自动检测技术--压力测量(及课后答案)

4压力测量电远传式压力计4.4概述4.1液柱式压力计4.2弹性式压力计4.3主要内容：压力表的选择、校验和安装4.54.1概述压力的检测与控制是保证生产安全和经济的重要环节。垂直并且均匀作用在单位面积上的力称为“压强”。工程技术上一般称其为“压力”。4.1.1压力的概念国际单位:帕斯卡，简称帕（Pa）1Pa=1N/m2常用单位：工程大气压（公斤力），kgf/cm21kgf/cm2=9.80065×104Pa≈1×105Pa=0.1MPa工程上经常使用兆帕（MPa）1MPa=1×106PaFPS生产和生活中不同的压力概念(1)大气压力：大气压力是地球表面上空气的重量所产生的压力。符号：P0表示影响因素：气象情况、海拔高度和地理纬度测量仪表：气压表压力单位之一：标准大气压，atm1atm=101325Pa=0.1MPa托里拆利1608～1647(2)表压力：如果测压仪表所指示的压力是以大气压力为0起点算的压力，则测量结果称为表压力。符号——PG领域：工程中(3)绝对压力：是指不附带任何条件的全压力，它等于大气压力和表压力之和。符号：Pa如：液体、气体和蒸汽所处空间的全部压力。0aGPPP(4)真空压力：当绝对压力小于大气压力时，大气压力与绝对压力之差。(5)差压（压差）：两个相关压力之差。0GaPPP又称：真空度、负压力、疏空压力。符号：ΔP注意：基准点任意且相同12PPP不同压力间的关系大气压P0代表规定基准点代表任意基准点完全真空0压力差ΔP4.1.2压力的单位换算公斤力/米2kgf/m2工程大气压kgf/cm2牛顿/米2N/m2（pa）巴bar标准大气压atm毫米水柱mmH2O毫米汞柱mmHg磅/英寸psi110-49.819.81×10-50.9678×10-4173.56×10-31.422×10-3104198.1×1030.9810.9678104735.614.220.10210.2×10-6110-50.9869×10-50.1027.50×10-3145×10-610.2×1031.0210510.986910.2×10375014.501.0332×1041.03321.0133×1051.013311.0332×10476014.696110-49.8198.1×10-60.9678×10-4173.56×10-31.422×10-313.61.36×10-3133.31.333×10-31.316×10-313.6119.34×10-370370.3×10-36.89×10368.9×10-368.05×10-370351.7211工程大气压=9.80665×104牛顿/米2（帕斯卡）=0.980665巴=0.967841标准大气压=10米水柱（4℃，g=9.80665米/秒2）=735.559毫米汞柱（0℃，g=9.860665米/秒2）=14.223磅/英寸2公斤力/米2kgf/m2工程大气压kgf/cm2牛顿/米2N/m2（pa）巴bar标准大气压atm毫米水柱mmH2O毫米汞柱mmHg磅/英寸psi110-49.819.81×10-50.9678×10-4173.56×10-31.422×10-3104198.1×1030.9810.9678104735.614.220.10210.2×10-6110-50.9869×10-50.1027.50×10-3145×10-610.2×1031.0210510.986910.2×10375014.501.0332×1041.03321.0133×1051.013311.0332×10476014.696110-49.8198.1×10-60.9678×10-4173.56×10-31.422×10-313.61.36×10-3133.31.333×10-31.316×10-313.6119.34×10-370370.3×10-36.89×10368.9×10-368.05×10-370351.7211巴=105牛顿/米2（帕斯卡）=10197.2公斤力/米2=1.01972公斤力/厘米2=14.5038磅/英寸2=750.062毫米汞柱（0℃，g=9.80665米/秒2）=1.01972×104毫米水柱（4℃，g=9.80665米/秒2）公斤力/米2kgf/m2工程大气压kgf/cm2牛顿/米2N/m2（pa）巴bar标准大气压atm毫米水柱mmH2O毫米汞柱mmHg磅/英寸psi110-49.819.81×10-50.9678×10-4173.56×10-31.422×10-3104198.1×1030.9810.9678104735.614.220.10210.2×10-6110-50.9869×10-50.1027.50×10-3145×10-610.2×1031.0210510.986910.2×10375014.501.0332×1041.03321.0133×1051.013311.0332×10476014.696110-49.8198.1×10-60.9678×10-4173.56×10-31.422×10-313.61.36×10-3133.31.333×10-31.316×10-313.6119.34×10-370370.3×10-36.89×10368.9×10-368.05×10-370351.7211公斤力/米2=1.000028毫米水柱（4℃，g=9.80665米/秒2）=1.001797（20℃，g=9.80665/米秒2）毫米水柱。1标准大气压=101325牛顿/米2（帕斯卡）=10332.27公斤力/米2=760毫米汞柱（0℃，g=9.80665米/秒2）4.1.3压力测量系统的分类静重式弹性式远传式静重式U型管单管斜管钟罩测压力测真空用途单活塞双活塞圆柱形活塞球形活塞液柱式压力计活塞式压力计弹性式弹簧管式膜片式膜盒式波纹管式远传式电阻式电感式电容式振弦式4.2液柱式压力计4.2.1原理4.2.2误差4.2.1液柱式压力计的原理原理：利用液柱所产生的压力与被测压力平衡，根据液柱高度来确定被测压力的大小。封液：水、酒精、水银特点：结构简单，物理本质清晰。12ppgh12ppgh12sinppgl4.2.2液柱式压力计的测量误差及其修正（2）重力加速度变化的影响封液影响：标尺长度影响：精密测量时考虑β—体积膨胀系数；20120thht10.00265cos212NggHR标准地点封液高度NNhghggN——标准重力加速度，9.80665m/s2H—海拔高度，m；R—地球半径，6356766m；φ—海拔纬度,°。（1）环境温度变化的影响h测量地点封液高度（3）毛细现象造成的影响毛细现象使封液表面形成弯月面，不仅引起读数误差，还会引起液柱的升高或降低。通过加大管径来解决。酒精：管径D=3mm；水银：管径D=8mm（4）安装、读数、刻度等方面的误差4.3弹性式压力计全不锈钢压力表充液防震压力表弹性元件弹簧管膜片波纹管波纹管单圈弹簧管压力计结构：弹簧管、齿轮传动机构、指针、刻度盘。4.3.1弹簧管压力计单圈弹簧管压力表受力变形分析22''bb受压后短轴长度增加：2'2'bb','bbbB`BRr2aAP2b'''''''RRRrRrrr''bbabb整理得：bbbbbbbbbb增大灵敏度的方法？特点：精度等级：普通型：１~４级；精密：0.1~0.5级。测量范围：真空~109Pa；工作范围：1/3~1/2量程(波动大)；1/3~2/3量程(波动小)；注意：防尘、防爆、防腐等问题，并要定期校验。弹性式压力计4.3.2膜式压力计膜片式——测量腐蚀性介质、非凝固、非结晶介质；膜盒式——测量气体的微压和负压。精度：2.5级测量范围：膜片式：真空或0~6×106Pa膜盒式：0~±4×104Pa特点4.3.3波纹管式压力计波纹管是外周沿轴向有深槽形波纹褶皱，可沿轴向伸缩的薄壁管子。它受压时线性输出范围比受拉时大，故常在压缩状态下使用。用途：做流量和液位测量的显示仪表。4.3.4弹性式压力计的误差来源迟滞误差：相同压力下，同一弹性元件正反行程的变形不一样；弹性后效误差：弹性元件变形落后于被测压力变化；（动态响应误差）间隙误差：仪表的各种活动部件之间有间隙，示值与弹性元件的变形不完全对应；摩擦误差：仪表活动部件运动时，相互间有摩擦力；温度误差：环境温度改变会引起金属材料弹性模量变化。达到0.1%的精度是极为困难的。4.3.5弹性式压力计的改善途径采用“全弹性”和“恒弹性”材料：减小迟滞误差和后效误差；如合金Ni42CrTi、Ni36CrTiA、熔凝石英；采用新的转化技术，减小中间环节，如电阻应变技术、差动变压器技术；采用无干摩擦的弹性轴承或磁悬浮轴承；改善制造工艺。4.4电远传式压力计根据测量原理分类：电阻式电容式电感式振弦式4.4.0远传式弹簧管压力计差动变压器式压力计ie1oeoe2oe12oooeee1212ooooeeee铁心向上时，，差动结构使信号成倍增长铁心向下时，，霍尔片式压力传感器图3-9霍尔效应霍尔效应：霍尔片为一半导体材料制成的薄片。在霍尔片的Z轴方向加一磁感应强度为B的恒定磁场，在Y轴方向加一外电场（接入直流稳压电源），便有恒定电流沿Y轴方向通过。电子逆电流方向运动，由于受洛伦兹力的作用，而使电子的运动轨道发生偏移，造成霍尔片的一个端面上有电子积累，另一个断面上正电荷过剩，于是在霍尔片的X轴方向上出现电位差，称霍尔电势。这一现象称为霍尔效应。霍尔电势表示为BIRUHH式中，UH为霍尔电势；RH为霍尔常数，与霍尔片材料、几何形状有关；B为磁感应强度；I为控制电流的大小。霍尔电势与磁感应强度B和电流I成正比。提高B和I值可增大霍尔电势UH，但两者都有一定限度，一般I为3～20mA，B约为几千高斯，所得的霍尔电势UH约为几十毫伏数量级。导体也有霍尔效应，不过它们的霍尔电势远比半导体的霍尔电势小得多。注意将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管压力传感器，如图所示。霍尔片式压力传感器1—弹簧管；2—磁钢；3—霍尔片当被测压力引入后，在被测压力作用下，弹簧管自由端产生位移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例。利用这一电势即可实现远距离显示和自动控制。霍尔片式压力传感器是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。4.4.1电阻应变式压力变送器箔式应变片：0.003~0.01ｍｍ（1）金属电阻丝应变片式传感器=lRS在均匀应力σ的作用下,导线电阻的相对变化量为2,=lldRdldSdRlSSSSlRlSRdS令单根导线的电阻Ｒ：电阻率ρ、长度ｌ和截面积Ｓ，其关系：=lRSRlSRlS对于圆导线，，故近似有24dS2SdSd受拉时，l增大的同时d减小，反之，受压时，l减小，同时d增大，定义材料的泊松比：2ddSlllSlμ——材料的泊松比，金属:０.2~０.4半导体:0.3512RlRl定义应变ll121212RlRRlRRRKＫ：导线每单位应变引起的电阻值的相对变化量。Ｋ越大越好！应力σ引起材料应变灵敏系数金属材料应变灵敏系数K12RRK影响很小12RRK式中：为应变，——材料的泊松比。llddllK=1.7~3.6材料—康铜（Ni45%,Cu55%）灵敏系数约为1.9~2.1，铁铬铝合金（Fe70%，Cr2%，