第3章压力测量

1、1第三章第三章 压力测量压力测量 第一节第一节 压力测量概述压力测量概述第二节第二节 液柱式压力计液柱式压力计第三节第三节 弹性式压力计弹性式压力计第四节第四节 电气式压力计电气式压力计第五节第五节 压力仪表的选择与校验压力仪表的选择与校验2一、压力一、压力( (压强压强) )的概念的概念u定义：气体或液体均匀垂直定义：气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。地作用于单位面积上的力。u单位：帕斯卡单位：帕斯卡/Pa/Pa第一节第一节 压力测量概述压力测量概述3单位帕斯卡/Pa标准大气压/atm毫米汞柱/mmHg毫米水柱/mmH2O工程大气压/kgf cm-2巴/bar磅/寸2/Psi帕斯卡/

2、Pa19.8710-67.510-30.11.0210-510-51.4510-4标准大气压/atm1.0110517601.031041.031.0314.71毫米汞柱/mmHg1.331021.3210-3113.601.3610-31.3310-31.9310-2毫米水柱/mmH2O9.90.9710-47.3610-21110-49.8010-51.4210-3工程大气压/kgf cm-29.811040.9773610410.9814.22巴/bar1050.997501.021041.02114.5磅/寸2/Psi6.91026.810-251.727.041027.0310-26

3、.910-21表1-1 常用压力换算表第一节第一节 压力测量概述压力测量概述4二、压力的表示方法二、压力的表示方法u绝对压力：绝对压力：P PJ Ju大气压力：大气压力：P PD Du表表 压压 力：力：P PB Bu真真 空空 度：度：P PZ Z第一节第一节 压力测量概述压力测量概述5三、压力的检测方法三、压力的检测方法u弹性力平衡法：弹性力平衡法：u重力平衡法：重力平衡法：u机械力平衡法：机械力平衡法：u物性测量法：物性测量法：第一节第一节 压力测量概述压力测量概述6四、压力测量仪表的分类四、压力测量仪表的分类u液柱式液柱式：根据流体静力学原理根据流体静力学原理u机械式机械式：根据弹性元

4、件受力变根据弹性元件受力变形的原理形的原理u电气式电气式：依据电量的大小依据电量的大小u活塞式：活塞式：根据水压机液体传送根据水压机液体传送压力的原理压力的原理第一节第一节 压力测量概述压力测量概述7第三章第三章 压力测量压力测量 第一节第一节 压力测量概述压力测量概述第二节第二节 液柱式压力计液柱式压力计第三节第三节 弹性式压力计弹性式压力计第四节第四节 电气式压力计电气式压力计第五节第五节 压力仪表的选择与校验压力仪表的选择与校验8u原理：原理：根据流体静力学原理根据流体静力学原理u优点：优点：结构简单，使用方便，价结构简单，使用方便，价格低廉。格低廉。u缺点：缺点：量程受液柱高度的限制，

5、量程受液柱高度的限制，体积大，玻璃管容易损坏及读数体积大，玻璃管容易损坏及读数不方便，精度较低。不方便，精度较低。第二节第二节 液柱式压力计液柱式压力计9u采用水银或水为工作液，用采用水银或水为工作液，用U形形管或单管进行测量，常用于低压、管或单管进行测量，常用于低压、负压或压力差的检测负压或压力差的检测u被广泛用于实验室压力测量或现被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、风道各段压力、通风场锅炉烟、风道各段压力、通风空调系统各段压力的测量空调系统各段压力的测量第二节第二节 液柱式压力计液柱式压力计10一、一、U U型管压力计型管压力计第二节第二节 液柱式压力计液柱式压力计11二、单管压力计二、

6、单管压力计第二节第二节 液柱式压力计液柱式压力计12三、斜管压力计三、斜管压力计第二节第二节 液柱式压力计液柱式压力计13第三章第三章 压力测量压力测量 第一节第一节 压力测量概述压力测量概述第二节第二节 液柱式压力计液柱式压力计第三节第三节 弹性式压力计弹性式压力计第四节第四节 电气式压力计电气式压力计第五节第五节 压力仪表的选择与校验压力仪表的选择与校验14u原理：原理：利用弹性元件受力产生利用弹性元件受力产生弹性变形。弹性变形。u特点：特点：测量范围宽，结构简单，测量范围宽，结构简单，价格便宜，使用方便。价格便宜，使用方便。第三节第三节 弹性式压力计弹性式压力计15第三节第三节 弹性式压

7、力计弹性式压力计弹性压力计组成框图16第三节第三节 弹性式压力计弹性式压力计17第三节第三节 弹性式压力计弹性式压力计1. 膜片膜片u 按剖面形状分为平膜片和波纹膜片按剖面形状分为平膜片和波纹膜片u 常用材料常用材料u 可与其他转换元件合用可与其他转换元件合用u 电容式压力传感器电容式压力传感器u 光纤式压力传感器光纤式压力传感器u 力矩平衡式压力变送器力矩平衡式压力变送器18第三节第三节 弹性式压力计弹性式压力计2. 波纹管波纹管u 优点优点：灵敏高，可测较低压力：灵敏高，可测较低压力u 缺点缺点：测量范围窄，迟滞误差较大，精度：测量范围窄，迟滞误差较大，精度一般只有一般只有1.5级级19第

8、三节第三节 弹性式压力计弹性式压力计3. 弹簧管弹簧管 截面为非圆形（椭截面为非圆形（椭圆形或扁圆形），圆形或扁圆形），并弯成圆弧状的空并弯成圆弧状的空心管子心管子 一端为封闭（自由一端为封闭（自由端），一端为开口端），一端为开口（固定端）（固定端）20第三节第三节 弹性式压力计弹性式压力计（1）弹簧管压力表）弹簧管压力表u 结构简单，使用方结构简单，使用方便，价格低廉，使便，价格低廉，使用范围广，测量范用范围广，测量范围宽围宽u 可测负压、微压、可测负压、微压、低压、中压和高压低压、中压和高压u 精度有精度有0.5、1.0、1.5、2.5等等21第三章第三章 压力测量压力测量 第一节第一节

9、压力测量概述压力测量概述第二节第二节 液柱式压力计液柱式压力计第三节第三节 弹性式压力计弹性式压力计第四节第四节 电气式压力计电气式压力计第五节第五节 压力仪表的选择与校验压力仪表的选择与校验22第四节第四节 电气式压力计电气式压力计u 电气式压力检测方法一般是用压力敏感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、电荷量等元件直接将压力转换成电阻、电荷量等电量的变化。电量的变化。u 能实现压力电量转换的压敏元件主要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。有压电材料、应变片和压阻元件。23第四节第四节 电气式压力计电气式压力计1. 压电式压力传感器压电式压力

10、传感器u 压电效应原理压电效应原理：压电材料受压时会在其表面：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。产生电荷，其电荷量与所受的压力成正比。u 压电材料压电材料：单晶体、多晶体：单晶体、多晶体u 特点特点：结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可：结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可靠，线性度好，频率响应高，量程范围广靠，线性度好，频率响应高，量程范围广24第四节第四节 电气式压力计电气式压力计25第四节第四节 电气式压力计电气式压力计2. 应变式压力传感器应变式压力传感器u 应变片应变片是基于应变效应工作的一种压力敏感是基于应变效应工作的一种压力敏感元件，当应变片受外力作用产生形变

11、时，应元件，当应变片受外力作用产生形变时，应变片的电阻值也将发生相应变化。变片的电阻值也将发生相应变化。u 应变式压力传感器应变式压力传感器是由弹性元件、应变片以是由弹性元件、应变片以及相应的桥路组成的。及相应的桥路组成的。26第四节第四节 电气式压力计电气式压力计(a) (a) 丝式应变片丝式应变片 (b) (b) 箔式应变片箔式应变片图图6 62 2 应变电阻片的结构应变电阻片的结构27第四节第四节 电气式压力计电气式压力计28第四节第四节 电气式压力计电气式压力计1) 1) 工作原理工作原理上述任何一个参数变化均会引起电阻变化上述任何一个参数变化均会引起电阻变化. .金属应变片的电阻金属

12、应变片的电阻R R为为AlR/dAldAAldlAdR229第四节第四节 电气式压力计电气式压力计金属应变计金属应变计30第四节第四节 电气式压力计电气式压力计3) 3) 应变片测量电路应变片测量电路VER1R2R3R4ERRRRRRRRV)(3241314231第四节第四节 电气式压力计电气式压力计ERRRRRRRRV)(32413142令：令：RR 1dRRR4RRR32ERRdRRRRRdRRRV)()(RdRE432第四节第四节 电气式压力计电气式压力计3. 压阻式压力传感器压阻式压力传感器u 压阻元件压阻元件是基于压阻效应工作的一种压力敏是基于压阻效应工作的一种压力敏感元件，它指在半

13、导体材料的基片上用基成感元件，它指在半导体材料的基片上用基成电路工艺制成的扩散电阻，当它受外力作用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。时，其阻值由于电阻率的变化而改变。u 扩散电阻正常工作需依附弹性元件，常用的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。是单晶体硅膜片。33第四节第四节 电气式压力计电气式压力计34第四节第四节 电气式压力计电气式压力计u 优点优点：体积小，结构简单，能直接反映微：体积小，结构简单，能直接反映微小的压力变化，动态响应好小的压力变化，动态响应好u 缺点缺点：敏感元件易受温度的影响，从而影：敏感元件易受温度的影响，从而影

14、响压阻系数的大小响压阻系数的大小35第四节第四节 电气式压力计电气式压力计电容式压力传感器电容式压力传感器 电容式压力变送器是通过弹性膜片的位移引起电容式压力变送器是通过弹性膜片的位移引起电容量的变化从而测出压力电容量的变化从而测出压力( (或差压或差压) )的。的。电容变换器有变间隙式、变面积式和变介电常数式三种，电容变换器有变间隙式、变面积式和变介电常数式三种，电容式压力（差压）变送器常采用变间隙式。电容式压力（差压）变送器常采用变间隙式。 36第四节第四节 电气式压力计电气式压力计变换原理变换原理: :将被测量的变化转化为电容量变化将被测量的变化转化为电容量变化两平行极板组成的电两平行极

15、板组成的电容器容器, ,它的电容量为它的电容量为: :AC0+ A 、A A或或发生变发生变化时，都会引起化时，都会引起电容量的变化。电容量的变化。37第四节第四节 电气式压力计电气式压力计面积变化型面积变化型AC0角位移型角位移型+38第四节第四节 电气式压力计电气式压力计AC0平面线位移型平面线位移型39第四节第四节 电气式压力计电气式压力计柱面线位移型柱面线位移型. .AC040第四节第四节 电气式压力计电气式压力计特点p 压差压差PP与与CC成正比例，将电容的变化经过适当的转换成正比例，将电容的变化经过适当的转换电路，可将差动电容的变化量转换成标准的电路，可将差动电容的变化量转换成标准

16、的420mADC420mADC输出信号。输出信号。p 这种传感器结构坚实，稳定可靠，灵敏度高；精度高，这种传感器结构坚实，稳定可靠，灵敏度高；精度高，其精确度可达其精确度可达0.250.250.050.05。p 量程可调，量程范围宽，由量程可调，量程范围宽，由0 01270Pa1270Pa到到0 042MPa42MPa；过；过载能力强，应用广泛，尤其适用测高静压下的微小压差载能力强，应用广泛，尤其适用测高静压下的微小压差变化。变化。 41第三章第三章 压力测量压力测量 第一节第一节 压力测量概述压力测量概述第二节第二节 液柱式压力计液柱式压力计第三节第三节 弹性式压力计弹性式压力计第四节第四节

17、 电气式压力计电气式压力计第五节第五节 压力仪表的选择与校验压力仪表的选择与校验42一、压力检测仪表的选择一、压力检测仪表的选择1. 仪表量程的选择仪表量程的选择u 被测压力较稳定：最大工作压力不应超过仪被测压力较稳定：最大工作压力不应超过仪表满量程的表满量程的3/4u 被测压力波动较大或测脉动压力：最大工作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压力不应超过仪表满量程的2/3u 为保证测量准确度：最小工作压力不应低于为保证测量准确度：最小工作压力不应低于满量程的满量程的1/3u 优先满足最大工作压力条件优先满足最大工作压力条件第五节第五节 压力计选择与校验压力计选择与校

18、验432. 仪表精度的选择仪表精度的选择 压力检测仪表的精度主要根据生产允许的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。的最大绝对误差应小于仪表的基本误差。第五节第五节 压力计选择与校验压力计选择与校验443. 仪表类型的选择仪表类型的选择u 从被测介质压力大小来考虑从被测介质压力大小来考虑u 被测介质的性质被测介质的性质u 对仪表输出信号的要求对仪表输出信号的要求u 使用的环境使用的环境第五节第五节 压力计选择与校验压力计选择与校验45u 校验校验就是将被校验压力表和标准压力表通以就是将被校验压力表和标准压力表通以相同压力，比较它们的指示数值