压力的物理值和各种形式的压力

压力的物理值和各种形式的压力

除了温度,压力是工业应用中最常测量的物理变量之一。然而,存在着不同的测量单位,不同形式的压力。下面我们会解释一些最基本的术语。

压强表述为受力(F)作用在表面(A)上,可以用公式表示为:

p = F/A

根据国际单位体系,压力命名为帕斯卡(Pa)。这个术语起源于法国数学家Blaise Pascal (1623-1662),并从米和牛顿的单位推导出:1 Pa = 1 N/m2

由于帕斯卡是一个很小的压力单位。因此在工业应用中,普遍使用单位bar。用来表示压力的单位由于应用的不同而不同。单位Pa应用于洁净室的压力测量,而气象学则采用hPa。另一方面,血压测量单位则采用mmHg。

下面的转换图清楚地显示了这些单独的单元是如何换算的。

Figure 1: 压力单位换算表

压力形式

对于用户来说,重要的是要能够区分不同形式的压力,以便选择合适的压力传感器

因此,在压力测量中,绝压、差压和相对压力的划分是至关重要的。

绝压

绝压是相对零压力而言。这指的是一个没有空气存在的空间,例如,在浩瀚的宇宙中,或者在一个理想的真空中。因此,所测压力总是大于参考压力。为了更好的区分其他压力形式,绝对压力以abs表示:Pabs

绝压传感器使用传感器元件内的真空作为参考压力,位于膜的另一侧。

除了气象应用外,绝压压力传感器也常常应用在包装行业(例如真空包装)。

Figure 2: 各种压力形式概述

 

相对压力(表压)

相对压力是一种以大气压力作为基准所表示的压力,以amb来表示。这是通过地球覆盖空气层所作用的压力。这种压力下降维持到大约500公里的高度(在这个高度内,绝对压力是占优势)。海平面上的大气压力相当于大约1013毫巴和波动的高、低压力条件百分之五。

与绝对压力传感器相反,相对压力传感器的另一侧保持与大气相通,以确保与大气压一致。除了相对压力外,过压这个术语也是常见的。当过压高于大气压力时,则称为正过压。如果不是这种情况,则表示负过压(以前,也使用真空这个术语)。

相对压力测量的一个实际例子是车辆的轮胎压力。如果在气压为1bar的基础上,向轮胎提供2bar相对压力,那么绝对压力就等于3bar。

差压

差压指的是任何两个压力之间的差值。因此,差压传感器带有两个压力连接处。

差压测量的一个应用案例就是封闭罐体内的静态压力测量。

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压力传感器的安装:介质对安装位置的决定性作用

压力传感器的安装:介质对安装位置的决定性作用

理想状态下,压力传感器直接安装在被监测的过程回路中。如果不是这样的话,所检测的介质将决定传感器的安装位置。

由于各种各样的原因,压力传感器不能直接安装在回路中:

  • 安装空间受限
  • 后安装压力传感器
  • 防止测量传感器和介质的直接接触(比如温度过高)。

如果压力传感器不能直接安装在回路中,那么回路和测量仪器之间的连接是通过旁路线建立起来的(也称为差压管线或支线)。取决于不同的应用,这条连接线填充着气体或液体。一般来说,在靠近回路的旁路管线和压力传感器周围会有一个截止阀。这样就可以在不中断实际进程的情况下拆卸或修改测量设备(或部分)。

当压力传感器需要进行维修时,比如校准时.  这一点就特别有用。测量的介质由于测量仪器上的截止阀而停留在旁路线中 。

当回路中存在旁通支路时。需要检测一些重要的检测点。这个旁通支路需尽可能短,并以圆环的形式来避免污垢,管路的梯度要小于8度。此外,还有一些跟介质有关的特殊要求。比如液体,要确保完全的排气。旁通支路可用于相对或是绝对压力测量。而对于压差测量,将会有两条支路。根据回路的不同,还要仔细注意安装说明。

在回路中压力传感器的定位

根据回路的类型,传感器安装在过程回路的顶端还是末端是很重要的 。现在就来讨论一下液体,气体和蒸汽之间一些重要的区别。

流体

当在管道中测量流体时,压力传感器应该安装在这个过程回路的末端,这样任何气泡就可以回流到这个回路中。此外,要确保过程回路中的介质在高温下也足够冷却。在这种情况下,旁路管线也会被认为是冷却区段。

气体

对于管道上的气体测量,如果条件允许,压力传感器应该安装在这个过程回路顶端。这可以使得聚集的冷凝物回流到回路中而不影响测量值。

蒸汽

由于高温和冷凝物的形成,蒸汽测量要复杂的多。这两个方面都是齐头并进的:如果蒸汽在到达压力传送器的途中冷却,就会形成冷凝物。如果它在测量仪器中累积,它就会影响测量结果

因此,在测量蒸汽时,必须注意确保适当降低介质温度 ,并且产生的冷凝物不会进入压力传感器。冷凝物可以达到的温度高度要提前设置。这在设计测量范围中也会考虑到。在绝对和相对的压力测量中,旁路线弯曲成S形。

由于两条旁路线内情况条件相同,因此在测量压差时,情况变得更加复杂。这就意味着冷凝物在低压高压时是一样的。出于此,位于旁路管线的截止阀的上游的冷凝管,用于差压传感器进行蒸汽测量。此外,一个五孔的截止阀应该在压力传感器的一侧使用,这样如果旁路管线发生爆破,也不会导致传感器被热的介质永久损坏。