压力测量讲义
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
k2 C1 d 0 d
k2 C2 d 0 d
•由C1、C2可得 C 2 C1 d k1 p k 3 p C 2 C1 d 0 d0
特点：灵敏度高、精度高，精度可达0.2、0.25， 稳定可靠。尤适用于测高静压微压差的场合。
31
2．霍尔压力变送器
（1）霍尔效应： 把半导
ht 0 ht 1 (t t 0 )
2. 重力加速度变化的影响及修正
标准重力加速 度下的工作液 柱高度
hn
g gn
h
使用地点的工 作液柱高度
16
3．毛细现象的影响 为了减少该误差，通常要求测量管的内径一 般不小于10mm。
毛细现象（又称毛细管作用）是指液 体在细管状物体内侧，由于内聚力与 附着力的差异、克服地心引力而上升 的现象。植物根部吸收的水分能够经 由茎内维管束上升，即是毛细现象最 常见的例子。当液体和固体(管壁)之 间的附着力大于液体本身内聚力时， 就会产生毛细现象。液体在垂直的细 管中时液面呈凹或凸状、以及多孔材 质物体能吸收液体皆为此现象所致。
22
弹簧管压力计
23
弹簧管压力计
精度等级： 普通：1～4级 精密：0.1～0.5级 测量范围： 真空～109Pa
24
电接点压力表：
不仅可实现压力的测量，而且可实现压力 的报警和控制。
25
弹性式压力计的误差
(1) (2) (3) (4) (5) 迟滞误差； 弹性后效误差； 间隙误差； 摩擦误差； 温度误差。
18
19
二．弹性元件及其特性
1．膜片：使用时周边夹紧，测低压、微压。 将两块膜片沿周边对焊起来，形成一膜盒， 膜盒式微压计通常用于测量炉膛和烟道尾 部负压。精度等级为2.5，最高可达1.5级。
Px
Px 平薄片
Px 波纹片
Px 膜盒
20
二．弹性元件及其特性
2．波纹管：开口端固定，封闭 端的位移作为输出，由于波 纹管的位移相对较大，故灵 敏度高，常用于测量较低的 压力（1.0-106Pa）精度等 级1.5级。
mmHg ，133 Pa mmH2O， 9.81 Pa
1个标准大气压： t=0℃， g=980.665cm/s2 =13.5951g/cm3 H=760mmHg 所产生的压力。
6
压力单位换算表
牛顿/米2 1牛顿/米2(帕斯卡)
1.0
公斤/厘ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2
1.019710-5
毫米水银柱
7.5006 10-3
• 压电效应：压电材料在受压时会在其表面 产生电荷，产生的电荷量与所受的压力成 正比。 压电材料：单晶体，例如石英、酒石酸钾 钠等 多晶体，例如压电陶瓷，在没有极化之前， 因各单晶体的压电效应都互相抵消表现为 电中性，为此必须对压电陶瓷先进行极化 处理，经极化处理的压电陶瓷具有非常高 的压电系数，为石英的几百倍。
毫米水柱
0.1020
磅/英寸2
1.4504 10-4
标准大气压
9.8692 10-6
1公斤/.厘米2(工程大气压) 1毫米水银柱(mmHg)
9.8067 104
1.0
7.3556 102
1.0 104
14.22
0.9678
1.3332 102
1.3595 103
1.0
13.59
2
绝对压力（Absolute pressure）: 相对于绝对真空所测得的压力。 表压（Gauge pressure）: 相对于大气压力的差压。绝对压力 和大气压力之间的差压。 正压力（ Positive pressure ）：绝对压力高于大气压力时的表 压，简称正压。
负压力（ Negative pressure ）：绝对压力低于大气压力时的 表压，简称负压。
27
选用原则
(1) (2) (3) (4) 根据被测压力的种类； 被测介质的种类及其物理、化学性质； 测压范围； 精度等级。
28
安装注意事项
(1) 避开阻力件，安装在平直段； (2) 孔口轴线与工质流速方向垂直； (3) 孔口应光滑无毛刺和凹凸不平； (4) 在保证加工方便和不堵塞的情况下，孔口应 尽量小； (5) 在恶劣工况下，要在压力表前装隔离器； (6) 如压力显示仪表和取压口不在同一水平线上， 则应校正由于两者高度差对仪表读数造成的误差
8
第二节 液柱式压力计
分类 U型管压力计 单管压力计 斜管式微压计 特点：结构简单，使用方便，准确度比较高，常 用于测量低压、负压、差压，可用于现场校验压 力传感器和管路漏气。 缺点：体积大，读数不方便，玻璃管易损坏；测 量范围有限、有人为读数误差、不便于多点测量 和数据采集、不能进行动态测量。
压电式压力 传感器结构
37
第五节 活塞式（负荷式）压力计
提供做压力基准器 校准压力表：20Pa～ 2000kPa
• 基于静力平衡原 理进行压力测量
Mg P A
38
被校准压力 表安装上后， 转动手轮， 使油压系统 压力升高， 直到活塞被 顶起。
Mg P A
M：砝码质量 A：活塞有效面积
39
第六节 压力检测仪表的选择与校验
35
二．压电式压力传感器
压电式压力传感器利 用压电材料的压电效 应把压力信号转换为 电信号，以达到测量 压力的目的。
F
镀金属面
＋＋＋＋＋ －－－－－
压电材料薄片
F
镀金属面
36
二．压电式压力传感器
特点：结构简单、紧凑， 小巧轻便，工作可靠， 具有线性度高量程范围 大等优点。 缺点：但是由于产生的 电荷量少，因此后续需 加高阻抗的直流放大器。 由于晶体边缘上存在漏 电现象，因此不能用于 稳态测量。
真空（ Vacuum ）：低于大气压力的压力。 :
3
4
压力单位
帕(Pa) N/m2，国际单位 1Pa=1N/m2 兆帕(MPa) 106Pa
工程大气压， kgf/cm2 ，98070 Pa
约等于一个大气压（1.013e+5 Pa) ，“自来 水压头是5公斤”，用的就是这个单位。
5
26
特点及使用注意事项
(1) 为保证测量精度，被测压力范围最好在满量 程的三分之一到三分之二；如被测压力有脉动， 则不应超过满量程的二分之一； (2) 如无特别标注，测得的压力值是表压； (3) 测量压力范围较广，但精度不是很高； (4) 直观； (5) 只能做稳态压力测量； (6) 不能自动处理和记录大量数据； (7) 必须进行定期校准。
51.715
7.0307 102 1.0332 104
1.0
6.805 10-2
1.0332
7.60 102
14.696
1.0
7
二．压力测量仪表的分类
1．液柱式压力计（Manometers）
2．弹性式压力计（Diaphragms） 3．电气式压力计（Electrical pressure） 4．活塞式（负荷式）压力计 （Force-balance）
体单晶薄片置于磁场B中， 如果在它的两个纵向面 上通以一定大小的电流， 则在晶体的两个横向端 面之间出现电势UH，叫 霍尔效应，产生的电势 称为霍尔电势。 灵敏度常数
VH RH IB
32
(2)霍尔电势的产生： 将固定在弹性元件上的霍尔片 放置在一非均匀磁场中，在这 区间，磁场强度具有均匀的梯 度，当霍尔片在弹性元件的带 动下偏离正中位置，通过霍尔 片的磁场强度发生变化，霍尔 片就有正比于位移的霍尔电势 产生。
9
一．U型管压力计
假设被测的介质为气体，可忽略 被测介质的高度形成的静压值。 根据流体静力学原理可得：
P1
P2
P P1 P2 g (h1 h2 )
h1
0
h2
U型管内径一般为5-20mm， 为了减少毛细现象管子内径 一般不少于10mm，
U型管
10
密度不同如何计算压力?
p1 1
压力测量
1
第一节 概述
压力 压强
一、基本概念
垂直作用于物体表面上的力 垂直作用于单位面积物体表面上的力
在建筑环境与设备的测试中，并不严格区分压力 和压强。通常所说的压力实际上是指压强。
压差
测量两个压力之差称压差
表压力 压力仪表指示的压力值
缺省情况下，所说的压力值即指表压力 表压力可正 可负，为负时其绝对值称为真空度。
3．弹簧管： 单圈弹簧管 多圈弹簧管
Px
21
弹簧管压力计
弹簧管在量程范围内自由端的位移一般为 7-8o，弹簧管作成多圈时，自由端的位移 可达45o 。弹簧管的自由端的位移可通过 杠杆机构带动指针转动，这种机构的指针 最大转角为180o ，通常作成90度的回转 角。最常用的传动机构为杠杆—扇形齿轮 机构，可使指针转动270o。
由于内聚力与附着力的差异，水 在毛细管中，中央较四周凹下； 汞在毛细管中，中央较四中凸起
17
第三节 弹性式压力计 1、概述
原理：弹性压力表是利用各种不同形状弹性感压元 件在被测压力的作用下，产生弹性变形制成的测压 仪表 特点：结构简单、牢固可靠、测压范围广、使用方 便、造价低廉、有足够的精度，可远传 弹性材料：铍青铜、磷青铜、不锈钢 常用弹性压力表： 弹簧管式 膜片（盒）式 波纹管式
一．压力检测仪表的选择 ①测压范围，②被测介质的物理化学性质， ③测试精度要求。
1.934 102
1.316 10-3
1毫米水柱(mmH2O)
1磅/英寸2(psi) 1标准大气压(atm)
9.8064
1.0 10-4
7.3556 10-2
1.0
1.422 103
9.678 10-5
6.8947 103 1.0133 105
7.0307 102
0
p2
2
H h2
p1 1 g ( h1 H ) p2
2 g ( H h2 ) g ( h1 h2 )
测量范围： 20 Pa to 140KPa 精度： 1%.
A
h1
A
11
如何读数? (a).分别读取h1、h2； (b).U型管应保持铅垂位 置； (c). 眼睛应保持与液面 平齐，以工作液弯月面 顶部或底部切线为准读 取液面高度。
P1
1 h1
0
p2
2 h2
H
A A
12
二．单管式压力计
h2 A2 h1 A1 h2 A2 h1 A1
Pd
h2 A2 A2 P g (h1 h2 ) g ( h2 ) g ( 1)h2 A1 A1 h2 A2 A2 ( h2 ) g ( 1)h2 A1 A1
A2 h2 h1 A1 lA2 h1 l h1 A1 A2 A2 P g (h1 h2 ) g ( l l sin a) g ( sin a)l 斜管
A1
h2 l sin a
P2
L
14
15
四．液柱式压力计的测量误差及其修正
P gh
1．环境温度变化的影响及修正 对于一般的工业测量，主要考虑工作液密度变 化对压力测量的影响。修正公式为：
N
S
S
N
33
霍尔电势
VH RH IB
注意： ①RH 受温度影响较大，在实际当中常采用恒温 措施或采用温度补偿措施，例如在电势输出 回路中串一温度补偿电桥。 ②要注意减少由于霍尔片两电极不对称焊接引起 的不等位电势，因不等位电势的存在，使霍 尔片处于正中时，电势输出不为0。
34
二．压电式压力传感器
Px
因为A1 、A2 为常数，这样可通过 一次读数进行压差测量。当A2/A1 很小时，h1可忽略，公式简化为：
h2
h1 直管
13
P gh2
三、斜管式微压计
主要用于测量微小的压力、负压和压差。 为了减少读数的相对误差，拉长液柱，将 测量管倾斜放置。
P1
A1 A2 A2 A2 l l sin a) g ( A2 sin a)l 2 ) )gg ( l l sin a) g ( sin a)l hh ( 1 2 A11 A1 A A1
29
第四节 电气式压力检测
一．位移式压力压差变送器： 将弹性元件的位移转变成 电信号。 1．电容式压力压差变送器： 采取差动电容方式。 膜片 d7.5—75 ， δ 0.05—0.2 ， maxΔ d=0.1mm。
s k2 4
30
1电容式压力压差变送器
•设 测 量 膜 片 在 Δ p 作 用 下 的位移Δ d，Δ d=k1Δ p。
k2 C2 d 0 d
•由C1、C2可得 C 2 C1 d k1 p k 3 p C 2 C1 d 0 d0
特点：灵敏度高、精度高，精度可达0.2、0.25， 稳定可靠。尤适用于测高静压微压差的场合。
31
2．霍尔压力变送器
（1）霍尔效应： 把半导
ht 0 ht 1 (t t 0 )
2. 重力加速度变化的影响及修正
标准重力加速 度下的工作液 柱高度
hn
g gn
h
使用地点的工 作液柱高度
16
3．毛细现象的影响 为了减少该误差，通常要求测量管的内径一 般不小于10mm。
毛细现象（又称毛细管作用）是指液 体在细管状物体内侧，由于内聚力与 附着力的差异、克服地心引力而上升 的现象。植物根部吸收的水分能够经 由茎内维管束上升，即是毛细现象最 常见的例子。当液体和固体(管壁)之 间的附着力大于液体本身内聚力时， 就会产生毛细现象。液体在垂直的细 管中时液面呈凹或凸状、以及多孔材 质物体能吸收液体皆为此现象所致。
22
弹簧管压力计
23
弹簧管压力计
精度等级： 普通：1～4级 精密：0.1～0.5级 测量范围： 真空～109Pa
24
电接点压力表：
不仅可实现压力的测量，而且可实现压力 的报警和控制。
25
弹性式压力计的误差
(1) (2) (3) (4) (5) 迟滞误差； 弹性后效误差； 间隙误差； 摩擦误差； 温度误差。
18
19
二．弹性元件及其特性
1．膜片：使用时周边夹紧，测低压、微压。 将两块膜片沿周边对焊起来，形成一膜盒， 膜盒式微压计通常用于测量炉膛和烟道尾 部负压。精度等级为2.5，最高可达1.5级。
Px
Px 平薄片
Px 波纹片
Px 膜盒
20
二．弹性元件及其特性
2．波纹管：开口端固定，封闭 端的位移作为输出，由于波 纹管的位移相对较大，故灵 敏度高，常用于测量较低的 压力（1.0-106Pa）精度等 级1.5级。
mmHg ，133 Pa mmH2O， 9.81 Pa
1个标准大气压： t=0℃， g=980.665cm/s2 =13.5951g/cm3 H=760mmHg 所产生的压力。
6
压力单位换算表
牛顿/米2 1牛顿/米2(帕斯卡)
1.0
公斤/厘ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2
1.019710-5
毫米水银柱
7.5006 10-3
• 压电效应：压电材料在受压时会在其表面 产生电荷，产生的电荷量与所受的压力成 正比。 压电材料：单晶体，例如石英、酒石酸钾 钠等 多晶体，例如压电陶瓷，在没有极化之前， 因各单晶体的压电效应都互相抵消表现为 电中性，为此必须对压电陶瓷先进行极化 处理，经极化处理的压电陶瓷具有非常高 的压电系数，为石英的几百倍。
毫米水柱
0.1020
磅/英寸2
1.4504 10-4
标准大气压
9.8692 10-6
1公斤/.厘米2(工程大气压) 1毫米水银柱(mmHg)
9.8067 104
1.0
7.3556 102
1.0 104
14.22
0.9678
1.3332 102
1.3595 103
1.0
13.59
2
绝对压力（Absolute pressure）: 相对于绝对真空所测得的压力。 表压（Gauge pressure）: 相对于大气压力的差压。绝对压力 和大气压力之间的差压。 正压力（ Positive pressure ）：绝对压力高于大气压力时的表 压，简称正压。
负压力（ Negative pressure ）：绝对压力低于大气压力时的 表压，简称负压。
27
选用原则
(1) (2) (3) (4) 根据被测压力的种类； 被测介质的种类及其物理、化学性质； 测压范围； 精度等级。
28
安装注意事项
(1) 避开阻力件，安装在平直段； (2) 孔口轴线与工质流速方向垂直； (3) 孔口应光滑无毛刺和凹凸不平； (4) 在保证加工方便和不堵塞的情况下，孔口应 尽量小； (5) 在恶劣工况下，要在压力表前装隔离器； (6) 如压力显示仪表和取压口不在同一水平线上， 则应校正由于两者高度差对仪表读数造成的误差
8
第二节 液柱式压力计
分类 U型管压力计 单管压力计 斜管式微压计 特点：结构简单，使用方便，准确度比较高，常 用于测量低压、负压、差压，可用于现场校验压 力传感器和管路漏气。 缺点：体积大，读数不方便，玻璃管易损坏；测 量范围有限、有人为读数误差、不便于多点测量 和数据采集、不能进行动态测量。
压电式压力 传感器结构
37
第五节 活塞式（负荷式）压力计
提供做压力基准器 校准压力表：20Pa～ 2000kPa
• 基于静力平衡原 理进行压力测量
Mg P A
38
被校准压力 表安装上后， 转动手轮， 使油压系统 压力升高， 直到活塞被 顶起。
Mg P A
M：砝码质量 A：活塞有效面积
39
第六节 压力检测仪表的选择与校验
35
二．压电式压力传感器
压电式压力传感器利 用压电材料的压电效 应把压力信号转换为 电信号，以达到测量 压力的目的。
F
镀金属面
＋＋＋＋＋ －－－－－
压电材料薄片
F
镀金属面
36
二．压电式压力传感器
特点：结构简单、紧凑， 小巧轻便，工作可靠， 具有线性度高量程范围 大等优点。 缺点：但是由于产生的 电荷量少，因此后续需 加高阻抗的直流放大器。 由于晶体边缘上存在漏 电现象，因此不能用于 稳态测量。
真空（ Vacuum ）：低于大气压力的压力。 :
3
4
压力单位
帕(Pa) N/m2，国际单位 1Pa=1N/m2 兆帕(MPa) 106Pa
工程大气压， kgf/cm2 ，98070 Pa
约等于一个大气压（1.013e+5 Pa) ，“自来 水压头是5公斤”，用的就是这个单位。
5
26
特点及使用注意事项
(1) 为保证测量精度，被测压力范围最好在满量 程的三分之一到三分之二；如被测压力有脉动， 则不应超过满量程的二分之一； (2) 如无特别标注，测得的压力值是表压； (3) 测量压力范围较广，但精度不是很高； (4) 直观； (5) 只能做稳态压力测量； (6) 不能自动处理和记录大量数据； (7) 必须进行定期校准。
51.715
7.0307 102 1.0332 104
1.0
6.805 10-2
1.0332
7.60 102
14.696
1.0
7
二．压力测量仪表的分类
1．液柱式压力计（Manometers）
2．弹性式压力计（Diaphragms） 3．电气式压力计（Electrical pressure） 4．活塞式（负荷式）压力计 （Force-balance）
体单晶薄片置于磁场B中， 如果在它的两个纵向面 上通以一定大小的电流， 则在晶体的两个横向端 面之间出现电势UH，叫 霍尔效应，产生的电势 称为霍尔电势。 灵敏度常数
VH RH IB
32
(2)霍尔电势的产生： 将固定在弹性元件上的霍尔片 放置在一非均匀磁场中，在这 区间，磁场强度具有均匀的梯 度，当霍尔片在弹性元件的带 动下偏离正中位置，通过霍尔 片的磁场强度发生变化，霍尔 片就有正比于位移的霍尔电势 产生。
9
一．U型管压力计
假设被测的介质为气体，可忽略 被测介质的高度形成的静压值。 根据流体静力学原理可得：
P1
P2
P P1 P2 g (h1 h2 )
h1
0
h2
U型管内径一般为5-20mm， 为了减少毛细现象管子内径 一般不少于10mm，
U型管
10
密度不同如何计算压力?
p1 1
压力测量
1
第一节 概述
压力 压强
一、基本概念
垂直作用于物体表面上的力 垂直作用于单位面积物体表面上的力
在建筑环境与设备的测试中，并不严格区分压力 和压强。通常所说的压力实际上是指压强。
压差
测量两个压力之差称压差
表压力 压力仪表指示的压力值
缺省情况下，所说的压力值即指表压力 表压力可正 可负，为负时其绝对值称为真空度。
3．弹簧管： 单圈弹簧管 多圈弹簧管
Px
21
弹簧管压力计
弹簧管在量程范围内自由端的位移一般为 7-8o，弹簧管作成多圈时，自由端的位移 可达45o 。弹簧管的自由端的位移可通过 杠杆机构带动指针转动，这种机构的指针 最大转角为180o ，通常作成90度的回转 角。最常用的传动机构为杠杆—扇形齿轮 机构，可使指针转动270o。
由于内聚力与附着力的差异，水 在毛细管中，中央较四周凹下； 汞在毛细管中，中央较四中凸起
17
第三节 弹性式压力计 1、概述
原理：弹性压力表是利用各种不同形状弹性感压元 件在被测压力的作用下，产生弹性变形制成的测压 仪表 特点：结构简单、牢固可靠、测压范围广、使用方 便、造价低廉、有足够的精度，可远传 弹性材料：铍青铜、磷青铜、不锈钢 常用弹性压力表： 弹簧管式 膜片（盒）式 波纹管式
一．压力检测仪表的选择 ①测压范围，②被测介质的物理化学性质， ③测试精度要求。
1.934 102
1.316 10-3
1毫米水柱(mmH2O)
1磅/英寸2(psi) 1标准大气压(atm)
9.8064
1.0 10-4
7.3556 10-2
1.0
1.422 103
9.678 10-5
6.8947 103 1.0133 105
7.0307 102
0
p2
2
H h2
p1 1 g ( h1 H ) p2
2 g ( H h2 ) g ( h1 h2 )
测量范围： 20 Pa to 140KPa 精度： 1%.
A
h1
A
11
如何读数? (a).分别读取h1、h2； (b).U型管应保持铅垂位 置； (c). 眼睛应保持与液面 平齐，以工作液弯月面 顶部或底部切线为准读 取液面高度。
P1
1 h1
0
p2
2 h2
H
A A
12
二．单管式压力计
h2 A2 h1 A1 h2 A2 h1 A1
Pd
h2 A2 A2 P g (h1 h2 ) g ( h2 ) g ( 1)h2 A1 A1 h2 A2 A2 ( h2 ) g ( 1)h2 A1 A1
A2 h2 h1 A1 lA2 h1 l h1 A1 A2 A2 P g (h1 h2 ) g ( l l sin a) g ( sin a)l 斜管
A1
h2 l sin a
P2
L
14
15
四．液柱式压力计的测量误差及其修正
P gh
1．环境温度变化的影响及修正 对于一般的工业测量，主要考虑工作液密度变 化对压力测量的影响。修正公式为：
N
S
S
N
33
霍尔电势
VH RH IB
注意： ①RH 受温度影响较大，在实际当中常采用恒温 措施或采用温度补偿措施，例如在电势输出 回路中串一温度补偿电桥。 ②要注意减少由于霍尔片两电极不对称焊接引起 的不等位电势，因不等位电势的存在，使霍 尔片处于正中时，电势输出不为0。
34
二．压电式压力传感器
Px
因为A1 、A2 为常数，这样可通过 一次读数进行压差测量。当A2/A1 很小时，h1可忽略，公式简化为：
h2
h1 直管
13
P gh2
三、斜管式微压计
主要用于测量微小的压力、负压和压差。 为了减少读数的相对误差，拉长液柱，将 测量管倾斜放置。
P1
A1 A2 A2 A2 l l sin a) g ( A2 sin a)l 2 ) )gg ( l l sin a) g ( sin a)l hh ( 1 2 A11 A1 A A1
29
第四节 电气式压力检测
一．位移式压力压差变送器： 将弹性元件的位移转变成 电信号。 1．电容式压力压差变送器： 采取差动电容方式。 膜片 d7.5—75 ， δ 0.05—0.2 ， maxΔ d=0.1mm。
s k2 4
30
1电容式压力压差变送器
•设 测 量 膜 片 在 Δ p 作 用 下 的位移Δ d，Δ d=k1Δ p。