- 化工儀表及自動化(化學工程與工藝專業適用)
- 厲玉鳴主編
- 9624字
- 2020-07-01 16:07:49
第二節 壓力檢測及儀表
工業生產中,所謂壓力是指由氣體或液體均勻垂直地作用于單位面積上的力。在工業生產過程中,壓力是重要的操作參數之一。特別是在化工、煉油等生產過程中,經常會遇到壓力和真空度的測量,其中包括比大氣壓力高很多的高壓、超高壓和比大氣壓力低很多的真空度的測量。如高壓聚乙烯,要在150MPa或更高壓力下進行聚合;氫氣和氮氣合成氨氣時,要在15MPa或32MPa的壓力下進行反應;而煉油廠減壓蒸餾,則要在比大氣壓低很多的真空下進行。如果壓力不符合要求,不僅會影響生產效率,降低產品質量,有時還會造成嚴重的生產事故。此外,壓力測量的意義還不局限于它自身,有些其他參數的測量,如物位、流量等往往是通過測量壓力或差壓來進行的,即測出了壓力或差壓,便可確定物位或流量。
一、壓力單位及測壓儀表
由于壓力是指均勻垂直地作用在單位面積上的力,故可用式(3-9)表示
(3-9)
式中,p為壓力;F為垂直作用力;S為受力面積。
根據國際單位制(代號為SI)規定,壓力的單位為帕斯卡,簡稱帕(Pa),1帕為1牛頓每平方米,即
1Pa=1N/m2 (3-10)
帕所表示的壓力較小,工程上經常使用兆帕(MPa)。帕與兆帕之間的關系為:
1MPa=1×106Pa (3-11)
過去使用的壓力單位比較多,根據1984年2月27日國務院“關于在我國統一實行法定計量單位的命令”的規定,這些單位將不再使用。但為了使大家了解國際單位制中的壓力單位(Pa或MPa)與過去的單位之間的關系,下面給出幾種單位之間的換算關系表3-1。
表3-1 各種壓力單位換算表

在壓力測量中,常有表壓、絕對壓力、負壓或真空度之分,其關系見圖3-4。

圖3-4 絕對壓力、表壓、負壓(真空度)的關系
工程上所用的壓力指示值,大多為表壓(絕對壓力計的指示值除外)。表壓是絕對壓力和大氣壓力之差,即
p表壓=p絕對壓力-p大氣壓力
當被測壓力低于大氣壓力時,一般用負壓或真空度來表示,它是大氣壓力與絕對壓力之差,即
p真空度=p大氣壓力-p絕對壓力
因為各種工藝設備和測量儀表通常是處于大氣之中,本身就承受著大氣壓力。所以,工程上經常用表壓或真空度來表示壓力的大小。以后所提到的壓力,除特別說明外,均指表壓或真空度。
測量壓力或真空度的儀表很多,按照其轉換原理的不同,大致可分為四大類。
1.液柱式壓力計
它是根據流體靜力學原理,將被測壓力轉換成液柱高度進行測量的。按其結構形式的不同,有U形管壓力計、單管壓力計和斜管壓力計等。這類壓力計結構簡單、使用方便,但其精度受工作液的毛細管作用、密度及視差等因素的影響,測量范圍較窄,一般用來測量較低壓力、真空度或壓力差。
2.彈性式壓力計
它是將被測壓力轉換成彈性元件變形的位移進行測量的。例如彈簧管壓力計、波紋管壓力計及膜式壓力計等。
3.電氣式壓力計
它是通過機械和電氣元件將被測壓力轉換成電量(如電壓、電流、頻率等)來進行測量的儀表,例如各種壓力傳感器和壓力變送器。
4.活塞式壓力計
它是根據水壓機液體傳送壓力的原理,將被測壓力轉換成活塞上所加平衡砝碼的質量來進行測量的。它的測量精度很高,允許誤差可小到0.05%~0.02%。但結構較復雜,價格較貴。一般作為標準型壓力測量儀器,來檢驗其他類型的壓力計。
二、彈性式壓力計
彈性式壓力計是利用各種形式的彈性元件,在被測介質壓力的作用下,使彈性元件受壓后產生彈性變形的原理而制成的測壓儀表。這種儀表具有結構簡單、使用可靠、讀數清晰、牢固可靠、價格低廉、測量范圍寬以及有足夠的精度等優點。若增加附加裝置,如記錄機構、電氣變換裝置、控制元件等,則可以實現壓力的記錄、遠傳、信號報警、自動控制等。彈性式壓力計可以用來測量幾百帕到數千兆帕范圍內的壓力,因此在工業上是應用最為廣泛的一種測壓儀表。
1.彈性元件
彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。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構如圖3-5所示。

圖3-5 彈性元件示意圖
(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1000MPa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3-5(a)所示。當通入壓力p后,它的自由端就會產生位移。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3-5(b)所示。
(2)薄膜式彈性元件 薄膜式彈性元件根據其結構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3-5(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,內充液體(例如硅油),稱為膜盒,如圖3-5(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3-5(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)。
2.彈簧管壓力表
彈簧管壓力表的測量范圍極廣,品種規格繁多。按其所使用的測壓元件不同,可有單圈彈簧管壓力表與多圈彈簧管壓力表。按其用途不同,除普通彈簧管壓力表外,還有耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。它們的外形與結構基本上是相同的,只是所用的材料有所不同。
彈簧管壓力表的結構原理如圖3-6所示。

圖3-6 彈簧管壓力表
1—彈簧管;2—拉桿;3—扇形齒輪;4—中心齒輪;5—指針;6—面板;7—游絲;8—調整螺釘;9—接頭
彈簧管1是壓力表的測量元件。圖中所示為單圈彈簧管,它是一根彎成270°圓弧的橢圓截面的空心金屬管子。管子的自由端B封閉,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,而彎成圓弧形的彈簧管也隨之產生向外挺直的擴張變形。由于變形,使彈簧管的自由端B產生位移。輸入壓力p越大,產生的變形也越大。由于輸入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,這就是彈簧管壓力表的基本測量原理。
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才能指示出來。具體的放大過程如下:彈簧管自由端B的位移通過拉桿2(見圖3-6)使扇形齒輪3作逆時針偏轉,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,在面板6的刻度標尺上顯示出被測壓力p的數值。由于彈簧管自由端的位移與被測壓力之間具有正比關系,因此彈簧管壓力表的刻度標尺是線性的。
游絲7用來克服因扇形齒輪和中心齒輪間的傳動間隙而產生的儀表變差。改變調整螺釘8的位置(即改變機械傳動的放大系數),可以實現壓力表量程的調整。
在化工生產過程中,常常需要把壓力控制在某一范圍內,即當壓力低于或高于給定范圍時,就會破壞正常工藝條件,甚至可能發生危險。這時就應采用帶有報警或控制觸點的壓力表。將普通彈簧管壓力表稍加變化,便可成為電接點信號壓力表,它能在壓力偏離給定范圍時,及時發出信號,以提醒操作人員注意或通過中間繼電器實現壓力的自動控制。
圖3-7是電接點信號壓力表的結構和工作原理示意圖。壓力表指針上有動觸點2,表盤上另有兩根可調節的指針,上面分別有靜觸點1和4。當壓力超過上限給定數值(此數值由靜觸點4的指針位置確定)時,動觸點2和靜觸點4接觸,紅燈5的電路被接通,使紅燈發亮。若壓力低到下限給定數值時,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1、4的位置可根據需要靈活調節。

圖3-7 電接點信號壓力表
1,4—靜觸點;2—動觸點;3—綠燈;5—紅燈
三、電氣式壓力計
電氣式壓力計是一種能將壓力轉換成電信號進行傳輸及顯示的儀表。這種儀表的測量范圍較廣,分別可測7×10-5Pa至5×102MPa的壓力,允許誤差可至0.2%。由于可以遠距離傳送信號,所以在工業生產過程中可以實現壓力自動控制和報警,并可與工業控制機聯用。
電氣式壓力計一般由壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置所組成。常用的信號處理裝置有指示儀、記錄儀以及控制器、微處理機等。圖3-8是電氣式壓力計的組成方框圖。

圖3-8 電氣式壓力計組成方框圖
壓力傳感器的作用是把壓力信號檢測出來,并轉換成電信號進行輸出,當輸出的電信號能夠被進一步變換為標準信號時,壓力傳感器又稱為壓力變送器。
標準信號是指物理量的形式和數值范圍都符合國際標準的信號。例如直流電流4~20mA、空氣壓力0.02~0.1MPa都是當前通用的標準信號。我國還有一些變送器以直流電流0~10mA為輸出信號。
下面簡單介紹霍爾片式、應變片式、壓阻式壓力傳感器、電容式壓力變送器。
1.霍爾片式壓力傳感器
霍爾片式壓力傳感器是根據霍爾效應制成的,即利用霍爾元件將由壓力所引起的彈性元件的位移轉換成霍爾電勢,從而實現壓力的測量。
霍爾片為一半導體(如鍺)材料制成的薄片。如圖3-9所示,在霍爾片的Z軸方向加一磁感應強度為B的恒定磁場,在Y軸方向加一外電場(接入直流穩壓電源),便有恒定電流沿Y軸方向通過。電子在霍爾片中運動(電子逆Y軸方向運動)時,由于受電磁力的作用,而使電子的運動軌道發生偏移,造成霍爾片的一個端面上有電子積累,另一個端面上正電荷過剩,于是在霍爾片的X軸方向上出現電位差,這一電位差稱為霍爾電勢,這樣一種物理現象就稱為“霍爾效應”。

圖3-9 霍爾效應
霍爾電勢的大小與半導體材料、所通過的電流(一般稱為控制電流)、磁感應強度以及霍爾片的幾何尺寸等因素有關,可用式(3-12)表示
UH=RHBI (3-12)
式中,UH為霍爾電勢;RH為霍爾常數,與霍爾片材料、幾何形狀有關;B為磁感應強度;I為控制電流的大小。
由式(3-12)可知,霍爾電勢與磁感應強度和電流成正比。提高B和I值可增大霍爾電勢UH,但兩者都有一定限度,一般I為3~20mA,B約為幾千高斯,所得的霍爾電勢UH約為幾十毫伏數量級。
必須指出,導體也有霍爾效應,不過它們的霍爾電勢遠比半導體的霍爾電勢小得多。
如果選定了霍爾元件,并使電流保持恒定,則在非均勻磁場中,霍爾元件所處的位置不同,所受到的磁感應強度也將不同,這樣就可得到與位移成比例的霍爾電勢,實現位移-電勢的線性轉換。
將霍爾元件與彈簧管配合,就組成了霍爾片式彈簧管壓力傳感器,如圖3-10所示。被測壓力由彈簧管1的固定端引入,彈簧管的自由端與霍爾片3相連接,在霍爾片的上、下方垂直安放兩對磁極,使霍爾片處于兩對磁極形成的非均勻磁場中。霍爾片的四個端面引出四根導線,其中與磁鋼2相平行的兩根導線和直流穩壓電源相連接,另兩根導線用來輸出信號。

圖3-10 霍爾片式彈簧管壓力傳感器
1—彈簧管;2—磁鋼;3—霍爾片
當被測壓力引入后,在被測壓力作用下,彈簧管自由端產生位移,因而改變了霍爾片在非均勻磁場中的位置,使所產生的霍爾電勢與被測壓力成比例。利用這一電勢即可實現遠距離顯示和自動控制。
2.應變片式壓力傳感器
應變片式壓力傳感器是利用電阻應變原理構成的。電阻應變片有金屬應變片(金屬絲或金屬箔)和半導體應變片兩類。被測壓力使應變片產生應變。當應變片產生壓縮應變時,其阻值減小;當應變片產生拉伸應變時,其阻值增加。應變片阻值的變化,再通過橋式電路獲得相應的毫伏級電勢輸出,并用毫伏計或其他記錄儀表顯示出被測壓力,從而組成應變片式壓力計。
圖3-11是一種應變片式壓力傳感器的原理圖。應變筒1的上端與外殼2固定在一起,下端與不銹鋼密封膜片3緊密接觸,兩片康銅絲應變片r1和r2用特殊膠合劑(縮醛膠等)貼緊在應變筒的外壁。r1沿應變筒軸向貼放,作為測量片;r2沿徑向貼放,作為溫度補償片。應變片與筒體之間不發生相對滑動,并且保持電氣絕緣。當被測壓力p作用于膜片而使應變筒作軸向受壓變形時,沿軸向貼放的應變片r1也將產生軸向壓縮應變ε1,于是r1的阻值變小;而沿徑向貼放的應變片r2,由于本身受到橫向壓縮將引起縱向拉伸應變ε2,于是r2阻值變大。但是由于ε2比ε1要小,故實際上r1的減少量將比r2的增大量為大。

圖3-11 應變片式壓力傳感器示意圖
1—應變筒;2—外殼;3—密封膜片
應變片r1和r2與兩個固定電阻r3和r4組成橋式電路,如圖3-11(b)所示。由于r1和r2的阻值變化而使橋路失去平衡,從而獲得不平衡電壓ΔU作為傳感器的輸出信號,在橋路供給直流穩壓電源最大為10V時,可得最大ΔU為5mV的輸出。傳感器的被測壓力可達25MPa。由于傳感器的固有頻率在25000Hz以上,故有較好的動態性能,適用于快速變化的壓力測量。傳感器的非線性及滯后誤差小于額定壓力的1%。
3.壓阻式壓力傳感器
壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應而構成,其工作原理如圖3-12所示。采用單晶硅片為彈性元件,在單晶硅膜片上利用集成電路的工藝,在單晶硅的特定方向擴散一組等值電阻,并將電阻接成橋路,單晶硅片置于傳感器腔內。當壓力發生變化時,單晶硅產生應變,使直接擴散在上面的應變電阻產生與被測壓力成比例的變化,再由橋式電路獲得相應的電壓輸出信號。

圖3-12 壓阻式壓力傳感器
1—基座;2—單晶硅片;3—導環;4—螺母;5—密封墊圈;6—等效電阻
壓阻式壓力傳感器具有精度高、工作可靠、頻率響應高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結構簡單等特點,可以適應惡劣的環境條件下工作,便于實現顯示數字化。壓阻式壓力傳感器不僅可以用來測量壓力,稍加改變,就可以用來測量差壓、高度、速度、加速度等參數。
4.電容式壓力變送器
20世紀70年代初由美國最先投放市場的電容變送器,是一種開環檢測儀表,具有結構簡單、過載能力強、可靠性好、測量精度高、體積小、重量輕、使用方便等一系列優點,目前已成為最受歡迎的壓力、差壓變送器。其輸出信號也是標準的4~20mA(DC)電流信號。
電容式壓力變送器是先將壓力的變化轉換為電容量的變化,然后進行測量的。
在工業生產過程中,差壓變送器的應用數量多于壓力變送器,因此,以下按差壓變送器介紹,其實兩者的原理和結構基本上相同。
圖3-13是電容式差壓變送器的原理圖,將左右對稱的不銹鋼底座的外側加工成環狀波紋溝槽,并焊上波紋隔離膜片。基座內側有玻璃層,基座和玻璃層中央有孔道相通。玻璃層內表面磨成凹球面,球面上鍍有金屬膜,此金屬膜層有導線通往外部,構成電容的左右固定極板。在兩個固定極板之間是彈性材料制成的測量膜片,作為電容的中央動極板。在測量膜片兩側的空腔中充滿硅油。

圖3-13 電容式差壓變送器原理圖
1—隔離膜片;2,7—固定電極;3—硅油;4—測量膜片;5—玻璃層;6—底座;8—引線
當被測壓力p1、p2分別加于左右兩側的隔離膜片時,通過硅油將差壓傳遞到測量膜片上,使其向壓力小的一側彎曲變形,引起中央動極板與兩邊固定電極間的距離發生變化,因而兩電極的電容量不再相等,而是一個增大、另一個減小,電容的變化量通過引線傳至測量電路,通過測量電路的檢測和放大,輸出一個4~20mA的直流電信號。
電容式差壓變送器的結構可以有效地保護測量膜片,當差壓過大并超過允許測量范圍時,測量膜片將平滑地貼靠在玻璃凹球面上,因此不易損壞,過載后的恢復特性很好,這樣大大提高了過載承受能力。與力矩平衡式相比,電容式沒有杠桿傳動機構,因而尺寸緊湊,密封性與抗震性好,測量精度相應提高,可達0.2級。
四、智能型壓力變送器
隨著集成電路的廣泛應用,其性能不斷提高,成本大幅度降低,使得微處理器在各個領域中的應用十分普遍。智能型壓力或差壓變送器就是在普通壓力或差壓傳感器的基礎上增加微處理器電路而形成的智能檢測儀表。例如,用帶有溫度補償的電容傳感器與微處理器相結合,構成精度為0.1級的壓力或差壓變送器,其量程范圍為100∶1,時間常數在0~36s間可調,通過手持通信器,可對1500m之內的現場變送器進行工作參數的設定、量程調整以及向變送器加入信息數據。
智能型變送器的特點是可進行遠程通信。利用手持通信器,可對現場變送器進行各種運行參數的選擇和標定;其精確度高,使用與維護方便。通過編制各種程序,使變送器具有自修正、自補償、自診斷及錯誤方式告警等多種功能,因而提高了變送器的精確度,簡化了調整、校準與維護過程,促使變送器與計算機、控制系統直接對話。
下面以美國費希爾-羅斯蒙特公司(Fisher-Rosemount)的3051C型智能差壓變送器為例對其工作原理作簡單介紹。
3051C型智能差壓變送器包括變送器和275型手持通信器。
變送器由傳感膜頭和電子線路板組成,圖3-14為其原理方框圖。

圖3-14 3051C型智能差壓變送器(4~20mA)方框圖
被測介質壓力通過電容傳感器轉換為與之成正比的差動電容信號。傳感膜頭還同時進行溫度的測量,用于補償溫度變化的影響。上述電容和溫度信號通過A/D轉換器轉換為數字信號,輸入到電子線路板模塊。
在工廠的特性化過程中,所有的傳感器都經受了整個工作范圍內的壓力與溫度循環測試。根據測試數據所得到的修正系數,都貯存在傳感膜頭的內存中,從而可保證變送器在運行過程中能精確地進行信號修正。
電子線路板模塊接收來自傳感膜頭的數字輸入信號和修正系數,然后對信號加以修正與線性化。電子線路板模塊的輸出部分將數字信號轉換成4~20mA DC電流信號,并與手持通信器進行通信。
在電子線路板模塊的永久性EEPROM存儲器中存有變送器的組態數據,當遇到意外停電,其中數據仍然保存,所以恢復供電之后,變送器能立即工作。
數字通信格式符合HART協議,該協議使用了工業標準Bell 202頻移調制(FSK)技術。通過在4~20mA DC輸出信號上疊加高頻信號來完成遠程通信。羅斯蒙特公司采用這一技術,能在不影響回路完整性的情況下實現同時通信和輸出。
3051C型智能差壓變送器所用的手持通信器為275型,其上帶有鍵盤及液晶顯示器。它可以接在現場變送器的信號端子上,就地設定或檢測,也可以在遠離現場的控制室中,接在某個變送器的信號線上進行遠程設定及檢測。為了便于通信,信號回路必須有不小于250Ω的負載電阻。其連接示意圖如圖3-15所示。

圖3-15 手持通信器的連接示意圖
手持通信器能夠實現下列功能。
(1)組態 組態可分為兩部分。首先,設定變送器的工作參數,包括測量范圍、線性或平方根輸出、阻尼時間常數、工程單位選擇;其次,可向變送器輸入信息性數據,以便對變送器進行識別與物理描述,包括給變送器指定工位號、描述符等。
(2)測量范圍的變更 當需要更改測量范圍時,不需到現場調整。
(3)變送器的校準 包括零點和量程的校準。
(4)自診斷 3051C型變送器可進行連續自診斷。當出現問題時,變送器將激活用戶選定的模擬輸出報警。手持通信器可以詢問變送器,確定問題所在。變送器向手持通信器輸出特定的信息,以識別問題,從而可以快速地進行維修。
由于智能型差壓變送器有好的總體性能及長期穩定工作能力,所以每五年才需校驗一次。智能型差壓變送器與手持通信器結合使用,可遠離生產現場,尤其是危險或不易到達的地方,給變送器的運行和維護帶來了極大的方便。
五、壓力計的選用及安裝
正確地選用及安裝是保證壓力計在生產過程中發揮應有作用的重要環節。
1.壓力計的選用
壓力計的選用應根據工藝生產過程對壓力測量的要求,結合其他各方面的情況,加以全面的考慮和具體的分析。選用壓力計和選用其他儀表一樣,一般應該考慮以下幾個方面的問題。
(1)儀表類型的選用 儀表類型的選用必須滿足工藝生產的要求。例如是否需要遠傳、自動記錄或報警;被測介質的物理化學性能(諸如腐蝕性、溫度高低、黏度大小、臟污程度、易燃易爆性能等)是否對測量儀表提出特殊要求;現場環境條件(諸如高溫、電磁場、振動及現場安裝條件等)對儀表類型有否特殊要求等等。總之,根據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,不允許采用銅合金。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時很快就要損壞。
氧氣壓力計與普通壓力計在結構和材質上完全相同,只是氧用壓力計禁油。因為油進入氧氣系統易引起爆炸。所用氧氣壓力計在校驗時,不能像普通壓力計那樣采用變壓器油作為工作介質,并且氧氣壓力計在存放中要嚴格避免接觸油污。如果必須采用現有的帶油污的壓力計測量氧氣壓力時,使用前必須用四氯化碳反復清洗,認真檢查直到無油污時為止。
(2)儀表測量范圍的確定 儀表的測量范圍是指該儀表可按規定的精確度對被測量進行測量的范圍,它是根據操作中需要測量的參數的大小來確定的。
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中可能的最大壓力值。根據“化工自控設計技術規定”,在測量穩定壓力時,最大工作壓力不應超過測量上限值的2/3;測量脈動壓力時,最大工作壓力不應超過測量上限值的1/2;測量高壓壓力時,最大工作壓力不應超過測量上限值的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不低于儀表滿量程的1/3為宜。
根據被測參數的最大值和最小值計算出儀表的上、下限后,還不能以此數值直接作為儀表的測量范圍。因為儀表標尺的極限值不是任意取一個數字都可以的,它是由國家主管部門用規程或標準規定了的。因此,選用儀表的標尺極限值時,也只能采用相應的規程或標準中的數值(一般可在相應的產品目錄中找到)。
(3)儀表精度級的選取 儀表精度是根據工藝生產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,則測量結果越精確、可靠。但不能認為選用的儀表精度越高越好,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,應盡可能選用精度較低、價廉耐用的儀表。
下面通過一個例子來說明壓力表的選用。
例3 某臺往復式壓縮機的出口壓力范圍為25~28MPa,測量誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察,并能高低限報警,試正確選用一臺壓力表,指出型號、精度與測量范圍。
解 由于往復式壓縮機的出口壓力脈動較大,所以選擇儀表的上限值為
p1=pmax×2=28×2=56MPa
根據就地觀察及能進行高低限報警的要求,由本章附錄一,可查得選用YX-150型電接點壓力表,測量范圍為0~60MPa。
由于,故被測壓力的最小值不低于滿量程的1/3,這是允許的。
另外,根據測量誤差的要求,可算得允許誤差為
所以,精度等級為1.5級的儀表完全可以滿足誤差要求。
至此,可以確定,選擇的壓力表為YX-150型電接點壓力表,測量范圍為0~60MPa,精度等級為1.5級。
2.壓力計的安裝
壓力計的安裝正確與否,直接影響到測量結果的準確性和壓力計的使用壽命。
(1)測壓點的選擇 所選擇的測壓點應能反映被測壓力的真實大小。為此,必須注意以下幾點。
①要選在被測介質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。
②測量流動介質的壓力時,應使取壓點與流動方向垂直,取壓管內端面與生產設備連接處的內壁應保持平齊,不應有凸出物或毛刺。
③測量液體壓力時,取壓點應在管道下部,使導壓管內不積存氣體;測量氣體壓力時,取壓點應在管道上方,使導壓管內不積存液體。
(2)導壓管鋪設
①導壓管粗細要合適,一般內徑為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。
②導壓管水平安裝時應保證有1∶10~1∶20的傾斜度,以利于積存于其中之液體(或氣體)的排出。
③當被測介質易冷凝或凍結時,必須加設保溫伴熱管線。
④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。切斷閥應裝設在靠近取壓口的地方。
(3)壓力計的安裝
①壓力計應安裝在易觀察和檢修的地方。
②安裝地點應力求避免振動和高溫影響。
③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3-16(a)];對于有腐蝕性介質的壓力測量,應加裝有中性介質的隔離罐,圖3-16(b)表示了被測介質密度ρ2大于和小于隔離液密度ρ1的兩種情況。

圖3-16 壓力計安裝示意圖
1—壓力計;2—切斷閥門;3—凝液管;4—取壓容器
總之,針對被測介質的不同性質(高溫、低溫、腐蝕、臟污、結晶、沉淀、黏稠等),要采取相應的防熱、防腐、防凍、防堵等措施。
④壓力計的連接處,應根據被測壓力的高低和介質性質,選擇適當的材料,作為密封墊片,以防泄漏。
⑤當被測壓力較小,而壓力計與取壓口又不在同一高度時,對由此高度而引起的測量誤差應按Δp=±Hρg進行修正。式中H為高度差,ρ為導壓管中介質的密度,g為重力加速度。
⑥為安全起見,測量高壓的壓力計除選用有通氣孔的外,安裝時表殼應向墻壁或無人通過之處,以防發生意外。