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针对压力表工作原理及其类型细节全面解说

作者:发表时间:2019-06-05


压力表工作原理
      压力表通过液柱的高度差和液柱内的流体密度的组合来获得压力。U型压力表被认为是主要压力标准,利用以下等式得出压力:
      P = P2-P1 =hwρg
哪里:
      P =压差
      P1 =施加在低压连接上的压力
      P2 =施加在高压连接上的压力
      hw =压力表两腿之间液柱的高度差
      ρ =柱内流体的质量密度
      g =重力加速度
本文针对压力表工作原理及其类型细节全面解说
压力表的类型
U管压力表


      “U型压力表的操作原理如图5-1所示。它只是一个玻璃管弯曲形成字母U并部分填充一些液体。仪器的两条腿向大气开放或承受相同的压力,如图5-1所示,液体保持完全相同的水平或零参考。如图所示
图5-2,如果压力施加在仪器左侧,则流体在左腿后退,在右腿上升。流体移动直到由“H”表示的流体的单位重量精确地平衡压力。这被称为静水平衡。从一个表面到另一个表面的流体高度是与压力相反的流体的实际高度。
      无论管的形状或大小如何,压力始终是从一个表面到另一个表面的流体高度,如图5-3所示。
      左手压力表有一个均匀的管子,中心的管子有一条扩大的腿,右边的管子有一条不规则的腿。顶部的压力表对两条腿的大气开放,因此两条腿的指示液位是相同的。如图5-4所示,在每个压力表的左腿上施加相同的压力会导致每个压力表的液位发生变化。由于压力表支腿的体积变化,流体柱移动的距离是不同的。然而,“H”表示液位之间的总距离,在三个压力表中保持相同“15。
斜管压力表
      “许多应用需要精确测量低压,例如气流和极低的差异。为了更好地处理这些应用,压力表的布置使指示管倾斜,如图5-5所示,提供更好的分辨率。这种布置可以允许12“的刻度长度代表1”的垂直高度。通过比例细分,可以读取0.00036 PSI(1/100英寸水柱)的压力“15。


井式压力表
      井式压力表如图5-6所示。在该设计中,压力施加到连接到单个指示管的流体井。当流体在井中向下移动时,流体被移动到压力表的较小指示腿中。这允许直接读取单一规模。该井型压力表利用音量平衡的原理,其中,从井移位的流体是等于在较小指示列中加入流体。必须小心控制井区和指示型的内径,以确保仪器的准确性。


      该井型压力表如段落1.5描述并可以被认为是次要标准的一种形式中不满足一级标准的要求。
内在纠正因素
流体密度校正
      上海自动化仪表四厂压力表仅在一个温度下显示正确的压力。这是因为指示流体密度随温度而变化。如果水是指示液,则英寸刻度表示仅在4°C时有1英寸水。在相同的比例下,汞仅表示0°C时的1英寸汞柱。如果在20°C下使用水或汞进行读数,则读数不准确。引入的误差约为汞的读数的0.4%和水的读数的约0.2%。由于压力表的使用温度高于和低于标准温度,因此需要进行修正。校正密度变化的简单方法是比较密度。


哪里:
      ho =将指示液的高度校正到标准温度
      ht =读取时温度下指示液的高度
      ρo =标准温度下指示液的密度
      ρt =读取时指示液的密度
      当已知密度/温度关系时,使用此方法非常准确。水和汞的数据很容易获得。
密度(g / cm3)与汞的温度(°C)的函数关系:
      = 13.556786 [1 - 0.0001818(T - 15.5556)]
作为水温的函数的密度(g / cm3):
      = 0.9998395639 + 6.798299989 x 10-5(T)
      - 9.10602556X10-6(T2)+ 1.005272999 x
      10-7(T3) - 1.126713526×10-9(T4)+
      6.591795606 x 10-12(T5)


      对于其他流体,可以配制压力表和流体密度,以在设定温度下读取几英寸水柱或水银。压力表仍然只能在一个温度下读取正确,并且为了精确的工作,温度校正不容忽视。
重力校正
      由于仪器位置处的重力决定了液柱的重量,因此需要进行重力校正。像温度校正一样,重力校正是一个比例。


      go =国际标准重力(980.665加仑)。
      gt =仪器位置的重力(In加仑)。
      海平面纬度变化10°将导致读数误差约0.1%。
      在赤道(纬度0°),误差约为0.25%。海拔5000英尺(1524米)的增加将引入约0.05%的误差。
      为了精确工作,您必须具有在仪器位置测量的重力值。重力值已由美国海岸和大地测量局在美国的许多地方确定。使用这些值,美国大地测量调查可以插入并获得足以满足大多数工作的重力值。要获得重力报告,需要仪器的纬度,经度和高度。美国以外的国家也有类似的代理机构。联系当地有关机构和程序,以确定当地的重力。
      在不需要高精度并且尚未确定局部重力值的情况下,可以获得局部重力差异的计算。已知纬度的重力是:
      Gx = 980.616 [1 - 0.0026373 cos(2x)+ 0.0000059cos2(2x)]
哪里:
      Gx =纬度x的重力值,海平面(cm / sec2)
      x =纬度(度)
海拔高度的内陆重力值的关系是:
      Gt = Gx - 0.000094H + 0.00003408(H-H1)(cm / sec2)
哪里:
      H =高于平均海平面的高程(英尺)
      H1 =该点100英里半径内的一般地形的平均高程(英尺)
压力介质头校正
      通常,通过流体柱的高度测量压差。实际上,由指示流体高度测量的压差是流体柱的密度与压力介质的相等高度的密度之间的差。


关系是:


哪里:
      ρpm =压力介质的密度
      压力介质校正效果对压力表读数的重要性随指示流体和压力介质而变化。是否需要进行校正取决于用户的精度要求。最常见的压力介质是空气。不校正水上空气产生0.12%的误差(使用空气密度为0.0012g / cm3)。在精确的工作中,可以准确地确定空气密度,知道空气的温度,压力和相对湿度。空气对汞的校正非常小(误差为0.008%),通常可以忽略不计。通常用于流动应用的另一种应用是水超汞。在这种情况下压力介质校正是强制性的。如果不应用校正,则引入7.4%的误差。在许多情况下压力表秤可以通过内置的校正设计。
比例校正
      控制压力表准确度的另一个因素是规模。与指示流体一样,温度变化会影响规模。在较高温度下,水垢会膨胀,并且刻度将进一步分开。相反的效果将在较低温度下发生。所有Meriam秤均在22°C(71.6°F)的温度下制造。温度从该温度开始10°C的变化将在铝标尺中引起约0.023%的读数误差。所有Meriam秤均由铝制成。
      ho = ht [1 + a(T - To)]
哪里:
      á=氧化皮材料的线性膨胀系数(铝为0.0000232 /°C)
      T =压力表读数时的温度To =制造氧化皮时的温度
可压缩性,吸收气体和毛细管注意事项
      除少数应用外,指示液的可压缩性可忽略不计。为了使压缩性产生影响,压力表必须用于测量高压差。
在高压差下,流体收缩(密度增加)可能开始在压力表上可分辨。在250 PSI时,水的密度变化约0.1%。
根据精度要求,压缩性可能是也可能不是关键。压力和水密度之间的关系如下:
      ρ= 0.00000364 p + 0.9999898956
哪里:
      ρ = 4℃时的水密度(g / cm 3)和压力p
      p = PSIA中的压力
      由于需要校正非常罕见,因此尚未确定其他指示流体的可压缩性。水星的可压缩性可以忽略不计。
吸收的气体是溶解在液体中的那些气体。溶解气体的存在降低了液体的密度。空气是一种通常溶解的气体,被大多数压力表流体吸收。在20℃下,空气完全饱和的水的密度误差为0.00004%。效果是可变的,并且需要考虑与特定流体接触的每种气体。汞是一种例外,其中未发现吸收的气体。这使得汞在真空和绝对压力应用中成为优秀的压力表流体。
      由于液体和玻璃管之间的表面张力或润湿特性而发生毛细管效应。由于表面张力,大多数流体形成凸面弯月面。
      汞是唯一不会弄湿玻璃的液体,因此会形成凹的弯月面。为了获得一致的结果,您必须始终以相同的方式观察流体弯月面,无论是凸面还是凹面。为了帮助减少表面张力,压力表的影响应设计有大口径管。这使弯月面变平,使其更容易阅读。大口径管也有助于排水。孔越大,排水发生时滞越小。另一个控制因素是液体表面上的腐蚀和污垢的累积。异物的存在改变了弯月面的形状。对于水银,它有助于敲击或振动管子以减少读数误差。毛细效应的最后一点是在压力表流体中加入润湿剂。添加润湿剂有助于获得对称的弯月面。
视差(可读性)
      为了获得一致的结果,上海自动化仪表四厂压力表上的弯月面水平必须在眼睛与弯月面水平的情况下读取。将眼睛与弯月面保持水平消除了由于读取角度,视差等引起的读取扭曲。如果镜背可用,则在阅读之前将有助于将操作者的眼睛置于适当的位置。要复制工厂校准程序,请读取由设置原始零点的细线测量的最低指示液位。

 

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