自動(dòng)化儀表又稱過(guò)程檢測(cè)、控制儀表，它是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、提高化工生產(chǎn)效率的重要工具。

化工自動(dòng)化控制儀表作業(yè)：指化工自動(dòng)化控制儀表系統(tǒng)安裝、維修、維護(hù)的作業(yè)。

危險(xiǎn)化學(xué)品安全作業(yè)證理論知識(shí)考試采取計(jì)算機(jī)閉卷考試方式，滿分100分，80分及以上為合格

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化工測(cè)量與儀表

壓力測(cè)量原理及儀表

本章考核要點(diǎn)

*掌握壓力測(cè)量原理及測(cè)量?jī)x表相關(guān)知識(shí)

*掌握流量測(cè)量原理及測(cè)量?jī)x表相關(guān)知識(shí)

*掌握液位測(cè)量原理及測(cè)量?jī)x表相關(guān)知識(shí)

*掌握溫度測(cè)量原理及測(cè)量?jī)x表相關(guān)知識(shí)

*掌握成分測(cè)量原理及測(cè)量?jī)x表相關(guān)知識(shí)

一、壓力檢測(cè)登記表的分類

測(cè)量壓力或真空度的儀表很多，按照測(cè)量原理大致可以分為：

(1)液柱式：根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測(cè)量；

(2)彈性式：將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測(cè)量；

(3)電氣式：通過(guò)機(jī)械和電氣元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電量來(lái)進(jìn)行測(cè)量；

(4)活塞式：根據(jù)液體傳送壓強(qiáng)的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來(lái)進(jìn)行測(cè)量，實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，壓力檢測(cè)儀表以彈性式和電氣式為主。

二、彈性式壓力測(cè)量?jī)x表原理

彈性式壓力測(cè)量?jī)x表(見(jiàn)圖4-1)是利用彈性元件在被測(cè)介質(zhì)的壓力作用下產(chǎn)生彈性變形的原理而工作的，這是工業(yè)應(yīng)用最廣泛的一種測(cè)壓儀表。

常用的彈性元件形式主要有：

1.彈簧管式彈性元件

彈簧管(圖4-la)是彎成圓弧形的金屬管，截面形狀呈扁圓形或橢圓形，當(dāng)通入壓力后自由端會(huì)產(chǎn)生位移。單圈彈簧管自由端位移較小，因此能測(cè)量較高的壓力。利用彈簧管式彈性元件可以制成常用的壓力表。

為了增加自由端的位移，可以制成多圈彈簧管。

2.薄膜式彈性元件

膜片式彈性元件(圖4-1c)是由金屬或非金屬材料制成的具有彈性的一張膜片(平膜片或波紋膜片),在較小的壓力作用下就能夠產(chǎn)生變形。

在腐蝕性介質(zhì)場(chǎng)合，可將兩張金屬膜片沿周邊對(duì)焊起來(lái)，制成一個(gè)薄壁盒子，內(nèi)充液體(硅油),稱為膜盒。

3.波紋管式彈性元件

波紋管式彈性元件(圖4-le)是一個(gè)周圍呈波紋狀的薄壁金屬筒體。這種彈性元件易于變形，而且位移很大，常用于微壓、低壓測(cè)量(≤1MPa)。

三、電氣式壓力測(cè)量?jī)x表原理

電氣式壓力計(jì)一般由壓力傳感器、測(cè)量電路和信號(hào)處理裝置組成，是通過(guò)機(jī)械和電氣元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電量來(lái)進(jìn)行測(cè)量的一種測(cè)量?jī)x表。

下面介紹幾種常用的電氣式壓力傳感器。

1.應(yīng)變片式壓力傳感器

如圖4-3所示，應(yīng)變片式壓力傳感器是利用電阻應(yīng)變?cè)�理�?gòu)成的。

被測(cè)壓力使應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生壓縮應(yīng)變時(shí)，其阻值減�。划�(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生拉伸應(yīng)變時(shí)，其阻值增加。應(yīng)變片阻值的變化通過(guò)橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級(jí)電勢(shì)輸出，并用毫伏計(jì)或其他儀表顯示出被測(cè)壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計(jì)。

某些材料，當(dāng)受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化，而且內(nèi)部會(huì)極化，表面上有電荷出現(xiàn)。具有這種效應(yīng)的材料稱為壓電材料或壓電晶體。

壓電式壓力傳感器的壓電元件被夾在兩塊彈性膜片之間，壓電晶體與膜片接觸并接地；另一側(cè)膜片通過(guò)金屬箔和引線將電量引出。壓力作用于膜片時(shí)，壓電元件受力而產(chǎn)生電荷，電荷經(jīng)放大后轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出。

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(yīng)制成的。

壓阻式壓力傳感器采用單晶硅片作為彈性元件，在單晶硅膜片上利用集成電路工藝在特定方向擴(kuò)散出一組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻阻值產(chǎn)生與被測(cè)壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信號(hào)。

4.電容式壓力變送器

如圖4-6所示，電容式壓力傳感器是將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。

圖4-6a為測(cè)量壓力所使用的電容敏感元件；圖4-6b為測(cè)量壓差所使用的電容敏感元件。二者原理相同，在此以差壓變送器為例介紹。

電容式差壓變送器測(cè)量元件的不銹鋼底座左右對(duì)稱，外側(cè)焊有波紋隔離膜片；基座內(nèi)側(cè)有玻璃層，基座和玻璃層中央有孔道相通。玻璃層內(nèi)表面磨成凹球面，球面上鍍有金屬膜；此金屬膜層有導(dǎo)線通往外部，構(gòu)成電容的左右固定極板。在兩個(gè)固定極板之間是彈性材料制成的測(cè)量膜片，作為電容的中央動(dòng)極板。測(cè)量膜片兩側(cè)的空腔中充滿硅油。

當(dāng)被測(cè)壓力分別施加于左右兩側(cè)的隔離膜片時(shí)，通過(guò)硅油將差壓傳遞到測(cè)量膜片上，使其向壓力小的一側(cè)彎曲變形，引起中央活動(dòng)極板與兩側(cè)固定極板間的距離發(fā)生變化，因而兩電容的電容量不再相等。電容量的變化通過(guò)引線傳至測(cè)量電路，由測(cè)量電路檢測(cè)、放大，輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)的4～20 mA直流信號(hào)。

電容式差壓變送器的結(jié)構(gòu)可以有效地保護(hù)測(cè)量膜片，當(dāng)差壓過(guò)大并超過(guò)允許測(cè)量范圍時(shí)，測(cè)量膜片將平滑地貼靠在玻璃凹球面上，因此不易損壞，過(guò)載承受能力很好。

目前，這種變送器已成為最受歡迎的壓力、差壓變送器。

四、壓力儀表的選用

壓力儀表的選用應(yīng)針對(duì)具體情況進(jìn)行具體分析，在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)本著節(jié)約的原則進(jìn)行全面綜合考慮。選型中一般應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的因素：

1.儀表類型

(1)生產(chǎn)工藝：是否要求儀表具有遠(yuǎn)傳、自動(dòng)記錄或報(bào)警功能；

(2)工藝介質(zhì)：溫度、黏度、腐蝕性、臟污程度、易燃易爆等是否對(duì)儀表有特殊要求；

(3)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境：溫度、濕度、磁場(chǎng)、振動(dòng)等對(duì)儀表類型的要求與限制。需要特別注意，

①腐蝕性介質(zhì)對(duì)材質(zhì)有特殊要求；

②氨用壓力表不能使用銅內(nèi)件；

③氧用壓力表禁油；

④脈動(dòng)場(chǎng)合壓力表內(nèi)應(yīng)充硅油增加阻尼。

2.測(cè)量范圍

(1)測(cè)量上限：

①測(cè)量穩(wěn)定壓力時(shí)：最大工作壓力不得超過(guò)上限值的2/3;②測(cè)量脈動(dòng)壓力時(shí)：最大工作壓力不得超過(guò)上限值的1/2;③測(cè)量高壓壓力時(shí)：最大工作壓力不得超過(guò)上限值的3/5。

(2)測(cè)量下限：

①一般情況下，最低工作壓力應(yīng)≥儀表量程的1/3,以提高儀表測(cè)量的準(zhǔn)確度。

②據(jù)此計(jì)算出儀表的“量程”后，應(yīng)進(jìn)一步查閱相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行“圓整”,即根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)(或產(chǎn)品目錄)確定儀表的量程。

3.精度等級(jí)

(1)儀表精度是按工藝生產(chǎn)所允許的最大測(cè)量誤差來(lái)確定的。

(2)一般來(lái)講，所選用的儀表越精密，則測(cè)量結(jié)果越精確、可靠。

(3)不能認(rèn)為選用的儀表精度越高越好，因?yàn)樵骄�密的儀表，價(jià)格越昂貴，操作和維護(hù)越困難。在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)盡量選用精度合適、價(jià)廉耐用的儀表。