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1、第第5 5章章 压力和差压的测量压力和差压的测量本章介绍几种在实验和工业生产中使用较多的压力检测仪表的检测原理、组成结构和使用方法等。5.1 概述5.1.1压力和差压的概念及表示方法5.1.2压力的度量单位重点：压力的概念、压力表示形式。难点：各种压力之间的关系。重点：压力的国际度量单位、我国常用单位。难点：压力度量单位之间的换算。5.1.1 压力和差压的概念压力和差压的概念压力:定义为垂直均匀垂直均匀地作用在单位面积单位面积上的力，即物理概念中的压强。表达式为差压：两个测量压力之间的差值，也就是压力差。压力测量的方法：液柱测压法，弹性元件测压法，电测法。压力的压力的压力的压力的几种表示方法几
2、种表示方法几种表示方法几种表示方法 在压力测量中，常有在压力测量中，常有在压力测量中，常有在压力测量中，常有表压力、绝对压力、负压或真表压力、绝对压力、负压或真表压力、绝对压力、负压或真表压力、绝对压力、负压或真空度空度空度空度之分。之分。之分。之分。 大气压大气压大气压大气压 地球表面空气因自重在物体单位面积上产生地球表面空气因自重在物体单位面积上产生地球表面空气因自重在物体单位面积上产生地球表面空气因自重在物体单位面积上产生的压力，它随地理纬度、海拔高度及气象环境的变化而的压力，它随地理纬度、海拔高度及气象环境的变化而的压力，它随地理纬度、海拔高度及气象环境的变化而的压力，它随地理纬度、海
3、拔高度及气象环境的变化而变化。变化。变化。变化。 绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力 指物体实际所承受的全部压力。指物体实际所承受的全部压力。指物体实际所承受的全部压力。指物体实际所承受的全部压力。 表压力表压力表压力表压力是一个相对压力，在工程实际中，所说的压力是一个相对压力，在工程实际中，所说的压力是一个相对压力，在工程实际中，所说的压力是一个相对压力，在工程实际中，所说的压力通常是指表压，即压力表上的读数。通常是指表压，即压力表上的读数。通常是指表压，即压力表上的读数。通常是指表压，即压力表上的读数。 真空度真空度真空度真空度 当绝对压力小于大气压力时，表压力为负值当绝对压力小于大气压力时
4、，表压力为负值当绝对压力小于大气压力时，表压力为负值当绝对压力小于大气压力时，表压力为负值（负压力），其绝对值称为真空度。（负压力），其绝对值称为真空度。（负压力），其绝对值称为真空度。（负压力），其绝对值称为真空度。5.1.2 压力的单位压力的单位1.帕斯卡（帕斯卡（Pa）:国际制导出单位1帕（Pa）=1牛顿/平方米（N/m2）表示1N的力垂直作用在1面积上所产生的压力。2.其他常用度量单位（1）工程大气压（工程大气压（kgf/cm2 ）1工程大气压=1千克力/厘米2（2）毫米汞柱（毫米汞柱（mmHg ）（3）毫米水柱（毫米水柱（mmH2O ）压力单位帕/Pa兆帕/ MPa工程大气压/ (k
5、gf/cm2)物理大气压/ atm汞柱/ mmHg水柱/ mH2O（磅/英寸2）/ （1b/in2）巴/bar帕111061.019710-59.86910-67.50110-31.019710-41.45010-4110-5兆帕1106110.1979.8697.5011031.01971021.45010210工程大气压9.8071049.80710-210.9678735.610.0014.220.9807物理大气压1.01331050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.33321021.333210-41.359510-31.315810-310.0
6、1361.93410-21.333210-3水柱9.8061039.80610-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅/英寸2）6.8951036.89510-30.070310.0680551.710.703110.06895巴11050.11.01970.9869750.110.19714.501各种压力单位换算表各种压力单位换算表各种压力单位换算表各种压力单位换算表5.2 液柱式压力计液柱式压力计的测压是基于液体静力学液体静力学原理，利用已知密度的液柱高度液柱高度对底面产生的静压力静压力来平衡被测压力，根据液柱高度液柱高度来确定被测压力的大小。优点：优点：
7、结构简单，制造容易，测量可靠、直观，准确度高，使用方便，价格便宜缺点：缺点： 测量结果只能就地读取，不能进行远传； 测量的量程也受限于玻璃管的高度，只能测量微小的压力。测压范围为10-60.3MPa； 玻璃管易损坏，且水银有毒。5.2.1U形管压力计5.2.2单管压力计5.2.3斜管压力计5.2.4液柱式压力计的使用重点：液柱式压力计的原理、结构、特点。难点：三种液柱式压力计比较，使用注意事项。5.2液柱式压力计5.2.1 U形管压力计形管压力计1.U型管压力计的结构U型、内截面积相同的玻璃管，固定在底板上，在U型管中间设一个刻度标尺，零点在标尺中央。U型玻璃管内充入水银或水等工作液，液体到零
8、点处。2.U型管压力计的工作原理当p1=p2时，两管中自由液面同处于标尺中央零刻度。当p2p1时，右边管中液面下降，左边管中液面上升，一直到液面的高度差H产生的压力与被测差压平衡为止。根据流体静力学原理有如果将两管分别通大气压p0和被测压力pa，则测得压力为表压力：由此可见：（1 1）U U型管压力计可以测量差压，或表压力。型管压力计可以测量差压，或表压力。（2 2）当工作液密度）当工作液密度一定一定时，不同的液面高度差时，不同的液面高度差H H就对着不同就对着不同的被测压力，这样，压力的测量就转换为对应的被测压力，这样，压力的测量就转换为对应液面高度的测量液面高度的测量。被测压力可以直接用液
9、面高度差被测压力可以直接用液面高度差H H表示，其单位用表示，其单位用mmHgmmHg或或mmHmmH2 2O O。（3 3）若减小）若减小U U型管内工作液的密度型管内工作液的密度，在相同压力的作用下，在相同压力的作用下，H H值变大，即仪表灵敏度提高，但同时量程范围变小。值变大，即仪表灵敏度提高，但同时量程范围变小。 当测量较大压力时，可采用密度比较大的工作液，如汞；当测量较大压力时，可采用密度比较大的工作液，如汞； 当测量较小压力时，为了提高灵敏度，可采用密度比较当测量较小压力时，为了提高灵敏度，可采用密度比较小的工作液，如水、酒精。小的工作液，如水、酒精。造成读取误差的主要因素：造成读
10、取误差的主要因素：（1 1）标尺刻度精度）标尺刻度精度（2 2）温度误差）温度误差（3 3）安装位置误差）安装位置误差 两只管严格铅垂；两只管严格铅垂； 无压力作用下，两管液面应处于标尺零位无压力作用下，两管液面应处于标尺零位5.2.2 单管压力计单管压力计1.单管压力计的结构它是U型管压力计的一种变形。单管压力计把其中一个管用一个较大直径的杯来代替，也称杯型压力计。由于杯的直径与管的直径相差较大，所以杯中液面高度下降h2可忽略不计，因此在测量时只要读数一次就够了，减小了读数误差。2.单管压力计的工作原理测表压时，被测压力通到杯子一侧，当被测压力大于大气压时，玻璃管内液面上升，而杯中液面下降，
11、液面高度差H=h+h2，由于杯内下降与细管上升液体体积相同，即则由于，可忽略不计。所以由于忽略了h2的值，在结果中引入了一个附加系统误差。因此，在进行精确测量时，必须要进行修正，修正方法为，在测量结果中引入修正系数专用标尺L与实际液面高度差H的关系为：例如，有一单管压力计，玻璃管内径为例如，有一单管压力计，玻璃管内径为8mm8mm，杯内径为，杯内径为80mm80mm，当被测压力为，当被测压力为100mmHg100mmHg时，专用标尺长度为？时，专用标尺长度为？5.2.3 斜管压力计斜管压力计1.斜管压力计的结构它是单管式压力计的一种变形。将单管倾斜一个角度，这样可以加长液柱长度，提高压力计的灵
12、敏度。斜管压力计常用于测量微小的压力和负压。2.斜管压力计的原理根据单管压力计原理可知，当d250kPa），应选用弹簧管压力计；如压力变化快速，应选压阻式压力计；若测管道流水压力且压力脉动频率较高，应选电阻应变式压力计。 考虑被测介质的性质。考虑被测介质的性质。 考虑使用环境。考虑使用环境。 考虑仪表输出信号的要求。考虑仪表输出信号的要求。（2）压力计量程的选择测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的2/3；测量脉动压力时，最大工作压力则不应超过量程的1/2；测高压时，则不应超过3/5。最小工作压力不应低于量程的1/3。目前我国出厂的压力检测仪表有统一的量程系列，它目前我国出厂的压力检测仪表
13、有统一的量程系列，它们是们是1kPa、1.6kPa、2.5kPa、4.0kPa、6.0kPa以及它们的以及它们的10n倍数。倍数。（3）压力计精度等级的选择压力计的精度等级主要根据生产允许的最大误差来确定。根据我国压力表的新标准GB/T12262001规定，一般压力表的精度等级分为：1级、1.6级、2.5级、4.0级。精密压力计的精度等级为：0.1级，0.16级，0.25级，0.4级。它既可作为检定一般压力表的标准器还可以作为高精度压力测量之用。例1：有一压力容器，在正常工作时压力稳定，压力变化范围为0.40.6MPa，要求就地显示即可，且测量误差应不大于被测压力的5%，试选择压力计并确定该压力计的量程和精度等级。例2：已知某被测容器最大压力为0.8MPa，允许的最大绝对误差为0.01MPa。甲同学选择一个测量范围为01.6MPa，精度等级为1级的压力表进行测量；乙同学选择一个测量范围为01.0MPa，精度等级为1级的压力表进行测量。问，哪块压力表符合工艺要求？练习 某台空压机的缓冲器，正常工作压力范围为1.11.6MPa，工艺要求就地指示，测量误差要求不大于被测压力的5%，试选择合适的压力仪表（压力表类型、示值范围和精度等级）
