压力测量讲义

1压力测量2压力垂直作用于物体表面上的力压强垂直作用于单位面积物体表面上的力在建筑环境与设备的测试中，并不严格区分压力和压强。通常所说的压力实际上是指压强。压差测量两个压力之差称压差表压力压力仪表指示的压力值缺省情况下，所说的压力值即指表压力表压力可正可负，为负时其绝对值称为真空度。第一节概述一、基本概念3:表压（Gaugepressure）:相对于大气压力的差压。绝对压力和大气压力之间的差压。正压力（Positivepressure）：绝对压力高于大气压力时的表压，简称正压。负压力（Negativepressure）：绝对压力低于大气压力时的表压，简称负压。真空（Vacuum）：低于大气压力的压力。绝对压力（Absolutepressure）:相对于绝对真空所测得的压力。45帕(Pa)N/m2，国际单位1Pa=1N/m2兆帕(MPa)106Pa工程大气压，kgf/cm2，98070Pa约等于一个大气压（1.013e+5Pa)，“自来水压头是5公斤”，用的就是这个单位。压力单位6mmHg，133PammH2O，9.81Pa1个标准大气压：t=0℃，g=980.665cm/s2=13.5951g/cm3H=760mmHg所产生的压力。7压力单位换算表牛顿/米2公斤/厘米2毫米水银柱毫米水柱磅/英寸2标准大气压1牛顿/米2(帕斯卡)1.01.019710-57.500610-30.10201.450410-49.869210-61公斤/.厘米2(工程大气压)9.80671041.07.35561021.010414.220.96781毫米水银柱(mmHg)1.33321021.359510-31.013.591.93410-21.31610-31毫米水柱(mmH2O)9.80641.010-47.355610-21.01.42210-39.67810-51磅/英寸2(psi)6.89471037.030710-251.7157.03071021.06.80510-21标准大气压(atm)1.01331051.03327.601021.033210414.6961.08二．压力测量仪表的分类1．液柱式压力计（Manometers）2．弹性式压力计（Diaphragms）3．电气式压力计（Electricalpressure）4．活塞式（负荷式）压力计（Force-balance）9第二节液柱式压力计分类U型管压力计单管压力计斜管式微压计特点：结构简单，使用方便，准确度比较高，常用于测量低压、负压、差压，可用于现场校验压力传感器和管路漏气。缺点：体积大，读数不方便，玻璃管易损坏；测量范围有限、有人为读数误差、不便于多点测量和数据采集、不能进行动态测量。10一．U型管压力计假设被测的介质为气体，可忽略被测介质的高度形成的静压值。根据流体静力学原理可得：U型管内径一般为5-20mm，为了减少毛细现象管子内径一般不少于10mm，)(2121hhgPPPP2P1U型管h1h2011p1p2Hh2h121AA密度不同如何计算压力?11122212()()()pghHpgHhghh测量范围：20Pato140KPa精度：1%.012如何读数?(a).分别读取h1、h2；(b).U型管应保持铅垂位置；(c).眼睛应保持与液面平齐，以工作液弯月面顶部或底部切线为准读取液面高度。P1p2Hh2h12AA1013二．单管式压力计因为A1、A2为常数，这样可通过一次读数进行压差测量。当A2/A1很小时，h1可忽略，公式简化为：12212211AAhhAhAh212212221)1()()(hAAghAAhghhgPPd212212221)1()()(hAAghAAhghhgPPx直管h1h22hgP14三、斜管式微压计lAAhlAAh121211alhsin2laAAgallAAghhgP)sin()sin()(121221P1P2斜管h1h2LlaAAgallAAghhgP)sin()sin()(121221laAAgallAAghhgP)sin()sin()(121221主要用于测量微小的压力、负压和压差。为了减少读数的相对误差，拉长液柱，将测量管倾斜放置。1516四．液柱式压力计的测量误差及其修正1．环境温度变化的影响及修正对于一般的工业测量，主要考虑工作液密度变化对压力测量的影响。修正公式为：ghP)(100tthhtt2.重力加速度变化的影响及修正hgghnn标准重力加速度下的工作液柱高度使用地点的工作液柱高度173．毛细现象的影响为了减少该误差，通常要求测量管的内径一般不小于10mm。液毛细现象（又称毛细管作用）是指与内聚力在细管状物体内侧，由于体的差异、克服地心引力而上升附着力吸收的水分能够经根部植物的现象。上升，即是毛细现象最维管束内茎由之)管壁(固体和液体常见的例子。当时，内聚力大于液体本身附着力间的的细垂直在液体就会产生毛细现象。管中时液面呈凹或凸状、以及多孔材皆为此现象所致。液体质物体能吸收由于内聚力与附着力的差异，水在毛细管中，中央较四周凹下；汞在毛细管中，中央较四中凸起由于内聚力与附着力的差异，水在毛细管中，中央较四周凹下；汞在毛细管中，中央较四中凸起18第三节弹性式压力计1、概述原理：弹性压力表是利用各种不同形状弹性感压元件在被测压力的作用下，产生弹性变形制成的测压仪表特点：结构简单、牢固可靠、测压范围广、使用方便、造价低廉、有足够的精度，可远传弹性材料：铍青铜、磷青铜、不锈钢常用弹性压力表：弹簧管式膜片（盒）式波纹管式1920二．弹性元件及其特性1．膜片：使用时周边夹紧，测低压、微压。将两块膜片沿周边对焊起来，形成一膜盒，膜盒式微压计通常用于测量炉膛和烟道尾部负压。精度等级为2.5，最高可达1.5级。PxPxPxPx平薄片波纹片膜盒212．波纹管：开口端固定，封闭端的位移作为输出，由于波纹管的位移相对较大，故灵敏度高，常用于测量较低的压力（1.0-106Pa）精度等级1.5级。Px3．弹簧管：单圈弹簧管多圈弹簧管二．弹性元件及其特性22弹簧管在量程范围内自由端的位移一般为7-8o，弹簧管作成多圈时，自由端的位移可达45o。弹簧管的自由端的位移可通过杠杆机构带动指针转动，这种机构的指针最大转角为180o，通常作成90度的回转角。最常用的传动机构为杠杆—扇形齿轮机构，可使指针转动270o。弹簧管压力计23弹簧管压力计24弹簧管压力计精度等级：普通：1～4级精密：0.1～0.5级测量范围：真空～109Pa25电接点压力表：不仅可实现压力的测量，而且可实现压力的报警和控制。26(1)迟滞误差；(2)弹性后效误差；(3)间隙误差；(4)摩擦误差；(5)温度误差。弹性式压力计的误差27(1)为保证测量精度，被测压力范围最好在满量程的三分之一到三分之二；如被测压力有脉动，则不应超过满量程的二分之一；(2)如无特别标注，测得的压力值是表压；(3)测量压力范围较广，但精度不是很高；(4)直观；(5)只能做稳态压力测量；(6)不能自动处理和记录大量数据；(7)必须进行定期校准。特点及使用注意事项28(1)根据被测压力的种类；(2)被测介质的种类及其物理、化学性质；(3)测压范围；(4)精度等级。选用原则29安装注意事项(1)避开阻力件，安装在平直段；(2)孔口轴线与工质流速方向垂直；(3)孔口应光滑无毛刺和凹凸不平；(4)在保证加工方便和不堵塞的情况下，孔口应尽量小；(5)在恶劣工况下，要在压力表前装隔离器；(6)如压力显示仪表和取压口不在同一水平线上，则应校正由于两者高度差对仪表读数造成的误差30第四节电气式压力检测一．位移式压力压差变送器：将弹性元件的位移转变成电信号。1．电容式压力压差变送器：采取差动电容方式。膜片d7.5—75，δ0.05—0.2，maxΔd=0.1mm。42sk31特点：灵敏度高、精度高，精度可达0.2、0.25，稳定可靠。尤适用于测高静压微压差的场合。ddkC021ddkC022pkdpkddCCCC30101212•由C1、C2可得•设测量膜片在Δp作用下的位移Δd，Δd=k1Δp。1电容式压力压差变送器322．霍尔压力变送器（1）霍尔效应：把半导体单晶薄片置于磁场B中，如果在它的两个纵向面上通以一定大小的电流，则在晶体的两个横向端面之间出现电势UH，叫霍尔效应，产生的电势称为霍尔电势。IBRVHH灵敏度常数33(2)霍尔电势的产生：将固定在弹性元件上的霍尔片放置在一非均匀磁场中，在这区间，磁场强度具有均匀的梯度，当霍尔片在弹性元件的带动下偏离正中位置，通过霍尔片的磁场强度发生变化，霍尔片就有正比于位移的霍尔电势产生。NSSN34注意：①RH受温度影响较大，在实际当中常采用恒温措施或采用温度补偿措施，例如在电势输出回路中串一温度补偿电桥。②要注意减少由于霍尔片两电极不对称焊接引起的不等位电势，因不等位电势的存在，使霍尔片处于正中时，电势输出不为0。IBRVHH霍尔电势35二．压电式压力传感器•压电效应：压电材料在受压时会在其表面产生电荷，产生的电荷量与所受的压力成正比。压电材料：单晶体，例如石英、酒石酸钾钠等多晶体，例如压电陶瓷，在没有极化之前，因各单晶体的压电效应都互相抵消表现为电中性，为此必须对压电陶瓷先进行极化处理，经极化处理的压电陶瓷具有非常高的压电系数，为石英的几百倍。36压电式压力传感器利用压电材料的压电效应把压力信号转换为电信号，以达到测量压力的目的。＋＋＋＋＋－－－－－镀金属面压电材料薄片镀金属面FF二．压电式压力传感器37特点：结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可靠，具有线性度高量程范围大等优点。缺点：但是由于产生的电荷量少，因此后续需加高阻抗的直流放大器。由于晶体边缘上存在漏电现象，因此不能用于稳态测量。压电式压力传感器结构二．压电式压力传感器38第五节活塞式（负荷式）压力计提供做压力基准器校准压力表：20Pa～2000kPa•基于静力平衡原理进行压力测量AMgP39被校准压力表安装上后，转动手轮，使油压系统压力升高，直到活塞被顶起。M：砝码质量A：活塞有效面积AMgP40第六节压力检测仪表的选择与校验一．压力检测仪表的选择①测压范围，②被测介质的物理化学性质，③测试精度要求。1.仪表量程选用•为保证安全性，压力较稳定时，最大工作压力不超过仪表量程的3/4，压力波动较大时，最大工作压力不超过仪表量程的2/3。•为保证准确度，最小工作压力不低于满量程的1/3。412．仪表精度的选择根据在测量时允许的最大测量误差选择仪表，可根据仪表的精度等级算出用该仪表测量可能引起的最大示值绝对误差。另外在选择仪表时不需一味追求高精度，只要满足测量精度要求即可。弹簧管压力表量程和精度系列我国目前弹簧管压力表量程系列，1,1.6,2.5,4.0,6.0kPa以及10n倍精度系列，精密表0.1,0.16,0.25,0.4工业表1.0,1.5,2.542例题：有一压力容器，压力范围0.4~0.6MPa，压力变化速度较缓，不要求远传。试选择压力仪表（给出量程和精度等级）测量该压力，测量误差不大于被测压力的4%。30.60.8MPa4A根据最大工作压力10.41.2MPa3A根据最小工作压力所以可选择量程范围为0—1.0MPa弹簧管压力表可选择1.5级的压力表被测压力的最大示值绝对误差△=0.4*4%=0.016MPa所选仪表的基本误差为0.016/1*100%=1.6%433．仪表类型选择①被测介质压力大小②被测介质的性质，例如，氧气、乙炔都有专门的测量仪表，对腐蚀性介质要采用不锈钢或其他耐腐蚀