测试技术压力测量

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1、11/65第三章第三章压力的测量2/65第三章学习要求:掌握 流体 稳态压力 测量的基本原理、稳态压力传感器的 形式及构成 ， 测量误差产生的原因及解决方法； 动态压力测量传感器的 原理、基本结构 ；压力计及压力测量系统的标定； 真空测量 技术。3/65第三章一、压力的定义1、法向压力流体中某点压力与在该点所取的面的方向无关，即某点各方向上的压力相等。)/(lim0dAdFpdA=3 1. 压力的基本概念4/65第三章2、流动流体内的压力单位体积流体，在不可压、忽略粘性的条件下，有constcphgs=+221constcggphs=+2215/65第三章二、压力分类1. 按测量的不同基准分：

2、绝对压力、表压力、差压力2. 按压力特性分：静定压力、变动压力、脉动压力6/65第三章3 2. 流体静定压力的测量一、稳态流体压力测量的基本原理1、基本公式式中 p0 流体测点的全压力ps流体的静压力 (静压 )流体的动压力 (动压 )constcpps=+=2021221c27/65第三章2、压力系数 Kp在进行压力分布分析时，为了消除流体速度对压力分布的影响，常采用引入压力系数此式为压力的无量纲参数。22=cppKp8/65第三章9/65第三章10/65第三章11/65第三章二.流体静压的测量及静压探针1. 流道壁面的静压直接在管道壁上开孔用压力仪表测量。孔径大小视管径大小而定。const

3、cpps=+=202112/65第三章2. 流体中的某点的静压L 3dconstcpps=+=2021L313/65第三章14/65第三章三 .驻点压力 (全压 )的测量及全压探针M点流体速度 C = 0则： p0 = ps= pMconstcpps=+=202115/65第三章16/65第三章几种全压探针的结构及性能比较17/65第三章18/65第三章419/65第三章20/65第三章21/65第三章四 . 压力探针测量误差的原因分析1、探针对流场的扰动：对测点附近流场的扰动2、测孔对测量值的影响：孔径太小，易堵塞、粘性大的流体测量灵敏性较低；孔径太大，流速对测压值带来误差3、 Ma数对测量

4、值的影响：当 Ma 1，在探针上会产生局部冲波，冲波是非等熵的，改变了测点局部的流体压力，给压力测量带来误差。 在亚音速流体中，测量值与 Ma数无关。22/65第三章4、 Re对测量值的影响：探针表面压力分布与雷诺数有关，当 Re30，粘性力影响只在很薄的边界层内，主流影响不大，可忽略 Re的影响；当 Re30。5、速度梯度对测量值的影响：在探针前缘驻点区域及支杆前缘的区域，会产生一速度梯度，该速度梯度对测孔压力有一定的影响。因此，对测孔和支杆的位置有具体的要求。23/65第三章3 3.流体静定压力指示式仪表一、液柱式压力计应用流体静力学知识，通过液柱高与压力的关系设计而成，基本原理比较简单。

5、（自学：p.64-66）问题：与直管式比较，斜管式微压计的优点是什么？24/65第三章二、弹性式压力计利用材料在弹性范围内变形与外力为线性关系的原理，制成不同形式及满足不同要求的压力计。1、弹簧管式压力表525/65第三章26/65第三章标准压力表27/65第三章28/65第三章弹簧管式压力表的型号表示方法及精度标准压力表: (YB型)标准真空表: (ZB型)普通压力表: (Y 型)普通真空表: (Z 型)压力真空表: (YZ型)标准的精度:0.16-0.5级；普通的精度:10.-2.5级。 选取什么样的精度表，行业有试验规范规定。29/65第三章3 4 流体变动压力测量 通过压力传感器将变动

6、的压力信号转换为电信号进行测量 . 常用的压力传感器有：应变式、压电式、压阻式、电感式和电容式等型式30/65第三章一. 应变式压力传感器1、基本思路：压力作用电阻材料与受力材料同时变形电阻阻值变化电桥失衡比较得压力值输出电压变化关键在于: 材料变形与压力的关系631/65第三章2、基本原理： 应变片应用电桥电路,将微小的电阻变化转换为电压或电流的变化,通过放大进行测量,由测得的应变推算出应力值.LLRR KRR=K应变片的灵敏系数32/65第三章3、应变片类型33/65第三章4、应变片的选用 静态测量时,选用 标准 电阻应变片 动态测量时,选用 电阻值较大 的应变片 材质不均匀或测量时间较长

7、时,选用 较大基长 的应变片 测量时,必须选用 同一批次 生产的应变片34/65第三章5、应变测量中的电桥电路 将应变片作为 R1接在电路中 ,调整其他电阻阻值 ,使电桥平衡 . 当应变片阻值变化时 ,电桥失衡，输出 E + +=443324343221122121)()( RRRRRRRuRRRRRRRRuREuRRRRRRRRE)(41323142+=35/65第三章 半桥接法:R1=R2 , R3、R4无变化，有： + +=443324343221122121)()( RRRRRRRuRRRRRRRRuRE)(44212211 = =KuRRRRuE 全桥接法:R1=R2 R3 R4，都

8、是等值应变片4)(44432144332211KuKuRRRRRRRRuE =+= +=36/65第三章桥臂系数 A的物理意义 :4)(44321KuKuE =+= 桥臂系数 A：令*=A*=A当试件的应变值相同测量电路的分辨率、灵敏度高，实际测量中希望得到大的桥臂系数*试件的实际应变值737/65第三章6、应变片的温度误差及补偿 应变片的温度误差应变片材料与试件的温度特性不一样，导致应变片阻值产生误差38/65第三章 应变片的温度补偿4)(44321KuKuE =+=4)(443KuKuEba=+=39/65第三章拉、压产生的应变在同一桥臂上可相互抵消7、荷载误差及补偿4)(44321KuK

9、uE =+=A=2A=4 补偿40/65第三章8、应变式压力传感器应用特性：动态压力频率响应特性41/65第三章二. 压电式压力传感器1、基本原理压力作用 晶体产生电荷 产生电压或电流应用特性：频率响应特性好，电荷不持久42/65第三章2、压电式压力传感器结构843/65第三章三. 电感式压力传感器1、差动式电感传感器44/65第三章45/65第三章2. 差动式变压器应用举例46/65第三章四. 电容式压力传感器dAkC=47/65第三章电容式压力差压流量变送器优点：灵敏度高、动态响应快。缺点：导线的电容影响较大。 接流体接输出信号48/65第三章1. 电容式传感器的基本原理dAkC=平行板电

10、容量:2. 电容式传感器的测量方法949/65第三章五. 压阻式压力传感器1. 基本原理:材料的电阻值随压力变化而变化.如:半导体、铂、锰、康铜和钨等材料2. 优点:结构简单、体积小、稳定性好、动态响应快、耐振耐冲击、精度高、线性度好，是传感器的主流产品。50/65第三章压阻式压力变送器接流体接输出信号51/65第三章52/65第三章53/65第三章可显示的压阻式压力变送器54/65第三章微型压阻式压力变送器1055/65第三章3 5 压力测量系统的标定 原位标定法： 在测量系统上，直接改变待测物理量，标定压力仪表或压力传感器。 标准压力标定法： 用精度高一级的标准压力计来标定压力仪表或压力传

11、感器。56/65第三章一. 静态标定在被测压力稳定时，确定测量系统的输出输入量之间的关系。1. 液柱式压力计的标定水柱差压精度： 0.5/1000=0.05级57/65第三章2. 普通活塞式压力计标定法标定精度达0.2-0.05 级标定方法58/65第三章二. 动态标定采用标准的动态信号发生仪器对压力仪表进行标定。在需对仪表的动态频率响应特性进行标定时才用动态标定法进行标定。一般只进行静态标定。信号发生器传感器59/65第三章3 6. 测压仪器的安装及测压系统的组成60/65第三章3 7. 真空测量一、真空的概念及测量方法1. 真空 低于一个标准大气压的流体状态。其度量名称 “真空度 ”，单位

12、：帕 (Pa)2. 真空度等级： p(105103)Pa， 粗真空 p(103103-1)Pa， 低真空 p(10-110-6)Pa， 高真空 p(10-610-10)Pa， 超高真空 p 10-10 Pa， 极高真空1161/65第三章3. 真空测量方法 弹簧管式真空表测量； 利用一些气体在低压下的某种特性（热传导、电离现象）作间接测量。 真空度较高的测量，一般用第二种方法。62/65第三章二 . 低真空测量仪 热偶真空计 :气体导热能力与压力有关 加热丝的温度与真空度有关 热电偶测量加热丝温度，间接测量真空值 测量范围：(10210-1)Pa 63/65第三章三 . 高真空测量仪 电离真空计 气体产生电离的正离子数目与气体的压力有关。 离子流大小可由电流表测量 ,间接测量真空值。 测量范围： 10-1Pa 64/65第三章小结:掌握流体 稳态压力 测量的基本原理、稳态压力传感器的 形式及构成 ， 测量误差产生的原因及解决方法； 动态压力测量传感器的 原理、基本结构 ；压力计及压力测量系统的标定； 真空测量 技术。65/65第三章第三章作业p.94 : 2、 5、 16