第五章 压力测量
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河北工业大学 测量第五章 压力测量作业
第五章压力测量5－1 试述压力的定义。
何谓大气压力，绝对压力，表压力。
负压力和真空度？5-2一个密闭的容器在海口市抽成真空度为30kPa，将其安全运抵吉林市后，这时真空值是否有变化？为什么？5-3判断下述几种测压仪表中哪种在测压时间其示值不受重力加速度的影响：（1）U形管、单管、斜管式液体压力计（2）弹簧管压力计（3）波纹管压差计（4）活塞式压力计（5）电容及压力计（6）压差式压力计5-4试分析影响液柱压力计测量准确度和灵敏度的主要因素有哪些？5-5有一容器用工作液为水银的U形管压力计测得压力如图7-1所示，水银柱高度h=200mm,已知大气压力为101325Pa,求容器内的绝对压力和表压力（水银在20C时的密度为135453/kg m）5-6用充注水银的U形管压力计测量某容器中的气体压力，在水银柱上加注一段水柱，水柱高1500h m m=，水银柱高2800h m m=，如图7-2所示，求容器内气体的压力（水在20C 时的密度为998.23/kg m）5-7 U形管压力计两肘管的内径分别为16d m m=、26.5d m m=，管内工作液为水，被测压力作用于较细肘管，使水柱从零位下降195mm.如果以该值的2倍作为被测压力值，使确定由没有读取较粗肘管的水柱从零位的升高值所造成的测量误差。
5-8 用单管压力计测量某压力，当工作液是密度31810/kg m ρ=的染色酒精时，其示值1 3.9h mm =，如果改用工作液密度32850/kg m ρ=的酒精，问此时的示值为多少？5-9 单管压力计的宽容器内径D=50mm,肘管的内径d=5mm,试计算：（1）未考虑宽容器液面变化所产生的误差；（2）为了使该误差不超过0.25％，设肘管的内径不变，问宽容器的内径应为多少？。
压力测量
双波纹管差压表就是一种机械位移 变换就地显示压差的波纹管压力计， 它主要作为流量和水位等测量的中 间变换或显示仪表。由于波纹管在 轴向容易变形，所以灵敏度较高， 在测量低压时它比弹簧管和膜片灵 敏得多。其缺点是迟滞值太大
3．波纹管压力计 ． 双波纹管差压表就是一 种机械位移变换就地显 示压差的波纹管压力计， 它主要作为流量和水位 等测量的中间变换或显 示仪表。由于波纹管在 轴向容易变形，所以灵 敏度较高，在测量低压 时它比弹簧管和膜片灵 敏得多。其缺点是迟滞 值太大
由于 D>>d，所以 P =ρgh2 ，
特点和要求
• “零”位刻度在刻度标尺的下端也可以 在上端； • 液柱高度只须一次读数； • 使用前须调好零点，使用时要检查是否 垂直安装； • 单管压力计的玻璃管直径，一般选用3-5 毫米。
（3）斜管微压计 ）
倾斜管压力计就是将单管压力计的玻璃管倾斜放置。 由于h1读数标尺连同单管一起被倾斜放置，使刻度标尺的分 度间距离得以放大，这样就可以测量到十分之一毫米水柱的微 压。 有时又把倾斜管压力计，叫做微压力计。 主要用于测量微小压力、负压和压差，它将单管液柱压力计的 测量管倾斜放置，这样可以提高灵敏度，减少读数相对误差。
压力单 位 1帕 千克力/ 厘米2 1毫米水 柱 毫米汞 柱 毫巴 标准大 气压
帕 1 9.806 ×104 9.806 133.3 100 10.13 ×104
千克力/ 厘米2 1.02×1 0-5 1 10-4 13.6×1 0-4 0.102× 10-2 1.033
毫米水 柱 0.102 104 1 13.6 10.2 1.033 ×104
10-2~1
1~100
px
（续）
类 名 别 称 波 纹 波 纹 管 管 式 单 圈 弹 弹 簧 簧 管 管 多 式 圈 弹 簧 管 压力测量范围 示意图 最小 最大 输出特性 动态性质 时间常数/s 自振频率/Hz
压力测量的原理方法及实践
压力测量的原理方法及实践压力是人们日常生活和工作中普遍存在的一种心理状态，对人的身心健康有着重要的影响。
为了准确了解和评估个体的压力水平，科学家们开发了多种原理方法和实践措施。
本文将从压力测量的原理、方法和实践三个方面进行详细阐述。
首先，压力测量的原理主要涉及两个方面，即生理学指标测量和心理学问卷评估。
生理学指标测量是通过测量人的生理反应来判断压力水平的高低。
常用的生理学指标包括血压、心率、皮肤电阻、皮肤温度和唾液中的皮质醇等。
这些指标可以反映出人们在面对压力时自主神经系统和内分泌系统的变化，进而推断人们在心理上的压力情况。
另一方面，心理学问卷评估是通过让被试填写一系列针对压力的问题，来了解他们在心理上的压力感受和应对方式。
这种评估方法主要依赖于受试者主观意识的表达，通过分析问卷的结果可以揭示出潜在的心理压力情况。
其次，压力测量的方法可以根据测量目的和需要选择合适的工具。
以下是常用的压力测量方法：1.生理学指标测量：通过使用生物传感器等设备来测量人的生理反应指标。
例如，使用心电图可以获得心率和心律的信息；使用血压计可以测量血压的变化等。
这些设备可以实时地获取数据，并对其进行分析和解读。
2. 心理学问卷评估：通过使用经过验证的心理量表和问卷来评估个体的压力水平。
例如，斯特雷斯量表（Perceived Stress Scale，PSS）和波尔福压力问卷（Perceived Stress Questionnaire，PSQ）等常用的测量工具可以帮助了解个体对于压力的感受和认知。
3.自我报告：个体主动描述自己在面对压力时的感受和体验。
这种方法可以结合心理学问卷评估和面谈等形式，深入了解个体的压力感受及其应对方式。
最后，压力测量的实践需要充分考虑测量者的隐私、合法性和可靠性。
以下是一些注意事项：1.保障测量者的隐私权：在进行压力测量时，需要保护被试者的隐私权，确保其个人信息不被泄露。
2.知情同意：在进行压力测量前，要向被试者详细介绍测量的目的、方法和可能的影响，并获得其明确的知情同意。
5压力和速度测量详解
弹 性 式 压 力 表 结 构 和 特 点
5.1 压力检测
弹簧管式压力表结构及特点： 结构简单，使用方便， 价格便宜，使用范围广泛 ，测量范围宽 可以测量负压 、微压， 低压、中压和高压 是目前工业上用得最多 的测压仪表 测量精度最高可以达到 0.15级。
5.1 压力检测
注意： 合理选择量程。 不超过35oC使用，否则要校正。 压力表指针平稳后，才能读数 定期校验。
1.0 × 10-4 7.0307 × 10-2 1.0332
1.0
7.3556 × 10-2 51.715 7.60 × 102
13.59
1.0 7.0307 × 102 1.0332 × 104
1.934 × 10-2
1.422 × 10-3 1.0 14.696
1.316 × 10-3
9.678 × 10-5 6.805 × 10-2 1.0
5.1 压力检测
C)、物性测量式：基于在压力作用下测压元件
的某些物理特性发生变化的原理，如电阻、电
荷量等的变化
a、压电式压力传感器 b、压阻式压力传感器 c、电容式压力传感器
5.1 压力检测
a、压电式压力传感器
压电效应：一些电介质材料在一定方向上受到外力作 用时，其表面会出现正电荷和负电荷。当外力去掉后 ，它们又重新回到不带电状态。能产生压电效应的材 料称为压电材料。Q = KF，K为压电系数。
法码 砝码盘 活塞 活塞缸
被校压力表 油杯
手轮
压力校验设备
油
加压泵
5.1 压力检测
B)、弹性力平衡法：利用各种形式的弹性元件，在 被测介质的表压力或负压力作用下产生的弹性形 变来反映被测压力的大小
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，以便显示压力的 大小。
第5章 压力测量
31 32
活塞式压力计
o 优点
n 精度较高 n 测量范围宽 n 0~700kgf/cm2
o 可以作为标准计量器具 o 缺点
n 动态性能差 n 测量结果难以转成电量
33
34
仪表量程选用安全事项
o 最大工作压力-保证安全性
n 压力较稳定时，不超过 仪表量程的3/4 n 压力波动较大时，不超 过仪表量程的 2/3
3
4
压力测量方法
o 平衡法
n 使用重力平衡压力，测量重力，推算压力
平衡法
o 液柱产生重力－主要方式
n U型管压力计 n 单管压力计 n 斜管式微压计
o 变形法
n 在压力作用之下弹性元件发生变形，测量 变形 量，推算压力
o 固体产生重力－标准仪器
n 活塞式压力计
o 电气法
n 在压力作用之下材料的 某种电性质发生变化， 测量该电量，推算压力
n 约等于一个大气压（1.013e+5 Pa) n “贮气罐中还有5个压力” 、“自来水压 头是5公斤”
o o o o
mH2O，9810 Pa≈0.01MPa=0.1公斤 mmH2O，9.81 Pa mmHg， 133 Pa PSI，6894.76 Pa (pounds per square inch)
压阻式压力传感器示意图
o 核心部件－圆形单晶硅膜片
n 布置4个扩散电阻 ，形成电桥
o 特点
n 体积小、结构简 单、灵敏度高、可测微压。灵敏系数 是 金属应变片的50~100倍 n 动态响应好 n 温度稳定性较差
o 结构－相对封闭两个腔 o 分别接测量和参考端
n 压力差形成单晶硅膜片 变形 n 阻值发生变化，电桥失去平衡 n 测量输出电压
活塞式压力计
o 优点
n 精度较高 n 测量范围宽 n 0~700kgf/cm2
o 可以作为标准计量器具 o 缺点
n 动态性能差 n 测量结果难以转成电量
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仪表量程选用安全事项
o 最大工作压力-保证安全性
n 压力较稳定时，不超过 仪表量程的3/4 n 压力波动较大时，不超 过仪表量程的 2/3
3
4
压力测量方法
o 平衡法
n 使用重力平衡压力，测量重力，推算压力
平衡法
o 液柱产生重力－主要方式
n U型管压力计 n 单管压力计 n 斜管式微压计
o 变形法
n 在压力作用之下弹性元件发生变形，测量 变形 量，推算压力
o 固体产生重力－标准仪器
n 活塞式压力计
o 电气法
n 在压力作用之下材料的 某种电性质发生变化， 测量该电量，推算压力
n 约等于一个大气压（1.013e+5 Pa) n “贮气罐中还有5个压力” 、“自来水压 头是5公斤”
o o o o
mH2O，9810 Pa≈0.01MPa=0.1公斤 mmH2O，9.81 Pa mmHg， 133 Pa PSI，6894.76 Pa (pounds per square inch)
压阻式压力传感器示意图
o 核心部件－圆形单晶硅膜片
n 布置4个扩散电阻 ，形成电桥
o 特点
n 体积小、结构简 单、灵敏度高、可测微压。灵敏系数 是 金属应变片的50~100倍 n 动态响应好 n 温度稳定性较差
o 结构－相对封闭两个腔 o 分别接测量和参考端
n 压力差形成单晶硅膜片 变形 n 阻值发生变化，电桥失去平衡 n 测量输出电压
压力的测量PPT学习教案
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（一）应变片的结构与材料
由敏感栅1、基底2、盖片3、引线4和粘结剂等组 成。这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。 因此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。
43
b
l
栅宽
1
2
栅 长
电阻应变片结构示意图
（ 1） 敏 感 栅
由 金 属 细 丝 绕 成 栅 形 。 电 阻 应 变 片 的 电 阻 值 为 60Ω 、
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1
2
4
r1
I1 U1
r2a
E2a L2a
L1
r2b
E2b
L2b
T1
u01
U0
u02
3
A
R VD1
R C VD2
VD4 D R
VD3 R
B
u u R1
R2
T2
uR
图8.3 二极管相敏检波电路图
二极管全波相敏检波电路
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M
u RL
L
O
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30
外部检测压力P由接 头送入膜盒，在无压 力时，膜盒处于初始 状态，输出电压为零 。当P加入时，膜盒 产生位移变形，带动 衔铁在差动变压器线 圈中移动，产生正比 于压力的电压。
吊秤
机械秤包装机
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(二 ) 应变 片原理
1、应变效应
当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值
将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。
设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为ρ的金属
丝，其电阻R为
两边取对数，得
R l
S
压力的测量和真空技术ppt课件
范围：600mmHg – 800mmHg , 温度：-10 oC – 40 oC 。最小 分度： 0.5 mmHg，误差 小于等于 1.5 mmHg。 特点：体积小，重量轻，不要固定，要水平放置，精度差。
例2：仪器校正值 0.7 mmHg，温度校正 –0.05mmHg (每升温1 oC )，读数 760mmHg，室温 30 oC，求校正后的值。 <762.2mmHg>
温度校正：T的变化致使Hg和黄铜变化的长度不同，当大 于0 oC时，“读数- 校正值”, 当小于0 oC时，“读数+校正 值”
po = (1+t)p/(1+t) = [1+ (-)/(1+t)]p
p为气压计读数；t 为测量温度(oC)；0 oC- 35 oC时，为Hg 的平均体膨胀系数 1.81810-4 K-1，为黄铜线膨胀系数 1.8410-5 K-1，po为校正到0 oC时的大气压值。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
2.习惯表示： (1)绝对压力 P <实际压力，总压力> (2)相对压力 p = P – Po < 与大气压力Po相比较的压力> (3)正压力 P > Po (4)负压力 P < Po <又称真空，其绝对值称为真空度> (5)差压力 P1- P2 <任意压力P1和P2比较的差值>
U型管压差计 真空表 较高或高真空：
真空规：绝对真空规 麦氏真空规 相对真空规 热偶真空规 电离真空规
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
例2：仪器校正值 0.7 mmHg，温度校正 –0.05mmHg (每升温1 oC )，读数 760mmHg，室温 30 oC，求校正后的值。 <762.2mmHg>
温度校正：T的变化致使Hg和黄铜变化的长度不同，当大 于0 oC时，“读数- 校正值”, 当小于0 oC时，“读数+校正 值”
po = (1+t)p/(1+t) = [1+ (-)/(1+t)]p
p为气压计读数；t 为测量温度(oC)；0 oC- 35 oC时，为Hg 的平均体膨胀系数 1.81810-4 K-1，为黄铜线膨胀系数 1.8410-5 K-1，po为校正到0 oC时的大气压值。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
2.习惯表示： (1)绝对压力 P <实际压力，总压力> (2)相对压力 p = P – Po < 与大气压力Po相比较的压力> (3)正压力 P > Po (4)负压力 P < Po <又称真空，其绝对值称为真空度> (5)差压力 P1- P2 <任意压力P1和P2比较的差值>
U型管压差计 真空表 较高或高真空：
真空规：绝对真空规 麦氏真空规 相对真空规 热偶真空规 电离真空规
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
建筑环境测试技术
2、转换和处理部分 根据感受部分和显示部分的需要，将感受元件 输出的信号转换成显示部分易于接收的信号。 对不同的测量系统，转换和处理一般有两种形 式： （1）非电量的转换：弹簧管压力计的测量。 （2）电量的转换与处理：热电阻配动圈仪表测 量温度。
计算机测量系统框图
如电阻器电阻温度系数的测量，已知电阻器阻 值Rt与温度t满足关系
Rt R20 (t 20) (t 20)2
可通过联立方程组求解温度系数。
2、按测量方式分类
1）偏差式测量法
在测量过程中，用仪器仪表指针的位移（偏差） 表示被测量大小的方法，称为偏差式测量法。由于 是从仪表刻度上直接读取被测量，包括大小和单位， 因此这种方法也叫直读法。
实验研究历来是科学研究的重要手段之一，也 是一种最基本的研究手段，即使在计算机仿真计 算盛行的今天仍不失其重要性。实验研究必然离 不开对被研究对象特性参数的测量。
在科学技术领域，许多新的发现和发明往往是 以测量技术的发展为基础；在生产活动中，新的 工艺和设备的产生也依赖于测量技术的发展水平； 可靠的测量技术对于生产过程自动化、设备的安 全及经济运行都是必不可少的先决条件。
一般来说，为了测量某一被测量的值，根据 测量的精度要求，将若干测量设备（包括测量仪 表、装置、元件及辅助设备等）按照一定的方式 连接起来，这种连接组合即构成了一种测量系统。
测量系统都是为一定的测量目的与要求而设 计的。因此，测量的目的与要求不同，所使用的 仪表也会有悬殊的差别。
就测量过程中测量系统各部分不同的作用看， 一般测量系统都可由四个部分组成。
第二节 测量仪表
一、测量仪表的类型 二、测量仪表的组成 三、测量仪表的主要性能指标
第二节 测量仪表
一、测量仪表的类型 1、模拟式测量仪表 对连续变化的被测物理量（模拟量）直接进行 连续测量、显示或记录的仪表。 2、数字式仪表 将被测的模拟量首先转化成数字量再对数字量 进行测量的仪表。
第五章__压力测量
面便会产生高度差。根据液体静力学
原理可知: Δp=p1-p2=ρgh Nhomakorabea式中ρ为U形管内液体的密度。 当P2=B时，P1=B+ρgh 被测压力的大小。 h反映了
第五章 压力测量
二、单管压力计
由于U形管压力计需两次读取液面
高度，为使用方便，设计出一次 读取液面高度的单管压力计。 因 则
4 d 2 h2
第五章 压力测量 第五节 压力检测仪表的选择与校验
一、压力检测仪表的选择 1. 仪表量程的选择
被测压力较稳定：最大工作压力不应超过仪表满量程的3/4；
被测压力波动较大或测脉动压力：最大工作压力不应超过
仪表满量程的2/3；
为保证测量准确度：最小工作压力不应低于满量程的1/3； 优先满足最大工作压力条件。
活塞式：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。
第五章 压力测量 第二节 液柱式压力计
利用液柱对液柱底面产生的静压力与被测压力相平衡的原理， 通过液柱高度来反映被测压力的大小。
采用水银或水为工作液，用U形管或单管进行测量，常用于低
压、负压或压力差的检测。 被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、风道各段压力、通 风空调系统各段压力的测量。 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。
第五章 压力测量
结构简单，使用方便，价格低廉，使用范围广，
测量范围宽;
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。
第五章 压力测量 第四节 电气式压力计
课件：第05章 压力测量1
• 弹性压力计的组成环节
① 弹性元件，感受压力并产生弹性变形，弹性元件采用 何种形式要根据测量要求选择和设计；
② 变换放大机构，将弹性元件的变形进行变换和放大； ③ 指示机构，(如指针与刻度标尺)用于给出压力示值； ④ 调整机构，用于调整零点和量程。
弹性元件
• 同样的压力下，不同结构、不同材料的弹性元件会产生不 同的弹性变形。常用的弹性元件有弹簧管、波纹管、薄膜 等。
• 使用范围：
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的1/2； 被测压力波动小，仪表示值可在量程的2/3，但被测压力
值一般不应低于量程的1/3。
精密压力表 YB-150B (0－1.6 MPa) 精密微压表 YB-150B (0－0.06 MPa)
精密压力真空表 YB-150B (-0.1－0.5MPa) 精密真空表 YB-150B (-0.1－0MPa)
2、膜式压力计
• 膜式压力计的分类
– 膜片压力计：测量腐蚀性介质或非凝固、非结 晶的粘性介质的压力；
– 膜盒压力计：测量气体的微压和负压。
膜片的分类
• 膜片可分为弹性膜片和挠性膜片两种。 • 弹性膜片
– 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；
– 其挠度与压力的关系主要由波纹的形状、数目、深度 和膜片的厚度、直径决定，而边缘部分的波纹情况则 基本上决定了膜片的特性，中部波纹的影响很小。
5、弹性元件的结构和特性
类名 别称
平 薄 膜
薄波 膜纹 式膜
挠 性 膜
示意图
压力测量范围 kPa
最小 最大
输出特性
动态性质
时间 常数
/sLeabharlann 自振 频率 /Hz0～ 0～
① 弹性元件，感受压力并产生弹性变形，弹性元件采用 何种形式要根据测量要求选择和设计；
② 变换放大机构，将弹性元件的变形进行变换和放大； ③ 指示机构，(如指针与刻度标尺)用于给出压力示值； ④ 调整机构，用于调整零点和量程。
弹性元件
• 同样的压力下，不同结构、不同材料的弹性元件会产生不 同的弹性变形。常用的弹性元件有弹簧管、波纹管、薄膜 等。
• 使用范围：
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的1/2； 被测压力波动小，仪表示值可在量程的2/3，但被测压力
值一般不应低于量程的1/3。
精密压力表 YB-150B (0－1.6 MPa) 精密微压表 YB-150B (0－0.06 MPa)
精密压力真空表 YB-150B (-0.1－0.5MPa) 精密真空表 YB-150B (-0.1－0MPa)
2、膜式压力计
• 膜式压力计的分类
– 膜片压力计：测量腐蚀性介质或非凝固、非结 晶的粘性介质的压力；
– 膜盒压力计：测量气体的微压和负压。
膜片的分类
• 膜片可分为弹性膜片和挠性膜片两种。 • 弹性膜片
– 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；
– 其挠度与压力的关系主要由波纹的形状、数目、深度 和膜片的厚度、直径决定，而边缘部分的波纹情况则 基本上决定了膜片的特性，中部波纹的影响很小。
5、弹性元件的结构和特性
类名 别称
平 薄 膜
薄波 膜纹 式膜
挠 性 膜
示意图
压力测量范围 kPa
最小 最大
输出特性
动态性质
时间 常数
/sLeabharlann 自振 频率 /Hz0～ 0～
压力测量
金属膜片压力传感器原理
工作原理：过程膜片感受压力变 化，通过硅油传导给测量膜片， 膜片上压阻元件将压力变化转化 为阻值变化
金属膜片差压传感器原理
陶瓷膜片压力传感器原理
隔膜密封系统
生产过程中压力测量常见如下问题： 介质温度高于常规变送器最高使用温度； 含固介质或高粘度介质可能会堵塞导压管； 高腐蚀性介质导致变送器经常损坏； 安装使用的需要（如卫生型产品）； 过程需要方便的清洗，避免上一批物料污染下一批 物料（如药厂） 介质可能会结冰或固化在变送器或导压管内 过程中有很大的温度变化
dr dl r l
式中, μ为电阻丝材料的泊松比， 负号表示应变方向相反。 把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数。 其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量，其表达
式为
A r
2
dR dl dA d R l A
d dR dR R R K 1 2 dl l
弹性式压力计是根据弹性元件受力后发生 弹性形变的原理来测量压力的。 当弹性元件在其轴向受到外力作用时，就 会产生拉伸或压缩位移，即： F 轴向外力 F CX
C 弹性元件的刚度系数 X 位移 Ae 弹性元件受压的有效面 积
F Ae p Ae X p C C C
不可以是 圆形的吗？
单圈弹簧管
当管内通入被测压力P时， 椭圆形截面就将趋向圆形， 其自由端就有一个小的位 移，使金属管的中心角有 一个变化量。
1 2 R 2 b2 P 1 2 bh a 2
, 弹簧管材料的泊松系数 和弹性模数
为了保证测量精度，通常弹性元件的位移很 小，使之工作在弹性特性的线性范围内，从而 可近似认为C是常数，使弹性元件的位移与被测 压力成正比。
第5章 压力检测仪表.
膜片压力表的工作原理与膜盒压力表相近，测量准确 度也差不多，但膜片压力表的可测压力范围较宽，最高可 达2.5MPa。另外，作为弹性元件的膜片常常和其他转换 元件一起使用构成电远传式压力仪表
金属膜片
膜盒压力表
膜片压力表
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四、电远传式压力检测仪表
电远传式压力仪表也是利用弹性元件作为敏 感元件，但在仪表中增加了转换元件（或 装置）和转换电路能将弹性元件的位移转 换为电信号输出，实现信号的远传。
高压侧进气 口
电容式差压变送器
内部不锈钢膜片的位置
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各种电容式差压变送器外形
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各种电容式差压变送器外形（续）
法兰
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各种电容式压力变送器外形（续）
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电容式差压变送器
电容式压力/差压变送器
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PH
PL
动画演示
电容式差压传感器结构
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其它电远传式压力检测仪表
霍尔压力传感器 它主要由弹簧管、霍尔元件和磁极组成
电感式压力传感器 在电感式压力传感器中，首先用弹性元件将被测
压力转换成弹性元件的位移，再用电学的方法将
位移转换成自感或互感系数的变化，最后由测量
电路转换成与被测压力成正比的电流或电压输出.
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谐振式压力传感器 谐振式压力传感器是依靠被测压力改变弹性 元件或与弹性元件相连的振动元件的谐振频率， 经过适当的电路输出脉冲频率信号或电流（电压） 信号 ，根据谐振原理的不同，谐振式压力传感器 有振弦式、振膜式及振筒式几种。
10.00
14.22
0.9807
1.0133×105 1.3332×102
1.0332 1.3595×103
压力测量方法
压力测量方法压力是指单位面积上的力，是描述物体受力情况的重要物理量。
在工程领域中，对各种设备和工艺过程中的压力进行准确测量，对于保障设备安全运行和产品质量具有重要意义。
因此，压力测量方法的选择和应用显得尤为重要。
一、压力测量方法的分类。
根据测量原理和测量介质的不同，压力测量方法可以分为直接测量和间接测量两大类。
1. 直接测量。
直接测量是指通过直接将被测介质的压力传递到压力测量元件上，再将压力信号转换成标准信号进行测量的方法。
直接测量方法简单直观，测量精度高，适用于对压力测量精度要求较高的场合。
2. 间接测量。
间接测量是指通过介质的某些特性参数，如位移、变形、流速等间接反映压力大小的方法。
间接测量方法适用范围广，操作简便，但其测量精度受到测量参数的影响，需要进行修正和补偿。
二、常见的压力测量方法。
1. 应变式压力传感器。
应变式压力传感器是利用被测物体受力时发生的应变来测量压力的一种传感器。
通过将应变片粘贴在受力部位，当受力部位发生应变时，应变片产生电阻值的变化，再通过电桥等电路将应变信号转换成标准信号进行测量。
2. 振动式压力传感器。
振动式压力传感器是利用受压振动系统的固有频率与受力大小成正比的原理来测量压力的一种传感器。
当受压振动系统发生频率变化时，通过频率-电压转换器将振动信号转换成标准信号进行测量。
3. 液体柱式压力计。
液体柱式压力计是利用液体在重力作用下的静压原理来测量压力的一种传感器。
通过测量液体柱的高度或液体柱受力部位的位移来间接反映压力大小。
4. 压电式压力传感器。
压电式压力传感器是利用压电效应来测量压力的一种传感器。
当压电晶体受到外力作用时，会产生电荷，通过测量电荷的大小来间接反映压力大小。
三、压力测量方法的选择。
在选择压力测量方法时，需要根据被测介质的特性、测量精度要求、环境条件等因素进行综合考虑。
对于高精度、高可靠性要求的场合，应当选择直接测量方法；对于操作简便、适用范围广的场合，可以选择间接测量方法。
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道水平中心线以下45º 角范围，以防止积气造成气塞。
（4）取压口处在管道阀门、挡板前后时，其与阀门、挡板的 距离应大于2～3倍的D（D为管道直径）。
导压信号管路 （1）为了不致因阻力过大而产生测量迟延，导压信号管路的内 径一般为6～10mm，长度不得超过50m。为防止高温介质在 温度很高时进入仪表，导压管也不能过短，如介质为蒸汽 时一般导压管应长于3m。 （2）导压管路水平敷设时，要保持1:10～1:20的倾斜度。当 被测介质为液体时，从导压管向仪表方向向下倾斜；介质 为气体时，则向上倾斜。 （3）当导压信号管路较长并需要通过露天或热源附近时，还应 在管道表面敷设保温层，以防管道内介质汽化或冻结。在 取压口与仪表之间要装切断阀，以备仪表检修时使用，切 断阀应靠近取压口。 （4）根据被测介质情况，在导压信号管路上要加装附件，如加 装集液器、集气器以排除积液或积气；加装隔离器，使仪 表与腐蚀性介质隔离；加装凝液器，防止高温蒸汽介质对 仪表的损坏等。
压力检测系统的安装
1．取压口的位置 （1）选在被测介质直线流动的管段上，不要选在管道拐弯、 分岔、死角及流束形成涡流的地方。 （2）开孔的轴线应垂直设备的壁面，其内端面与设备内壁平
齐，不应有毛刺或突出物。
（3）流体为气体时，取压口应在管道水平中心线以上，以防 止凝结液体造成水塞；流体为蒸汽或液体时，取压口应在管
第 5章
压力检测及仪表
2. 压力的表示方法
pa1
p1 p2 pb pa2
大气压力线
绝对压力零线
一、 U形管压力计
1.结构与工作原理
它的结构组成有三部分 ：U形的玻璃管、标尺及管 内的工作液体(称为封液)。 U形管的两个平行的直管又 称为肘管。精密的U形管压 力计尚有游标对线装置、水 准器、铅锤等。
1.单圈弹簧管压力表的结构及工作原理
由弹簧管、传动机构、游丝、指针、表盘等组成。
2.多圈(螺旋形)弹簧管压力表
单圈弹簧管的自由端位移一般不大，多适用于指示型压力 表。如要实现记录指示，则需要有较大的弹性位移和较大的 转动力矩，这就要使用多圈弹簧管。 在一定的压力范围内，多圈弹簧管自由端输出的角位移 与被测压力是线性关系。在测量状态下记录纸是随时间匀速 运动的，记录笔下的曲线代表压力随时间的变化。
单圈弹簧管压力表内部结构
压力表校验台
就地压力表
除氧器压力电接点压力表
电接点压力表 l、4一静触点；2一动触点；3一绿灯；5—红灯
四、双波纹管差压计
双波纹管差压计在火力发电厂中主要用于流量和水位测量指 示记录的二次仪表。如果用于流量测量，差压计往往还带有积算 装置。测量的差压值上限可达 0.4MPa，耐工作压力上限可达 40MPa，精确度可达1.0～1.5级。 双波纹管差压计主要由测量机构、传动机构、记录机构以及机 械积算装置等部分组成。
（a）弹性迟滞；
（b）弹性后效；
（c）弹性滞环
(4)输出- 输入特性 目前只是通过实验和理论相结合 的方法，得出弹性元件的输出—输入关系。
对于膜片和膜盒，其输出-输入关系一般是非线性的。实用的 平面膜片位移不超过0.1mm时，可以使输出-输入的关系达到较好 的线性程度，即
l kp
E 2 2 p 4 [a l b(l ) ] R
膜盒结构示意图
弹簧管结构示意图 (a)单圈弹簧管；(b)盘旋形弹簧 (c)螺旋形弹簧管；(d)组合弹簧管
波纹管(筒)结构示意图 (a)波纹筒结构示意； (b)与弹簧组合使用的波纹筒
膜
盒
波纹管
弹簧管截面形状
多圈弹簧管
2.弹性元件的特性
(1)蠕变和疲劳形变 弹性元件经过长时间的负荷作用 ，当负荷取消后，不能恢复原来的形态，这种特性称为弹 性元件的蠕变。 (2)弹性迟滞 弹性元件在弹性范围内加负荷与减负荷 时其弹性形变输出特性曲线不重合，这种特性称为弹性迟 滞。 (3)弹性后效 当加在弹性元件上的负荷停止变化或被 取消时，弹性元件的形变并不是立即就完成，而是要经过 一定的时间才完成相应的形变，这种特性称为弹性后效。
压力表的安装 （1）压力表尽可能安装在温度为 0～40℃，相对湿度小 于80％，振动小，灰尘少，没有腐蚀性物质的地方 。对电气压力表还要求安装在磁干扰小的地方。 （2）压力表必须垂直于水平面安装，所在地光线要充足 或具有良好的照明。 （3）测量特殊介质时，要考虑必要的防护措施。 （a） 测量高于60℃以上的介质的压力时，压力表之前 要加装U形管或环形盘管等形式的冷凝器，使其存储 一部分冷凝介质，以免启动仪表时高温介质直接进 入仪表。 （b） 测量腐蚀性介质的压力时，除选择具有防腐性能 的压力表外，还可以装置隔离容器，用隔离容器中 的隔离液将被测介质与测压元件隔离开来。 （c） 测量波动剧烈和频繁的压力时，应在压力表前装 设针形阀、缓冲器，必要时还应装设阻尼器。
对于波纹膜片，其弹性位移与被测压力关系为
对于弹簧管，经过精心设计制造加工后，在一定压力范围 内，其输出-输出关系一般为线性。对于截面是扁圆结构的弹簧 管，其自由端弹性位移与被测压力的关系为
l
R[( sin ) 2 (1 cos ) 2 ]0.5
1 2 R2 b2 p (1 2 ) C1 p 2 E b a x
2．压力表量程的选择 测量稳定压力时，最大被测工作压力不超过压力表量程的 2/3； 测量脉动压力时，最大被测工作压力不超过压力表量程的 1/2； 测量高压时，最大被测工作压力不超过压力表量程的 3/5。
被测压力的最小值应不低于压力表量程的 1/3。 按此要求算出仪表量程后，实取稍大的相邻系列值。 我国压力（差压）仪表测量范围的标准系列值： （1 ，1.6，2.5，4， 6）×10 n kPa（n=0，正、负整数） 3．压力表精度的选择 以实用、经济为原则。 就地指示用弹性压力表，选用1.0、1.6或2.5级； 压力变送器类精度为0.2～0.5级。
1151差压变送器
1151差压变送器
3051 C型差压变送器
二、扩散硅压力(差压)变送器
传感器课程将会详细讲解该部分内容
扩散硅式压力（差压）变送器的组成
扩散硅差压变送器组成框图
ST3000差压变送器
ST3000系统接线示意图
压力表的选择和安装
1．压力表种类和型号的选择 （1）从工艺要求来考虑：需要观察压力的变化情况时选用 记录式压力表，如波纹管压力表；需远距离传送压力信号时可选 用压力变送器；需报警或位式调节，可选用电接点压力表等。 （2）从被测介质性质来考虑：对一般腐蚀性介质，应选用耐 酸压力表；具有强腐蚀性、含固体颗粒、粘稠液等介质，应选用 膜片压力表，其膜片的材质，必须根据测量介质的特性选择；对 氧气、氢气、乙炔等特殊的介质，应选用专用压力表。 （3）从使用环境来考虑：对易燃、易爆的场合，使用电气压 力表时，应选择防爆型压力表；在机械振动较强的场合，应选用 耐振压力表等；在大气腐蚀性较强、粉尘较多和易喷淋液体等环 境恶劣的场合，宜选用密闭式全塑压力表。
Z1 l cos 180 Z 0 r sin
Z1—扇形齿轮的齿数； Z0—中心齿轮的齿数； r—拉杆BOˊ的长度 —拉杆与曲柄间的夹角 —自压力表的检定情况举例 1一正常显示；2一显示值偏小一个定位；3一显示值偏大一个定位；4 一上限偏小；5一上限偏大；6一量程偏小；7一量程偏大；8一有定偏 差且下限偏大；9一有定偏差且上限偏大
膜盒压力表
膜盒风压表
1一膜盒；2一刻度盘；3一零位调整；4一弧形架；5一指针； 6一弹簧片； 7一曲柄；8一 调整螺丝；9一拉杆；10一拐臂；11一固定指针套； 12一固定铀；13一形丝；14一引压管接头
三、弹簧管压力表
可以测量压力，也可以测量真空。按照使用的弹簧管的种 类可分为单圈和多圈弹簧管压力表。按照适用的条件可分为耐 振型、耐热型、耐腐蚀型、抗冲击防爆型以及专用压力表等。 它们的工作原理是相同的。
发电机冷却水压力变送器
汽机就地仪表盘
磨煤机出口风压变送器
循环水压力变送器
给水 、 蒸汽流量变送器
气泵压力测点
(5)温度的影响 由于温度的变化，弹性元件材料的弹性模量相应变化，所 以弹性元件的刚度发生变化，这将影响弹性元件的输出特性。温 度升高，刚度减小，灵敏度增大，压力表示值将会偏离。由于温 度对弹性元件输出特性的影响，所以弹性压力表的使用要注意它 的适用温度范围。
二、膜盒压力表
它适用于测量微小压力和真空。测量范围一般在一 2000～4000Pa，精确度等级一般为2.5级。主要由膜盒、传 动机构、调整机构、游丝指针、表盘等构成，
二、单管压力计
单管压力计是U形管压力计的 变形仪表，又称杯形压力计，可 测量小压力、真空及差压等。
1.结构与工作原理
单管压力计是由一个宽容器( 杯形容器)、一支肘管、标尺、封 液等构成的。
在火力发电厂测量风压或烟道负压时，常使用单管压力 计的变形仪表——多管压力计
多管压力计可以同时接入多个被测量的正压或多个被测 量的负压，它的宽容器的内径比肘管的内径要大许多。可以 忽略对肘管上被测压力示值的影响。封液多是带颜色的水。 多管压力计的型号有：测量正压的YY型，测量负压的ZY型， 测量正压和负压的YZY型。测压范围一般可达到2500Pa， 4000Pa，6300Pa。
三、斜管微压计
斜管微压计是一种测量微小压力的测量仪表。
2. 示值修正
实际的测量经常是偏离仪表分度条件，而经常发生的 是测量时温度不是20℃，而是其他某个温度，在测量要求 高的时候，则要对温度时的示值进行修正。 示值修正系数
斜管微压计
5.3
弹性式压力计
弹性式压力计的原理框图
膜片结构示意
（a）平面膜片；（b）波纹膜片；（c）挠性膜片
工业压力表的校验与调整
活塞式压力计
等级 国家基准压力计 工业基准压力计 一等标准压力计 二等标准压力计 三等标准压力计