热能与动力工程测试技术---第六章压力测量

弹簧管的材料，一般在P<20MPa时采用磷铜；
P＞20MPa时，则采用不锈钢或合金钢。
使用压力表时，必须注意被测介质的化学性质。
例如，测量氨气压力必须采用不锈钢弹簧管；测量 氧气压力时，则严禁沾有油脂，以免着火甚至爆炸。
♣ 膜式压力计 膜片压力计
膜片压力计的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。 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。
测量范围：真空至6MPa。
膜盒压力计
常用于测量气体的微压或负压；
测压范围：0～±40kPa
♣ 波纹管式压差计
优点：灵敏高，可测较低压力
缺点：迟滞误差较大，精度一般只有1.5级 测量范围：0—0.4MPa
♣ 弹性压力计的误差分析
迟滞误差
原因：相同压力下，弹性元件正反行程的变形量
截面为非圆形（椭圆形或 扁圆形），并弯成圆弧状 的空心管子。
自由端 固定端

一端为封闭、一端为开口
2 2 2 Δ θ 1 -μ R a α = P ( 1 - 2) 2 θ E b h b β + k 0
h , k 弹簧壁厚及几何参数 k =
Rh a2

可测负压、微压、低压、中压和高压； 精度有0.5、1.0、1.5、2.5等。
Δp ρgh
提高工作液密度将增加
测量范围，但灵敏度要降低。
♣ 单管压力计
F 2 Δ pgρρ h 1 1 2 F 1
F ,ρ ρ 当F 1 2 1
Δp ρgh
♣ 斜管微压计
Δ pρ g l s i n α
♣ 液柱式压力计的测量误差及修正 环境温度变化
h h 1 α t 2 0 2 0 V
重力加速度变化
g 1 0 . 0 0 2 6 5 c o s 2 φ N g φ 1 2 HR /
毛细现象
采用酒精时 d3 m m m m 采用水银时 d8
其他误差，如：视线是否平齐
二、弹性测压仪表 弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形， 原理： 变形大小与被测压力成正比关系。
尺寸小，使用方便，但不敏感角小。
带导流套的总压管 不敏感偏流角较高，可达40°～45°
缺点是αp随Ma数的变化较明显；头部
尺寸较大，对气流流动有较大的影响。 多点总压管 能同时测出多点的总压， 但制造较复杂，对流场
干扰大。
边界层总压管
一般取 h=0.03～0.1mm
H=0.1～0.18mm。
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。
♣ 弹簧管压力计
分为：多圈及单圈弹簧管式压力表。 多圈压力表灵敏度高，常用于压力式温度计。 单圈弹簧管压力表可用于真空至1GPa的测量，
品种型号繁多，使用最广泛。
一般精度为1.0至4.0级，标准表可达0.25级。

第六章 压力测量
第一节 概述
所谓压力测量即压强测量。 测量方法分类：
● 平衡法
重力与压力平衡 弹性力与压力平衡 敏感元件将压力转化为电阻或电荷变化
代表：液柱式压力计、活塞式压力计
● 弹性法 ● 电气法
代表：弹簧管压力计、波纹管压力计 代表：压力式传感器，如：硅压阻式传感器
第二节 常规测压仪表和传感器
为减小测试误差，将测压孔做成矩形。 感受孔尺寸极小，应注意指示值的滞后现象
二、气流静压的测量 ♣壁面静压孔 要求 位置：要求开孔处有足够的直管段，管道内壁面 要光滑平整。
尺寸：开孔直径一般以0.5mm～1.0mm为宜。
深度为L，直径为d，一般取L/d≥3 其他：孔的轴线应和管道内壁面垂直，孔的边缘应 尖锐，无毛刺，无倒角，孔的壁面应光滑。
管接头要固定在管道壁上
♣静压管 L型（直角型）静压管 为减小误差，一般在 表面沿圆周方向等距离
开2～8个静压孔。
圆盘形静压管 对气流与其轴线的夹角极为敏感。
圆盘直径常取15～20mm。
带导流管的静压管 能改善一般静压管不敏感 偏流角小的问题。
形状复杂，加工困难
第四节 测压仪表的标定
一、静态标定
三、最高压力表
♣ 机械式最高压力表
指示压力值往往低于实际值，
常作为检测或比较测量用。
♣ 气电式最高压力表
精度比机械式高。
膜片9随气缸压力上升向上变形与传 感器电极7接触
四、典ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ压力传感器
♣ 石英晶体压电传感器
不能测量静态压力，主要测量 10～20kHz的脉动压力。 压电传感器产生的信号非常微弱， 输出阻抗很高，必须经过前置放大。 被测压力变化的频率太低， 环境温度和湿度的改变，都会改变 传感器的灵敏度，造成测量误差。
采用活塞式压力计 它的精度等级有0.02、 0.05和0.2级，可用来校准 0.25级精密压力表，也可校
准各种工业用压力表，被校
压力的最高值为60MPa。
二、动态标定 对比法
激波管动态标定法 通过激波产生一个阶跃信号，测得传感器的
输出曲线，求得频率响应特性。
本章小结

液柱式压力计 弹簧管压力计的测压原理 测压仪表的静态标定
一、液柱式测压仪表

通过液柱高度来反映被测压力的大小； 优点：结构简单，使用方便，有相当高的准确 度，在本专业中应用很广泛；

缺点：量程受液柱高度的限制，体积大，玻璃
管容易损坏及读数不方便。
♣ U形管压力计
Δ p ρ ρ g h ρ ρ g H 1 2 1
ρ ,ρ ρ 当 ρ 2 1 1
♣ 电容式差压传感器
C 1 C 2 p=Kc C 1 C 2
结构简单、耐振动冲击、
测量范围宽、可靠性强、 精度高。
第三节 气流压力测量 一、气流总压的测量 气流总压 = 气流静压 + 气流动压
要求管口无毛刺，壁面光洁；
管口轴线对准来流方向。 不敏感偏流角：使测量误差占
速度头1%的偏流角。

感受孔轴线与气流方向的偏角
p

范围越大，对测量越有利。
半圆形感受头的 的
p
p
最小，带导流套的总压管
最大。
p
此外， p 较小时，Ma影响小。 大，测量误差也大。
较大时，Ma
♣几种总压管 L形总压管 制造简单、安装和使用方 便，最常见，但 p 较小。 孔口加扩张角时，不敏感角 为25°～30° 圆柱形总压管
不一样，且元件变形落后于被测压力变化。
措施：用全弹性材料。
温度误差
原因：环境温度的变化引起材料弹性模量的变化。
措施：用恒弹性材料。
间隙和摩擦误差
原因：活动部件运动时相互间存在摩擦力； 活动部件之间有间隙，示值与弹性元件 的变形不能完全对应。 措施：采用新转换技术，减少或取消中间传动机构。 还可以采用无干摩擦的弹性支承或磁悬浮支承