压力测量及仪表

0.980665 ×10-4
0.980665 ×10-1 1.01325 ×103 0.950665 ×103
1
1×10-4
标准大气压（atm）
1.01325
1.033227 ×104
1
1.0332
工程大气压（at）
0.980665
104
0.9678
1
毫米汞柱（mmHg）
1.333224 ×10-3 0.68949 ×10-1
（4）活塞式压力计 它是根据水压机液体传送压力的原理，将 被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量。它普遍地 被作为标准仪器用来校验或刻度弹性式压力计。
压力表的精度等级：
标准仪表：0.05，0.1，0.16，0.2，0.25, 0.35 工业用：0.5，1.0，1.5，2.5，4.0
液柱式压力计
欧美常用磅力／英寸2（psi）作为压力单位。
压力单位的换算：
公斤力 9.80665 牛顿 4 牛顿 1工程大气压＝ 1 ＝ ＝9.80665 10 ＝9.80665 10 4 帕 厘米 2 10 4 米 2 米2
1牛顿 公斤力 公斤力 1帕＝ 2 ＝1 ＝ ＝1.02 10－5 工程大气压 米 9.80665 米 2 9.80665 10 4 厘米
定极板弹性元件动极板被测压力电容器极板间绝缘介质的介电常数fma电容器两平行板覆盖的面积md两平行板之间的距离mc电容量f电容式压力变送器电容式压力变送器一电容式变送器的工作原理和结构一电容式变送器的工作原理和结构由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器如由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器如果不考虑边缘效应其电容量为果不考虑边缘效应其电容量为电容式传感器可分为电容式传感器可分为变极距型变面积型和变介质型变极距型变面积型和变介质型三种类型
弹性式压力计的误差及改善途径 弹性式压力计的误差主要来源于以下几个方面 1．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，产生迟滞误差。 2．后效误差 弹性元件的变形落后于被测压力的变化， 引起弹性后效误差。
3．间隙误差 仪表的各种活动部件之间有间隙，示值与 弹性元件的变形不可能完全对应，引起间隙误差。
（二）重力加速度变化的修正
g g N 1 0.00265 cos(2 ) (1 2 H / R)
（三）毛细现象造成的误差
封液为酒精，管子内径d≥3mm；水、水银作封液， d≥8mm
(四) 其它 存在刻度、读数、安装等方面的误差
弹性式压力计
工作原理：利用各种弹性元件弹性变形产生的弹性力与被测压 力产生的力相平衡，通过测量弹性元件的弹性变形量来测量压 力。
1mmHg=1mm×ρ0×g=10-3×13595.1kg/m3×9.80665m/s2 =10-3×13595.1×9.80665kgf/m2 =10-3×13595.1×9.80665×10－4kgf/cm2 =1.36×10-3kgf/cm2
压力单位换算表
单位 帕（Pa） 巴（bar） 毫巴（mbar） 毫米水柱（mmH2O） 1.019716 ×10-1 1.019716 ×104 1.019716 ×10 标准大气压（atm） 0.9869236 ×10-5 工程大气压（at） 1.019716 ×10-5
（2）弹性式压力计 它是依据弹性力与被测压 力平衡的原理制成，弹性元件感受压力后会产 生弹性变形，形成弹性力，当弹性力与被测压 力相平衡时，弹性元件变形的多少反映了被测 压力的大小。据此原理工作的各种弹性式压力 计在工业上得到了广泛的应用。如：弹簧管压 力计、波纹管压力计以及膜盒式压力计等。
弹 性 元 件 结 构 和 特 点
电容式压力变送器
（一）电容式变送器的工作原理和结构 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如 果不考虑边缘效应，其电容量为
C
定极板 弹性元件

d
ε——电容器极板间绝缘介质的介电 常数，F/m A——电容器两平行板覆盖的面积，m2
被测压力 动极板
d——两平行板之间的距离，m C——电容量，F
帕（Pa）
1
1×10-5
1×10-2
巴（bar）
1×105
1
103
0.9869236
1.019716
毫巴（mbar）
1×102
1×10-3
1
0.9869236 ×10-3 0.9678 ×10-4
1.019716 ×10-3
毫米水柱（mmH2O）
0.980665 ×10 1.01325 ×105 0.950665 ×105 1.333224 ×102 0.68949 ×104
电容式压力变送器
1、电容式传感器的工作原理和结构
由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如果 不考虑边缘效应，其电容量为
C
A
d
式中:ε－电容极板间介质的介电常数，ε=ε0εr, 其中ε0为真空介 电常数，εr－极板间介质相对介电常数；A－两平行板所覆盖 的面积；d－两平行板之间的距离。 电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。
3．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。 4．采用合适的制造工艺，使材料的优良性能得到充分 的发挥。
压力表的使用及安装 为了保护测压仪表，一般不允许压力计指针经常处于刻度 上限处，如果被测压力是稳定的，则被测压力的正常值应 在压力计测量范围的2/3处；如果被测压力经常变动，则 其正常值应在压力计测量范围的1/2处。 安装时应注意： • 取压口应与工质流速方向垂直，与设备内壁平齐，不应 有突出物和毛刺； • 防止仪表感受件与高温或有害的被测介质直接接触，测 量高温蒸气时在表计前要装设冷凝盘；测量含尘气体时表 计前应装设灰尘捕集器；测量腐蚀性介质时应加装隔离容 器；
原理：液柱式测压仪表是根据流体静力学原理，利用液 柱所产生的压力与被测压力平衡，并根据液柱高度来确 定被测压力大小的压力计。 用途：液柱式压力计多用于测量低压、负压和压力差。 结构：U型管压力计、单管压力计和斜管微压计。
一、U型管压力计
P，Pamb与封液液柱高度h间有如 下关系:
p p pamb g (h1 h2 ) gh
若
d
d0
1
时
(d ) 2 1
2 d0
d d (1 ) 1则 C C0 d0 d0
传感器的输出特性C=f(d)，不是线性关系。
变极距型电容式传感器
电容量与极板间距的关系
则相对非线性误差
灵敏度 s C C 0
d d0
d 2 ) d0 d 100 % 100 % d d0 C0 d0 C0 (
压力测量及仪表
压力的概念及压力测量仪表分类
一、压力的基本概念
定义：垂直作用于单位面积上的力，在工程上称为压力，而在物 理学中称为压强。 表示：压力可用绝对压力、大气压力、表压力和压力差表示。在 工程上所说的压力一般都是指表压力，即用压力仪表测压时仪 表的示值压力。表压力＝绝对压力－大气压力 当绝对压力高于大气压力时，表压力为正压力，简称正压或 压力； 当绝对压力低于大气压力时，表压力为负压力，简称负压或 真空(度)。
为了增大膜片的位移量以提高灵敏度，可以把两片金属 膜片的周边焊接在一起，形成膜盒。也可以把多个膜盒 串接在一起，形成膜盒组。
三、波纹管式压差计
2 K K1 P P1 P2 S A
1-连接轴； 2-单向受压保护阀； 3-推板； 4-摆杆； 5-扭力管； 6-心轴； 7-量程弹簧； 8-中心基座；9-阻尼阀；10-阻尼旁路； 11-阻尼环；12-填充液；13-滚针轴承；14-玛瑙轴承；15-隔板；16-平衡阀
单圈弹簧管压力表的精度：普通的是1～4级，精密的 是0.l～0.5级。 测量范围从真空到109Pa。 注意：为了保证弹簧管压力表的指示正确和能长期使 用，应使仪表工作在正常允许的压力范围内。对于波 动较大的压力，仪表的示值应经常处于量程范围的1 ／2附近；被测压力波动小时，仪表示值可在量程范 围的2／3左右，但被测压力值一般不应低于量程范围 的1／3。另外，还要注意仪表的防振、防爆、防腐等 问题，并要定期校验。
（3）压力传感器 它是利用一些物质与压力有关的物理性质进 行测压。一些物质受压后，它的某些物理性质会发生变化， 通过测量这种变化就能测量出压力。据此原理制造出的各种 压力传感器，往往具有精度高、体积小、动态特性好等优点， 成为近年来压力测量的一个主要发展方向。常用的压力传感 器有电阻应变片式、电容式、压电式、电感式、霍尔式等。
根据感受压力的弹性元件不同，弹性式压力计可分为：弹簧管压 力计、膜式压力计和波纹管式压差计等。
弹性元件变形产生的位移较小，往往需要把它变换为指针的角位 移或电信号、气信号，以便显示压力的大小。
一、弹簧管压力计
由弹簧管1、齿轮传动机构3、4、5、6、 指针9、刻度盘8等组成。
弹簧管的结构
弯曲的弹簧管是一根空心的管子，其自由端是封闭的， 固定端焊在仪表的外壳上，并与管接头相通。弹簧管的 横截面呈椭圆形或扁圆形。
• 仪表与取压口如果不在同一水平上，则应注意校正由于 两者高度差对仪表读数造成的额外误差，特别应注意在 测量蒸汽介质差压时，必须保证两侧信号管路中凝结水 液面在同一高度，并应使两信号管路中凝结水温度一致。
• 压力取出口位置，对于测量气体介质的，一般在工艺管 道上部，测量蒸汽的应在管道的两侧，测量液体的应在 管道的下部。信号管路上在靠近取压口处应装有隔离阀 以防止信号管路发生故障时迫使主要设备停止运行。信 号管路的铺设应有一定的倾斜度，测量液体或蒸汽时在 信号管路的最高处应有排气装置，测量气体时在信号管 路的最低处应有排水装置。 • 为了便于进行现场校验和冲洗信号管路，在靠近仪表处 可装设三通阀。在投入仪表时应缓慢打开阀门，以防止 仪表承受压力的突然冲击。对于差压计，在冲洗信号管 路等操作时应特别当心防止仪表单向受压而损坏。
电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。
2、变极距型电容传感器 当传感器的εr 和A为常数，初始极距为d0时， 由上式可知其初始电容量C0为：
C0
0 r A
d0
若电容器极板间距离由初始值缩小Δd ，则电 容量增大Δ C，应有：
d ) A C0 d0 C1 C0 C 0 r (d ) 2 d 0 d 1 d 1 2 d0 d0 C0 (1
1.333224
1.35951 ×10 0.70307 ×103
1.316 ×10-3 0.6805 ×10-1

1.35951 ×10-3 0.707 ×10-1
磅力/英寸2（1bf/in2）
0.08949 ×102
二、压力仪表的分类
（1）液柱式压力计 它是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，例如：U型管压力计、单管压 力计以及斜管压力计等。
二、单管压力计
p p pamb g (h1 h2 ) g (1 F2 / F1 )h2
若F1 » F2, 则
p1 p2 gh2
四、液柱式压力计的测量误差及其修正
（一）环境温度变化的影响 环境温度偏离规定温度后，封液密度改变对压力计读数 影响的修正公式为:
h20 h1 (t 20)
4．摩擦误差 仪表的活动部件运动时，相互间存在摩擦 力，产生摩擦误差。 5．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，造成温度误差。
提高弹性压力计精度的主要途径有： 1．用无迟滞误差或迟滞误差极小的“全弹性”材料和 温度误差很小的“恒弹性”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 减少间隙误差和磨擦误差。
单位：在国际单位制中，压力的单位是牛顿／米2（N／㎡），称 为帕斯卡或简称帕（Pa）；
工 程 大 气 压 （ at）： 定 义 ： 1 工 程 大 气 压 ＝ 1 公 斤 力 ／ 厘 米 2 （kgf/cm2）； 标准大气压(atm)：定义：在标准状态下， 760mmHg对底面积的 静压； 毫米汞柱:定义温度为0℃的纯汞，汞柱高1mm对底面积的静压力； (mmHg) 毫米水柱：定义温度为4℃的纯水，水柱高1mm时对底面积的静 压力；(mmH2O) 沿用的CGS制：压力单位是达因／厘米 2 （dyn/㎝2），简称巴 （bar）；
电接点压力计
二、膜式压力计
膜片压力计：用于测量腐蚀性介质或非凝固、非结晶的 粘性介质的压力；敏感元件是膜片。 膜盒压力计：用于测量气体的微压或负压。敏感元件是 膜盒。 （一）膜片压力计
膜片可分为弹性膜片和挠性膜片两种。膜片呈圆形，一 般由金属制成，常用的弹性波纹膜片是一种压有环状同 心波纹的圆形薄片，它的四周被固定起来。 （二）膜盒压力计