第五章 压力检测

1、 第五章 压力检测 压力单位和测量方法 常用压力仪表 安装使用和检测系统 5.1.压力单位及压力检测方法 5.1.1.压力的单位 在工程上压力通常用p表示。 在国际单位制中，压力的的单位为“帕斯卡” 简称“帕”，符号为Pa。常用 kPa, MPa kPa=1000Pa , MPa = 1000 kPa （ 工业常用） 工程大气压单位为 kgf/cm2 （ 以前工业常用） 标准大气压 atm （气象部门使用） 毫米水柱 mmH2O, 毫米汞柱 mmHg, （小压力，微压力测量时使用） 英制单位 lbf/in2 （进口仪表还有此单位） 5.1.2.压力的几种表示方法 绝对压力 被测介质作用在容器表

2、面积上的全部压力。用pi 表示。 大气压力 由地球表面空气 柱重量形成的压 力。用pd表示。 表压力 绝对压力与大气压力 之差，用pb表示 真空度 当绝对压力小于大气压力时，表压 力为负，其绝对值成为真空度，用pz表示。 差压 设备中两处的压力之差dp表示。 5.1.2. 1几种常用压力表示方法 1. 表压力Pb : 实际使用的大多数压力表的读数均为表压力， 即以大气压为基准，高于大气压的那部分压力 为表压力，通常表压力读数零压力即为大气压。 Pb = Pi Pd 2. 真空度Pz： 以大气压为基准，低于大气压的那部分计为真 空度，实际为负表压力。 Pz = Pd Pi = -Pb 3. 差压

3、dP： 两个压力之差，称为差压。一般都以表压值来 表示，与大气压无关。 dP = P1 P2 5.1.3.压力检测的主要方法及分类 5.1.3.1.重力平衡方法 液柱式压力计 （U型管测压计） 被测压力与一定高度的工作液体产生的重力相 平衡，将被测压力转换为液柱高度来测量。 负荷式压力计 被测压力与活塞以及加于活塞上的砝码的重量 相平衡，将被测压力转换为平衡重物来测量。 5.1.3.2.机械力平衡方法 这方法是将被测压力经变换元件转换成一个集 中力，用外力与之平衡，通过测量平衡时的外 力可以得知被测压力 5.1.3.压力检测的主要方法及分类 5.1.3.3.弹性力平衡方法 被测压力使测压弹性元

4、件产生变形，因弹性变 形而产生的弹性力与被测压力相平衡，测量弹 性元件的变形大小就可知被测压力 5.1.3.4.物性测量方法 电测式压力计 利用测压元件的压阻，压电等特性或其他物理 特性将被测压力直接转换为各种电量来测量。 其他新型压力计 如集成式压力计等。 5.2.常用压力检测仪表 5.2.1.弹性压力计 弹性压力计利用变形与外力的关系，对 弹性元件的变形大小进行测量就可以求 得被测压力。 弹性压力计一 般包括弹性元 件、变换放大 机构、指示机 构和调整机构。 5.2.1.1.测压弹性元件 弹性元件主要有以下几种形式 弹性膜片 这是一种外缘固定的片状弹性元件，膜片的弹 性特性一般由中心位移与

5、压力的关系表示 波纹管 它是由整片弹性材料加工而成，是一种壁面具 有多个同心环状波纹，一端封闭的薄壁圆管。 弹簧管 是一根弯成圆弧状的，具有不等轴截面的金属 管。在压力的作用下，弹簧管截面有变圆的趋 向，弹簧管亦随之产生向外伸直的变形，从而 引起自由端位移。 5.2.1.2.弹簧管压力计 弹簧管压力计是最常用的直读式测压仪表，结 构简单，使用方便，价格低廉，测压范围广， 应用广泛。 5.2.1.3.波纹管差压计 波纹管差压计采用膜片、膜盒、 波纹管等弹性元件制成。 5.2.1.4.弹性测压计信号的远传方式 弹性测压挤计信号多采用电远传方式，即把弹性 元件的变形或位移转化为电信号输出。常见的有

6、电位计式，霍尔元件式，电感式，差动变压器式 等。 5.2.2.力平衡式压力计 力平衡式压力计采用反馈力平衡的原理。 压力测量思考题 思考题1： 普通压力表指示的是绝对压力还是表压 力？说明理由。 思考题2： 海底200米处的压力大约为多少大气压？ 如何测量？拿个压力表下去？还是装引 压管引导到地面上来测量？ 5.2.3.压力传感器 能够检测压力值并提供远传信号的装置统称为 压力传感器。常见的形式有应变式，压阻式， 电容式，压电式，振频式压力传感器等。 5.2.3.1.应变式压力传感器 各种应变元件与弹性元件配用，组成应变是压 力传感器。 其原理基于导体和半导体的“应变效应”，即 当导体和半导体

7、材料发生机械变形时，其电阻 值将发生变化。 K R R 5.2.3.2.压阻式压力传感器 压阻式压力传感器是基于半导体的压阻效应。 其对应电阻变化可表示为 硅平膜片上的扩散电阻通常构成桥式测量电路， 相对的桥臂电阻是对 称布置的，电阻变 化时，电桥输出电 压与膜片所受压力 成对应关系。 e R R 5.2.3.4.电容式压力传感器 电容式压力传感器其测量原理是将弹性元件的位移转 化为电容量的变化。以测压膜片作为电容器的可动极 板，它与固定极板组成可变电容器。当被测压力变化 时，测压膜片产生位移而改变两极板间的距离，测量 相信的电容量变化，可知被测压力值。 对于差动平板电容器，其电容变化与板间距

8、离的变化 的关系可表示为： 这种传感器结构坚实，灵敏度高，过载能力大；精度 高。 0 02 d d CC 5.2.3.4.振荡式压力传感器 振荡式压力传感器利用感压元件本身的谐振频 率与压力的关系，通过测量频率信号的变化来 测量压力。这类传感器有振筒，振弦，振膜， 石英谐振等。 在一定压力作用下，振筒式压 力传感器变化后的振筒频率可 以近似表示为： 此种仪表体积小，输出频率信 号，重复性好，耐振；精 确度高。 pffp10 5.2.3.5.压电式压力传感器 压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应 将被测量压力转换为电信号。 在弹性范围内，压电元件产生的电荷量与作用 力之间呈线性关系。电荷输出

9、为： 这种传感器体积小， 结构简单，工作可靠，频 率响应高，不需外加电源。 kSpq 5.2.3.6.集成式压力传感器 以压阻式压力传感器为基础的集成传感器已有产品生 产，它可以同时检测差压，静压，温度三个参数。 它具有重量轻，功耗低，响应快和便于集成化等优点。 5.3.测压仪表的使用及压力检测系统 5.3.1.测压仪表的使用 5.3.1.1.测压仪表的选择 选择合适的仪表要根据生产过程提出的要求， 集合各类压力表的特点综合进行考虑。一般涉 及类型，1）测量范围，2）测量精度。 根据被测压力P的最大值和最小值计算出仪表 的上下限后，要按压力仪表的标准系列选定量 程Pmax。 1/3Pmax P

10、 2/3Pmax 依据用户的要求，给出允许误差，再由量程计 算出相对误差，根据精度等级标准确定选用精 度。 5.3.测压仪表的选用实例 1）弹簧管压力表的选用原则弹簧管压力表的选用原则： 1.1 根据常用压力范围，在标准系列量程中选择合适 量程的压力表； 一般要求: 1/3Pmax 常用压力 2/3Pmax 压力波动小的场合： 1/3Pmax 常用压力 3/4Pmax 普通弹簧管压力表标准量程系列：（0-Pmax） 0.1 0.16 0.25 0.4 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 6.0 10.0 16.0 25.0 40.0 60.0 例：常用测压范围：0.81.0 MP，允许误差

11、0.03MP， 请选合适压力表。 由： 1/3Pmax 0.8 得：Pmax 1.0 得：Pmax 1.5 ； 综合考虑选1.6MP量程 5.3.1测压仪表的选用实例（量程选定） 一般要求不满足的情况： 例如：常用测压范围：0.81.2 MP， 由： 1/3Pmax 0.8 得：Pmax 1.2 得：Pmax 1.8 ； 观察量程系列，1.6MP不满足 Pmax 1.8 ， 2.5MP不满足Pmax 2.4 ， 并无其他量程可选。 综合考虑，2.5MP更接近实际工作的需要，比 较1.6MP的量程，更安全一些。 总之，不满足不等式的情况可能会出现，需要 综合考虑各方因数。如：安全性因数，经济性

12、因数，等等。 5.3.1测压仪表的选用实例（精度确定） 1.2 依据允许误差和选择的量程，确定精度等级A。 精度等级系列：0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 4.0 由：最大引用误差dZ = dX / Pmax *100% 可得：dZ = 0.03/1.6*100% = 1.87% 一般要求：A dZ 既有：1.5 1.87 说明：A精度的仪表最大误差小于dZ的允许误差即可 满足要求。 这里可选A=1.5级精度的压力表。 注意：当量程Pmax改变时，dZ随之而变，精度的确定 也会改变。 例如：若选Pmax = 2.5 MP ，则求得dZ=1.2，只能选择 A=1.0 级精度的压力表

13、。 既有：1.0 1.2 结论：1）先定量程，后定精度。精度的确定与量程大 小有关； 2）选定量程时的两个不等式可能会有冲突，有 可能不满 足，需要综合考虑，适当选取。 5.3.1.2.测压仪表的校验 测压仪表在出厂前均需进行检定，使之符合精度等级 要求。常用的压力校验仪器有液柱式压力计，活塞式 压力计或配有高精度标准表的压力校验泵。 活塞与砝码的重力作用于密闭 系统内的工作液体，当系统内 工作液体的压力与此重力相平 衡时活塞会浮起，此时系统内 的压力为： 0S mg p 5.3.1.3.标准表压力校验台使用 利用标准压力表与被校普通压力表的比对来进行校验： 1）原理：在校验台上逐点升高压力，

14、比较标准表和被校表的读 数值，然后逐点下降压力，再比较，确定最大误差值，计算其最 大引用误差，判断是否符合所标精度等级。 2）操作步骤：1. 打开进油阀，安装被校表； 2. 转动手摇炳抽油，然后关闭进油阀，准备开始校验； 3. 打开仪表阀门，反向转动手炳，逐点加压，比较各数值点 的压力值并纪录； 4. 达到最高压力点后，缓慢下降压力，逐点比较下降压力值 并纪录； 5. 可反复两次3，4过程，计算引用误差判断精度等级； 6. 压力指示为零时，打开进油阀，关闭仪表阀，拆卸被校表。 校验完毕。 注意事项： 1）转动手炳，时刻观察压力表的读数，避免超压！损坏仪表！ 2）升压和降压都要缓慢进行，压力未到

15、零不能开进油阀，以免 压力降太大，损坏仪表！ 3）读数以标准表的读数为准，估计被校表的数值差。 5.3.2.压力检测系统 5.3.2.1.取压点位置和取压口位移 工业系统中设置取压点的选取原则遵循以下几条： 取压点位置避免处于管路弯曲、分叉、死角或流动形 成涡流的区域。 取压口开孔的轴线 应垂直设备的壁面， 其内端面与设备内 壁平齐，不应有毛 刺或突出物。 取压口应在管道下部， 以避免气体进入引压管；测量气体介质的压力时，取压 口应在管道上部，以避免液体进入引压管。 5.3.2.2.引压管路的敷设 引压管路的敷设应注意以下几点： 引压管的内径一般为610mm，长度不得超过 5060m。 引压管

16、路水平敷设时，要保持一定的倾斜度，以避免 引起管中积存液体或气体，并有利于这些积液或气的 排出。 当被测介质有、容易冷凝或冻结时，引压管路需有保 温伴热措施。 根据被测介质情况，在引压管路上要加装附件，如加 装集液器、集气器以排除积液或积气 在取压口与仪表之间要装切断阀，以备仪表检修时用， 切断阀应靠近取压口。 引压管路的敷设情况 5.3.2.3.测压仪表的安装要点 测压仪表的安装有以下几点： 压力计应安装在易于观察和检修的地方，仪 表安装处尽量避免振动和高温。 对于特殊介质应采取必要的防护措施隔 离罐。 压力计与引压管的连接处，要根据被测介质 情况，选择恰当的密封材料。 当仪表位置的取压点不在同一水平高度时，要 考虑液体介质的液柱静压对仪表示值的影响。 并有一定的倾斜度保证单一介质传递压力。 5.3.2.3.测压仪表的安装使用示意图 蒸汽测量需