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關(guān)于美國羅斯蒙特ROSEMOUNT壓力測量儀的工作原理
垂直均勻地作用于單位面積上的力稱為壓力,又稱壓強(qiáng)。ROSEMOUNT壓力測量儀表是用來測量氣體或液體壓力的工業(yè)自動(dòng)化儀表,又稱壓力表或壓力計(jì)。
壓力表可以指示、記錄壓力值,并可附加報(bào)警或控制裝置。儀表所測壓力包括絕對壓力、大氣壓力、正壓力(習(xí)慣上稱表壓)、負(fù)壓(習(xí)慣上稱真空)和差壓。工程技術(shù)上所測量的多為表壓。壓力的國際單位為帕,其他單位還有:工程大氣壓、巴、毫米水柱、毫米汞柱等。
壓力是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù),如高壓容器的壓力超過額定值時(shí)便是不安全的,必須進(jìn)行測量和控制。在某些工業(yè)生產(chǎn)過程中,壓力還直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率,如生產(chǎn)合成氨時(shí),氮和氫不僅須在一定的壓力下合成,而且壓力的大小直接影響產(chǎn)量高低。此外,在一定的條件下,測量壓力還可間接得出溫度、流量和液位等參數(shù)。
1643年,意大利人托里拆利首先測定標(biāo)準(zhǔn)的大氣壓力值為760毫米汞柱,奠定了液柱式ROSEMOUNT壓力測量儀表的基礎(chǔ)。1847年,法國人波登制成波登管壓力表,由于結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用,很快在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用,一直是常用的ROSEMOUNT壓力測量儀表。
二十世紀(jì)上半葉出現(xiàn)了遠(yuǎn)傳壓力表和電接點(diǎn)壓力表,從而解決了壓力測量值的遠(yuǎn)距離傳送和壓力的報(bào)警、控制等問題。60年代以后,為適應(yīng)工業(yè)控制、航空工業(yè)和醫(yī)學(xué)測試等方面的要求,ROSEMOUNT壓力測量儀表日益向體積輕巧、耐高溫、耐沖擊、耐振動(dòng)和數(shù)字顯示等方向發(fā)展。
平衡砝碼的質(zhì)量。
U形管壓力計(jì)的測量范圍一般為0~±800毫米水柱或毫米汞柱,精度為1級,可測表壓、真空度、差壓以及作校驗(yàn)流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)差壓計(jì)。其特點(diǎn)是零位刻度在刻度板中間,使用前無須調(diào)零,液柱高度須兩次讀數(shù)。
波紋管壓力計(jì)
用波紋管作為感受壓力的敏感元件的壓力計(jì)叫做波紋管壓力計(jì)。
波紋管又稱皺紋箱,它是一種表面上有許多同心環(huán)狀波形皺紋的薄壁圓管,如下圖所示。
波紋管可以分成單層的和多層的。在總的厚度相同的條件下,多層波紋管的內(nèi)部應(yīng)力小,能承受更高的壓力,耐久性也有所增加。由于各層間的摩擦,使多層波紋管的滯后誤差加大。
在壓力或軸向力的作用下,波紋管將伸長或縮短,由于它在軸向容易變形,所以靈敏度較高。當(dāng)波紋管作為壓力敏感元件時(shí),將波紋管開口的一個(gè)端面焊接于固定的基座上,壓力由此傳至管內(nèi),在壓力差的作用下,波紋管伸長或壓縮一直到壓力為彈性力平衡時(shí)為止,這時(shí)管的自由端就產(chǎn)生一定位移,通過傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)后,使指針轉(zhuǎn)動(dòng)。管的自由端的位移與所測壓力成正比。
U形管壓力計(jì)的測量范圍一般為0~±800毫米水柱或毫米汞柱,精度為1級,可測表壓、真空度、差壓以及作校驗(yàn)流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)差壓計(jì)。其特點(diǎn)是零位刻度在刻度板中間,使用前無須調(diào)零,液柱高度須兩次讀數(shù)。
波紋管壓力計(jì)
用波紋管作為感受壓力的敏感元件的壓力計(jì)叫做波紋管壓力計(jì)。
波紋管又稱皺紋箱,它是一種表面上有許多同心環(huán)狀波形皺紋的薄壁圓管,如下圖所示。
波紋管可以分成單層的和多層的。在總的厚度相同的條件下,多層波紋管的內(nèi)部應(yīng)力小,能承受更高的壓力,耐久性也有所增加。由于各層間的摩擦,使多層波紋管的滯后誤差加大。
在壓力或軸向力的作用下,波紋管將伸長或縮短,由于它在軸向容易變形,所以靈敏度較高。當(dāng)波紋管作為壓力敏感元件時(shí),將波紋管開口的一個(gè)端面焊接于固定的基座上,壓力由此傳至管內(nèi),在壓力差的作用下,波紋管伸長或壓縮一直到壓力為彈性力平衡時(shí)為止,這時(shí)管的自由端就產(chǎn)生一定位移,通過傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)后,使指針轉(zhuǎn)動(dòng)。管的自由端的位移與所測壓力成正比。
波紋管對于低壓力比彈簧管和膜片靈敏得多,而且所能產(chǎn)生用以轉(zhuǎn)動(dòng)指針或記錄筆的力也有增大,其缺點(diǎn)是遲滯值太大(5~6%),因而在用作壓力敏感元件時(shí),常和剛度比它大五~六倍的彈簧一起使用,這樣可使遲滯值減少至1%。
霍爾式壓力計(jì)
霍爾式壓力計(jì)是利用霍爾效應(yīng)制成的ROSEMOUNT壓力測量儀器?;魻柺綁毫τ?jì)的原理如下圖所示。
被測壓力由彈簧管1的固定端引入,彈簧管自由端與霍爾片3相連接,在霍爾片的上下垂直安放著兩對磁極,使霍爾片處于兩對磁極所形成的非均勻線性磁場中,霍爾片的四個(gè)端面引出四根導(dǎo)線,其中與磁鋼2相平行的兩根導(dǎo)線與直流穩(wěn)壓電源相連接,另兩根用來輸出信號。當(dāng)被測壓力引入后,彈簧管自由端產(chǎn)生位移,從而帶動(dòng)霍爾片移動(dòng),改變了施加在霍爾片上的磁感應(yīng)強(qiáng)度,依據(jù)霍爾效應(yīng)進(jìn)而轉(zhuǎn)換成霍爾電勢的變化,達(dá)到了壓力一位移一霍爾電勢的轉(zhuǎn)換。
(1)壓力——霍爾片位移轉(zhuǎn)換
將霍爾片固定在彈簧管自由端。當(dāng)被測壓力作用于彈簧管時(shí),把壓力轉(zhuǎn)換成霍爾片線性位移。
(2)非均勻線性磁場的產(chǎn)生
為了達(dá)到不同的霍爾片位移,施加在霍爾片的磁感應(yīng)強(qiáng)度B不同,又保證霍爾片位移一磁感應(yīng)強(qiáng)度B線性轉(zhuǎn)換,就需要一個(gè)非均勻線性磁場。非均勻線性磁場是靠極靴的特殊幾何形狀形成的。
(3)霍爾片位移一霍爾電勢轉(zhuǎn)換
當(dāng)霍爾片處于兩對極靴問的中央平衡位置時(shí),由于霍爾片左右兩半所通過的磁通方向相反、大小相等,互相對稱,故在霍爾片左右兩半上產(chǎn)生的霍爾電勢也大小相等、極性相反,因此,從整塊霍爾片兩端導(dǎo)出的總電勢為零,當(dāng)有壓力作用,則霍爾片偏離極靴間的中央平衡位置,霍爾片兩半所產(chǎn)生的兩個(gè)極性相反的電勢大小不相等,從整塊霍爾片導(dǎo)出的總電勢不為零。壓力越大,輸出電勢越大。沿霍爾片偏離方向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布呈線性狀態(tài),故霍爾片兩端引出的電勢與霍爾片的位移呈線性關(guān)系。即實(shí)現(xiàn)了霍爾片位移和霍爾電勢的線性轉(zhuǎn)換。
霍爾壓力計(jì)應(yīng)垂直安裝在機(jī)械振動(dòng)盡可能小的場所,且傾斜度小于3°。當(dāng)介質(zhì)易結(jié)晶或黏度較大時(shí),應(yīng)加裝隔離器。通常情況下,以使用在測量上限值1/2左右為宜,且瞬間超負(fù)荷應(yīng)不大于測量上限的二倍。由于霍爾片對溫度變化比較敏感,當(dāng)使用環(huán)境溫度偏離儀表規(guī)定的使用溫度時(shí)要考慮溫度附加誤差,采取恒溫措施(或溫度補(bǔ)償措施)。此外還應(yīng)保證直流穩(wěn)壓電源具有恒流特性,以保證電流的恒定。
正確選擇和使用ROSEMOUNT壓力測量儀表是實(shí)現(xiàn)對壓力參數(shù)進(jìn)行正確、有效測控的首要前提。下面是一些研究人員根據(jù)自己以往在計(jì)量第一線的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。
量程的選擇
(1)在測穩(wěn)定壓力時(shí),一般壓力表最大量程選擇在接近或大于正常壓力測量值的115倍。
(2)在測波動(dòng)壓力時(shí),一般壓力表最大量程選擇在接近或大于正常壓力測量值的2倍。
(3)在測機(jī)泵出口壓力時(shí),一般壓力表最大量程選擇接近機(jī)泵出口最大壓力值。
(4)在測高壓壓力時(shí),一般壓力表最大量程選擇應(yīng)大于最大壓力測量值的1.7倍。
(5)為了保證壓力測量值的精度,最小壓力測量值應(yīng)高于壓力測量量程的1/3處。
類型的選擇
(1)指示壓力表的選擇
A、測壓 > 0.4MPa時(shí),可選用彈簧管壓力表。
B、測壓 < 0.04MPa時(shí),可選用波紋管或膜盒壓力表。
C、測粘稠、易結(jié)晶、腐蝕性、含固體顆粒的場合,可采用膜片壓力表或附帶化學(xué)密封裝置。
D、測蒸汽或高于60℃的介質(zhì)壓力測量應(yīng)選擇不銹鋼壓力表或安裝冷凝圈。
E、脈動(dòng)壓力測量應(yīng)附加阻尼器或耐震壓力表。
F、測含有粉塵氣體時(shí)應(yīng)設(shè)置除塵器。
G、測含有液體的氣體壓力時(shí)應(yīng)設(shè)置氣液分離器。
H、測某些化工介質(zhì)應(yīng)選用專用壓力表:對含氨介質(zhì)壓力測量采用氨用壓力表;對氧氣壓力測量采用氧氣壓力表;對乙炔壓力測量采用乙炔壓力表;對含硫介質(zhì)壓力測量采用抗硫壓力表。
I、高壓壓力表(>10MPa)應(yīng)有滯壓安全措施。
(2)遠(yuǎn)距離壓力傳送儀表的選擇
A、對需要遠(yuǎn)距離測量或測量精度較高的場合,應(yīng)選擇壓力傳感器或壓力變送器;
B、在測量精度要求不高時(shí),可選擇電阻式或電感式、霍爾效應(yīng)式遠(yuǎn)傳壓力表;
C、氣動(dòng)基地式壓力指示調(diào)節(jié)器適宜作就地指示調(diào)節(jié);
D、壓力變送器、壓力快關(guān)應(yīng)根據(jù)安裝場所防爆要求合理選擇。
精度等級的選擇
(1)一般用壓力表、膜盒壓力表和膜片壓力表,應(yīng)選用115級或215級。
(2)精密測量用壓力表,應(yīng)選用014級、0125級或0116級。
外形尺寸的選擇
(1)在管道和設(shè)備上安裝的壓力表,表盤直徑100mm或150mm。
(2)在儀表氣動(dòng)管路及其輔助設(shè)備上安裝的壓力表,表盤直徑為60mm。
(3)安裝在照明較低、位置較高或示值不易觀測場合壓力表,表盤直徑為150或200mm。
Rosemount? 3051 Coplanar? 壓力變送器
借助羅斯蒙特 3051 共面壓力變送器,受益于行業(yè)的性能和技術(shù)。該壓力變送器系列安裝了超過 1000 萬臺(tái)設(shè)備,為壓力、液位和流量測量提供了一體化解決方案。該變送器采用共面法蘭設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn)安裝和應(yīng)用靈活性,易于安裝,并具有直接過程安裝能力,可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的安裝和效率。