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1、压力差压测量3.1 压力差压的概念及单位3.1.1 概念1）压力、差压、绝对压力和表压l 压力 介质垂直作用在单位面积上的力，即物理学的压强。l 差压 两个压力之差。l 绝对压力 介质垂直作用在单位面积上的全部压力。l 表压力 绝对压力与当时当地的大气压之差。工程上需要测量的往往是物体超出大气压以外的压力大小，因此压力计的指示值差不多上表压力（即通入外表的压力是绝对压力，显示的是表压力）。绝对压力=表压力+大气压力表压力=绝对压力 大气压力2）正压、负压、真空度l 正压（压力）：表压力为正时。l 负压（真空）：表压力为负时。l 真空度：负压的绝对值。3）压力单位l 国际单位：帕斯卡（帕、Pa）
2、1Pa=1牛顿/米（Nm2），工程上常用kPa，MPa。l 适应常用：工程大气压kgfcm2、mmHO、mmHg等 见P87，表3.13.1.2压力传感器的种类l 机械式：液柱式、活塞式、弹性元件式；（结构简单，使用方便，价格低廉）l 电气式：压电式、压阻式、压磁式。（动态性能好，灵敏度高，易于小型化，便于远传，目前正在进展）3.2 液柱式压力计原理：流体静力学原理，流体内某一点的静压力，由这一点的高度，流体的密度和外加压力决定。应用：0.1Pa以下的压力、差压和负压，也常作为校验低压和微压外表的标准仪器。 特点：简单，使用方便，精度较高；体积大，读数不便，不能远方测量，易损坏。3.2.1 U
3、形管压力计1）数学模型：设P被测压力；P参比压力（多为大气压），当PP时，液柱的高度差（h+h）：由流体静力学知：在连续同一均质液体中，同一高度上的静压力相等。以AA面为基准高度，由压力平稳知：展开整理得：这是普遍公式，给出了P与h，h的关系。l 一样情形=则 P= P+ g(-)(h+h)l 假如则P= P+ g (h+h)2）结论：l 只要已知H，P，则只需测出h，h即可求出被测压力P。l 差压测量P=P-P= g(-)(H-h)+g(-)(h+h)假如= 则：P= g(-)(h+h)假如F A/A0 PP+ g (-)h当A/A0.01时, 1%l 斜管压力计（倾斜微压计）当、一定时，越
4、小l越大，lh读数的相对误差越小。(不能小于15度，否则会引起读数困难。)3.2.3液柱式压力计的误差l 从公式能够看出P一定时，P，g，引起误差；l 毛细现象（表面张力）阻碍：管中封液的分界面也不是水平的，呈弯月面（上凸或者下凹），从而使得液面升高或是降低，引起附加误差。此误差与封液的种类、管内径有关内径细，则误差高，一样要求管内径大于68mm。关于一定的结构的封液的压力计，毛细现象引起的读数误差是一定的。（水2mm,Hg PF时，B受压缩B伸长，弹簧伸长，当B和B和弹簧组成的 弹性系统的反作用力与差压的作用力相等时，活动部分在新的位置上达到了平稳，中心轴向右移l摆杆带动扭力管转动，输出转角
5、信号，带动显示部分。l 位移l与差压P的关系据力平稳原理：有（2K+K）l=PF 推出l=PF/（2K+K）其中K和K分别为波浪管和弹簧组的刚度（刚度=力/变形位移）K、K、F为常数位移l与差压P成线性关系。l 几个问题的分析： 量程的改变方法：国产的CW系列差压计，连接轴总的行程为5mm，通过改变K、K、F可改变量程。一样采纳两个措施：改变K（改变弹簧粗细或指数K提高，P增大）；改变F（改换波浪管直径）R增大，则P减小。 承担静压：差压计的特点是差压不大，而静压可能专门高，因此在选择表时还必须考虑静压能力是否满足工作要求。 B的温度补偿作用：不加B时，温度升高，充液体积改变，波浪管做不规则变
6、形引起误差；加入B后，充液的体积变化由B来容纳。（因为B未与刚性轴相连，能够自由伸长，而B和B不能够） 单向过压爱护：由于差压计差压小，静压高，而l=5mm,过大则损坏，因此P不可过大，更不承诺单向受压，当发生P过大时，由单向受压爱护阀把容室隔断，防止波浪管的进一步变形。 阻尼装置：为了防止差压频繁波动引起的指针摆动不定，要加阻尼。可分为固定阻尼（阻尼环）和可调阻尼（阻尼旁路阀） 波浪管位移的外传：要求：密封外传：扭力管的构造：3.2，厚0.2mm的弹性管，尾端封闭并与摆杆，中心轴焊为一体，另一端与外壁及中心轴基座焊死（不漏油）中心轴通过玛璃轴承引出。因为扭力管专门薄，因此能作弹性扭转。3.4
7、弹性元件位移的远传远距离测压的两种方法：用长管道传递压力信号，再由直截了当指示外表显示（不经济，不安全）； 弹性元件就地把位移转换成电量，用电气表表示（常用，对应的是远传压力表，它的关键在于位移与电量的转换原理以及方法。）3.4.1霍尔效应位移变换器1）霍尔片结构及霍尔效应：l 结构：一块半导体材料（如锗等）制成的薄片。l 霍尔效应：霍尔片的Z轴方向加一感应强度为B的磁场，Y轴方向加一电流I，则由于磁场作用片内电子产生偏移的结果，使霍尔片在X轴方向产生电势的现象。2）霍尔电势：霍尔系数形状系数厚度电势导出端长度电流通入端宽度当霍尔片材料、尺寸确定后：3）霍尔片式压力变送器结构（示例）3.4.2
8、电感式位移变换器1）三种结构形式l 变气隙宽度： 原理：如图：当衔铁和铁芯之间的气隙宽度变化时，会使线圈的自感发生变化： L=/=/2/F=F /2其中：线圈匝数；R磁路总磁组；空气导磁系数；F衔铁与铁芯之间的相对面积；气隙宽度 特点：灵敏度高；非线性严峻，线性范畴小，测量行程有限（一样1mm, 1/5）l 变气隙面积式： 原理：如图。衔铁的位移改变F改变L 特点：L与L近似线性，因此行程范畴大，比前者用得多l 螺管式： 原理：如图 L=/铁芯下移，则磁路空气段加长。 R增大，L减小，铁芯上移，R减小，L增大。 特点：结构简单，制造容易，行程专门大，灵敏度低。为提高灵敏度，再线圈外加等磁材料包
9、起来，称为外铁心。2）差接式电感位移变换器上述三种形式都能够作为差接变换器，如图。l 原理：取两个线圈L、L在差接变换器中，铁心位置变化使得L、L同时变化，但一个增大，一个减小。l 特点：灵敏度提高（L增大、L减小，则L增大一倍），可降低环境等因素关于测量的阻碍（如L、L随某些因素变化时，变化量相同，能够使之抵消）3.4.3差动变压器式位移变换器这种变换器是目前应用最广泛的一种12ie1e21）变压器原理：如图：设原边匝数，加电源e，其电流I；副边匝数，互感电压e：则有e= - M其中：是原线圈1中的电流的时刻变化率；M是线圈间互感系数：M=/ R，R为穿过原副线圈磁路的磁阻。当结构一定时，为定值，则M只随铁芯位置而改变，同时，决定于交流电源的电压的幅值与频率，能够固定为常数。在铁芯上移则R减小，e2增加。2）差动变压器原理：（它是实际采纳的形式）一个原线圈，两个结构完全相同的并按电压反向串连的副线圈。即：在副边开路时，其电压输出的瞬时
