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1、五章压力测量Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望第一节第一节 概述概述 垂直作用在单位面积上的力称垂直作用在单位面积上的力称压力压力。在国际单位制（在国际单位制（SI）和我国法定计量单位）和我国法定计量单位中，压力的单位是中，压力的单位是“帕斯卡帕斯卡”，简称，简称“帕帕”，符号为，符号为“Pa”。 即即1N的力垂直均匀作用在的力垂直均匀作用在1m2的面积上所的面积上所形成的压力值为形成的压力值为1Pa。 过过 去去 采采 用用 的的 压压 力力 单单 位位 “工工 程程
2、 大大 气气 压压 力力”（kgf/cm2）、“毫毫米米汞汞柱柱”（mmHg）、“毫毫 米米 水水 柱柱 ”（ mmH2O） 、 “物物 理理 大大 气气 压压”（atm）、“巴巴”（bar）、“PSI”等等均均应应改成法定计量单位帕。改成法定计量单位帕。1 kgf/cm2 = 0.9807105Pa1mmH2O = 0.980710Pa1 mmHg = 1.332102Pa1atm = 1.01325105Pa1bar=105Pa 1PSI=6.89103Pa一、压力表示方式一、压力表示方式u绝对压力绝对压力PJu大气压力大气压力PDu表压力表压力PB PB= PJ PDu真空度真空度PZ（
3、负压）（负压） PZ PD PJ二、压力检测方法二、压力检测方法1.平衡法平衡法：通过仪表使液柱高度的重力或砝码：通过仪表使液柱高度的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理测量压力的重量与被测压力相平衡的原理测量压力2.弹性法弹性法：利用各种形式的弹性元件，在被测：利用各种形式的弹性元件，在被测介质的表压力或负压力作用下产生的弹性变介质的表压力或负压力作用下产生的弹性变形来反映被测压力的大小形来反映被测压力的大小3.电气式电气式：用压力敏感元件直接将压力转换成：用压力敏感元件直接将压力转换成电阻、电荷量等电量的变化电阻、电荷量等电量的变化三、压力测量仪表的分类三、压力测量仪表的分类u压力传感器
4、从其原理及结构来看可分为：压力传感器从其原理及结构来看可分为：液柱式、机械式及电气式液柱式、机械式及电气式u测量压力的仪表，按信号原理不同，大测量压力的仪表，按信号原理不同，大致可分为四类：致可分为四类：液柱式液柱式：根据流体静力学原理，把被测压力：根据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度转换成液柱高度机械式机械式：根据弹性元件受力变形的原理，将：根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移被测压力转换成位移电气式电气式：将被测压力转换成各种电量，如电：将被测压力转换成各种电量，如电感、电容、电阻、电位差等，依据电量的大感、电容、电阻、电位差等，依据电量的大小实现压力的间接测量小实现压
5、力的间接测量活塞式活塞式：根据水压机液体传送压力的原理，：根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量的质量第二节第二节 液柱式压力计液柱式压力计 u利用液柱对液柱底面产生的静压力与被测压利用液柱对液柱底面产生的静压力与被测压力相平衡的力相平衡的原理原理，通过液柱高度来反映被测，通过液柱高度来反映被测压力的大小压力的大小u优点：优点：结构简单，使用方便，有相当高的准结构简单，使用方便，有相当高的准确度，在本专业中应用很广泛确度，在本专业中应用很广泛u缺点：缺点：量程受液柱高度的限制，体积大，玻量程受液柱高度的限制，体积大，玻璃
6、管容易损坏及读数不方便璃管容易损坏及读数不方便u采用水银或水为工作液，用采用水银或水为工作液，用U形管或单管进形管或单管进行测量，常用于低压、负压或压力差的检测行测量，常用于低压、负压或压力差的检测u被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、风道各段压力、通风空调系统各段压力的测风道各段压力、通风空调系统各段压力的测量量一、一、U形管压力计形管压力计P=P1P2 =g(h1+h2)提高工作液密度将提高工作液密度将增加压力的测量范增加压力的测量范围，但灵敏度要降围，但灵敏度要降低。低。二、单管压力计二、单管压力计 由于由于U形管压力形管压力计需两次读取液面高计需
7、两次读取液面高度，为使用方便，设度，为使用方便，设计出一次读取液面高计出一次读取液面高度的单管压力计。度的单管压力计。 因因 则则 故故 由于由于 Dd，所以，所以 P =gh2 问：问：U形管压力计两肘管的内径分别为形管压力计两肘管的内径分别为d1 = 6mm，d2 = 6.5mm，管内封液为水，被测，管内封液为水，被测压力作用于较细肘管，使水柱从零位下降压力作用于较细肘管，使水柱从零位下降195mm。如果以该值的。如果以该值的2倍作为被测压力倍作为被测压力值，试确定由于没有读取较粗肘管的水柱值，试确定由于没有读取较粗肘管的水柱从零位的升高值而造成的测量误差。从零位的升高值而造成的测量误差。
8、 解：解： 三、斜管微压计三、斜管微压计 主要用于测量微小压力、负压和压主要用于测量微小压力、负压和压差，它将单管液柱压力计的测量管倾斜差，它将单管液柱压力计的测量管倾斜放置，这样可以提高灵敏度，减少读数放置，这样可以提高灵敏度，减少读数相对误差。相对误差。倾倾斜斜角角度度越越小小，l越越长长，测测量量灵灵敏敏度度就就越越高高；但但不不可可太太小小，否否则则液液柱柱易易冲冲散散，读读数数较较困困难难，误差增大。误差增大。这这种种倾倾斜斜管管液液柱柱式式压压力力计计可可以以测测量量到到0.98Pa的的微微压压。为为了了进进一一步步提提高高微微压压计计的的精精确确度度，应选用密度小的酒精作为工作液
9、体。应选用密度小的酒精作为工作液体。 四、液柱式压力计的测量误差及其修正四、液柱式压力计的测量误差及其修正1. 环境温度变化环境温度变化2. 重力加速度变化重力加速度变化3. 毛细管现象毛细管现象第三节第三节 弹性式压力计弹性式压力计 用弹性传感器（又称弹性元件）组成的压用弹性传感器（又称弹性元件）组成的压力测量仪表称为力测量仪表称为弹性式压力计弹性式压力计。弹性元件受压。弹性元件受压后产生的形变输出（力或位移），可以通过传后产生的形变输出（力或位移），可以通过传动机构直接带动指针指示压力（或压差），也动机构直接带动指针指示压力（或压差），也可以通过某种电气元件组成变送器，实现压力可以通过某种
10、电气元件组成变送器，实现压力（或压差）信号的远传。（或压差）信号的远传。 弹性元件在弹性限度内受压后会产生弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形，变形大小与被测压力成正比关系。变形，变形大小与被测压力成正比关系。1. 膜片膜片u按剖面形状分为平膜片和波纹膜片按剖面形状分为平膜片和波纹膜片u常用材料常用材料u可与其他转换元件合用可与其他转换元件合用u电容式压力传感器电容式压力传感器u光纤式压力传感器光纤式压力传感器u力矩平衡式压力变送器力矩平衡式压力变送器2. 波纹管波纹管u优点优点：灵敏高，可测较低压力：灵敏高，可测较低压力u缺点缺点：迟滞误差较大，精度一般只有：迟滞误差较大，精度一般只有1.5
11、级级3. 弹簧管弹簧管截面为非圆形（椭圆截面为非圆形（椭圆形或扁圆形），并弯形或扁圆形），并弯成圆弧状的空心管子成圆弧状的空心管子一端为封闭（自由端）一端为封闭（自由端），一端为开口（固定，一端为开口（固定端）端）（1）弹簧管压力表）弹簧管压力表u结结构构简简单单，使使用用方方便便，价价格格低低廉廉，使使用用范范围围广，测量范围宽广，测量范围宽u可可测测负负压压、微微压压、低低压、中压和高压压、中压和高压u精精度度有有0.5、1.0、1.5、2.5等等（2）电远传式弹簧）电远传式弹簧压力仪表压力仪表 u霍尔压力传感器霍尔压力传感器u电感式压力传感器电感式压力传感器第四节第四节 电气式检测电气式
12、检测u电电气气式式压压力力检检测测方方法法一一般般是是用用压压力力敏敏感感元元件件直直接接将将压压力力转转换换成成电电阻阻、电电荷荷量等电量的变化。量等电量的变化。u能能实实现现压压力力电电量量转转换换的的压压敏敏元元件件主主要有压电材料、应变片和压阻元件。要有压电材料、应变片和压阻元件。1. 压电式压力传感器压电式压力传感器u压电效应原理压电效应原理：压电材料受压时会在其表面：压电材料受压时会在其表面产生电荷，其电荷量与所受的压力成正比。产生电荷，其电荷量与所受的压力成正比。u压电材料压电材料：单晶体、多晶体：单晶体、多晶体u特点特点：结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可：结构简单、紧凑，小巧轻
13、便，工作可靠，线性度好，频率响应高，量程范围广靠，线性度好，频率响应高，量程范围广2. 应变式压力传感器应变式压力传感器u应变片应变片是基于应变效应工作的一种压力敏感元是基于应变效应工作的一种压力敏感元件，当应变片受外力作用产生形变时，应变片件，当应变片受外力作用产生形变时，应变片的电阻值也将发生相应变化。的电阻值也将发生相应变化。u应变式压力传感器应变式压力传感器是由弹性元件、应变片以及是由弹性元件、应变片以及相应的桥路组成的。相应的桥路组成的。r0，r、t达达最大值最大值r=0.58r0，r=0r=r0，r达达负的最大值负的最大值r=r0，t=03. 压阻式压力传感器压阻式压力传感器u压阻
14、元件压阻元件是基于压阻效应工作的一种压力敏感是基于压阻效应工作的一种压力敏感元件，它指在半导体材料的基片上用基成电路元件，它指在半导体材料的基片上用基成电路工艺制成的扩散电阻，当它受外力作用时，其工艺制成的扩散电阻，当它受外力作用时，其阻值由于电阻率的变化而改变。阻值由于电阻率的变化而改变。u扩散电阻正常工作需依附弹性元件，常用的是扩散电阻正常工作需依附弹性元件，常用的是单晶体硅膜片。单晶体硅膜片。u优点优点：体积小，结构简单，能直接反映：体积小，结构简单，能直接反映微小的压力变化，动态响应好微小的压力变化，动态响应好u缺点缺点：敏感元件易受温度的影响，从而：敏感元件易受温度的影响，从而影响压
15、阻系数的大小影响压阻系数的大小第五节第五节 压力检测仪表的选择与校验压力检测仪表的选择与校验一、压力检测仪表的选择一、压力检测仪表的选择1. 仪表量程的选择仪表量程的选择u被测压力较稳定：最大工作压力不应超过仪被测压力较稳定：最大工作压力不应超过仪表满量程的表满量程的3/4u被测压力波动较大或测脉动压力：最大工作被测压力波动较大或测脉动压力：最大工作压力不应超过仪表满量程的压力不应超过仪表满量程的2/3u为保证测量准确度：最小工作压力不应低于为保证测量准确度：最小工作压力不应低于满量程的满量程的1/3u优先满足最大工作压力条件优先满足最大工作压力条件2. 仪表精度的选择仪表精度的选择 压力检测
16、仪表的精度主要根据生产允许的压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误差来确定，即要求实际被测压力允许的最大误差来确定，即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差。最大绝对误差应小于仪表的基本误差。3. 仪表类型的选择仪表类型的选择u从被测介质压力大小来考虑从被测介质压力大小来考虑u被测介质的性质被测介质的性质u对仪表输出信号的要求对仪表输出信号的要求u使用的环境使用的环境二、压力仪表的校验二、压力仪表的校验u校验校验就是将被校验压力表和标准压力表通就是将被校验压力表和标准压力表通以相同压力，比较它们的指示数值，如果以相同压力，比较它们的指示数值，如果被校表对于标准表的读数误差，
17、不大于被被校表对于标准表的读数误差，不大于被校表规定的最大准许绝对误差时，则认为校表规定的最大准许绝对误差时，则认为被校表合格。被校表合格。u常用的校验仪器常用的校验仪器是活塞式压力计，它由压是活塞式压力计，它由压力发生部分和测量部分组成，它的精度等力发生部分和测量部分组成，它的精度等级有级有0.02、0.05和和0.2级，可用来校准级，可用来校准0.25级级精密压力表，也可校准各种工业用压力表，精密压力表，也可校准各种工业用压力表，被校压力的最高值为被校压力的最高值为60MPa。压力发压力发生部分生部分测量测量部分部分三、压力表的安装三、压力表的安装1. 取压口的选择取压口的选择u在管道或烟道上取压在管道或烟道上取压u测量流动介质的压力测量流动介质的压力u测量液体介质的管道上测量液体介质的管道上取压取压2. 导压管的铺设导压管的铺设 导压管是传递压力、导压管是传递压力、压差信号的。压差信号的。3. 压力、压差计的安装压力、压差计的安装倾斜式微压计
