《压力基础知识》课件

1、压力基础知识,压力测量技术,2005-5-11 Bei Jing ConST,Co.,Ltd.,压力基础知识,压力测量技术,压力和压力单位 压力测量 压力测量仪表 压力计 数字压力计 压力测量仪表的检定与校准 现场校准,压力基础知识,1643年托里拆利试验充满水银玻璃管倒置,产生水银柱大气对地球有压力作用和抽真空试验； 1647年帕斯卡定律证实大气压力随高度变化的普遍规律；密闭容器内压力均匀传导； 测量大气压力的水银-真空仪表命名气压计； 1660年波意耳定律温度不变，气体压力与体积的乘积为常数； 1663年胡克定律封闭容器内气体压力是自由粒子对器壁不断剧烈碰撞的结果； 1738年伯努利定律将

2、气体压力的碰撞理论发展到解析法推导波意耳定律；气体体积不变时，温度与气体压力成正比； 预示了查理盖吕萨克定律；,压力定律,压力基础知识,1811年阿伏伽德罗定律相同温度和压力下，相同体积的纯净气体，含有相同分子数； 1847年至1859年焦耳、克劳修斯和麦克斯韦等研究了气体压力动力学理论。认为： 压力是单位体积的分子动能 式中 ke 分子动能；N 单位体积的分子数目； V 体积； 流体速度； 流体密度 R 适比气体常数 道而顿分压定律动能可以相加， 压力也可以相加 混合气体压力=各气体分压力之和,压力定律,压力基础知识,流体压力,流体的伯努利方程 式中：p静压力； 动压力； 势能压力； 对于流

3、体场合的不同，引出了不同的压力概念和压力测量 压力测量：静压力、动压力（激波、风压、脉动压力）、液柱压力、差压（流量测量、热能测量）、临界态压力（温度压力、渗透压、化学气体分压、蒸气压）,压力基础知识,流体静压力,静压力定义： 压力随时间变化为 p/S； p /min p /S （1%压力计分辨率） p /min （5%压力计分辨率） 定义 压力 p 为静压力。通常所称压力既指静压力。,压力基础知识,牛顿压力,（1N）牛顿外力F作用在某一物体，在（1m2）接触面积A上，产生帕斯卡压力P。 压力单位帕斯卡 Pa,压力基础知识,液柱压力1,某一高度的液柱将在底面产生压力P 1mm高度的水银产生 1

4、毫米汞柱（mmHg）的压力； 压力单位毫米汞柱（mmHg） 1mm高度的水柱产生 1毫米水柱（mmH2O）的压力； 压力单位毫米水柱（mmH2O）,压力基础知识,托里拆利定理的压力液柱在重力作用下产生压力P 。 P压力 液体的密度； h 液柱的高度 压力单位毫米汞柱（mmHg） 毫米水柱（mmH2O） 压力P与面积无关； 液柱h越高，压力P越大。 液柱密度越大，压力P越大。 引出了液体气压计、液体压力/真空计、微压计,液柱压力2,压力基础知识,差压压力,根据伯努利方程可得差压,仅考虑静压 ，则 差压为 用于流量或流速测量 引出了差压开方器仪表 差压流量积算仪表,压力基础知识,压力和压力单位,地

5、球表面空气柱的作用也形成压力。 大气压力地球表面空气柱所形成的压力。大气压力随海跋高度而改变，海跋越高，大气压力越小。 大气压力单位常用 bar、 mbar、 mmHg 或 mmH2O表示。,压力基础知识,压力之间的关系,压力基础知识,压力之间的关系,压力基础知识,绝对压力,绝对压力高于绝对压力零位的压力值。 既相对于真空的压力 一般认为，绝对压力 = 表压力 + 大气压力,压力基础知识,表压力,表压力以大气压力为基准大于或小于大气压力的压力值（相对压力相对于大气压力）。（正压与负压的统称） 一般来说，表压力 = 绝对压力 - 大气压力,压力基础知识,表压力,表压力以大气压力为基准大于或小于大

6、气压力的压力值（相对压力相对于大气压力）。（正压与负压的统称） 表压力,P= g h,压力基础知识,正压,正压 以大气压力为基准，高于大气压力的压力。（相对压力相对于大气压力）,P= g h,压力基础知识,负压（真空）,负压（真空）以大气压力为基准，低于大气压力的压力值。（相对压力相对于大气压力）,压力基础知识,差压,P1 - P2 = P P = g h,差压两个压力之间的压力差值。 高压力 P1 低压力 P2 差压 P, P,压力基础知识,压力计量单位,压力单位名称帕 斯卡 压力单位符号 Pa 帕 斯卡也是国际单位制 （SI）压力单位； 是法定压力计量单位 帕 斯卡1牛顿（N）的力均匀而垂

7、直作用在1平方米（m2）面积上所产生的压力 1Pa=N/ m2 Pa量值小，常用千帕 kPa 、兆帕1MPa 表示 1kPa=103 Pa ； 1MPa = 106 Pa,压力基础知识,其它压力计量单位-工程大气压,压力单位名称工程大气压 压力单位符号 （ kgf/cm2） 工程大气压曾是工程技术中应用广泛的压力单位 工程大气压1公斤力（ kgf/cm2）垂直作用在1平方厘米（cm2）的单位面积上所产生的压力 1kgf/cm2=98 066.5Pa 1Pa=1.01972 10-5 kgf/cm2 1MPa = 10.1972 kgf/cm2,压力基础知识,压力单位名称 毫米水柱 压力单位符号

8、 （mmH2O） 1毫米水柱是温度为4，水的密度为1 g / cm3，g=980.665 cm/s2 条件下，1毫米水柱高度所产生的压力值 1mmH2O =9.806 65 Pa； 1Pa =0.109 7 mmH2O,其它压力计量单位- 毫米水柱,压力基础知识,压力单位名称 毫米汞柱 压力单位符号 （ mmHg ） 1毫米汞柱是温度为0，汞的密度为13.595 g / cm3，g=980.665cm/s2 条件下，1毫米汞柱高度所产生的压力值 1 mmHg =133.322 4 Pa； 1Pa =0.007 5 mmHg,其它压力计量单位-毫米汞柱,压力基础知识,压力单位名称 巴 压力单位符

9、号 （ bar ） 巴是1948年国际计量大会通过的压力单位，西欧国家通用。 在气象中常用毫巴作为气压的压力单位 1 bar =1000 mbar=100 kPa；,其它压力计量单位-巴,压力基础知识,常用压力计量单位换算表,压力基础知识,压力单位名称磅力每平方英寸 （ psi 或 p.s.i） （pound force per square inch） 压力单位符号 ( bf / in2 ) psi 是英制压力计量单位，英美国家通用。 有时用 psig 表压单位 psid 差压单位 psia 绝压单位 1bf / in2 =6.894 757 kPa 100 kPa=14.503 8 bf

10、/ in2,其它压力计量单位psi,压力基础知识,压力的测量,压力基础知识,压力测量的条件,压力量的物理感受 感压元件 感压原理、 压力量的物理变换 压力/机械位移/电信号/光信号/温度信号转换 压力量的指示读数 物理变换信号的指示/刻划/显示/图示/记录,压力基础知识,压力量的物理感受,感压元件 活塞、U型管、单管、斜管、波登管、波纹管、膜合、膜片、钟罩、电容、电感、压敏电阻、压电晶体、光纤、光敏材料 感压原理 感压元件 或 感压元件组合 的物理实现；,压力基础知识,压力量的物理变换,压力/机械位移转换 直线位移（法向位移）：活塞（圆柱、圆球）、U型管、单管、波纹管、膜合、膜片、钟罩、 弧度

11、位移：波登管、膜合、膜片 压力/电信号转换 频率信号：压电晶体、电容、电感、硅压敏电阻 电压信号：应变电阻、硅压敏电阻、锰铜电阻 压力/光信号转换 电流信号：光纤、光敏材料 压力/温度信号转换 实用压力温标,压力基础知识,压力量的指示读数,物理变换信号的压力量值的表达 直接指示 指针/液面的刻划线 光柱 显示/二次仪表/二次数显仪表 物理变换信号的数字计算 图示曲线 记录仪、无纸记录仪表 现场仪表、集散系统（DCS）、现场总线系统（FCS） 分析决策、智能仪表,压力基础知识,大气压力测量,托里拆利实验 (Evagelista Torricelli) -水银气压计 -大气压力测量,压力基础知识,

12、压力测量,静止时（静压力条件下）两边大气压力的作用应使两边液面相等 当某一边压力大于或小于大气压力时，实现表压测量 当某一边压力大于大气压力时，实现正压测量 当某一边压力小于大气压力时，实现负压测量,压力基础知识,差压测量,P1 - P2 = P,差压在型管两边施加两个不同压力 P1 和 P2 当压力P1压力P2时，正差压（ P） 当压力 P1 压力P2 时， 负差压 （- P ）,P1 - P2 = - P,压力基础知识,U型管压力计测量压力在U型管的一端施加压力 P， 在U型管的另一端， U型管压力计测量该压力 P U型管压力计读数为该压力测量值 P,压力的测量,P= g h,压力基础知识

13、,压力表测量压力在管的一端施加压力 P， 在管的另一端，压力表测量该压力 P 压力表读数 M 为该压力测量值 P,压力的测量,P = M,压力基础知识,压力计测量压力在管的一端施加压力 P， 在管的另一端，压力计测量该压力 P 压力计读数 Dig 为该压力测量值 P,压力的测量,P = Dig,压力基础知识,压力变送器测量压力在压力管道中有压力 P， 在引压管的另一端，压力变送器测量该压力 ,将压力变送为4-20mA 电流信号,电流信号经二次显示仪表读数 Dig 为该压力测量值 P,压力的测量,P = Dig,压力基础知识,压力的测量,集散控制系统测量压力在压力管道引压管的压力变送器测量该压力

14、P，将压力变送为4-20mA 电流信号,电流信号经二次显示仪表或直接传输给 集散控制系统读数 Dig 为该压力测量值 P,P = Dig,压力基础知识,压力表以大气压力为基准，用于测量大于大气压力的仪表,压力测量仪表,压力基础知识,真空表以大气压力为基准，用于测量小于大气压力的仪表,压力测量仪表,压力基础知识,压力真空表以大气压力为基准，用于测量大于和小于大气压力的仪表,压力测量仪表,压力基础知识,绝压表（绝对压力表的简称）以绝对压力零位为基准，用于测量绝对压力的仪表。 同压力表相比： 绝压表的零位为压力真空表的-100 kPa 标度点 绝压表的 100 kPa 标度点为压力表的零位,压力测量

15、仪表,压力基础知识,差压表有两个引压口，能指示出两个压力P1与P2差值的压力测量仪表,压力测量仪表,压力基础知识,压力测量仪表,压力变送器将压力量变换为4 20mA010mA电流量或变换为0 5V电压量的压力测量变换装置。 电流信号、电压信号经二次显示仪表读数 Dig 指示为该压力测量值 P。压力/电信号的变换利于实现自动化测量。,压力基础知识,压力变送器 实物图,压力测量仪表,压力基础知识,压力变送器 实物图,压力测量仪表,压力基础知识,压力测量仪表,压力变送器的供电24V供电压力变送器的测量两线制测量,压力基础知识,压力测量仪表,压力仪表的测量范围 0 F. S,压力：0-100 kPa

16、0-160 kPa 0-250 kPa 0-400 kPa 0-600 kPa 0-1 MPa 0-1.6 MPa 0-2.5 MPa 04 MPa 0-6 MPa 0-10 MPa 0-16 MPa 0-25 MPa 040 MPa 0-60 MPa 0-100 MPa 0-160 MPa 0-250 MPa 0 400 MPa 0-600 MPa,压力真空： - 100-60 kPa - 100-150 kPa - 100-300 kPa -100-500 kPa - 100-900kPa - 100-1.5MPa - 100-2.40 MPa,真空： - 100-0 kPa,压力基础知识

17、,压力测量仪表,压力仪表的精度等级,一般压力仪表的精度等级： 1.0级 1.6级 2.5级 4.0级,精密压力仪表的精度等级： 0.1级 0.16 级 0.25级 0.4级,压力基础知识,压力测量仪表,压力仪表的测量准确度用测量范围内,示值的最大允许误差或满量程误差表示. 最大允许误差或满量程误差 = 精度等级 测量上限值,压力基础知识,-,压力测量仪表,压力变送器的测量范围,压力：0-10 kPa 0-16 kPa 0-20 kPa 0-25 kPa 0-30 kPa 0-35 kPa 0-40 kPa 0-60 kPa 0-100 kPa 0-16 0kPa 0-200 kPa 0-250

18、 kPa 0-400 kPa 0-600 kPa 0-1 MPa 0-1.6 MPa 0-2.5 MPa 04.0 MPa 0-6.0 MPa 0-10 MPa 0-16 MPa 0-25 MPa 0-30 MPa 040 MPa 0-60 MPa 0-100 MPa 0-160 MPa 0-250 MPa 0 400 MPa 0-600 MPa,压力真空： -100 kPa -100 kPa,真空： - 100-0 kPa,压力基础知识,压力变送器的测量范围,压力基础知识,压力变送器的测量范围,压力基础知识,压力测量仪表,压力变送器的精度等级,一般: 0.1级 0.2级 0.25级 0.4级

19、 0.5级 特殊: 1.0级 2.0级,压力基础知识,压力测量仪表,压力变送器的测量准确度用测量范围内,示值的最大允许误差或满量程误差表示. 最大允许误差或满量程误差 = 精度等级 测量上限值,压力基础知识,压力计,液体压力计依据U型管测量原理（微压压力） 活塞压力计依据砝码-活塞系统测量原理（中高压压力、测量准确度高标准器） 数字压力计依据压力传感器的测量原理（任何压力）,压力基础知识,数字压力计,压力基础知识,数字压力计,数字压力计,依据压力传感器测量原理的测量仪器,采用数字显示压力值.,压力基础知识,-,压力测量仪表,数字压力计的测量范围,压力：0-2 kPa 0-5 kPa 0-10

20、kPa 0-20 kPa 0-25 kPa 0-40 kPa 0-60 kPa 0-100 kPa 0-160 kPa 0-250 kPa 0-400 kPa 0-600 kPa 0-1 MPa 0-1.6 MPa 0-2.5 MPa 04.0 MPa 0-6.0 MPa 0-10 MPa 0-16 MPa 0-25 MPa 0-30 MPa 040 MPa 0-60 MPa 0-80 MPa 0-100 MPa 0-160 MPa 0-250 MPa,压力真空： -100 kPa -0-100 kPa,真空： - 100-0 kPa,压力基础知识,压力测量仪表,数字压力计的测量准确度用测量范围内,示值的最大允许误差或满量程误差表示.,0.02% F.S 0.05 % F.S 0.1% F.S F.S满量程值 0.02% 、 0.05 % 与 0.1% 分别表示 数字压力计的基本误差。,压力基础知识,补偿式微压计(U型管测量原理),压力基础知识,活塞式绝对压力计,压力基础知识,标准活塞式压力计,压力基础知识,标准活塞式压力计,压力基础知识,标准活塞式压力计,压力基础知识,压力仪表检测利用了U型管压力计的测量