热工自动化及测量仪表-压力_安徽西派仪表有限公司

热工自动化及测量仪表-压力

作者：xpyb 添加时间：2025-02-24 08:38:27

第一部分：压力测量概述

-压力在火电厂的重要性

-锅炉部分，压力肯定对水的汽化温度有影响。压力越高，水的沸点也会升高，这样蒸汽的温度和能量可能更高，从而提高热效率。不过如果压力过高，会不会有安全隐患？比如锅炉爆炸的风险，所以压力控制须***准确。

-汽轮机，高压蒸汽进入后膨胀做功，压力降低，转化机械能。压力的大小直接影响汽轮机的效率和输出功率。如果压力不稳定，可能会影响转速，进而影响发电的稳定性。这时候需要调节系统来维持压力恒定，确保发电频率稳定。

-热力循环，比如朗肯循环，高压可以提高循环效率。不过过高的压力可能需要更耐高温高压的材料，增加成本。所以火电厂需要在效率和材料成本之间找到平衡点。

-安全方面，压力容器如锅炉、管道如果压力失控，可能导致严重事故。所以监测和保护系统非常重要，比如安全阀、压力传感器等，这些设备能及时释放压力，防止爆炸。

-节能环保方面，高压可能提有效率，减少燃料消耗和排放。现在环保要求严格，优化压力参数可能有助于达到排放标准，同时节省燃料成本。

-压力基本概念

- 压力定义与单位（Pa、kPa、MPa、bar换算）

-垂直作用在单位面积上的力称为压力(即物理中的压强)。

-常用的压力单位有“工程大气压力”（kgf/cm2）、“毫米***柱”（mmHg）、“毫米水柱”（mmH2O）、“物理大气压”（atm）、“巴”（bar）、“PSI”等。

1 kgf/cm2 = 0.9807×105Pa

1 mmH2O = 0.9807×10Pa

1 mmHg = 1.332×102Pa

1 atm = 1.01325×105Pa

1 bar=105Pa

1 PSI=6.89×103Pa

其中

******压力PJ 大气压力PD 表压力PB

PB= PJ －PD

真空度PZ（负压）

PZ＝ PD－ PJ

第二部分：常规压力仪表类型及原理

-机械式压力表

根据弹性元件受压后产生变形和压力大小有确定关系的原理制成。适用范围（0-103Mpa),结构简单，广泛应用。

包括：金属膜片式（包括膜片式）、波纹管式和弹簧管式。

-电子式压力仪表

- 压力变送器

-定义

压力变送器是一种将压力信号准确转换为标准电信号（如4 - 20mA、0 - 5V等）的测量仪器，广泛应用于工业过程控制、环境监测等领域，为系统提供准确的压力数据，以实现精准控制和安全运行。

-作用

-实时监测：连续监测各种设备和管道内的压力，及时反馈压力信息。

-过程控制：为自动化控制系统提供压力信号，实现对工艺流程的准确调控。

-安全保障：当压力超出设定范围时，发出警报，保障设备和人员安全。

-工作原理剖析

-应变式压力变送器

基于应变片的压阻效应。压力作用于弹性体，使其产生形变，粘贴在弹性体上的应变片随之变形，导致电阻值改变。通过惠斯通电桥将电阻变化转化为电压信号，经放大、调理后输出标准电信号。

-电容式压力变送器

利用压力改变电容极板间距或面积，从而改变电容值。压力作用于测量膜片，使其产生位移，引起电容变化，经过电路转换和处理，输出与压力成正比的电信号。

-压电式压力变送器

某些晶体材料在受到压力时会产生电荷，即压电效应。压力施加于压电晶体，产生的电荷经放大、转换为标准电信号输出，实现压力测量。

结构与分类解读

-结构

-传感元件：直接感受压力并将其转化为电信号，如应变片、电容极板、压电晶体等。

-信号调理电路：对传感元件输出的微弱信号进行放大、滤波、线性化处理，提高信号质量。

-外壳与连接件：保护内部元件，提供压力接口和电气接口，确保与被测对象和控制系统可靠连接。

-分类

-按测量压力类型：表压变送器、绝压变送器、差压变送器。

-按输出信号类型：模拟量输出（4 - 20mA、0 - 5V等）、数字量输出（HART、Profibus等协议）。

-按应用领域：工业用、医疗用、航空航天用等。

选型要点

-测量范围

根据实际应用场景，预估被测压力的***大值和***小值，选择合适的量程范围，确保测量值在变送器量程的30% - 70%之间，以获得***佳精度。

-精度要求

依据具体需求确定精度等级，常见的有0.1%、0.2%、0.5%等。高精度的变送器适用于对测量结果要求严格的场合，如实验室、精密加工等。

-输出信号

根据控制系统的接口类型和兼容性，选择模拟量或数字量输出。模拟量输出通用性强，数字量输出抗干扰能力强、传输距离远且可实现双向通信。

-环境适应性

考虑工作环境的温度、湿度、腐蚀性、振动等因素。例如，在高温环境下需选择耐高温的变送器；在有腐蚀性介质的场合，要选用具备防腐涂层或耐腐蚀材质的产品。

-防爆要求

在易燃易爆环境中，须***选择符合相应防爆标准的压力变送器，如隔爆型（Ex d）、本安型（Ex i）等，确保安全生产。

-安装与调试步骤

-安装

-安装位置选择：避免安装在振动源附近、强电磁场区域以及温度变化剧烈的地方。应选择易于观察、维护且便于管道连接的位置。

-压力接口连接：根据变送器的压力接口类型（如螺纹、法兰等），使用合适的密封件和连接件，确保连接紧密，无泄漏。对于液体介质，要注意避免管道内形成气穴。

-电气连接：按照说明书要求，正确连接电源线和信号线。注意电源电压、极性以及信号传输方式，确保电气连接可靠，屏蔽******。

-调试

-零点校准：在无压力输入的情况下，通过变送器的零点调整装置或软件，将输出信号调整为量程下限值，如4mA（对于4 - 20mA输出）。

-量程校准：向变送器输入满量程压力信号，利用量程调整装置或软件，将输出信号调整为量程上限值，如20mA（对于4 - 20mA输出）。

-线性度检查与调整：在零点和满量程之间选取若干个测试点，输入相应压力信号，检查输出信号与理论值的偏差。如有必要，进行线性度调整，确保输出信号与压力呈******的线性关系。

-常见故障及处理

-无输出信号

-原因：电源故障、信号线断路或短路、变送器内部损坏。

-处理方法：检查电源供应是否正常，包括电压、极性；使用万用表检查信号线的导通性；若怀疑变送器内部故障，联系专业维修人员进行检修或更换。

-输出信号不稳定

-原因：压力波动、外界干扰、零点或量程漂移、传感器老化。

-处理方法：检查压力源是否稳定；采取减振、屏蔽等措施消除外界干扰；重新校准零点和量程；若传感器老化，考虑更换传感器或变送器。

-输出信号与实际压力不符

-原因：量程设置错误、线性度未校准、温度补偿失效、引压管堵塞或泄漏。

-处理方法：检查量程设置是否正确；重新进行线性度校准；检查温度补偿功能是否正常；排查引压管问题，清理堵塞或修复泄漏点。

-维护保养建议

-定期清洁

定期清理压力变送器表面的灰尘、油污和杂物，防止其进入变送器内部影响性能。对于暴露在恶劣环境中的变送器，应增加清洁频率。

-检查连接部位

定期检查压力接口和电气接口的连接情况，确保密封******，无松动、泄漏现象。如发现连接件损坏，应及时更换。

-校准与校验

按照规定的时间间隔（通常为半年至一年）对压力变送器进行校准和校验，确保其测量精度始终符合要求。校准和校验应使用标准压力源和专业设备，由专业人员进行操作。

存储注意事项

如果变送器需要长时间存储，应将其存放在干燥、通风******的环境中，避免受潮、腐蚀。存储期间，每隔一段时间应进行通电检查，确保其性能正常。

- 典型应用：DCS系统输入信号（如主蒸汽压力监测）

- 压力开关

-定义

压力开关是一种能根据预设压力值，自动接通或断开电路的装置，广泛应用于工业自动化、航空航天、汽车、家电等众多领域，用于监测和控制压力参数，确保系统安全、稳定运行。

-作用

-保护设备：当系统压力过高或过低时，及时切断或接通电路，防止设备因压力异常受损。

-控制工艺：在生产过程中，准确控制压力，保证产品质量和生产流程的顺畅。

-工作原理

-机械原理

基于弹性元件（如弹簧管、波纹管、膜片等）在压力作用下产生变形，通过传动机构带动微动开关动作，实现电路的通断。例如，当系统压力升高时，弹性元件受压变形，推动推杆，推杆触发微动开关，使其常开触点闭合，常闭触点断开；压力降低到设定值以下时，弹性元件恢复原状，微动开关复位，触点状态改变。

-电子原理

利用压力传感器将压力信号转换为电信号，经过放大器放大和比较器比较后，输出高低电平信号，驱动继电器等执行元件动作，从而控制电路的通断。电子压力开关具有精度高、响应速度快、调节方便等优点。

-结构组成

-机械压力开关

-弹性元件：感受压力变化并产生相应变形，是压力开关的核心敏感部件。

-传动机构：将弹性元件的变形传递给微动开关，通常由推杆、杠杆等组成。

-微动开关：实现电路的通断控制，具有体积小、动作灵敏等特点。

-调节装置：用于调整压力开关的设定值，一般包括调节螺母、弹簧等部件

-压力仪表选型

-明确测量目的与要求

-测量对象

确定要测量的是何种介质的压力，如气体、液体（包括腐蚀性液体、粘性液体等）。不同介质对压力仪表的材质和结构有不同要求。例如，测量强腐蚀性液体的压力，需选用具有耐腐蚀材质（如不锈钢、聚四氟乙烯等）的压力仪表。

-测量范围

预估被测压力的变化范围，包括***小值、***大值以及可能出现的瞬间峰值。所选压力仪表的量程应覆盖测量范围，并且为了保证测量精度和延长仪表使用寿命，正常测量值***好处于仪表量程的 1/3 - 2/3 区间。例如，若预计被测压力在 0 - 8MPa 之间波动，可选择量程为 0 - 10MPa 的压力仪表。

-测量精度要求

根据实际应用场景确定所需的测量精度。对于一些对压力控制要求严格的工艺过程，如火力发电厂压力控制、航空航天领域的压力测量等，可能需要高精度的压力仪表，精度等级可达 0.1%甚至更高；而对于一些一般性的工业场合，如普通管道压力监测，精度等级为 0.5% - 1% 可能就能够满足要求。

-考虑压力类型

-表压

测量的是相对于当地大气压力的压力值，这是***常见的压力测量类型。大多数工业和民用场合，如管道压力测量、气压罐压力监测等，使用的都是表压仪表。

-绝压

测量的是相对于******真空的压力值。在一些特殊的工业过程，如食品包装行业的真空包装机、半导体制造中的真空腔压力测量等，需要使用绝压仪表。

-差压

用于测量两个压力之间的差值。常用于测量流体流经管道中节流装置（如孔板、文丘里管）前后的压力差，以计算流量；也可用于测量容器内不同高度处的压力差来确定液位高度。

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