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第三章压力测量概述,1.压力测量的重要性2.压力测量的一般知识总压p*：气流绝能等熵滞止下来的压力静压p：压强动压头：1/2v2大气压力：地球表面的空气柱重量所产生的压力绝对压力：p=pH+pB，是气体所处空间的全部压力表压力：pB=p-pH，高于大气压的绝对压力与大气压力之差。,*概述压力单位换算表,表3-1压力单位换算表,标准状况：对水：t=4，纬度45的海平面上，=1g/cm3；对汞：t=0，=13.5951g/cm3。1个标准大气压：t=0，g=980.665cm/s2，=13.5951g/cm3，H=760mmHg所产生的压力。3.本章内容：压力显示仪表、压力传感器、压力校验设备、总压测量、静压测量、校准风洞,*概述,压力显示仪表液柱式压力计,分类：U型管压力计、单管式压力计、斜管式微压计(1)U型管压力计结构?如何计算压力?,p1,p2,H,h2,h1,2,1,A,A,压力显示仪表液柱式压力计,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。,P1,p2,H,h2,h1,2,A,A,1,压力显示仪表液柱式压力计,如何选择工作液?(a).无毒、无味、无腐蚀、不互溶、质纯等，常用的有水、酒精、四氯化碳、变压气油等；(b).根据压差大小。,如何提高微小差压的灵敏度？,压力显示仪表液柱式压力计,(2)单管式压力计,目的：,压力显示仪表液柱式压力计,适用范围：1002500Pa。,(3)斜管式微压计,目的:测量微小的正压、负压和差压。用l读数代替h2读数,计算：,压力显示仪表液柱式压力计,特点优点：结构简单、可靠性好、使用方便、价廉、直观、影响测量精度因素少、可用于现场校验压力传感器和管路漏气。缺点：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。,压力显示仪表弹性式压力计,概述(1)原理：弹性元件受压后产生的变形与压力大小有确定关系。(2)弹性元件：弹簧管、膜片、膜盒、波纹管(3)弹性材料：铍青铜、磷青铜、不锈钢,p,压力显示仪表弹性式压力计,(1)弹簧管压力表结构及原理：,分类,精度等级：普通：14级精密：0.10.5级测量范围：真空109Pa,压力显示仪表弹性式压力计,原理：,(2)膜式压力计,种类：膜片（弹性和挠性）和膜盒,差动型膜片差压计,保护措施：,产生更大位移的方法：,(3)波纹管式差压计,压力显示仪表弹性式压力计,弹性式压力计的误差(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。,压力显示仪表弹性式压力计,特点及使用注意事项(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；,压力显示仪表弹性式压力计,(7)必须进行定期校准。选用原则(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。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；,压力显示仪表弹性式压力计,(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。,压力传感器概述,压力传感器：是用以感受压力，并转换为与压力信号成一定关系的电信号输出的器件。为什么要选用压力传感器?压力传感器的分类：压阻式压力传感器、压电式压力传感器、力平衡式压力传感器、频率式压力传感器等等。压力传感器的选择及使用,压力传感器压阻式压力传感器,压阻效应：硅、锗等半导体材料受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。压阻效应的强弱用压阻系数来表示。,R4,R3,R1,R2,输入,输出,p,结构和原理：,压阻式压力传感器：利用压阻效应测量压力的传感器。,压力传感器压阻式压力传感器,电阻阻值变化与所受应力的关系：,恒压源：,恒流源：,压力传感器压阻式压力传感器,特点优点：灵敏度高、无迟滞、频响高、输出电平高、精度高、耐振及耐冲击性能好、功耗小、寿命长、设计及使用方便、可以小型化。缺点：零位温度漂移和灵敏度温度漂移。,压力传感器压电式压力传感器,压电效应：一些电介质材料在一定方向上受到外力作用时，其表面会出现正电荷和负电荷。当外力去掉后，它们又重新回到不带电状态。能产生压电效应的材料称为压电材料。Q=KF，K为压电系数。,F,F,镀金属面,镀金属面,压电材料薄片,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。,压力传感器压电式压力传感器,配套电路：高输入阻抗电路电荷放大器U=Q/C=KF/CUs=-Q/Cr=-KF/Cr,+,-,电荷放大器,Cr,传感器,Us,输入阻抗Z,C,压力传感器压电式压力传感器,压电材料：压电晶体(石英)、压电陶瓷(锆钛酸铅)二者特点：压电晶体的性能稳定；机械强度高；绝缘性能好；价格昂贵。压电陶瓷压电系数大；价格便宜；其它性能不如压电晶体。优点：频响高、灵敏度大、不需电源；缺点：温度和湿度效应大、低频性能差，不适于稳态测量、压电陶瓷的压电系数逐年降低。,压力传感器力平衡式压力传感器,结构：伺服式力平衡结构原理：,S,N,A,p,膜片,位移传感器,电流放大器,f,杆子,i,压力传感器力平衡式压力传感器,特点优点：线性度和迟滞小于0.01%，零点温漂和灵敏度温漂为(10-310-4)%/，是一般传感器的1/100。其总精度可达0.5级，因此可以作为压力的辅助标准；缺点：结构复杂，体积较大，可靠性差；弹性系统刚度小，动态性能较差；价格高。,压力传感器频率式压力传感器,振动筒式压力传感器,原理：利用振动筒的固有频率与周围介质所引起的应力有关。将被测压力输入振动筒，引起介质应力改变，则振动筒的固有频率也跟着改变。,压力传感器频率式压力传感器,石英晶体式压力传感器原理：石英晶体的固有频率取决于它的厚度，在压力作用下，石英晶体的厚度发生变化，从而改变了它的固有频率。这样就将压力的测量转变成频率的测量。优点：分辨率高、灵敏度高、精度高；缺点：温度效应影响较大、非线性。,压力传感器选用原则,(1)频响要求；(2)压力种类；(3)量程范围；(4)介质种类；(5)精度(灵敏度、迟滞、线性度、重复性、稳定性、温漂)；(6)补偿温度、使用温度；(7)体积大小；(8)接口尺寸;(9)性能价格比。,压力传感器使用,(1)合理选用；(2)正确接线；(3)稳态压力测量中要消除温度的影响；(4)定期校准。,压力传感器应用举例,压力传感器应用举例,性能参数：量程：25，40，60，100，KPa，0.16，0.25，0.4，0.6，1Mpa(绝压)；最大过载：150%；零点输出：10mV；接口：M121或8气嘴；补偿温度：070；使用温度：4085；供电电源：6VDC(稳压)测量介质：非腐蚀或弱腐蚀性气体、液体。,压力传感器应用举例,电联结：插头座或屏蔽电缆线。满量程输出：50100mV；储存温度：55100；绝缘电阻：100M/500V。,压力传感器应用举例,某种传感器性能参数表,压力传感器安装与连接方法,(1)传感器两端有M121(或M201.5)外螺纹接口，可直接与被测现场的高(H)低(L)压引压管对应端连接，无需使用安装支架；(2)为了避免传感器单面受压造成过载损坏，在传感器与现场高(H)、低(L)压口之间必须加装平衡阀，平衡阀与传感器的联接见图示；(3)最好采用水平安装，其它安装形式亦可，但对零点输出有影响。,压力校验设备*概述,活塞式压力计、浮球式压力计、液柱式压力计及压力扫描系统活塞式压力计（以单活塞为例）原理:巴斯卡原理,法码,砝码盘,活塞,被校压力表,加压泵,油,油杯,活塞缸,手轮,压力校验设备活塞式压力计,适用范围：正压力表量程范围：多种量程范围可供选用精度等级：一等标准0.02%；二等标准0.05%；三等标准0.2%。注意事项：减小摩擦力；保证活塞处于铅垂位置。双活塞真空压力计（略）,压力校验设备浮球式标准压力发生器,结构：1-托架；2-钢球；3-钢筒；4-喷嘴；5-导气管；6-进气管；7-砝码。,(2)原理：,(3)量程范围：0.010.4MPa,(4)精度：由于没有摩擦力影响测量精度，精度可达0.03%。,压力校验设备压力扫描系统,机械式压力扫描阀(1)结构(2)原理(3)实时校准：,旋转阀,接压嘴,底座,传感器,p1,pn,