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1,2,第5章 压力测量,垂直作用在单位面积上的力称压力。 工程中采用表压力PB（压力表读数）。 在国际单位制（SI）和我国法定计量单位中，压力的单位是“帕斯卡”，简称“帕”，符号为“Pa”。,5.1 概述,3,大气压力PD 、表压力PB 、绝对压力PJ之间的关系：,被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压（或真空度）。,一、压力表示方式,绝对压力是介质的实际压力。,4,二、压力检测方法,1.平衡法：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。 2.弹性法：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形来反映被测压力的大小。 3.电气式：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。,压力传感器分类：液柱式、机械式、电测式。,5,测压仪表,三、压力测量仪表的分类,6,5.2 液柱式压力计,所用液体叫作封液，常用的有水、酒精、水银等。液柱式压力计多用于测量低压、负压和压力差。 常用的液注式压力计有U型管压力计、单管压力计和斜管微压计。,利用液柱对液柱底面产生的静压力与被测压力相平衡的原理，通过液柱高度来反映被测压力的大小。,7,一、U形管压力计,p1、p2与封液液柱高度h间有如下关系：,提高工作液密度将( )压力的测量范围，灵敏度将( )。,增加,降低,增加?减少？,降低？提高？,式中 -介质及封液密度； g -重力加速度。 -左右两管液面相对于0刻度的高度差。,图5.2.1,（5.2.1）,（5.2.2）,8,U型管压力计,9,由于U形管压力计需两次读取液面高度，为使用方便，设计一次读取液面高度的单管压力计。,二、单管压力计,由于,（5.2.4）,体积相等：,10,单管压力计,用单管压力计测量供热锅炉烟囱的排烟压力，若一侧通大气，另一侧应连接到压力计的哪一端？,P2连接烟道负压的原因,11,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放置，这样可以提高灵敏度，减少读数相对误差。,三、斜管微压计,（5.2.8）,12,倾斜角度越小，l越长，测量灵敏度就越高；但不可太小，否则液柱易冲散，读数较困难，误差增大。 这种倾斜管液柱式压力计可以测量到0.98Pa的微压。为了进一步提高微压计的精确度，应选用密度小的酒精作为工作液体。,13,用弹性传感器（又称弹性元件）组成的压力测量仪表称为弹性式压力计。弹性元件受压后产生的形变输出（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），也可以通过某种电气元件组成变送器，实现压力（或压差）信号的远传。,5.3 弹性压力计,14,15,弹性元件在轴向受到外部压力作用产生拉伸或压缩位移， 即,式中 F轴向外力 x位移 C弹性元件的刚度系数,测量原理,（5.3.1）,（5.3.2）,16,测量原理,P,弹簧管式弹性元件,压力弹性变形,弹性式压力计是以各种形式的弹性元件受压后产生的弹性变形作为测量的基础。常用的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管，相应的有弹簧管压力计、膜式压力计和波纹管式压差计。,17,按剖面形状分为平膜片和波纹膜片,1. 膜片,波纹膜片可分为弹性膜片和挠性膜片两种。膜片呈圆形，一般由金属制成，常用的弹性波纹膜片是一种压有环状同心波纹的圆形薄片，它的四周被固定起来。通入压力后，膜片将向压力低的一面弯曲，其中心产生一定的位移（即挠度），通过传动机构带动指针转动，指示出被测压力。,（a）弹性膜片 （b）挠性膜片,18,（1）电容式压力传感器,（2）光纤式压力传感器,常用材料 P121；精度不高,可与其他转换元件合用；,（3）力矩平衡式压力变送器,光纤式压力传感器利用敏感元件膜片感受被测压力的变化，光纤仅作为传输介质，传输来自远处或难以接近场所的光变化信号，所以也称为传光型传感器。 采用光纤及其调制机构实现位移-光强的转换。,19,膜盒压力计,为了增大膜片的位移量以提高灵敏度，可以把两片金属膜片的周边焊接在一起，形成膜盒。,1-调零螺杆； 2-机座； 3-刻度板； 4-膜盒； 5-指针； 6-调零板； 7-限位螺钉； 8-弧形连杆； 9-双金属片； 10-轴； 11-杠杆架； 12-连杆； 13-指针轴； 14-杠杆； 15-游丝； 16-管接头； 17-导压管,20,2. 波纹管 具有等距离同轴环状波纹，能沿轴向伸缩的测压 弹性元件。 优点：灵敏高，可测较低压力； 缺点：迟滞误差较大，精度一般只有1.5级。,（1）弹簧管压力表 结构简单，使用方便，价格低廉，使用范围广，测量范围宽,3. 弹簧管,位移,压力 位移,21,弹簧管压力计工作原理,图5.3.4 单圈弹簧管结构,（5.3.5）,弹簧管式压力表,22,可测负压、微压、低压、中压和高压 精度有0.5、1.0、1.5、2.5等。,23,电接点压力表,电位器式远程压力表,24,（2）电远传式弹簧压力仪表 霍尔压力传感器 电感式压力传感器 （位移 电感量） 电阻式 （位移 电阻）,变隙式差动电感压力传感器,9,位移电流（磁感强度B）霍尔电势（5.3.6）,25,5.4 电气式压力检测,压电效应原理：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。 压电材料：单晶体、多晶体 特点：结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可靠，线性度好，频率响应高，量程范围广,1. 压电式压力传感器,电气式压力检测方法一般是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。 能实现压力电量转换的压敏元件主要有压电材料、应变片和压阻元件。,26,石英晶体压电式传感器,压电材料晶体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。,27,应变式压力传感器是由弹性元件、应变片以及相应的桥路组成的。,2. 应变式压力传感器 （建筑结构力学常用）,应变片是基于应变效应工作的一种压力敏感元件。被测压力作用于弹性敏感元件上，使它产生变形，在其变形的部位粘贴有电阻应变片，应变片感受到被测压力的变化，应变片的电阻值也将发生相应变化。按这种原理设计的传感器称为电阻应变片式压力传感器。,压电测力传感器,28,实验证明，应变片电阻的相对变化与应变的关系在很大范围内仍然是线性的，即,结论：在K是常数的情况下，只要测量出应变片电阻值的相对变化，就可以直接得知其应变量，进而求得被测压力。,K-电阻丝的灵敏度系数，其意义为单位应变所引起电阻值的相对变化。 K是通过实验获得的，在弹性极限以内，大多数金属的K是常数。,= dl/l -轴向应变，简称应变；而dA/A为横向应变，由材料力学知两者有一定的关系。,式中,29,应变片由应变敏感元件、基片和覆盖层、引出线三部分组成。应变敏感元件是应变片的核心部分，一般由金属丝、金属箔或半导体材料组成，由它将机械应变转为电阻的变化，基片和覆盖层起固定和保护应变敏感元件、传递应变和电气绝缘的作用。,（a）丝绕式 （b）箔式 （c）半导体,30,电阻应变片式压力传感器的结构,。主要结构形式有膜片式、筒式、组合式三种。,（a）膜片式 （b）筒式 （c）组合式,31,压阻元件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集成电路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。 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。,3. 压阻式压力传感器,优点：体积小，结构简单，能直接反映微小的压力变化，动态响应好。 缺点：敏感元件易受温度的影响，从而影响压阻系数的大小。,32,将四个电阻接入电桥回路时就可根据各阻值的变化测出应力的变化。,扩散硅式压力传感器,33,5.5 压力检测仪表的选择与校验,一、压力检测仪表的选择 P102,1. 仪表量程的选择,被测压力较稳定：最大工作压力不应超过仪表满量程的3/4； 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2/3； 为保证测量准确度：最小工作压力不应低于满量程的1/3； 优先满足最大工作压力条件。,我国生产的压力表有统一的量程系列，它们是1、1.6、2.5、4.0、6.0kPa以及它们的10n倍数。,34,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绝对误差应小于仪表的基本误差。,2. 仪表精度的选择,例5-1 压力容器的工作压力范围为0.40.6MPa，欲用弹簧管压力表检测，要求测量误差小于被测压力的4%,确定该压力表的量程和精度等级。,根据生产工艺要求选择压力表的量程和精度等级！,解：1.工作压力稳定：0.40.6MPa，选择压力表的量程，根据最大工作压力,35,根据压力表量程系列，选择01.0MPa的弹簧管压力表。,根据最小工作压力,2. 被测压力的允许最大绝对测量误差为：,由满度相对误差定义得出：,36,作业题 5.5-5.9,根据生产工艺要求选择压力表的精度等级为1.5级。,3. 仪表类型的选择,37,压力发生部分,测量部分,二、压力仪表的校验,38,根据与标准表比较确定（或是否符合）其精度等级！,常用的校验仪器是活塞式压力计精度等级有0.02、0.05和0.2级，可用来校准0.25级精密压力表，也可校准各种工业用压力表，被校压力的最高值为60MPa。,39,三、压力表的安装简介 P131,1. 取压口的选择,（3）测量液体或气体介质的管道上取压时取压口的选择,（1）在管道或烟道上取压时的选择,（2）测量流动介质的压力时的选择,液体,40,2.导压管的敷设P131 导压管是传递压