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1、热加工测控技术电子教案第5章2024/7/28第第5章章 流体流量及压力检测技术流体流量及压力检测技术222222本章知识构架本章知识构架本章知识构架本章知识构架本章知识构架本章知识构架 2024/7/285.1流体流量及流量计的分类流体流量及流量计的分类5.1流体流量流体流量及流量计的分类及流量计的分类5.1.1 流量的概念 5.1.2 流量计分类 2024/7/285.1.1 流量的概念累积流量瞬时流量体积流量体积流量质量流量质量流量重量流量流量：指一段时间内的总流量指单位时间内通过管道横截面的流体的量 体积流量(qV)是以体积计算的单位时间内通过的流体量，在工程中可用L/h或m3/h等单
2、位表示。 假设被测管道内某个横截面的截面积S为A(m3)，取其上的面积微元dS，对应流速为v(m/s)，则： 在工程中为了解决流体中各点速度往往不相等的问题，设定截面S上各点有一个平均流速，则有：质量流量(qm)是以质量表示单位时间内通过的流体量，工程中常用kg/h表示。显然，质量流量qm等于体积流量qv与流体密度的乘积。2024/7/285.1.2流量计分类用于流量测量的仪器仪表统称为流量计按测量原理分类，流量计主要可分为差压式、速度式和容积式等三种。输出信号与流体差压有关的称为差压式流量计；与流体速度成正比的称为速度式流量计。 差压式流量计是利用流体力学理论来测量流体流量的仪表，通过在管道
3、中放置的节流元件将流量信号变为节流元件前后的差压信号，即以差压信号输出来反映被测流量的大小，如节流式流量计、均速管流量计、楔形流量计、毕托管流量计等都属于差压式流量计。 速度式流量计一般通过测量管道中流体截面平均流速来测得流体流量，典型的速度式流量计有涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声流量计、激光流量计等。 容积式流量计是利用机械测量元件把流体连续不断地分隔成固定体积并进行累加而计量出流体总量的仪表。如腰轮流量计、椭圆齿轮流量计、刮板流量计、活塞流量计等。2024/7/28流量计分类几种常用的流量计如图5.1所示 图图5.1 常用流量计实物图常用流量计实物图(a)匀速管流量计匀速管流量计
4、 (b)涡街流量计涡街流量计 (c)涡轮流量计涡轮流量计 (d)电磁流量计电磁流量计 (e)浮子流量计浮子流量计2024/7/285.2 常用流量计常用流量计5.2.1 毕托管流量计 5.2.2 涡街流量计 5.2.3 涡轮式流量计 5.2.4 电磁流量计 5.2.5 浮子式流量计 5.2 5.2 常用流量计常用流量计常用流量计常用流量计2024/7/285.2.1 5.2.1 毕托管流量计毕托管流量计毕托管流量计属于差压式流量计的范畴。它的使用量大概占整个流量仪表的60%70%。毕托管流量计是法国工程师毕托发明的，又称为动压测定管，其工作原理见图5.2。与管1相通的型管右方液体将受到全压力的
5、作用，全压力为静压力与动压力（速度压力）的总和，而与管2相通的型管左方液体只受到静压力作用。型管液面差h表示了管1和管2之间的压力差，即：由流体力学可知，流体流速与动压间遵循如下关系：因此，流过截面为的管道的流体流量量为： 图5.2 毕托管工作原理2024/7/285.2.2 涡街流量计图图5-3 涡街流量计测量原理涡街流量计测量原理原原理理：涡涡街街流流量量计计是是建建立立在在卡卡门门涡涡街街原原理理基基础础上上，其其主主要要部部分分是是检检测测棒棒。根根据据卡卡门门的的研研究究，当当流流体体流流过过检检测测棒棒时时，在在其其后后方方产产生生交交叉叉的的旋旋涡涡列列。由由于于旋旋涡涡列列在在
6、检检测测棒棒两两侧侧交交替替出出现现，有有旋旋涡涡侧侧与与无无旋旋涡涡侧侧之之间间就就有有了了压压差差。因因此此，当当流流体体由由于于旋旋涡涡出出现现而而通通过过导导压压孔孔来来回回移移动动时时，电电热热丝丝将将受受到到断断续续的的冷冷却却，冷冷却却的的次次数数与与旋旋涡涡的的频频率率相相当当。如如果果把把电电热热丝丝作作为为不不平平衡衡电电桥桥的的一一臂臂，则则电电桥桥可可输输出出与与旋旋涡涡列列频频率率相当的电脉冲，将这一脉冲信号放大、滤波、整形即可由频率计测出旋涡频率相当的电脉冲，将这一脉冲信号放大、滤波、整形即可由频率计测出旋涡频率。2024/7/28涡街流量计 一般情况下，交叉旋涡列
7、是稳定的。每一列旋涡的频率与流体的流速v和旋涡发生体的直径d存在如下关系： 式中，St为斯特劳哈尔数，当雷诺数Re在500150000内时，它基本上是常数St=0.2。 显然，当d一定时，旋涡产生的频率与流体流速v成正比，由即可计算出流量。 涡街流量计结构简单，管道中无可动部件，运行可靠，安装、维护方便。但是，它也有局限性：两相流、脉动流对测量有影响，在某些情况下可能难以形成旋涡，不宜用于高粘度、低流速、小管径的流体测量。2024/7/285.2.3 涡轮式流量计图图5-4 涡轮流量计原理图涡轮流量计原理图 式式中中，K K为为涡涡轮轮流流量量计计的的仪仪表表系系数数，其数值可由实验标定得到。
8、其数值可由实验标定得到。 因因此此，只只要要用用频频率率计计测测出出脉脉冲冲信信号号的的频率，即可算出流体流量。频率，即可算出流体流量。 涡轮的轴装在管道的中心线上，流体轴涡轮的轴装在管道的中心线上，流体轴向流过涡轮时推动叶片使涡轮转动，而实向流过涡轮时推动叶片使涡轮转动，而实践表明流量与涡轮转动角速度成正比，涡践表明流量与涡轮转动角速度成正比，涡轮转速可以采用机械的、磁感应的、光学轮转速可以采用机械的、磁感应的、光学的方式检测，的方式检测，目前多用磁感应方法，目前多用磁感应方法，如可如可采用永久磁铁，涡轮的转动使得每片叶片采用永久磁铁，涡轮的转动使得每片叶片都会周期性地扫过磁铁，磁路磁阻发生
9、变都会周期性地扫过磁铁，磁路磁阻发生变化，通过线圈的磁通量发生变化，在线圈化，通过线圈的磁通量发生变化，在线圈中感应并输出与流量成正比的交流脉冲信中感应并输出与流量成正比的交流脉冲信号，信号频率与流量之间有如下关系：号，信号频率与流量之间有如下关系：原理原理原理原理2024/7/28涡轮式流量计涡轮流量计具有反应迅速、重复性好、精度高的优点，是所有流量计涡轮流量计具有反应迅速、重复性好、精度高的优点，是所有流量计中最精确的流量计；无零点漂移，抗干强；可耐高压，适用温度范围中最精确的流量计；无零点漂移，抗干强；可耐高压，适用温度范围宽；结构紧凑。宽；结构紧凑。 但是涡轮流量计的使用也会受到一定的
10、限制，如：由于流量计内部但是涡轮流量计的使用也会受到一定的限制，如：由于流量计内部有转动部件，易被流体中的颗粒及污物堵住，因此只能用于清洁流体有转动部件，易被流体中的颗粒及污物堵住，因此只能用于清洁流体测量，且流量计前面要加过滤装置；测量，且流量计前面要加过滤装置； 流量计读数易受流体粘度和密度的影响，只能在一定的雷诺数范围流量计读数易受流体粘度和密度的影响，只能在一定的雷诺数范围内保证测量精度，不能用于测量高粘度的流体流量。内保证测量精度，不能用于测量高粘度的流体流量。特点特点特点特点2024/7/285.2.4 电磁流量计 电电磁磁流流量量计计中中，在在一一段段不不导导磁磁测测量量管管两两
11、侧侧安安装装上上一一对对电电磁磁铁铁，产产生生一一个个均均匀匀分分布布的的磁磁场场，磁磁感感应应强强度度为为B B，见见图图5.55.5，则则管管内内以以速速度度流流动动的的导导电电性性液液体体就就相相当当于于切切割割磁磁力力线线的的导导体体，如如果果沿沿管管道道截截面面与与磁磁场场垂垂直直方方向向上上在在外外管管壁壁两两侧侧安安装装一一对对电电极极，那那么么流流体体切切割割磁磁力力线线的的长长度度就就是是两两个个电电极极间间的的距距离离，也也就就是是管管道道内内经经，则则电电极极中中的的感应电动势为：感应电动势为：由于积流量与有如下关系，即：由于积流量与有如下关系，即： 图5.5电磁流量计测
12、量原理 原理原理原理原理可可见见，体体积积流流量量与与成成e正正比比，而而当当磁磁感感应应强强度度B为为恒恒定定值值时时，在在测测量量电电极极上上就就可可以以得得到到与与流流量量成成正正比比的电动势。的电动势。 2024/7/28电磁流量计 图5.6 电磁流量计传感器结构 结构结构结构结构特点：电磁流量计不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，测量管内无阻碍流动部件，不易阻塞，无压力损失，测量范围大，可选流量范围宽，满度值流速可在0.5 10m/s内选定，零点稳定，精确度较高。缺点是不能测量气体、蒸汽和石油制品等的流量；由于衬里材料的限制，一般使用温度为0200。由由传传感感器器和和
13、转转换换器器两两部部分分组组成成。传传感感器器典典型型结结构构见见图图5.6，测测量量管管上上下下装装有有励励磁磁线线圈圈，通通励励磁磁电电流流后后产产生生磁磁场场穿穿过过测测量量管管，一一对对电电极极装装在在测测量量管管内内壁壁与与液液体体相相接接触触，引引出出感感应应电电动动势势送送到到转转换换器器，励励磁磁电电流流则则由由转转换换器器提提供供。转转换换器器将将传传感感器器送送来来的的流流量量信信号号进进行行放放大大，并并转转换换成成与与流流量量信信号号成成正正比比的的标标准准信信号号输输出出，最最终终完完成成显显示示、记记录和调节控制等功能。录和调节控制等功能。2024/7/28浮子式流
14、量计是由一根自下向上扩大的垂直锥管和一个可以上下自由浮动的浮子所组成，见图5.7。被测流体从下向上运动，流过由锥形管和浮子形成的环隙。由于浮子的存在产生节流作用，故浮子上下端形成静压力差，使浮子受到一个向上的力。作用在浮子上的力还有重力、流体对浮子的浮力及流体流动时对浮子的粘性摩擦力。当作用在浮子上的这些力平衡时，浮子就停留在某一个位置，如果流体增加，流过环隙的流体平均流速会加大，浮子上下两端的静压差增大，浮子所受的向上的力会增加，使浮子上升，导致环隙增大，即流通截面积增大，从而使流过此环隙的流速变慢，静压差减小。当作用在浮子上的外力又重新平衡时，浮子就稳定在新的位置上，浮子的高度或位移量与被
15、测介质的流量有着一定的对应关系：5.2.5 浮子式流量计图5.7 浮子式流量计 由此可见，体积流量与浮子在锥形管中的高度近似成线性关系，流量越大，浮子所处的平衡位置越高。原理原理原理原理2024/7/28浮子式流量计浮子流量计具有结构简单、工作可靠、压力损失小的特点，可连续测浮子流量计具有结构简单、工作可靠、压力损失小的特点，可连续测量封闭管道中的气体、液体的体积流量，尤其适合用于小流量的测量量封闭管道中的气体、液体的体积流量，尤其适合用于小流量的测量场合。一般测量精度为场合。一般测量精度为1.5%2.5%，输出近似线性。，输出近似线性。 浮子式流量计必须垂直安装，使流体自下而上流动，不应有明
16、显的浮子式流量计必须垂直安装，使流体自下而上流动，不应有明显的倾斜。流量计前后应有截断阀，并安装旁通管道。倾斜。流量计前后应有截断阀，并安装旁通管道。 浮子式流量计一般在出厂时，其刻度是按标准状态下的水或空气标浮子式流量计一般在出厂时，其刻度是按标准状态下的水或空气标定的。如果在实际使用中的测量介质或条件不符合出厂时的标准条件，定的。如果在实际使用中的测量介质或条件不符合出厂时的标准条件，就要考虑测量介质的重度、温度的变化产生的影响。就要考虑测量介质的重度、温度的变化产生的影响。使用特点使用特点使用特点使用特点2024/7/285.3 流量计的选用流量计的选用目前使用的流量计有上百种，除了前面
17、介绍的几种流量计外，还有基目前使用的流量计有上百种，除了前面介绍的几种流量计外，还有基于力平衡原理的于力平衡原理的靶式流量计靶式流量计、基于热学原理的、基于热学原理的热线风速计热线风速计、基于动压、基于动压原理的原理的均速管流量计均速管流量计及及质量流量计质量流量计等。等。流量计及流量检测方法之所以有很多，主要原因是因为流量检测对象流量计及流量检测方法之所以有很多，主要原因是因为流量检测对象的的复杂性复杂性和和多样性多样性，如被测介质的物性、工作条件、测量范围等。面，如被测介质的物性、工作条件、测量范围等。面对这样复杂的情况，不可能用几种方法就能覆盖如此宽的范围。对这样复杂的情况，不可能用几种
18、方法就能覆盖如此宽的范围。不同的检测仪表适用于一定的被测介质和范围，所以流量检测仪表的不同的检测仪表适用于一定的被测介质和范围，所以流量检测仪表的选择除了要满足流量测量范围外，还要明确仪表的其他使用条件。要选择除了要满足流量测量范围外，还要明确仪表的其他使用条件。要充分地研究测量条件，根据仪表的性能、管道尺寸、被测流体的特性、充分地研究测量条件，根据仪表的性能、管道尺寸、被测流体的特性、被测流体的状态（气体、液体或蒸汽）、流量计的测量范围，以及所被测流体的状态（气体、液体或蒸汽）、流量计的测量范围，以及所要求的精确度来选择流量计。要求的精确度来选择流量计。2024/7/285.4 5.4 流体
19、压力及压力测量方法分类流体压力及压力测量方法分类流体压力及压力测量方法分类流体压力及压力测量方法分类绝对压力绝对压力 ：相对于绝对真空而测得的压力相对于绝对真空而测得的压力 表压力表压力 ：绝对压力与当地大气压力之差绝对压力与当地大气压力之差 真空度真空度 ：习惯上把负表压称为真空度习惯上把负表压称为真空度 压力压力压力测量方法压力测量方法液体压力平衡原理测压法液体压力平衡原理测压法机械力平衡原理测压法机械力平衡原理测压法弹性力变形原理测压法弹性力变形原理测压法其他物理特性测压法其他物理特性测压法压电效应测压法压电效应测压法压电阻原理测压法压电阻原理测压法热导原理测压法热导原理测压法电离真空测
20、量原理测压法电离真空测量原理测压法液柱压力计法液柱压力计法活塞压力计法活塞压力计法2024/7/28压力测量方法分类1. 液体压力平衡原理测压法液体压力平衡原理测压法液体压力平衡原理测压法是通过液体产生的压力，或传递压力来平衡被测压力的原理进行压力测量的方法，它又可分为液柱压力计法和活塞压力计法。液柱压力计法利用液柱产生的压力与被测介质压力相平衡的原理。它的原理简单、工作可靠、种类各异，为了满足不同的测量要求，工作液体常用水银、水、酒精、甲苯等。活塞式压力计法利用液体传递压力的原理，通常把它作为标准压力发生器，用来校准其他压力仪表。2. 机械力平衡原理测压法机械力平衡原理测压法机械力平衡原理测
21、压法是将被测压力通过某种转换元件转换成一个集中力，然后用一个大小可调的外界力来平衡这个未知的集中力，从而实现对压力的测量。3. 弹性力变形原理测压法弹性力变形原理测压法弹性力变形原理测压法是利用多种形式的弹性元件在受到压力作用后会产生弹性变形，根据弹性变形的大小来测量压力。2024/7/28压力测量方法分类4. 其他物理特性测压法其他物理特性测压法 压电效应测压法。利用压电晶体在压力作用下晶格变形来做压力传感器。 压电阻原理测压法。这是利用一些金属或合金在压力直接作用下电阻本身发生变化的原理来测量压力的方法。 热导原理测压法。利用气体在压力降低时，导热系数变小的原理宋测量真空度。 电离真空测量
22、原理测压法。这是根据带有一定能量的质点通过稀薄气体时，可使气体电离的原理，利用对离子数计数来测量真空。2024/7/285.5 常用压力计常用压力计5.5.1 液柱式压力计 5.5.2 活塞式压力计 5.5.3 弹性压力计 5.5.4 真空计 5.5 5.5 常用压力计常用压力计常用压力计常用压力计2024/7/285.5.1 液柱式压力计显然，在相同压力下，L值随角减小而扩大，故便于测量微小压力的变化 2024/7/285.5.2活塞式压力计 活活塞塞式式压压力力计计应应该该范范围围广广、结结构构简简单单、稳稳定定可可靠靠、准准确确度度 高高、重重复复性性好好，可可测测量量正正负负压压力力计
23、计绝绝对对压压力力。既既是是检检验验、 标标定定压压力力表表和和压压力力传传感感器器的的标标准准仪仪器器之之一一，又又是是一一种种标标准准 压力发生器，在压力基准的传递系统中占有重要的地位。压力发生器，在压力基准的传递系统中占有重要的地位。 活活塞塞式式压压力力计计是是根根据据静静力力学学平平衡衡原原理理和和帕帕斯斯卡卡定定律律设设计计而而 成成的的，由由于于采采用用标标准准砝砝码码产产生生重重力力来来平平衡衡被被测测压压力力负负荷荷， 因此又被称为因此又被称为静重活塞式压力计静重活塞式压力计2024/7/28活塞式压力计结构示意图及实物图结构示意图及实物图如图如图5.9所示，主要由所示，主要
24、由压力发生部分压力发生部分和和压力测量部分压力测量部分组成。组成。压压力力发发生生部部分分：手手摇摇泵泵3，通通过过加加压压手手轮轮1旋旋进进丝丝杠杠2，推推动动工工作作活活塞塞4挤挤压压工工作作液液，经经工工作作液传给测量活塞液传给测量活塞7。工作液一般采用洁净的变压器油或蓖麻油等。工作液一般采用洁净的变压器油或蓖麻油等。测测量量部部分分：测测量量活活塞塞7上上端端的的砝砝码码托托盘盘8上上放放有有荷荷重重砝砝码码9，活活塞塞7插插入入活活塞塞筒筒6内内，下下端端承承受受手手摇摇泵泵3挤挤压压工工作作液液所所产产生生的的压压力力P。当当作作用用在在活活塞塞7下下端端的的油油压压与与活活塞塞7
25、、托托盘盘8及及砝砝码码9的的质量所产生的压力相平衡时，活塞质量所产生的压力相平衡时，活塞7就被托起并稳定在一定位置上，这时压力表的示值为：就被托起并稳定在一定位置上，这时压力表的示值为：2024/7/28活塞式压力计重力重力加速度加速度 空气浮力空气浮力 温度变化温度变化 影响影响因素因素当环境温度不是当环境温度不是20时，时，应引进如下温度修正因子应引进如下温度修正因子重力加速度与所在重力加速度与所在地的海拔、纬度有地的海拔、纬度有关，可用下式计算关，可用下式计算考虑空气对砝码产生考虑空气对砝码产生浮力的影响浮力的影响误差分析误差分析误差分析误差分析2024/7/285.5.3 弹性压力计
26、 弹性压力计是以弹性元件受压产生弹性变形作为测量基础的，不同材料、弹性压力计是以弹性元件受压产生弹性变形作为测量基础的，不同材料、不同形状的弹性元件适配于不同场合、不同范围的压力测量。常用的弹不同形状的弹性元件适配于不同场合、不同范围的压力测量。常用的弹性元件有性元件有弹簧管、波纹管和膜片弹簧管、波纹管和膜片等，等，图图5.10为一些弹性元件的示意图。为一些弹性元件的示意图。图图5.10 弹性元件示意图弹性元件示意图 弹性元件弹性元件弹性元件弹性元件2024/7/28弹性压力计 弹簧管压力计的敏感元件是弹簧管，弹簧管弯成圆弧形的空心管子，其中一端封闭为自由端、另一端开口为输入被测压力的固定端，
27、见图5.11。当开口端通入被测压力后，非圆横截面在压力作用下将趋向圆形，并使弹簧管有伸直的趋势而产生力矩，其结果使弹簧管的自由端产生位移，同时改变中心角。 图图5.11 单圈弹簧管结构单圈弹簧管结构 弹簧管弹簧管弹簧管弹簧管2024/7/28弹性压力计 弹簧管压力计的结构见图5.12。被测压力由接头通入，迫使弹簧管的自由端产生位移，通过拉杆使扇形齿轮作逆时针偏转，于是指针通过同轴的中心齿轮的带动而作顺时针偏转，在面板的刻度标尺上显示出被测压力的数值。 图图5.12 弹簧管压力计结构弹簧管压力计结构 弹簧管压力计结构弹簧管压力计结构弹簧管压力计结构弹簧管压力计结构2024/7/285.5.4 真
28、空计真空度测量是指在低于大气压的条件下，对气体全压的测量。真空计是测量低于大气压的气体全压的仪器。按其工作原理它可分为绝对真空计和相对真空计两种。绝对真空计直接测量压力的高低，如压缩式真空计；相对真空计只能测量与系统压力有关的物理量，再通过比较间接获得，如热导式真空计和电离式真空计等。2024/7/28在进行测量以前主导管在进行测量以前主导管4上端两支路全与被测空间上端两支路全与被测空间相通，均处于被测压力相通，均处于被测压力p下。开始测量时，通过进下。开始测量时，通过进气阀气阀2逐渐提高容器逐渐提高容器3中的压力，使水银液面沿着中的压力，使水银液面沿着管管4上升，超过分支点高度上升，超过分支
29、点高度M-M后继续升高，由于后继续升高，由于毛细管毛细管6上端封闭，因此容器上端封闭，因此容器5与管与管6中的气体被压中的气体被压缩，使得两毛细管缩，使得两毛细管6、7中产生压差，这个压差中产生压差，这个压差见见图图5.13中中h。如果管内气体为理想气体，可以认为压缩是在等如果管内气体为理想气体，可以认为压缩是在等温条件下进行的，符合波义耳定律，压缩前容器温条件下进行的，符合波义耳定律，压缩前容器5与压缩后管与压缩后管6中被测气体的绝对压力和与其占有体中被测气体的绝对压力和与其占有体积和的乘积值保持不变，即：积和的乘积值保持不变，即：真空计由此可知，被测压力p与压差h成正比。但是，工作液体水银
30、对人体有害，操作也较复杂。图图5.13 压缩式真空计压缩式真空计1-进气管进气管 2-真空阀真空阀 3-汞储存器汞储存器 4-主导管主导管 5-玻璃泡玻璃泡 6-毛细管毛细管 7-毛细连通导管毛细连通导管 8-直通导管直通导管1. 1. 压缩式真空计压缩式真空计压缩式真空计压缩式真空计2024/7/28真空计?为了测量气体的热导率随气压的变化，将一个通有电流I的电阻元件R（热丝）放入被测空间中，当热平衡时，输入的能量为辐射传导热量Qr、热丝传导的热量QL和气体传导的热量Qc之和。?由此可见，通过热辐射散发出的热量QR和热丝传导的热量QL均与气体压力大小无关，因此，当气体压力下降造成其导热系数变
31、低时，在相同功率加热下的热丝自身温度将会因此而上升，这样热丝温度与被测气体压力之间将存在定量关系。 ?根据测定热丝温度的方法不同，热传导真空计可分为热电偶真空计和电阻真空计等。2. 2. 热传导真空计的原理热传导真空计的原理热传导真空计的原理热传导真空计的原理2024/7/28真空计 热电偶真空计的结构见图5.14，图中F是加热丝（铂丝），J是热电偶（康铜-镍铬丝）。多数热电偶真空计是按定流型的方式工作的，即加热电流为常数。因加热丝F的温度是随压力而变化的，所以可以用热电偶J来测量热丝温度，此时输出的信号为热电势E。图图5.14 热电偶真空计结构热电偶真空计结构热传导真空计的优点是可以测出绝对
32、压力，仪器的构造简单，可实现连续自动测量记录；当真空系统发生突然漏气事故时也不至于损坏仪器。缺点是对于不同的气体，仪表的分度不同。此外，该类仪表具有较大的热惯性。 热传导真空计的结构热传导真空计的结构热传导真空计的结构热传导真空计的结构2024/7/28真空计 图5.15是圆筒型电离真空计的原理图。真空计中心热阴极F的电位为零，栅极G的电位VG为正，收集极C的电位VC为负。从F上发射的电子在VG的作用下飞向G，越过G趋向C，在G、C之间的排斥电场的作用下电子逐渐减速。在速度变为零后，电子再次反向飞向G，再越过G而趋向F，又在G、F之间排斥电场的作用下逐渐减速。在速度降至零后，电子再一次反向飞向
33、G。在这样的往返运动中，电子不断地与气体分子碰撞，把能量传递给气体分子，使气体分子电离，最后被栅极捕获。在G、C空间产生的正离子被收集极C接收，形成离子流。离子流与气体压力p有 如下关系：图5.15 圆筒型电离真空计原理图 圆筒型电离的原理圆筒型电离的原理圆筒型电离的原理圆筒型电离的原理由由于于各各种种气气体体的的电电离离电电位位是是不不相相同同的的，所所以以电电离离真真空空计计的的常常数数K K与与气气体体种种类类有有关关。同同时时还还与与真真空空计计的结构和电参数有关。的结构和电参数有关。2024/7/28真空计d圆筒型电离真空计具有同轴的电极结构，电极尺寸和位置容易保证，又由于外圆筒型电
34、离真空计具有同轴的电极结构，电极尺寸和位置容易保证，又由于外圆筒的屏蔽作用使真空计性能稳定，不受玻壳电位影响。许多国家已把它作为圆筒的屏蔽作用使真空计性能稳定，不受玻壳电位影响。许多国家已把它作为真空测量的副标准。真空测量的副标准。d圆筒型电离真空计的量程一般为圆筒型电离真空计的量程一般为10-110-5Pa，在此量程内，离子流，在此量程内，离子流I+与压力与压力p之之间具有线性关系。间具有线性关系。d圆筒型电离真空计的测量下限为圆筒型电离真空计的测量下限为10-5Pa，如果低于此压力，由于，如果低于此压力，由于X射线的作用，射线的作用，会使离子流会使离子流I+与压力与压力p之间的关系严重偏离
35、线性。之间的关系严重偏离线性。d电离真空计的栅极在接受具有一定能量的电子流以后，要发射软电离真空计的栅极在接受具有一定能量的电子流以后，要发射软X射线。此软射线。此软X射线照射到离子收集极上，将引起收集极发射电子流。由于这部分电子流的射线照射到离子收集极上，将引起收集极发射电子流。由于这部分电子流的方向与离子流的方向相反，所以在离子流测量回路中叠加了一个与压力无关的方向与离子流的方向相反，所以在离子流测量回路中叠加了一个与压力无关的剩余电流，这就是所谓剩余电流，这就是所谓电离真空计的电离真空计的X射线效应射线效应。因为与圆筒型电离真空计中。因为与圆筒型电离真空计中的剩余电流相对应的等效压约为的
36、剩余电流相对应的等效压约为10-6Pa，所以用圆筒型电离真空计测量，所以用圆筒型电离真空计测量10-5Pa的压力时将引起的压力时将引起10%的误差。的误差。2024/7/28真空计B-AB-A真空计真空计真空计真空计图 5.16 B-A真空计B-A真空计（真空计（见图见图5.16）采用直径为）采用直径为0.1 mm的钨丝作离子收集极，使接受的钨丝作离子收集极，使接受X射线射线的面积降低了的面积降低了1000倍，因而使光电流也倍，因而使光电流也降低了降低了1000倍。此外，倍。此外，B-A真空计把离真空计把离子收集极装在栅极中心，把灯丝装在栅子收集极装在栅极中心，把灯丝装在栅极外侧，在栅极和收集
37、极之间形成对数极外侧，在栅极和收集极之间形成对数曲线分布的电场，进入栅极空间的电子曲线分布的电场，进入栅极空间的电子能在栅极和收集极之间能在栅极和收集极之间99%的空间内产的空间内产生电离作用，从而提高了电子电离气体生电离作用，从而提高了电子电离气体的效率，也就提高了真空计的常数。故的效率，也就提高了真空计的常数。故B-A真空计的测量下限能延伸到真空计的测量下限能延伸到10-8 Pa。2024/7/28真空计B-A真空计具有量程宽、测量下限低以及电极结构容易除气等优点，因而是一种优良的超高真空计。 B-A真空计与圆筒型电离B-A真空计相比，有如下缺点： B-A真空计的灯丝装在栅网外侧，两者之间
38、距离很小，因此灯丝安装尺寸的精度对K的影响较大。经验指出，在同一B-A真空计中，对于两根不同的灯丝，K值可有10%的偏差；同批B-A真空计之间的灵敏度偏差可达20%。 B-A真空计的玻璃壳电位对真空计常数影响较大，而圆筒型电离真空计由于筒状收集极的屏蔽作用，其玻璃壳电位对真空计常数没有影响。 B-A B-A真空计特点真空计特点真空计特点真空计特点2024/7/285.6 压力计的选择和使用压力计的选择和使用1. 1. 压力计的选择压力计的选择压力计的选择压力计的选择主要考虑以下几个原则。 被测介质的物理化学性质，如温度高低、粘度大小、脏污程度、腐蚀性，是否易燃易爆、易结晶等。 生产过程对压力测
39、量的要求，如被测压力范围、精确度以及是否需要远传、上下限报警等。 现场环境条件，如高温、腐蚀、潮湿、振动、电磁场等。此外，对于弹性压力计，为了保证弹性元件在弹性变形的安全范围内可靠地工作，防止过压造成弹性元件的损坏，影响仪表的使用寿命，所以压力计的量程选择必须留有足够的余地。一般在被测压力比较平稳的情况下，最大被测压力应不超过仪表满量程的3/4，在被测压力波动较大的情况下，最大被测压力值不超过仪表满量程的2/3。为了保证测量的准确性，被测压力最小值应不低于全量程的1/3。当被测压力变化范围大，最大最小被测压力可能不能同时满足上述要求时，选择压力计应首先满足最大被测压力的条件。2024/7/28
40、压力计的选择和使用 在实际使用中，进行压力测量需要一套检测系统一个完整的压力检测系统都包括：取压口、引压管路和压力计，图 5.17 压力检测系统示意图。图 5.17 压力检测系统示意图2. 2. 压力计的使用压力计的使用压力计的使用压力计的使用2024/7/28压力计的选择和使用 为了保证压力测量的准确性，正确使用压力检测系统是十分重要的，为了保证压力测量的准确性，正确使用压力检测系统是十分重要的，同时还必须注意以下几个问题。同时还必须注意以下几个问题。 测量点的选择测量点的选择。所选的测量点应能真实地反映被测对象压力的变化。所选的测量点应能真实地反映被测对象压力的变化。取压口位置在选择时要尽
41、可能方便引压管路和压力计的安装与维护。测取压口位置在选择时要尽可能方便引压管路和压力计的安装与维护。测量液体介质的压力时，取压口应在管道下部，以避免气体进入引压管；量液体介质的压力时，取压口应在管道下部，以避免气体进入引压管；测量气体介质的压力时，取压口应在管道上部，以避免液体进入引压管。测量气体介质的压力时，取压口应在管道上部，以避免液体进入引压管。 引压管路引压管路。引压管路的敷设应保证压力传递的精确性和快速响应。引。引压管路的敷设应保证压力传递的精确性和快速响应。引压管路水平敷设时，要保持一定的倾斜度，以避免引压管中积存液体压管路水平敷设时，要保持一定的倾斜度，以避免引压管中积存液体（或
42、气体），并有利于这些积液（或气）的排出。（或气体），并有利于这些积液（或气）的排出。 测压仪表的安装测压仪表的安装。压力计安装在易于观测和检修的地方，仪表安装处。压力计安装在易于观测和检修的地方，仪表安装处尽量避免振动和高温。对于特殊介质应采取必要的防护措施。压力计与尽量避免振动和高温。对于特殊介质应采取必要的防护措施。压力计与引压管的连接处，要根据被测介质情况选择适当的密封材料。当仪表位引压管的连接处，要根据被测介质情况选择适当的密封材料。当仪表位置与取压点不在同一水平高度时，要考虑液体介质的液柱静压对仪表示置与取压点不在同一水平高度时，要考虑液体介质的液柱静压对仪表示值的影响。值的影响。2024/7/282024/7/28
