“热工仪表检修”学习材料
压力和差压是工业生产过程中常见的过程参数之一。在许多场合需要直接检测、控制的压力参数，如锅炉的气包压力、炉膛压力、烟道压力；化学生产中的反应斧压力、加热炉压力等。此外，还有一些不易直接测量的参数，如液位、流量等参数往往需要通过压力或差压的点钞机电机检测来间接获取。因此，压力和差压的测量在各类工业生产领域中如石油、电力、化工、冶金、航天航空、环保、轻工等占有很重要的地位。
第一节 压力的概念和表示方法
在工程上将垂直而均匀作用在单位面积上的力称为压力，两个测量压力之间的差值称为压力差或压差，工程上习惯叫差压。
在国际单位制和我国的法定计量单位中，压力的单位采用牛顿/米2(N/m2)，通常称为帕斯卡或简称帕(Pa)。帕(Pa)这个单位在实际应用中太小，不方便，目前我国生产的各种压力表都统一用kPa(103Pa)或MPa(106Pa)为压力或差压的基本单位。我国在试行法定计量单位以前
还常用工程大气压(kg/cm2)、毫米水柱(mmH2O)和毫米汞柱(mmHg)等单位。另外在英美等西方国家的一些变送器中还常用bar(巴)作压力的单位。表6.1.1为几种压力单位的换算关系。
表6.1.1 压力单位换算表
在工程上，被测压力通常有绝对压力、表压和负压(真空度)之分。三者关系如图 6.1.1 所示。
绝对压力是指作用在单位面积上的全部压力，用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。地面上空宠物垫气柱所产生的平均压力称为大气压力，高于大气压的绝对压力与大气压力之差称为表压，低于大气压力的被测压力称为负压或真空度，其值为大气压力与绝对压力之差。由于各种工艺设备和检测仪表通常是处于crpd-366大气之中，本身就承受着大气压力，因此工程上通常采用表压或者真空度来表示压力的大小，一般的压力检测仪表所指示的压力也是表压或者真空度。
除特殊说明之外，以后所提及的压力均指表压。
图 6.1.1 绝对压力、表压、负压(真空度)关系
第二节：压力的检测方法和检测仪表
目前工业上常用的压力检测方法和压力检测仪表很多，根据敏感元件和转换原理的不同，一般分为四类：
1) 液柱式压力检测
液柱测压法是以流体静力学理论为基础的压力测量方法，一般采用充有水或汞等液体的玻璃U形管或单管进行测量。以此原理构造的液柱压力计结构简单，使用方便，测量精度高，但不便于读数和远传，测量量程也受到一定的限张力控制制，一般在实验室或工程实验上使用。
2) 弹性式压力检测
弹性式压力检测是根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移进行测量的。常用的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管等。
3) 电气式压力检测
电气式压力检测是利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电量进行测量的仪表，如电阻、电荷量等。
4) 活塞式压力检测
活塞式压力检测是根据液压机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来进行测量。活塞式压力计的测量精度较高，允许误差可以小到0.05%～0.02%，普遍被用作标准仪器对压力检测仪表进行检定。这里主要介绍弹性式压力仪表和电气式压力仪表。
第三节： 弹性式压力仪表
弹性式压力仪表是利用弹性元件在外力的作用下产生形变来测量压力的，其种类繁多，在工业上的应用也相当广泛。
1. 弹性元件
弹性元件是弹性式压力表的测压敏感元件，弹性压力表的测量性能主要取决于弹性元件的
弹性特性，与弹性元件的材料、形状、工艺等有关，而且对温度敏感性强。不同的弹性元件测压范围也不同，工业上常用的弹性式压力表所使用的弹性元件主要有膜片、波纹管、弹簧管等，如图6.1.2 所示。
图 6.1.2 弹性元件示意图
1) 膜片
膜片是一种圆形薄板或薄膜，周边固定在壳体或基座上。将膜片成对地沿着周边密封焊接，就构成了膜盒。当膜片两边的压力不等时就会产生位移。位移可直接带动传动机构指示。但是膜片的位移较小，灵敏度低，指示精度不高，一般为2.5 级。膜片更多的是和其
他转换元件合起来使用，通过膜片和转换元件把压力转换成电信号。
2) 波纹管
波纹管是一种具有同轴环状波纹，能沿轴向伸缩的压力弹性元件。当它受到轴向力作用时能产生较大的伸长和收缩位移。一般可在其顶端安装传动机构，带动指针直接读数。其特点是灵敏度高(特别是在低压区)，常用于检测较低的压力(1.0Pa～106Pa)，但波纹管迟滞误差较大，精度一般只能达到1.5 级。
3) 弹簧管
弹簧管是一根弯曲成圆弧形、横截面呈椭圆形或近乎椭圆形的空心管。它的一端焊接在压力表的管座上固定不动，并与被测压力的介质相连通。管的另一端是封闭的，称为自由端。被测压力介质从开口端进入并充满弹簧管的整个内腔，由于弹簧管的非圆横截面，使它有变成圆形并伴有伸直的趋势而产生力矩，其结果使弹簧管的自由端产生位移。弹簧管有单圈和多圈之分，单圈弹簧管自由端位移变化量较小，而多圈弹簧管的自由端位移变化量较大。
2. 弹簧管式压力表的结构及工作原理
弹簧管式压力表主要由弹簧管、传动机构、指示机构盒表壳组成，如图6.1.3所示。
图 6.1.3 弹簧管压力表
1－弹簧管；2－拉杆；3－扇形齿轮；4－中心齿轮；5－指针；
6－面板；7－游丝；8－调节螺钉；9－接头
当被测压力从弹簧管的固定端输入时，弹簧管的自由端产生位移。在一定的范围内，该位移与被测的压力成线性关系。传动机构又称机心，是把弹簧管受到压力作用时自由端所产生的位移传递给刻度指示部分的。它由扇形齿、中心齿轮、游丝等组成，弹簧管自由端位移很小，如果不预先放大很难看出位移的大小。弹簧管自由端的位移是直线移动，而压力表的指针进行的是圆弧形旋转位移。所以必须使用传动机构将弹簧管的微量位移加以放大，并把弹簧管的自由端的直线位移转变为仪表指针的圆弧形旋转位移。指示机构包括指针、刻度盘等，其主要作用是将弹簧管的变形通过指针转动指示出来，从而在刻度盘上读取直接指示的压力值。表壳又称机座，其主要作用是固定和保护仪表的零部件。
在生产中，常需要把压力控制在一定范围内，以保证生产正常进行。这就需采用带有报警或控制触点的压力表。将普通弹簧管式压力表增加一些附加装置，即成为此类压力表，如电接点信号压力表。弹簧管式压力表结构简单、使用方便、价格低廉，使用范围广，测量范围宽，可以测量负压、微压、低压、中压和高压，因此应用十分广泛。根据制造的要求，仪表精度最高可达0.15 级。
第四节： 压力表的选用
为了使压力表在生产过程中能起到应有的作用，首先要正确选用和安装压力表。
1. 压力表的选用
压力表的选用应根据工艺要求，合理地选择压力表的种类、型号、量程和精度等级等。
(1) 确定仪表量程。根据被测压力的大小来确定仪表的量程。在选择仪表的上限时应留有充三方通话分的余地。一般在被测压力稳定的情况下，最大工作压力不应超过仪表上限值的2/3；测量脉动压力时，最大工作压力不应超过仪表上限值的1/2；测量高压时，最大工作压力不应超过仪表上限值的1/3。为了测量的准确性，所测得的压力值不能太接近仪表的下限值，即仪表的量程不能选得过大，一般被测压力的最小值应不低于仪表量程的1/3。
(2) 选用仪表的精度根据生产上所允许的最大测量误差来确定压力表的精度。选择时，应在满足生产要求的情况下尽可能选用精度较低、经济实用的压力表。
(3) 仪表类型的选择选择仪表时应考虑被测介质的性质，如温度的高低、黏度的大小、易燃易爆和是否有腐蚀性等；还要考虑现场环境条件，如高温、潮湿、振动和电磁干扰毛发湿度计等；还必须满足工艺生产提出的要求，如是否需要远传、自动报警或记录等。
第五节： 压力表的校验
1．检定条件如下：
a．检定设备。标准器采用弹簧管式精密压力表、精密真空表，其他同等级精确度的标准器。校验时，标准器的综合误差应不大于被检压力表基本误差绝对值的1／3。
b．其他设备。主要有压力校验器；气体压力源、真空源；工作电压为500V的兆欧表；检定氧气表用的隔离器。
c．校验时环境温度为(20±5)。C。
d．检定用工作介质。①测量上限不超过0．25MPa的压力表，工作介质为清洁的空气，或无毒、无害和化学性能稳定的气体；②测量上限0．25～250MPa的压力表，工作介质为无腐蚀性的液体；③测量上限400～1000MPa的压力表，为药用甘油和乙二醇混合液或根据标准器所要求使用的工作介质。标准器与压力表使用液体为工作介质时，它们的受压点应基本在同一水平面上，否则应考虑由液柱高度差所产生的压力误差。
2.安装。将被检表和标准表安装在压力表校验器上，接头内应放置密封垫，以防止泄露。
3．零点检查
(1)有零点限止钉的仪表，其指针应紧靠在限止钉上。
(2)无零点限止钉的仪表，其指针应在零点分度线宽度范围内。
4．检定项目
一般压力表的检定项目有示值误差、回程误差和轻敲变动量三项，对于电接点压力表应增加绝缘电阻项目。
5．检定方法
检定时，标准器和被检表受压点应在同一个平面上，如不在同一个平面应考虑液柱差产生的误差。压力表的示值应按照分度值的1／5估读。
压力表的示值检定按标有数字的分度线进行。检定时平稳升压(或降压)，当示值达到上限时，切断压力源(或真空源)，耐压3min。然后按原检定点平稳地降压(或升压)倒序回检。
(1)检定点一般不少于5点，应包括常用点。准确度等级低于2．5级的仪表，其校准点可以取三点，但必须包括常用点。
(2)对于每一个检定点，在升压和降压检定时，轻敲表壳指针稳定后读数。
(3)示值误差、回程误差和轻敲位移误差的要求。
1)仪表的示值误差，不应超过仪表的允许误差。
2)仪表的回程误差，不应超过仪表允许误差的绝对值。
3)仪表的轻敲位移，不应超过仪表允许误差绝对值的1／2。
(4)对于压力真空表真空部分检定要求。
1)测量上限为0．3～2．4MPa的压力真空表疏空后应能指向真空方向。
2)测量上限为0．15MPa真空部分检定两点示值。
3)测量上限为0．06MPa真空部分检定三点示值。
(5)对于电接点压力表的特殊检定要求。
1)绝缘电阻。压力表的电气部分与表壳之间的绝缘电阻在环境温度l5～35。C，相对湿度不大于80％时，应小于20Mr2。
2)设定点误差和切换差检定。使设定指针位于设定值上，平稳缓慢的升压或降压，直至信号接通或断开为止，在标准器上读取压力值为上切换差或下切换差。
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