轉(zhuǎn)換成電流信號。,當矢量板6 的傾角改變到圖中虛線所示的位置時，同樣差壓F 得到的驅(qū)動副杠桿的作用力F2 不同，在相應的平衡位置時，輸出電流I。也不同。因而調(diào)整矢量板的夾角，可以方便地調(diào)整差壓測量范圍。通常，矢量板的角可以在40 一150之間調(diào)整。,四、差壓式流量計的測量誤差,差壓式流量計的應用是非常廣泛的。但是，在現(xiàn)場實際應用時，往往具有比較大的測量誤差，有的甚至高達10 % - 20 % （應當指出

18、，造成這么大的誤差實際上完全是由于使用不當引起的，而不是儀表本身的測量誤差）。,下面列舉一些造成測量誤差的原因，以便在應用中注意，并予以適當解決。 1 被測流體工作狀態(tài)的變動 如果實際使用時被測流體的工作狀態(tài)（溫度、壓力、濕度）以及相應的流體重度、黏度、雷諾數(shù)等參數(shù)數(shù)值，與設(shè)計計算時有所變動，則會造成原來由差壓計算得到的流量值與實際的流量值之間有較大的誤差。為了消除這個誤差，必須按新的工藝條件重新進行設(shè)計計算，或者將所測的數(shù)值加以必要的修正。,2 節(jié)流裝置安裝不正確 節(jié)流裝置安裝不正確，也是引起差壓式流量計測量誤差的重要原因之一。在安裝節(jié)流裝置時，除了要注意前面所講的節(jié)流裝置的安裝使用方面的問題外，還必須注意節(jié)流裝置的安裝方向。一般地說，節(jié)流裝置露出部分所標注的“十”號一側(cè)，應當是流體的入口方向。當用孔板作為節(jié)流裝置時，應使流體從孔板900銳口的一側(cè)流人。 另外，在使用中，要保持節(jié)流裝置的清潔。如在節(jié)流裝置處有沉淀、結(jié)焦、堵塞等現(xiàn)象，也會引起較大的測量誤差，必須及時清洗。,3 孔板人口邊緣的磨損 節(jié)流裝置使用日久，特別是在被測介質(zhì)夾雜有固體顆粒等機械物情況下，或者由于化學腐蝕，都會造成節(jié)流裝置的幾何形狀和尺寸的變化。對于使用廣泛的孔板來說，它的人口邊緣的