第一章 第二节压力测量第一讲.

1、2、压力（差压）测量、压力（差压）测量2.1概述概述压力（压差）压力（压差）是指垂直作用在单位面积上的力。是指垂直作用在单位面积上的力。 对于运动流体，根据测量所取的面不同，可分为对于运动流体，根据测量所取的面不同，可分为总压力总压力、静压力、动压静压力、动压力力 。根据测量要求，按零标准的方法，可分为根据测量要求，按零标准的方法，可分为绝对压力绝对压力、表压力表压力、差压力差压力等。等。 绝对压力绝对压力是以完全真空作为零标准的压力。在用绝对压力表示低于大气压是以完全真空作为零标准的压力。在用绝对压力表示低于大气压时，把该绝对压力称为时，把该绝对压力称为真空度（负压力）真空度（负压力）。表压

2、力表压力是以当地大气压作为零标准的压力。通常，所谓压力就是指表压力。是以当地大气压作为零标准的压力。通常，所谓压力就是指表压力。差压差压是用两个压力之差表示的压力，也就是以大气压以外的任意压力作零是用两个压力之差表示的压力，也就是以大气压以外的任意压力作零标准的压力。标准的压力。测压仪表的分类测压仪表液柱式压力计依据重力与被测压力平衡的原理制成的，可将被测压力转换为液柱的高度差进行测量U型管压力计、单管压力计以及斜管压力计弹性式压力计依据弹性力与被测压力平衡的原理制成，弹性元件变形的多少反映了被测压力的大小。弹簧管压力计、波纹管压力计以及膜盒式压力计电气式压力计利用一些物质与压力有关的物理性质

3、进行测压。电阻应变片式、电容式、压电式、电感式、霍尔式U型管压力计单管压力计2.2 弹性压力计弹性压力计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。 弹簧管压力计 当被测压力从输入端通入当被测压力从输入端通入后，由于椭圆形截面在压后，由于椭圆形截面在压力力 p p 的作用下将趋于圆的作用下将趋于圆形，因而弯成弧形的弹簧形，因而弯成弧形的弹簧管随之产生向外挺直的扩管随之产生向外挺直的扩张变形。其自由端就从张变形。其自由端就从 B B 移到移到 B B 。从而将压力。从而将压力变化转换

4、成位移量，压力变化转换成位移量，压力越大，位移量越大。越大，位移量越大。弹簧管式压力计的自由端位移量一般不超过25mm，测压范围为0.031GPa，也可用来测真空度。为了提高弹簧管的灵敏度，增加自由端的位移量，可采用盘旋形弹簧管或螺旋形弹簧管。为了保证弹簧管压力表的指示正确和长期使用，应使仪表在允许的压力范围内工作，被测压力波动较大的场合，仪表的示值应控制在量程的12附近；被测压力波动小时，仪表示值可在量程的23左右，但被测压力值一般不应低于量程的13。 弹簧管压力计结构简单,使用方便，价格低廉，测压范围宽，应用十分广泛。一般弹簧管压力计的测压范围为-105109Pa；精确度最高可达0.1。u

5、可测负压、微压、低压、中压和高压可测负压、微压、低压、中压和高压弹簧管压力计优点弹簧管压力计优点一般压力表适用于测量无爆炸危险，不结晶，不凝固及对钢及铜合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等介质的压力。 防腐膜片式压力表可用于测量具有腐蚀性液体，气体等各种介质的压力和负压。 耐振压力表具有良好的抗振性能，特别适用于有机械振动和介质脉动的工作环境。可测量无爆炸危险、无结晶体、不凝固以及对铜合金不起腐蚀作用的液体、气体、蒸气等介质的压力。2.3 膜式压力计膜式压力计 按剖面形状分为膜片和膜盒按剖面形状分为膜片和膜盒前者主要用于测量腐蚀性介质或非凝固、非结晶的粘性介质的压力；前者主要用于测量腐蚀性介质

6、或非凝固、非结晶的粘性介质的压力；后者常用于测量气体的微压或负压。它们的敏感元件分别是膜片和后者常用于测量气体的微压或负压。它们的敏感元件分别是膜片和膜盒膜盒 。膜盒：膜盒：为增大膜片中心的位移量、提高灵敏度，把两片金属膜片周边焊接为增大膜片中心的位移量、提高灵敏度，把两片金属膜片周边焊接起来，成为膜盒。起来，成为膜盒。波纹管波纹管优点：灵敏高，可测较低压力优点：灵敏高，可测较低压力缺点：迟滞误差较大，精度一般只缺点：迟滞误差较大，精度一般只有有1.51.5级。级。在波纹管中引入压力时，其自由端在波纹管中引入压力时，其自由端产生伸缩变形，可以得到较大的线产生伸缩变形，可以得到较大的线位移，但压

7、力位移，但压力-位移特性的线性不位移特性的线性不如弹簧管。如弹簧管。x弹性式压力计的误差弹性式压力计的误差1迟滞误差迟滞误差 相同压力下，同一弹性元件正反行程的变形量不一样，相同压力下，同一弹性元件正反行程的变形量不一样，产生迟滞误差。产生迟滞误差。2后效误差后效误差 弹性元件的变形落后于被测压力的变化，引起弹性后弹性元件的变形落后于被测压力的变化，引起弹性后效误差。效误差。3间隙误差间隙误差 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可能完全对应，引起间隙误差。变形不可能完全对应，引起间隙误差。4摩擦误差摩擦误差 仪表的活动部件运动时，

8、相互间存在摩擦力，产生摩仪表的活动部件运动时，相互间存在摩擦力，产生摩擦误差。擦误差。5温度误差温度误差 环境温度的变化会引起金属材料弹性模量的变化，造环境温度的变化会引起金属材料弹性模量的变化，造成温度误差。成温度误差。弹性式压力计误差的改善途径弹性式压力计误差的改善途径 1用无迟滞误差或迟滞误差极小的用无迟滞误差或迟滞误差极小的“全弹性全弹性”材料和材料和温度误差很小的温度误差很小的“恒弹性恒弹性”材料制造弹性元件。材料制造弹性元件。2采用新的转换技术，减少或取消中间传动机构，以采用新的转换技术，减少或取消中间传动机构，以减少间隙误差和磨擦误差。减少间隙误差和磨擦误差。3限制弹性元件的位移

9、量，采用无干磨擦的弹性支承限制弹性元件的位移量，采用无干磨擦的弹性支承或磁悬浮支承等。或磁悬浮支承等。4采用合适的制造工艺，使材料的优良性能得到充分采用合适的制造工艺，使材料的优良性能得到充分的发挥。的发挥。电接点压力表电接点压力表电接点压力表广泛应用于石油、化工、冶金、电站、机械等工业部电接点压力表广泛应用于石油、化工、冶金、电站、机械等工业部门或机电设备配套中测量无爆炸危险的各种流体介质压力。通常，门或机电设备配套中测量无爆炸危险的各种流体介质压力。通常，仪表经与相应的电气器件（如继电器及变频器等）配套使用，即可仪表经与相应的电气器件（如继电器及变频器等）配套使用，即可对被测（控）压力的各

10、种气体与液体介质经仪表实现自动控制和发对被测（控）压力的各种气体与液体介质经仪表实现自动控制和发信（报警）的目的。信（报警）的目的。2.4 压力计选择与安装压力计选择与安装压力计的选择压力计的选择1、仪表类型的选用、仪表类型的选用原则：仪表类型的选用必须满足工艺对生产的要求 例如：压力表按安装场合，分就地指示型和远传型 特殊用途压力表：氧用压力表、氨用压力表，耐氯压力表等。2、仪表量程的选择、仪表量程的选择原则：原则：选量程时，应尽量让被测工艺变量处于仪表量程的中间区域选量程时，应尽量让被测工艺变量处于仪表量程的中间区域 。当压力波动不大时，被测压力的变化应在1334量程范围内。压力计上限值应

11、为被测最大压力的4/3倍。当压力波动大时，被测压力的变化应在1323量程范围内。压力计上限值应为被测压力最大值的3/2倍。为了保证测量精确度，所测压力的数值不应太接近仪表的下限；一般被测压力的最小值，应不低于仪表量程的1/3(提高精度)。最后确定仪表的量程时还应查相应的规格，选规格中有的量程范围。 3、仪表精度等级的选择、仪表精度等级的选择%100b-ax-x%100max0）（仪表的量程仪表允许误差精度根据工艺中所允许的最大测量误差和前面确定的仪表量程，可以计算根据工艺中所允许的最大测量误差和前面确定的仪表量程，可以计算出仪表的精度，但计算出的精度不一定正好是精度系列中的数字。出仪表的精度，

12、但计算出的精度不一定正好是精度系列中的数字。那么我们该怎么选呢？那么我们该怎么选呢？选取仪表时，精度的确定原则：选比计算出的数字小一点的值，选取仪表时，精度的确定原则：选比计算出的数字小一点的值，即选取精度等级稍高一点的仪表。即选取精度等级稍高一点的仪表。一般所说，所选用仪表的准确度越高，则测量结果越准确，但不一般所说，所选用仪表的准确度越高，则测量结果越准确，但不应盲目追求高准确度的仪表，因为仪表准确度越高，价格也越高，应盲目追求高准确度的仪表，因为仪表准确度越高，价格也越高，不易操作及维护，应在满足生产过程要求的前提下，尽可能选用不易操作及维护，应在满足生产过程要求的前提下，尽可能选用价廉

13、的仪表。价廉的仪表。压力计的安装压力计的安装1、压力点的选择、压力点的选择测压点要选在被测介质作直线流动的直管段上，不可选在管路拐弯、分岔、死角或易形成漩涡的地方。水平管道：测量液体时，取压点方位应在管道中、下侧部； 测量气体时，取压点应在管道上部； 测量蒸气时，取压点在管道两侧中部；测量流动介质时，导压管应与介质流动方向垂直，管口与管壁应平齐，并不能有毛刺。液体（中、下侧部）气体（上部）蒸汽（中部）取压点示意图2、测量蒸汽压力时，应加装冷凝管，以避高温蒸汽与测、测量蒸汽压力时，应加装冷凝管，以避高温蒸汽与测压元件接触。如图所示，对于有腐蚀性或黏度大、有结压元件接触。如图所示，对于有腐蚀性或黏

14、度大、有结晶、沉淀等的介质，可安装适当的葛丽冠，罐中充中性晶、沉淀等的介质，可安装适当的葛丽冠，罐中充中性隔离液，防腐蚀或导管堵塞压力表。隔离液，防腐蚀或导管堵塞压力表。3、取压口到压力表之间应装有切断阀，如上图所示，以、取压口到压力表之间应装有切断阀，如上图所示，以备检修压力表时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地备检修压力表时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。需要进行现场校验或经常冲洗导压管的地方，切断方。需要进行现场校验或经常冲洗导压管的地方，切断阀可改用二通阀。阀可改用二通阀。4、当被测压力较小，而压、当被测压力较小，而压力表与取压口又不在同一力表与取压口又不在同一高度上，如右图所示

15、，由高度上，如右图所示，由此液柱高度差而引起的测此液柱高度差而引起的测量误差，应按量误差，应按 进行修正，其中进行修正，其中H为取压口为取压口与液压表之间的垂直距离，与液压表之间的垂直距离， 为被测介质密度为被测介质密度1pH1压力传感器压力传感器1、霍尔片压力传感器霍尔式压力传感器是利用霍尔效应把压力引起的弹性元件的位移转换成电势输出的装置。 霍尔效应霍尔效应把一半导体单晶薄片放在磁感应强度为B的磁场中，在它的两个端面上通以电流I，则在它的另两个端面上产生电势UH，这种物理现象称为霍尔效应。电势UH称为霍尔电势；电流I称为控制电流；能产生霍尔效应的片子称为霍尔元件。 霍尔电势可表示为霍尔电势

16、可表示为IBKdIBRUHHH式中：式中：RH为霍尔系数；为霍尔系数；d为霍尔元件厚度；为霍尔元件厚度；KH为霍尔元件的灵敏度。为霍尔元件的灵敏度。霍尔压力传感器结构霍尔压力传感器结构 1-弹簧管； 2-磁铁； 3-霍尔元件当被测压力为零时，霍尔元件处于非均匀磁场的正中，其输出电势为零；当被测压力不为零的时候，霍尔元件被弹性元件带动偏离中间位置，则有正比于位移的电势输出。若弹性元件的位移与被测压力成正比，则传感器的输出电势也与被测压力成正比。2、电容式压力传感器电容器的电容量由它的两个极板的大小、形状、相对位置和电介质的介电电容器的电容量由它的两个极板的大小、形状、相对位置和电介质的介电常数决

17、定。如果一个极板固定不动，另一个极板感受压力，并随着压力的常数决定。如果一个极板固定不动，另一个极板感受压力，并随着压力的变化而改变极板间的相对位置，电容量的变化就反映了被测压力的变化。变化而改变极板间的相对位置，电容量的变化就反映了被测压力的变化。工作原理工作原理dSC平板电容器的电容量C为若电容的动极板感受压力产生位移d，则电容量将随之改变，其变化量C为d/d1d/ddddCSSC当、S确定之后，可以通过测量电容量的变化得到动极板的位移量，进而求得被测压力的变化。 平行极板间的介电常数由上式可以看出，只要保持式中任何两个参数为常数，电容就是另一个由上式可以看出，只要保持式中任何两个参数为常

18、数，电容就是另一个参数的函数，故电容变换器有变间隙式、变面积式、和变介电常数式三参数的函数，故电容变换器有变间隙式、变面积式、和变介电常数式三种。而电容式压力变送器常采用变间隙式，如下图所示。种。而电容式压力变送器常采用变间隙式，如下图所示。活动电极由弹性稳定性好的特殊合金薄片制成，在压差作用下，通过活动电极由弹性稳定性好的特殊合金薄片制成，在压差作用下，通过内充的硅油使测量膜片产生于差压成正比的可以左右移动的微小位移，内充的硅油使测量膜片产生于差压成正比的可以左右移动的微小位移，从而引起测量膜片与两侧固定极板间的电容产生差动变化。差动变化从而引起测量膜片与两侧固定极板间的电容产生差动变化。差动变化的两电容由引线接到测量电路。再转换成二线制的直流输出信号输出，的两电容由引线接到测量电路。再转换成二线制的直流输出信号输出，达到测量目的。达到测量目的。主要优点：主要优点：v输入能量小而灵敏度高。 极距变化型电容式传感器只需要很小的能量就能改变电容极板的位置。如一对直径为1.27cm的圆形电容极板上施加10V电压，极板间隙为2.54*10-3cm，只需3*10-5N的力就能使极板产生位移。因此电容传感器可以测量很小的力、振动加速度，而且很灵敏。v电参量相对变化大。 电容式压力