工业压力测量

压力测量第一节概述压力：单位面积上的垂直作用力，即压强。绝对压力：以完全真空为零标准的压力值。表压力：以当地大气压为零标准的压力值，即仪表所指示的压力，也称相对压力。液柱式（液体压力平衡原理）弹性式（弹性变形原理）电测式（敏感元件的物理效应与压力的关系）压力测量的基本方法第二节常规测压仪表和传感器液柱式测压仪表弹性测压仪表典型测压传感器一、液柱式测压仪表工作液柱的重力与被测压力平衡，根据液柱高度确定被测压力大小。1.U形管压力计ρ为被封液体密度被封液可用水、水银、酒精或苯。U形管压力计的测压范围最大不超过0.2MPa。2.单管压力计F

1、F2分别为容器及测压管的截面积单管压力计可用作微压计，如贝兹(Bates)微压计。当F1>>F2时有：3.斜管微压计l为液柱长度；α为斜管的倾斜角度；即斜管微压计的刻度比U形管的刻度放大了倍。一般斜管微压计适用于测量2~2000Pa范围的压力。4.液柱式压力计的测量误差环境温度变化的影响环境温度变化的修正：h20：20℃时液柱高度；h：实际测量温度为t时液柱高度；αV：液体的体膨胀系数重力加速度变化的修正H、：测量地点的海拔高度(m)及纬度(°)；gN：标准重力加速度，9.80665m/s2；R：地球公称半径，6356766m。毛细管现象的影响。封液为酒精时，管子内径≥3mm

封液为水或水银时，管子内径≥8mm安装与测读引起的误差。安装：压力计处于垂直位置，接头处无泄漏读数：水和酒精读凹面；水银读凸面二、弹性测压仪表弹性测压仪表以各种形式的弹性元件(如弹簧管、金属膜和波纹管)受压后产生的弹性变形作为测量的基础。变形的大小是被测压力的函数，所以将变形的位移传递到仪表的指针或记录器上后，可直接读出压力的数值。

1.弹簧管压力计弹簧管是横截面为空心椭圆形或扁圆形的金属管。当管的固定端通入有一定压力时，管内外的压力差(管外一般为大气压力)迫使管截面趋于圆形，这种变形导致封闭的自由端产生线位移或角位移。不同材料的弹簧管适用于不同的被测压力和被测流体介质。当压力低于20MPa时,一般采用磷铜；压力高于20MPa时，可采用不锈钢或高强度合金钢。

弹簧管压力计的测压范围较大，可测从真空到103MPa的压力。单圈弹簧管自由端的位移量一般不超过2~5mm；为增加自由端位移量，提高弹簧管灵敏度，常采用螺旋形。C型扭转型螺旋型弹簧管横截面的纵横直径比愈大，灵敏度愈高。通常C型灵敏度低；螺线形、螺旋形灵敏度高。弹簧管虽有较高测量精度，但因尺寸和质量较大，固有频率较低且有明显滞后，故不宜作动态压力测量。2.膜式压力计膜片压力计：弹性膜片、挠性膜片；常用于腐蚀性介质或非凝结、非结晶的粘性介质测量；真空至6MPa。由于盒内抽成真空，当大气压力作用于盒面上时，盒面被压缩，并带动传动杠杆使指针转动，根据指针转动的幅度即可读得大气压力数值。膜盒压力计常用于测量气体的负压和微压，测压范围0~±40kPa将两膜片的周边焊接在一起成为膜盒，可提高灵敏度。3.波纹管式压力计常在压缩状态下使用4.

弹性压力计的误差分析迟滞误差：同一压力正反行程变形量不一致、弹性衰退。温度误差：温度变化带来弹性模量的变化。间隙和摩擦误差、安装误差等。三、最高压力表特殊的测压仪表，即测量某一过程的最高压力，比如内燃机气缸内的最高燃烧压力，包括机械式和气电式。四、电测式测压装置电测式压力传感器是应用敏感元件的物理效应与压力的关系来测量压力，即最终将压力转换为一种相应的电参量输出，如应变式压力传感器、压电式压力传感器、压阻式压力传感器等。1.电阻应变式压力传感器应力变化电阻变化应变片工作原理示意图2.

压阻式压力传感器杯形硅膜片一体化的压阻式压力传感器硅杯：敏感元件高弹薄膜、硅油：传递压力和隔热膜片：起隔离作用以保证硅杯面引线良好的绝缘性能3.电感式压力传感器五、压力测量仪表的选择和使用主要考虑类型、测量范围、测量精度压力仪表的选择应本着经济合理的原则综合考虑仪表类型、测量范围和精度等方面。仪表的类型应根据被测介质情况、现场环境及生产过程对仪表的要求。仪表的量程要根据被测压力的大小及其在测量过程中变化的情况来选取。仪表的精度应根据要求在规定的精度等级中选择确定。所选精度等级应小于或至少等于所要求的仪表允许最大引用误差类型的选择，通常需要考虑以下因素：被测介质的物理化学性质，如温度高低、粘度大小、脏污程度、腐蚀性，是否易燃易爆、易结晶等。生产过程对压力测量的要求，如被测压力范围、精确度以及是否需要远传、记录或上下限报警等。现场环境条件，如高温、腐蚀、潮温、振动、电磁场等

测量范围(量程):一般在被测压力比较平稳的情况下，最大工作压力应不超过仪表满量程的3/4；在被测压力波动较大的情况下，最大压力值不超过仪表满量程的2/3，一般示值应控制在量程的1/2左右；压力最小值应不低于全量程的1/3。仪表型式常用测量范围（Pa）精度等级用途与特点液柱式压力计U形管压力计0～105或压差、负压高基准器、标准器、工程测量仪表单管压力计0～105或压差、负压高基准器、标准器、工程测量仪表斜管压力计0～2×103或压差、负压高基准器、标准器、工程测量仪表弹性压力计弹簧管压力计0～109较高工程测量仪表、精密测量仪表膜片式力计0～2×106或压差、负压一般工程测量仪表、精密测量仪表膜盒式压力计0～4×104或压差、负压一般工程测量仪表、精密测量仪表波纹管压力计0～4×106或压差、负压一般工程测量仪表、精密测量仪表活塞式压力计0～2.5×108或负压很高基准器、标准器电位计式压力传感器0～6×107一般工程测量仪表电容式压力传感器0～107或压差较高工程测量仪表电感式压力传感器0～6×107较高工程测量仪表霍尔式压力传感器0～6×107一般工程测量仪表振频式压力传感器0～107或压差、负压较高工程测量仪表应变式压力传感器0～108或压差、负压较高工程测量仪表压电式压力传感器0～107或压差、负压较高工程测量仪表例若选用弹簧管压力表来测量某设备内的压力，已知被测压力为(0.7~1)×106Pa，要求测量的绝对误差不得超过0.02×106Pa，试确定该压力表的测量范围及精度等级。

可供选用的测量范围有:0~0.6×106Pa,0~1×106Pa,0~1.6×106Pa,0~2.5×106Pa选择量程为0~1.6×106Pa的仪表，当压力变化时，正处于量程的1/3~2/3。在被测压力波动较大的情况下，最大压力值不超过仪表满量程的2/3；压力最小值应不低于全量程的1/3

可供选用的测量范围有:0~0.6×106Pa,0~1×106Pa，0~1.6×106Pa，0~2.5×106Pa所以应选1.0级精度的压力表要求仪表的允许误差为第三节气流压力测量热能与动力机械中所测量的压力

——流体压力流体压力：流体单位面积承受的法向表面力.总压：滞止压力静压：静止流体的压力；在流动流体中指相对于运动坐标的压力，即流体本身的热力学压力.动压：总压与静压之差.总压力静压力动压力压强在被流体绕流的物体上有一些点上的流体完全滞止，即速度等于零，称为临界点。临界点上的压力就是总压(滞止压力)。同样的，在被流体绕流的物体上有另外一些点上的流体压力等于未扰动来流的压力即静压。在测量流体压力的各种方法中，使用最广泛的是测压管。流体速度测压管工作原理伯努利方程(不可压流体)：则气体的总压p*为：一、气流总压测量当速度按等熵流动滞止时的压力是气流的总压。总压管的管口轴线对准气流方向，另一端管口与压力计连通，这样便可测出被测点的气流总压与大气压之差。实际测量时，由于气流方向是变化的，所以希望总压管对气流方向不要太敏感，即当气流方向相对于管口轴线有一定的偏角时，总压管仍能正确测出其压力数值。

一般将压力误差占速度头1%时的气流偏离角作为不敏感偏流角αp。不同型式的总压管对气流偏斜的敏感性不同：半圆形感受头αp角最小；带导流套的总压管不敏感偏流角αp最大。(图6-15)1.单点L形总压管2.圆柱形总压管

图6-183.带导流套的总压管图6-194.多点总压管

图6-20、6-215.附面层总压管总压管的选择根据气流速度、流道条件、对气流方向的不敏感性来选择总压管的结构型式；在满足上述要求的前提下，总压管的结构越简单越好；在保证结构刚度的情况下，应使总压管尺寸较小，从而减少对流场的干扰。二、气流静压测量

静压测量有时在机械的固体壁面处进行，有时需在流场中进行；前者采用壁面静压孔，后者采用静压管。1.壁面静压孔测量利用壁面静压孔来测量流体压力是一种最简单的方法，要求静压孔附近的壁面光滑平整，而且孔径不宜开得过大，否则会引起流线在测量孔附近变形，使测量产生误差。静压孔的设计加工要求：开孔直径以0.5~1.0mm为宜，此时由开孔引起的误差较小；静压孔的轴线应与管道内壁面垂直，孔的边缘应尖锐、无毛刺、无倒角；静压孔的长度/直径≥3;连接静压孔与导压管的管接头要固定在管道壁上。2.静压管测量流体中某一处的静压时采用静压管。为减小静压管破坏气流流动，静压管的设计应对气流的干扰尽可能小，同时对气流方向的敏感性尽量小。

L形静压管最简单的静压管，一般头部做成半球形，测压孔布置在静压管的侧表面，尽量保证静压孔的轴线垂直于气流方向。不同的静压孔数目和静压孔位置对气流偏斜的敏感性不同（偏流角α）圆盘形静压管

圆盘形静压管在测量时，将其垂直插入气流中，感受孔感受到流体静压。

圆盘形静压管的优点是读数与α无关；缺点是加工精度和准确性要求高，使用时必须格外小心，以免损坏测压管的圆盘边缘。带套管的静压管1与带导流套的总压管特点类似图6-253.毕托管(风速管、动压管、速度探针)能同时测得流体总压、静压的复合测压管毕托管实物图空速管装在机翼下方，可测量1.飞机的空速，空速即是飞机相对于空气（来流）的速度。2.飞机的气压高度3.飞机的升降速率第四节测压仪表的标定为保证测量精度，测压仪表在使用前必须经过标定；对于长期使用的仪表也要定期标定。包括静态标定和动态标定动态标定：确定测压仪表自身或整个测量系统的频率响应特性及其动态灵敏度。静态标定：确定测压仪表的静态基本性能指标(如灵敏度、线性度等)和精度。一、静态标定根据静压平衡原理，利用来进