压力、压差测量仪表

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二、单管压力计
原理和结构
p0
A0 h0 = Ah
P = P0 + ρg ( h + h0 )
p
P = P0 + ρgh
实质：仍是U型管压力计 优点：可减小读数误差
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h0 h0
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h
h
三、斜管压力计
原理和结构
P = P0 + ρgl sin α (1 +
1.35951×10 1.019716 ×10 1.033227 ×104
标准大气压 1.01325 1.01325 1.0332 7.6×102 /atm ×105 ×103 磅力/英寸2 6.8949×103 7.0307×10-2 7.0307×102 5.1715×10 6.8949×10 /(lbf/in2)
Δθ
1 − μ 2 R2 b2 α = (1 − 2 ) p 2 θ E bh a β +κ
对于单圈弹簧管，中心角变化量一般较小 要提高灵敏度，可采用多圈弹簧管，圈数一般为2.5~9 弹簧管位移量与中心角初始值和改变量的关系
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压力测量仪表的分类
类别 压力表型式 U形管 液柱式压力计 补偿式 自动 液柱式 弹簧管 膜片 膜盒 波纹管 负荷式压力计 活塞式 浮球式 电阻式 电气式压力计 （压力传感器） 电感式 电容式 压电式 振频式 霍尔式 测压范围 准确度等级 /kPa -10~10 0.2，0.5 -2.5~2.5 0.02，0.1 0.005~0.0 -102~102 1 -102~106 0.1~4.0 -102~103 1.5，2.5 -102~102 0~102 0~106 1.0~2.5 1.5，2.5 0.01~0.1 砝码负荷 电压、电流 输出信号 性能特点 液柱高度 实验室低、微压、负压测量 旋转刻度 用作微压基准仪器 用光、电信号自动跟踪液面，用作压力 自动计数 基准仪器 直接安装，就地测量或校验 位移、转角 用于腐蚀性、高粘度介质测量 或力 用于微压的测量与控制 用于生产过程低压的测控 结构简单、坚实，准确度极高。广泛用 作压力基准器
实质 是一种变形单管压力计 优点 可拉长液柱，减小相对的读数误差 用途 测量微小压力、负压和压力差 分析 角度越小，灵敏度越高 不能太小，否则读数困难，反而增 加读数误差 α 实验室一般要求： ≥ 15
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A ) A0
p0 p0
p
p
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3.3 弹性式压力检测仪表
结构
1－弹簧管； 3－扇形齿轮； 5－指针； 7－游丝； 9－接头 2－拉杆 4－中心齿轮； 6－面板； 8－调节螺钉；
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工作原理
将压力转换为位移 弹簧管椭圆截面受压时有变圆的趋势 弹簧管挺直，自由端移动 变形后中心角减小 中心角相对变化量与被测压力的关系
毫米水柱 /mmH2O 1.019716 ×10-1 1×104 1
7.5006×10-3 7.3557×102 7.3557×10-2 1 7.5006×10-1
9.678×10-1 1.4224×10 9.678×10-5 1.4224×10-3 1.316×10-3 1.934×10-2 9.869236 ×10-4 1 6.800462 ×10-2 1.450442 ×10-2 1.4696×10 1
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二、弹性元件
px
px px
px
px
px
单圈弹簧管； 多圈弹簧管；
平面膜；
波纹膜；
挠性膜；
波纹管
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1. 弹簧管
由法国人波登发明，又称为波登管 结构 是一根弯成270º圆弧的、具有椭圆形 （或扁圆形）截面的空心金属管子 工作原理 当被测介质从开口端进入并充满弹簧管的整 个内腔时，椭圆截面在被测压力p的作用下将 趋向圆形 由于弹簧管长度一定，使弹簧管随之产生向 外挺直的扩张变形，结果改变弹簧管的中心角，使其自由端产生位移 特点 结构简单，测量范围最高可达109 Pa 既可以直接带动传动机构就地显示，又可以接转换元件将信号远传 弹簧管有单圈和多圈之分，多圈弹簧灵敏度高
缺点
迟滞误差较大 准确度最高仅为1.5级 2008-11-2 20
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弹性元件的结构和性能指标
类别 名称 测量范围/MPa 动态性质 时间常数/s 自振频率/Hz 102~103
单圈弹簧管 弹簧管 多圈弹簧管 平面膜 波纹膜 挠性膜 波纹管
0~0.981
0~98.1 0~98.1 0~0.981 0~0.0981 0~0.981
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2. 误差分析（续）
（2）安装误差
应处于严格的铅垂位置 例如U型管倾斜5º时，安装误差约为0.38％
（3）重力加速度误差
当对压力测量要求较高时，应准确测出当地的重力加速度 使用地点改变时，也应及时进行修正
（4）传压介质误差 （5）读数误差
工作液的毛细作用而引起的 其大小与工作液的种类、工作液的温度和U型管内径等因素有关。 当管内径大于等于10mm时，U型管的单管读数的最大绝对误差一 般为1mm 是可以修正的系统误差
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压力的表示方式
绝对压力Pa 表压P 真空度或负压PV
p = pa − p0
pv = p0 − pa
p
pa
pv pa
p0
pa = 0
注意：以后所提压力，若无特殊说明，均指表压力
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二、压力检测的主要方法和分类
1. 液柱式压力检测仪表 原理
弹性式压力计
0~104 0.02，0.05 -102~104 1.0，1.5 0~105 0~104 0~104 0~104 0~104 0.2~1.5 0.05~0.5 0.1~1.0 0.05~0.5 0.5~1.5
结构简单，灵敏度高，测量范围广，频 率响应快，但受环境温度影响大 毫伏、毫安 环境要求低，信号处理灵活 伏、毫安 动态响应快，灵敏度高，易受干扰 伏 频率 毫伏 响应速度快，多用于测量脉动压力 性能稳定，准确度高 灵敏度高，易受外界干扰
一、U型管压力计
1.原理
P = P1 − P 2 = ρ g h
（1）可测差压或表压 （2）若提高U型管工作液的密度，则可扩 大仪表量程，但灵敏度降低，即在相同压 力的作用下，h值下降
2. 误差分析
（1）温度误差 刻度标尺长度变化，一般可忽略 工作液密度的变化，应进行适当修正 例如，当水从10℃变化到20℃时，其密度从999.8kg/m2 减 小到998.3 kg/m2，相对变化量为0.15％
种类
单波纹管 双波纹管
原理
波纹管在受到外力作用时，其膜面产生的机械位移量主要不是靠模面的弯曲形 变，而是靠波纹柱面的舒展或压屈来带动膜面中心作用点的移动。其位移x与作 用力F的关系为 2
x=F
优点
1− μ n 2 Eh0 A0 − α A1 + α 2 A2 + B0 h02 / RB
灵敏度高（特别是在低压区） 可直接带动传动机构，就地显示
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2. 膜片
结构：膜片是一种沿外缘固定的片状测压弹性元件 原理：用中心的位移和被测压力的关系来表征 种类
平面膜片
可以承受较大被测压力 变形量较小，灵敏度不高 一般在测量较大的压力而且要求变形不很大时使用 是一种压有环状同心波纹的圆形薄膜 其波纹的数目、形状、尺寸和分布均与压力测量范围有关 其测压灵敏度较高，常用在小量程的压力测量中 一般不单独作为弹性元件使用，而是与线性较好的弹簧相连，起压力隔离作用 主要是在较低压力测量时使用
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3.2 液柱式压力计
原理
液体静力学原理
工作液
一般采用水银或水
应用 优点 缺点
常用于实验室或科学研究的低压、负压或压力差的测量 结构简单、使用方便、准确度较高 量程受液柱高低的限制 玻璃管易损坏 只能就地指示，不能远传
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10~102 10-5~10-2 10-2~10-1 10-2~1 10-2~10-1 10~104 10~102 1~102 10~102
膜片 波纹管
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三、单圈弹簧管压力计
特点
结构简单，使用方便，价格低廉 测压范围宽，为-105~109 Pa 准确度最高可达0.1级
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缺点
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一、工作原理
x = A C P
弹性元件的有效面积A和刚度系数C与弹性元件 的性能、加工过程和热处理等有较大关系 当位移量较小时，它们可视为常数，压力与位 移成线性关系；否则，不为常数，应分段线性化 或进行修正；使用时还应注意温度对其的影响 比值的大小决定了弹性元件的压力测量范围， 比值越大，可测压力越大
流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度来实现 测量的
分类
U型管压力计 单管压力计 斜管微压计 补偿微压计 自动液柱式压力计等
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2. 弹性式压力检测仪表
原理
根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位 移来实现测量的