压力仪表在选择按装使用等问题探讨

压力仪表在选择按装使用等问题探讨
         陈钢山
内容摘要：本文主要阐述压力仪表的定义和分类选择压力表的测量上限、种类、准确度等级、质量、安装定期进行检修维护、检测仪表的检定和校准、压力(差压)检测仪表的正确选用，压力(差压)检测仪表的正确安装及有关事项。
关键词：压力仪表 问题  探讨

一、压力的定义和分类
压力的定义：  这里的压力概念，实际上指的是物理学上的压强，即单位面积上所承受压力的大小。  绝对压力：以绝对压力零位为基准，高于绝对压力零位的压力。  正压：以大气压力为基准，高于大气压力的压力。  负压（真空）：以大气压力为基准，低于大气压力的压力。  差压：两个压力之间的差值。  表压：以大气压力为基准，大于或小于大气压力的压力。  在工业过程控制与技术测量过程中，由于机械式压力表的弹性敏感元件具有很高的机械强度以及生产方便等特性，使得机械式压力表得到越来越广泛的应用。机械压力表中的弹性敏感元件随着压力的变化而产生弹性变形。机械压力表采用弹簧管（波登管），膜片，膜盒及波纹管等敏感元件并按此分类。所测量的压力一般视为相对压力。一般相对点选为大气压力。弹性元件在介质压力作用下产生的弹性变形，通过压力表的齿轮传动机构放大，压力表就会显示出相对于大气压的相对值(或高或低)。 在测量范围内的压力值由指针显示，刻度盘的指示范围一般做成270度。
　　压力表的分类：压力表按其测量精确度，可分为精密压力表、一般压力表。精密压力表的测量精确度等级分别为0.1、0.16、0.25、0.4级；一般压力表的测量精确度等级分别为1.0、1.6、2.5、4.0级。  压力表按其指示压力的基准不同，分为一般压力表、绝对压力表、差压表。一般压力表以大气压力为基准；绝压表以绝对压力零位为基准；差压表测量两个被测压力之差。  压力表按其测量范围，分为真空表、压力真空表、微压表、低压表、中压表及高压表。真空表用于测量小于大气压力的压力值；压力真空表用于测量小于和大于大气压力的压力值；微压表用于测量小于60000 Pa的压力值；低压表用于测量0~6MPa压力值；中压表用于测量10~60MPa压力值；高压表用于测量100MPa以上压力值。  耐震压力表的壳体制成全密封结构，且在壳体内填充阻尼油，由于其阻尼作用可以使用在工作环境振动或介质压力（载荷）脉动的测量场所。  带有电接点控制开关的压力表可以实现发讯报警或控制功能。  带有远传机构的压力表可以提供工业工程中所需要的电信号（比如电阻信号或标准直流电流信号）。  隔膜表所使用的隔离器（化学密封）能通过隔离膜片，将被测介质与仪表隔离，以便测量强腐蚀、高温、易结晶介质的压力。  压力表的弹性元件机械压力表中的弹性敏感元件随着压力的变化而产生弹性变形。机械压力表采用弹簧管（波登管）、膜片、膜盒及波纹管等敏感元件并按此分类。敏感元件一般是由铜合金、不锈钢或由特殊材料制成。弹簧管（波登管）分为C型管、盘簧管、螺旋管等型式。一般采用冷作硬化型材料坯管，在退火态具有很高的塑性，经压力加工冷作硬化及定性处理后获得很高的弹性和强度。弹簧管在内腔压力作用下，利用其所具有的弹性特性，可以方便地将压力转变为弹簧管自由端的弹性位移。弹簧管的测量范围一般在0.1MPa ~ 250MPa。 
　　膜片敏感元件是带有波浪的圆形膜片，膜片本身位于两个法兰之间，或焊接在法兰盘上或其边缘夹在两个法兰盘之间。膜片一侧受到测量介质的压力。这样膜片所产生的微小弯曲变形可用来间接测量介质的压力。压力的大小由指针显示。膜片与波登管相比其传递力较大。由于膜片本身周围边缘固定，所以其防振性较好。膜片压力表可达到很高的过压保护（比如膜片贴附在上法兰盘上）。膜片还可以加上保护镀层以提高防腐性。利用开口法兰、冲洗、开口等措施可用膜片压力表测量粘度很大、不清洁的及结晶的介质。膜片压力表的压力测量范围在1600Pa ~ 2.5 MPa。  膜盒敏感元件由两块对扣在一起的呈圆形波浪截面的膜片组成。测量介质的压力作用在膜盒腔内侧，由此所产生的变形可用来间接测量介质的压力。压力值的大小由指针显示。膜盒压力表一般用来测量气体的微压，并具有一定程度的过压保护能力。几个膜盒敏感元件叠在一起后会产生较大的传递力来测量极微小的压力。膜盒压力表的压力测量范围在250Pa ~ 60000Pa。
二、选择压力表的测量上限
　　1. 压力表测量上限值的大小是根据弹簧管外廓尺寸、刚度和非线性条件设计的，测量上限值有 1×10 n 、 1.6×10 n 、 2.5×10 n 、 4×10 n 、 6×10 n 五种系列， n 是正整数、负整数或零。
　　2. 数字压力表压力范围： -100kPa ～ 2kPa ～ 260MPa 。
　　3. 压力表低于 1/3 量程部分准确度较低 , 不宜使用。选择测量上限时，为了保证压力表安全可靠地工作，维持其使用寿命，一般应大于最高使用压力的 1/3 。
　　4. 选择使用范围时，按负荷状况的通用性，应选用全量程的 1/3 ～ 2/3 为宜，因为这一使用范围准确度较高，且在平稳、波动两种负荷下均可使用。使用范围最高不得超过度盘满刻度的 3/4 。
　　三、选择压力表的种类
　　1. 用于测量黏稠或酸碱等特殊介质时，应选用不锈钢弹簧管、不锈钢机芯、不锈钢外壳或胶木外壳。按其所测介质不同，在压力表上应有规定的色标，并注明特殊介质的名称，如表 1 所示。氧气表必须标以红色 “ 禁油 " 字样。
表 1   压力表所测不同介质对应的色标
　　 2. 靠墙安装时，应选用有边缘的压力表；直接安装于管道上时，应选用无边缘的压力表；用于直接测量气体时，应选用表壳后面有安全孔的压力表。出于测压位置和便于观察管理的考虑，应选择表壳直径的大小。表边位置和接头位置与表壳公称直径的关系如表 2 所示。
表 2   表边位置和接头位置与表壳公称直径的关系
　　3. 根据压力表的用途可分为普通压力表、氨压力表、氧气压力表、电接点压力表、远传压力表、耐振压力表、带检验指针压力表、双针双管或双针单管压力表、数显压力表、数字精密压力表等。
　　四、选择压力表的准确度等级
　　1. 压力表的准确度等级是反映被检表与精密表进行比对中，指示值与真实值接近的准确程度。它等于最大基本误差绝对值与测量上限比值的百分数，是依据校验中所产生误差的大小来决定的。
　　2. 我国一般工业用压力表共分为 4 个准确度等级，符合 JJG52-1999 《弹簧管式一般压力表、压力真空表和真空表》检定规程对压力表拟定的允许误差。这 4 个准确度等级是 :1 级、 1.6 级、 2.5 级、 4 级。允许误差 （ 按测量上限的百分数计算） 分别为 ±1% 、 ±1.6% 、 ±2.5% 、 ±4% 。
　　3. 我国 2005 年新的数字压力表检定规程公布实施，符合 JJG875-2005 《数字压力计检定规程》。规定了压力准确度分别为 ±0.01% 、 ±0.02% 、 ±0.05% 、 ±0.1% 、 ±0.2% 、 ±0.5% 、 ±1.0% 、 ±1.6% 。例如陕西创威科技有限公司生产的 CWY 系列数字压力计的等级分别为 ±0.02% 、 ±0.05% 、 ±0.1% 、 ±0.2% 等。
　　4. 合理选择压力表准确度等级的方法 , 应根据生产工艺、经济实用、检测方法等提出的要求，按被测压力最小值所要求的允许误差来选择准确度等级。
　　五、选择压力表的质量
　　　　1. 一般压力表的弹簧管是具有一定横截面形状 （ 常用的有扁平圆和近似椭圆形两种 ） ，弯曲成 “C" 形，而且能满足一定弹性要求的管状弹簧。如果弹簧管太小，就会影响压力表的准确度等级。
　　    2. 压力表的示值超过允许误差，就应该调修该表的示值调节螺钉，如果该表没有示值调节螺钉，此表只能判为不合格。
　　    3. 压力表表盘分度线应均匀，指针指示端应能覆盖最短分度线长度的 1/3 ～ 2/3 。
　　    4. 带有止销的压力表，在无压力或真空时指针应紧靠止销， “ 缩格 " 不得超过规定的允许误差。
　　    5. 压力表表壳应能保护内部机件不受污染，压力表应装有安全孔，安全孔上需有防尘装置。
　　　　6. 数字压力表。则要看整体结构的合理性、所选取的材质、电子元器件的老化工艺、长期稳定性等。（附： 指针式精密压力表与数字式压力表比较 ）
　　六、压力表的安装
　　　　 1. 压力表的安装位置应符合安装状态的要求，表盘一般不应水平放置，安装位置的高低应便于工作人员观测。
　　    2. 压力表安装处与测压点的距离应尽量短，要保证完好的密封性，不能出现泄漏现象。
　　    3. 在安装的压力表前端应有缓冲器；为便于检验，在仪表下方应装有切断阀；当介质较脏或有脉冲压力时，可采用过滤器、缓冲器和稳压气等。
　　七、压力表要定期进行检修维护
　　　　1. 经过一段时间的使用与受压，压力表机芯难免会出现一些变形和磨损，压力表就会产生各种误差和故障。为了保证其原有的准确度而不使量值传递失真，应及时更换，以确保指示正确、安全可靠。
　　    2. 压力表要定期进行清洗。因为压力表内部不清洁，就会增加各机件磨损，从而影响其正常工作，严重的会使压力表失灵、报废。
　　    3. 在测压部位安装的压力表，根据 JJG52-1999 规定，它的检定周期一般不超过半年。
　　    4. 测压部位介质波动大，使用频繁，准确度要求较高，以及对安全因素要求较严的，可按具体情况将检定周期适当缩短
　八、压力(差压)检测仪表的正确选用
　　压力检测仪表的正确选用主要包括确定仪表的型式、量程、范围、准确度和灵敏度、外形尺寸以及是否需要远传和具有其他功能，如指示、记录、调节、报警等。
　　选用的主要依据:
　　1.工艺生产过程对测量的要求，包括量程和准确度。在静态测试(或变化缓慢)的情况下，规定被测压力的最大值选用压力表满刻度值的三分之二；在脉动(波动)压力的情况下，被测压力的最大值选用压力表满刻度值的二分之一。
　　常用压力检测仪表的准确度等级有0.4级、1.0级、1.5级和2.5级4个级等，应从生产工艺准确度要求和最经济角度选用。仪表的最大允许误差是仪表的量程与准确度等级百分比的乘积，如果误差值超过工艺要求准确度，则需更换准确度高一级的压力仪表。
　　2.被测介质的性质，如状态(气体、液体)、温度、粘度、腐蚀性、玷污程度、易燃和易爆程度等。如氧气表、乙炔表，带有“禁油”标志，专用于特殊介质的耐腐蚀压力表、耐高温压力表、隔膜压力表等。
　　3.现场的环境条件，如环境温度、腐蚀情况、振动、潮湿程度等。如用于振动环境条件的防震压力表。
4.适于工作人员的观测。根据检测仪表所处位置和照明情况选用表径(外形尺寸)不等的仪表。
5．量程选择
　　在测稳定压力时，一般压力表最大量程选择接近或大于正常压力测量值的1.5倍;
　　在测脉动压力时，一般压力表最大量程选择接近或大于正常压力测量值的2倍;
　　在测机泵出口压力时，一般压力表最大量程选择接近机泵出口最大压力值;
　　在测高压压力时，一般压力表最大量程选择应大于最大压力测量值的1.7倍;
　　为了保证压力测量精度，最小压力测量值应高于压力表测量量程的1/3。
 6.型式选择
　　测压>0.4MPa时，可选用弹簧管压力表;
　　测压<0.04MPa时，可选用波纹管和膜盒压力表;
　　测粘稠、易结晶、腐蚀性、含固体颗粒的场合，可采用膜片压力表或附带化学密封装置;
　　测蒸汽或高于60℃的介质压力测量应选择不锈钢压力表或安装冷凝圈;
　　脉动压力测量应附加阻尼器或耐震压力表;
　　测含有粉尘气体时应设置除尘器;
　　测含有液体的气体压力时应设置气液分离器;
　　测某些化工介质应选用专用压力表：对含氨介质压力测量采用氨用压力表，对含氧气压力测量采用氧气压力表，对乙炔压力测量采用乙炔压力表，对含硫介质压力采用抗硫压力表;
　　高压压力表(大于10MPa)应有泄压安全设施。

　　九、压力(差压)检测仪表的检定和校准
　　仪表在使用之前，必须检定和校准。长期使用的仪表也应定期检定，其周期应视使用频繁程度和重点程度而定。当仪表带有远距离传送系统及二次仪表时，应连同二次仪表一起检定、校准。
　　十、压力(差压)检测仪表的正确安装及有关事项
　　进行压力检测，实际上需要一个测量系统来实现。要做到准确测量，除对仪表进行正确选择和检定(校准)外，还必须注意整个系统的正确安装。如果只是仪表本身准确，其示值并不能完全代表被测介质的实际参数，因为测量系统的误差并不等于仪表的误差。
　　系统的正确安装包括取压口的开口位置、连接导管的合理铺设和仪表安装位置的正确等。
　　1.取压口的位置选择
　　(1)避免处于管路弯曲、分叉及流束形成涡流的区域。(2)当管路中有突出物体(如测温元件)时，取压口应取在其前面。(3)当必须在调节阀门附近取压时，若取压口在其前，则与阀门距离应不小于2倍管径；若取压口在其后，则与阀门距离应不小于3倍管径。(4)对于宽广容器，取压口应处于流体流动平稳和无涡流的区域。总之，在工艺流程上确定的取压口位置应能保证测得所要选取的工艺参数。
　　2.连接导管的铺设
　　连接导管的水平段应有一定的斜度，以利于排除冷凝液体或气体。当被测介质为气体时，导管应向取压口方向低倾；当被测介质为液体时，导管则应向测压仪表方向倾斜；当被测参数为较小的差压值时，倾斜度可再稍大一点。此外，如导管在上下拐弯处，则应根据导管中的介质情况，在最低点安置排泄冷凝液体装置或在最高处安置排气装置，以保证在相当长的时间内不致因在导管中积存冷凝液体或气体而影响测量的准确度。冷凝液体或气体要定期排放。
　　3.测压仪表的安装及使用注意事项
　　(1)仪表应垂直于水平面安装；(2)仪表测定点与仪表安装处在同一水平位置，否则考虑附加高度误差的修正；(3)仪表安装处与测定点之间的距离应尽量短，以免指示迟缓；(4)保证密封性，不应有泄漏现象出现，尤其是易燃易爆气体介质和有毒有害介质。
　　仪表在下列情况使用时应加附加装置，但不应产生附加误差，否则应考虑修正。(1) 为了保证仪表不受被测介质侵蚀或粘度太大、结晶的影响，应加装隔离装置；(2)为了保证仪表不受被测介质的急剧变化或脉动压力的影响，加装缓冲器。尤其在压力剧增和压力陡降，最容易使压力仪表损坏报废，甚至弹簧管崩裂，发生泄漏现象；(3)为了保证仪表不受振动的影响，压力仪表应加装减振装置及固定装置；(4)为了保证仪表不受被测介质高温的影响，应加装充满液体的弯管装置；(5)专用的特殊仪表，严禁他用，也严禁在没有特殊可靠的装置上进行测量，更严禁用一般的压力表作特殊介质的压力测量；(6)对于新购置的压力检测仪表，在安装使用之前，一定要进行计量检定，以防压力仪表运输途中震动、损坏或其它因素破坏准确度。
1.压力表的原理与构造
1.1原理：压力表通过表内的敏感元件（波登管、膜盒、波纹管）的弹性形变，再由表内机芯的转换机构将压力形变传导至指针，引起指针转动来显示压力。
1.2 构造：
 
溢流孔：
   若发生波登管爆裂的紧急情况的时候，内部压力将通过溢流孔向外界释放，防止玻璃面板的爆裂。注：为了保持溢流孔的正常性能，请在表后面留出至少10mm的空间，不要改造或塞住溢流孔。
指针：
   除标准指针外，其他指针也是可选的。（零调指针最大值指针或设定指针）请在选型表中列出。
玻璃面板：
   除标准玻璃外，其他特殊材质玻璃，如强化玻璃，无反射玻璃也是可选的。
性能分类：
   普通型（标准）、蒸汽用普通型（M）、耐热型（H）、耐振型（V）、蒸汽用耐振型（MV）耐热耐振型（HV）。用途区分参考JIS7505波登管压力表标准。
处理方式：
   禁油/禁水处理…在制造时除去残留在接液部的水或油。
外装指定：
   壳体颜色…除标准色以外，清特别注明。
节流阀：（可选）
   为了减小脉动压力，节流阀安装在压力入口处。 脉动压力：
   由于压力发生器中泵的脉动特性，使压力表的特诊曲线振幅较大。这对压力表是非常有害的。
连接方式：
   本产品连接部有三种连接方式：
   钎焊…用于铜类材质的连接
   银铜钎焊…用于铜类材质和不锈钢材质之间连接       TIG焊接…用于不锈钢材质之间连接

2.压力表术语
2.1 正压与负压
2.2 相对压力与绝对压力
2.3 真空度（如图）

2.4 压力的表示方法
   压力有两种表示方法：一种是以绝对真空作为基准所表示的压力，称为绝对压力；另一种是以大气压力作为基准所表示的压力，称为相对压力。由于大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力，故相对压力也称表压力。当绝对压力小于大气压力时，可用容器内的绝对压力不足一个大气压的数值来表示。称为”真空度”。它们的关系如下：
  绝对压力=大气压力+相对压力
  真空度=大气压力—绝对压力
   我国法定的压力单位为Pa（N/㎡），称为帕斯卡，简称帕。由于此单位太小，因此常采用它的106倍单位MPa（兆帕）。
2.5 弹性敏感元件：波登管、波纹管、隔膜
               
波登管压力表
   波登管敏感元件是弯成圆形，截面积显椭圆形的弹性C形管。测量介质的压力作用在波动管的内侧，这样波登管椭圆截面会趋于圆形截面。由于波登管微小变形，形成一定的环应力。此环应力会使波登管向外延伸。由于弹性波登管头部没有固定，其就会产生小小变形，其变形的大小取决于测量介质的压力大小。波登管的变形通过机芯间接地由指针显示测量介质的压力。
             
膜盒压力表
   膜盒敏感元件由两块连接在一起的显圆形波浪的膜片组成。测量介质的压力作用在膜盒腔内侧，由此所产生的变形可用来间接测量介质的压力。压力值的大小由指针显示。膜盒压力表一般用来测量气体的压力，并能测量微压、过压保护在一定程度上也是可以的。当几个膜盒敏感元件叠在一起后会产生较大的传递力来测量极微小的压力。

 
 
2.6 径向型、轴向型
径向型：指压力表的连接口径与表盘成I型
轴向型：指压力表的连接口径与表盘T型
         
2.7 IP防护等级
   IP（INTERNATIONALPROTECTION）防护登记系统是由IEC（INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION）所起草的。将灯具依起防尘防湿之特性加以分级。这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到灯具内之带电部分，以免触电。IP樊护等级是由两个数字所组成，第一个数字表示灯具离尘、防止外物侵入的等级，第二个数字表示灯具防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高，两个标示数字所表示的防护等级如表一及表二。
   表一：第一个标示特性号码（数字）所指示的防护程度

   表二：第二个标示特性号码（数字）所指示的防护程度
3. 压力表的种类  
3.1 室内型压力表：A□□□
3.2 室外型压力表：B□□□
3.3 高压表：GH□□ 700MPa  
3.4 差压表：DG□□  
3.5 双指针压力表：GD1□  
3.6 耐震型压力表：GV□□  
3.7 带接点压力表：JM□□ JC□□ CD□□（耐压防爆）
4.压力表的选型与报价
   根据客户需求确定压力表种类，再根据压力表的安装场合选择型号
4.1 室内A□□□
4.2 室外B□□□
4.3 振动的场合GV□□
4.4 耐压防爆CD□□
4.5 压力表的安装
   径向、径向壁挂（带面板）
   轴向、轴向安装夹具、轴向面板
4.6 压力表表盘刻度的选择
4.7 带法兰隔膜、毛细管的压力表
   法兰：直接型、远传型。用于：电厂、石油、化工厂等
4.8 附件：虹吸管、节流阀、阻尼器、过压保护器、接头
4.9 禁油禁水
   测量氧气时请标明“禁油处理”测量乙炔时请标明“禁油处理”及耐腐蚀；测量氢气时请标明“禁油禁水处理”