第三章压力测量.pptx
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1、郭妙娜郭妙娜第一节概述第一节概述1 1 压力、压差测量压力、压差测量的意义的意义: 在发电厂生产过程中,正确地测量和控制在发电厂生产过程中,正确地测量和控制压力是保证生产过程良好运行,减低能源消耗压力是保证生产过程良好运行,减低能源消耗的重要环节,是提高经济效益的有力保证。也的重要环节,是提高经济效益的有力保证。也可以防止生产设备因压力过压所引起的设备损可以防止生产设备因压力过压所引起的设备损坏或爆炸。如在发电厂中饱和蒸汽可以由压力坏或爆炸。如在发电厂中饱和蒸汽可以由压力直接确定其状态;所以,通过压力测量,还可直接确定其状态;所以,通过压力测量,还可以监视各重要压力容器运行情况,如除氧器、以监
2、视各重要压力容器运行情况,如除氧器、加热器等以及压力管道的承压情况,防止社超加热器等以及压力管道的承压情况,防止社超压爆破。压爆破。 2 2 概念概念2.12.1压力的定义:压力的定义: 压力是垂直地作用在单位面积上的力,压力是垂直地作用在单位面积上的力,即物理学上的压强。工程上常将压强称为即物理学上的压强。工程上常将压强称为压力,压强差称为压差,压力的表达式:压力,压强差称为压差,压力的表达式:p pF/AF/APP压力(压力(PaPa、MPaMPa) )FF垂直作用力垂直作用力AA受力单位面积受力单位面积m2m2压力单位换算表见压力单位换算表见P156P156页页 2.2 单位单位 在国际
3、单位制(在国际单位制(SI)和我国法定计量单位)和我国法定计量单位中,压力的单位是中,压力的单位是“帕斯卡帕斯卡”,简称,简称“帕帕”,符号为,符号为“Pa”。 即即1N的力垂直均匀作用在的力垂直均匀作用在1m2的面积上所的面积上所形成的压力值为形成的压力值为1Pa。 2122 2kgm1Pa1N/m11kgm sm s 过去采用的压力单位过去采用的压力单位“工程大气压力工程大气压力”(kgf/cm2)、)、“毫米汞柱毫米汞柱”(mmHg)、)、“毫米水柱毫米水柱”(mmH2O)、)、“物理大气压物理大气压”(atm)、)、“巴巴”(bar)、)、“PSI”等均应等均应改成法定计量单位帕。改成
4、法定计量单位帕。1 kgf/cm2 = 0.9807105Pa1mmH2O = 0.980710Pa1 mmHg = 1.332102Pa1atm = 1.01325105Pa1bar=105Pa 1PSI=6.89103Pa2.32.3压力的表示方式压力的表示方式 由于压力参考点不同,在工程上压力的由于压力参考点不同,在工程上压力的表示方式有表示方式有3 3种种:绝对压力:绝对压力PaPa、表压、表压P P、真、真空度或负压空度或负压PvPv1) 1) 绝对压力绝对压力PaPa是被测介质作用于物体表面上是被测介质作用于物体表面上的全部压力,以绝对压力零位为基准(也的全部压力,以绝对压力零位为
5、基准(也就是以绝对真空作为基准所表示的压力)。就是以绝对真空作为基准所表示的压力)。用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。2) 2) 表压表压P P是指一般压力表所测得的压力,是指一般压力表所测得的压力,它以大气压为基准,等于绝对压力与当它以大气压为基准,等于绝对压力与当地大气压地大气压P0P0的之差。(由于大多数测压的之差。(由于大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力,故相仪表所测得的压力都是相对压力,故相对压力也称表压力)对压力也称表压力) P PPaPaP0P03)3) 真空度真空度指接近真空的程度。当绝对压指接近真空的程度。当绝对压力小于大气压是,
6、表压力为负值,其绝力小于大气压是,表压力为负值,其绝对值称为真空度。对值称为真空度。 PvPvP0P0PaPa它们的关系:它们的关系:绝对压力绝对压力= =大气压力大气压力+ +相对压力相对压力 真空度真空度= =大气压力大气压力- -绝对压力绝对压力 我国法定的压力单位为我国法定的压力单位为PaPa(N/N/),称为),称为帕斯卡,简称帕。由于此单位太小,因此常采帕斯卡,简称帕。由于此单位太小,因此常采用它的用它的106106倍单位倍单位MPaMPa(兆帕)。(兆帕)。4)4)差压差压是任意两个压力的差值,用是任意两个压力的差值,用p p表示,是表示,是相对压力,即是以其中一个压力作参考点相
7、对压力,即是以其中一个压力作参考点 差压在热工量中用得很多,差压测量使用的差压在热工量中用得很多,差压测量使用的仪表为差压计,压力高的一侧为正压、低的一仪表为差压计,压力高的一侧为正压、低的一侧为负压。侧为负压。3 3 压力测量仪表的分类压力测量仪表的分类测量压力的仪表,按信号原理不同,测量压力的仪表,按信号原理不同,大致可分为大致可分为四类四类:液柱式液柱式:根据流体静力学原理,把被测:根据流体静力学原理,把被测压力转换成液柱高度压力转换成液柱高度弹性式弹性式:根据弹性元件受力变形的原理,:根据弹性元件受力变形的原理,将被测压力转换成位移来实现测量的。将被测压力转换成位移来实现测量的。负压式
8、(活塞式)负压式(活塞式):基于重力平衡原:基于重力平衡原理,主要为活塞压力计。根据水压机理,主要为活塞压力计。根据水压机液体传送压力的原理,将被测压力转液体传送压力的原理,将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量。换成活塞面积上所加平衡砝码的质量。电气式电气式:将被测压力转换成各种电量,:将被测压力转换成各种电量,如电感、电容、电阻、电位差等,依如电感、电容、电阻、电位差等,依据电量的大小实现压力的间接测量。据电量的大小实现压力的间接测量。压力测量仪表的测量范围压力测量仪表的测量范围 仪表类仪表类型型微压表微压表 低压表低压表 中压表中压表 高压表高压表超高压超高压表表测量范测量范围围/
9、MPa0.010.010.60.61010600600 第二节第二节 液柱压力计液柱压力计液柱压力计是利用液柱所产生的重力与被测液柱压力计是利用液柱所产生的重力与被测压力平衡,并根据液柱高度来确定被测压力压力平衡,并根据液柱高度来确定被测压力大小的压力计。一般用大小的压力计。一般用水水、水银水银、酒精酒精等作等作为工作液,采用为工作液,采用U U形管、单管进行测量,且形管、单管进行测量,且要求工作不能与被测介质起化学作用,并保要求工作不能与被测介质起化学作用,并保证管内界面界线清晰。证管内界面界线清晰。常用的有常用的有U U形管压力计、单管压力计、形管压力计、单管压力计、斜管压力计。斜管压力计
10、。液柱压力计特点液柱压力计特点优点:结构简单、使用方便、准确度较高。优点:结构简单、使用方便、准确度较高。缺点:量程受液柱高低的限制,玻璃管易碎,缺点:量程受液柱高低的限制,玻璃管易碎,只能就地显示,不能远传。只能就地显示,不能远传。采用水银或水为工作液,用采用水银或水为工作液,用U形管或单管进行形管或单管进行测量,常用于低压、负压或压力差的检测测量,常用于低压、负压或压力差的检测被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、风被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、风道各段压力、通风空调系统各段压力的测量。道各段压力、通风空调系统各段压力的测量。1 U1 U形管压力计形管压力计1.1原理:在U U形管
11、形管的两个管口分别接压力p1、p2。当p1p2时,两管的液体高度相等,当p1p2时,管内的液面便会产生高度差,如果将其中一管通大气压,则所测得的压力为表压。h形管压力计P=P1P2 =g(h1+h2)提高工作液密度将提高工作液密度将增加压力的测量范增加压力的测量范围,但灵敏度要降围,但灵敏度要降低。低。U形管压力计形管压力计1.21.2用用U U形管测量压力时形管测量压力时, ,其其误差误差主要有主要有: : 温度误差温度误差 安装误差安装误差 重力加速度误差重力加速度误差 传压介质误差传压介质误差 读数误差读数误差2 2单管压力计单管压力计2.1由于由于U形管压力计需两形管压力计需两次读取液
12、面高度,为使次读取液面高度,为使用方便,设计出一次读用方便,设计出一次读取液面高度的单管压力取液面高度的单管压力计。计。其实就是两个管子的其实就是两个管子的直径大小相差大,(即作直径大小相差大,(即作成一边大一边小),且将成一边大一边小),且将读数改为一边读数。如图读数改为一边读数。如图:3 3斜管压力计斜管压力计 因用因用U U形管或单管压力计来测形管或单管压力计来测量微小压力时,由于液柱高量微小压力时,由于液柱高度变化很小,读数困难。为度变化很小,读数困难。为提高灵敏度,减小读数误差,提高灵敏度,减小读数误差,将单管压力计的玻璃管制成将单管压力计的玻璃管制成斜管,以拉长液柱。斜管,以拉长液
13、柱。 主要用来测量微小压力、负压和主要用来测量微小压力、负压和压力差。压力差。 如图如图ph斜管压力计p0倾斜角度越小,越长,倾斜角度越小,越长,测量灵敏度就越高;但不测量灵敏度就越高;但不可太小,否则液柱易冲散,可太小,否则液柱易冲散,读数较困难,误差增大。读数较困难,误差增大。这种这种倾斜管液柱式压力计倾斜管液柱式压力计可以测量到可以测量到0.98Pa的微压。的微压。为了进一步提高微压计的为了进一步提高微压计的精确度,应选用密度小的精确度,应选用密度小的酒精作为工作液体。酒精作为工作液体。 第三节第三节弹性压力计弹性压力计 用弹性传感器(又称弹性元件)组成的压力用弹性传感器(又称弹性元件)
14、组成的压力测量仪表称为测量仪表称为弹性式压力计弹性式压力计。弹性元件受压后。弹性元件受压后产生的形变输出(力或位移),可以通过传动产生的形变输出(力或位移),可以通过传动机构直接带动指针指示压力(或压差),也可机构直接带动指针指示压力(或压差),也可以通过某种电气元件组成变送器,实现压力以通过某种电气元件组成变送器,实现压力(或压差)信号的远传。(或压差)信号的远传。 CPACFxCxFPAF 1、原理原理: 弹性元件受外部压力作用后,通弹性元件受外部压力作用后,通过受压表表现为力的作用,其力过受压表表现为力的作用,其力F的大的大小为:小为:FAPA弹性元件受力面积弹性元件受力面积m2C弹性元
15、件的刚度系数弹性元件的刚度系数N/mX弹性元件在外力弹性元件在外力F的作用下所产生的作用下所产生的位移,的位移,m 2、弹性元件弹性元件 弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形,变弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形,变形大小与被测压力成正比关系。形大小与被测压力成正比关系。 弹性元件是弹性压力计的弹性元件是弹性压力计的测压敏感元件测压敏感元件。工业常有的敏感元件有工业常有的敏感元件有3种:种:弹簧管弹簧管(也叫波登(也叫波登管)、管)、膜片膜片(膜盒)、(膜盒)、波纹管。波纹管。 2.1 2.1 弹簧管弹簧管 弹簧管弹簧管(也叫波登管)(也叫波登管) 敏感元件是一根弯成敏感元件是一根弯成270
16、270圆弧,截面积显椭圆弧,截面积显椭圆形(或扁圆形)的弹圆形(或扁圆形)的弹性空心性空心C C形管(金属形管(金属管)。管)。 管子的自由端管子的自由端B B封闭,封闭,另一端另一端A A开口且与固定开口且与固定在接头在接头上。上。当被测介质从开口端进入并充满弹簧管当被测介质从开口端进入并充满弹簧管的整个内腔时,弹簧管椭圆截面在被测的整个内腔时,弹簧管椭圆截面在被测压力的作用下将趋向圆形。由于弹簧管压力的作用下将趋向圆形。由于弹簧管的长度一定,弹簧管随着压力产生向外的长度一定,弹簧管随着压力产生向外挺直扩张变形,结果改变弹簧管的中心挺直扩张变形,结果改变弹簧管的中心角,使其自由端产生位移,带
17、动指针旋角,使其自由端产生位移,带动指针旋转。转。2.22.2膜片(膜盒)膜片(膜盒) 膜片是一种沿外缘固定的片状测压弹性膜片是一种沿外缘固定的片状测压弹性元件,在外力的作用下通过膜片的变形元件,在外力的作用下通过膜片的变形位移测量取得压力的大小。位移测量取得压力的大小。 膜片有膜片有平面膜片平面膜片、波纹膜片波纹膜片和和挠形膜片挠形膜片。 平面膜片:平面膜片:可承受较大被测压力,一般用在测可承受较大被测压力,一般用在测量较大压力且要求变形不大时使用,但灵敏度量较大压力且要求变形不大时使用,但灵敏度不高。不高。 波纹膜片:波纹膜片:是一种压有环状同心的圆形薄膜,是一种压有环状同心的圆形薄膜,波
18、纹数目、形状、尺寸和分布均与压力测量范波纹数目、形状、尺寸和分布均与压力测量范围有关。灵敏度高,适用小量程。围有关。灵敏度高,适用小量程。 为提高灵敏度,将两块金属膜片沿周边对焊起为提高灵敏度,将两块金属膜片沿周边对焊起来,形成一个薄膜盒子,称为来,形成一个薄膜盒子,称为膜盒膜盒。 挠形膜片:挠形膜片:一般不单独作为弹性元件使用。一般不单独作为弹性元件使用。 膜片可直接带动传动机构就地显示,但位移膜片可直接带动传动机构就地显示,但位移小,灵敏度低,更多的是与变送器配合使用。小,灵敏度低,更多的是与变送器配合使用。2.32.3波纹管波纹管 是一种具有等间隔同轴环状波纹,能沿是一种具有等间隔同轴环
19、状波纹,能沿轴向伸缩的测压弹性元件。形状类似手轴向伸缩的测压弹性元件。形状类似手风琴的褶皱风箱。风琴的褶皱风箱。 由于波纹管的位移较大,一般可直接带由于波纹管的位移较大,一般可直接带动传动机构,就地显示。动传动机构,就地显示。 优点:优点:灵敏度高,可用来测取较低压力灵敏度高,可用来测取较低压力或压差;或压差; 缺点:缺点:波纹管迟滞误差较大,准确度最波纹管迟滞误差较大,准确度最高只有高只有1.51.5级。级。3 单圈弹簧管压力表单圈弹簧管压力表3.1 3.1 结构结构结构简单,使用方便,结构简单,使用方便,价格低廉,使用范围广,价格低廉,使用范围广,测量范围宽测量范围宽可测负压、微压、低压、
20、可测负压、微压、低压、中压和高压中压和高压精度有精度有0.50.5、1.01.0、1.5、2.5等等一般式压力表一般式压力表精密压力表精密压力表3.2 3.2 工作原理工作原理 当被测介质从开口端进入并充满弹簧当被测介质从开口端进入并充满弹簧管的整个内腔时,弹簧管椭圆截面在被管的整个内腔时,弹簧管椭圆截面在被测压力的作用下将趋向圆形。由于弹簧测压力的作用下将趋向圆形。由于弹簧管的长度一定,弹簧管随着压力产生向管的长度一定,弹簧管随着压力产生向外挺直扩张变形,结果改变弹簧管的中外挺直扩张变形,结果改变弹簧管的中心角,使其自由端产生位移,带动指针心角,使其自由端产生位移,带动指针旋转旋转3.33.
21、3电接点压力表电接点压力表 其测量其测量工作原理工作原理和一般和一般弹簧管压力计完全相同。弹簧管压力计完全相同。 它有一套发讯机构,在它有一套发讯机构,在指针的下部有两个指针,一指针的下部有两个指针,一个为高压给定指针,另一个个为高压给定指针,另一个为低压给定指针,利用专用为低压给定指针,利用专用钥匙在表盘的中间旋动给定钥匙在表盘的中间旋动给定指针的销子,将给定指针拨指针的销子,将给定指针拨到所要控制的压力上、下限到所要控制的压力上、下限值上。值上。电接点压力表(径向)电接点压力表(径向)电接点压力表的用途:电接点压力表的用途:a a、可作为高、低压报警;、可作为高、低压报警;b b、可以接其
22、它继电器等自动设备,起联锁和自、可以接其它继电器等自动设备,起联锁和自 动操作动操作作用;作用;C C、但不能远传压力指示。、但不能远传压力指示。触点的供电电压:交流电不得超过触点的供电电压:交流电不得超过380V380V,直流,直流220V220V以以下;下;触点的最大容量触点的最大容量10VA10VA,电流,电流1A1A。下图为不锈钢耐震电接点压力表下图为不锈钢耐震电接点压力表在热力生产过程中,不仅需要进行压力的显在热力生产过程中,不仅需要进行压力的显 示,而且还需要将压力控制在某一范围内。例示,而且还需要将压力控制在某一范围内。例如:锅炉汽包压力,过热蒸汽压力等如:锅炉汽包压力,过热蒸汽
23、压力等3.4膜片电接点压力表膜片电接点压力表常用于火力发电厂锅炉常用于火力发电厂锅炉风烟系统的风、烟压力风烟系统的风、烟压力测量及锅炉炉膛负压测测量及锅炉炉膛负压测量。量。测量范围为测量范围为1504000Pa,准确度等级一,准确度等级一般为般为2.5级级 3.5 膜合式微压表膜合式微压表原理:原理: 压力信号从引压口、导压管引入膜盒,使膜盒产生变形。压力信号从引压口、导压管引入膜盒,使膜盒产生变形。通过传动机构带动指针转动进行压力值指示。通过传动机构带动指针转动进行压力值指示。用途:用途:常用于火力发电厂锅炉风烟系统的风、烟压力测常用于火力发电厂锅炉风烟系统的风、烟压力测 量及锅炉炉膛负压测
24、量。结构图量及锅炉炉膛负压测量。结构图:测量范围测量范围为为1501504000Pa4000Pa,准确度等级一般为,准确度等级一般为2.52.5级。级。膜合压力表膜合压力表 YEJ1YEJ1、YEJ1FYEJ1F矩形膜矩形膜合压力表合压力表用于测量不起腐用于测量不起腐蚀作用的空气或其他气体蚀作用的空气或其他气体介质的微压或负压,一般介质的微压或负压,一般用在空气管道、燃烧装置用在空气管道、燃烧装置以及其他类似的设备上。以及其他类似的设备上。矩形膜合压力表矩形膜合压力表耐震压力表耐震压力表第四节第四节 负荷式压力计负荷式压力计 特点:应用范围广、结构简单、稳定可特点:应用范围广、结构简单、稳定可
25、靠、准确度高、重复性好。靠、准确度高、重复性好。 是检验、标定压力表的标准仪器之一。是检验、标定压力表的标准仪器之一。 常用有常用有活塞式压力计活塞式压力计 、浮球式压力计浮球式压力计1 1 活塞式压力计活塞式压力计1.11.1原理:是根据流体静力平衡原理工作原理:是根据流体静力平衡原理工作的,利用压力作用在活塞上的力与砝码的,利用压力作用在活塞上的力与砝码的重力相平衡的原理设计而成的。如图的重力相平衡的原理设计而成的。如图所示。主要由压力发生部分和测量部分所示。主要由压力发生部分和测量部分组成。组成。压力发压力发生部分生部分测量测量部分部分常用校验压力表的标准仪器常用校验压力表的标准仪器活塞
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- 第三 压力 测量
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