建筑环境测试技术之压力测量1

压力单位
帕(Pa) N/m2，国际单位 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。
mmH2O， 9.81 Pa mmHg ，133 Pa
二．压力测量仪表的分类
VH RH IB
(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。
N
S
S
N
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。一、基本概念源自垂直作用于物体表面上的力PB
PJ PZ
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。
1．液柱式压力计 2．弹性式压力计 3．电气式压力计 4．活塞式压力计
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。 缺点：体积大，读数不方便，玻璃管易损 坏。
一．U型管压力计
2．仪表精度的选择

根据在测量时允许的最大测量误差选择仪表， 可根据仪表的精度等级算出用该仪表测量可能 引起的最大示值绝对误差。 另外在选择仪表时不需一味追求高精度，只 要满足测量精度要求即可。
弹簧管压力表量程和精度系列
我国目前弹簧管压力表量程系列，1, 1.6, 2.5, 4.0, 6.0kPa以及10n倍 精度系列，精密表 0.1, 0.16, 0.25, 0.4 工业表 1.0, 1.5, 2.5
二．压电式压力传感器
• 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。
弹簧管压力计
弹簧管压力计
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。
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。
例题：有一压力容器，压力范围0.4~0.6MPa，
压力变化速度较缓，不要求远传。试选择压力 仪表（给出量程和精度等级）测量该压力，测 量误差不大于被测压力的4%。
根据最大工作压力 根据最小工作压力
3 A 0.6 0.8MPa 4
所以可选择量程范围为0—1.0MPa弹簧管压力表 被测压力的最大示值绝对误差
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
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：
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
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。
问题？
1. 斜管式微压计用水作介质，可以吗？ 2. 液柱式压力计，水作工作介质，为了便于读 数，在水中加入红墨水，可以吗？ 3. 斜管式微压计，测量时看不到液柱，是怎么 回事？
二．压力表的安装
• 气
1．取压口的选择
– 上部 防堵
汽 液 气
• 汽
– 侧上部 防堵，防液，防气
• 液
– 侧下部 防堵，防汽
1．取压口的选择
取压口位置
稳定无涡流区（直线管段，避开拐弯、分叉等）。 除了被测介质以处，不接触其它物质 不易堵塞
取压孔形状
孔径要小 要与壁面垂直 孔口应无毛刺
第五章 压力测量
基本教学内容
压力的 基本概念 液柱式压力计 U型管压力计、单管压力计、斜管式微压计 弹性式压力计 弹簧管式、膜片（盒）式、波纹管式 电气式压力测量 电容式压力压差变送器、霍尔压力变送器、压 电 式压力传感器、固体压阻式压力压差传感器 压力检测仪表的选择与校验
第一节 概述
压力 压强
二．压力表的安装
4．当测量液体压力时，在导压管系统最高处 应安装集气瓶；当测量气体压力有可能有 液体冷凝时，在导压管系统最低处应加装 水分离器；当被测介质有可能产生沉淀时， 应在仪表前安装沉降器。
5．取压口与压力表之间应加装隔离阀。 6．在测量较小压力时，若仪表与取压口不在 同一水平高度，则应对测压进行校正。
优点：①温度补 偿， ②使输出信 号加倍。
注意： 供给桥路的电流要恒定，即为一恒流源。输出
电压为10-100多毫伏，后续一般要加电压放大电路。
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测压范围，②被测介质的物理化学性质， ③测试精度要求。
1.仪表量程选用
• 为保证安全性，压力较稳定时，最大工作压力不 超过仪表量程的3/4，压力波动较大时，最大工作 压力不超过仪表量程的2/3。 • 为保证准确度，最小工作压力不低于满量程的1/3。
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
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。
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。
2．霍尔压力变送器
（1）霍尔效应： 把半导
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
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 常用弹性压力表： 弹簧管式 膜片（盒）式 波纹管式
二．弹性元件及其特性
Pd
h2 A2 A2 P g (h1 h2 ) g ( h2 ) g ( 1)h2 A1 A1 h2 A2 A2 ( h2 ) g ( 1)h2 A1 A1
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：
s k2 4
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 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
3．弹簧管： 单圈弹簧管 多圈弹簧管
Px
弹簧管是怎样产生形变的呢？
假设被测压力大于外界大气压力，产生短轴变长， 长轴变短的弹性形变，使管子在弯曲方向上的刚度 增大，自由端向管子伸直的方向运动。对应的几何 R1 分析如下：
R1 R
' 1
'
' R2 R2 '
' R1' R2 '
三．压力表的校验
活塞式静重压力计
三．压力表的校验
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
二．单管式压力计
h2 A2 h1 A1 h2 A2 h1 A1
h2
h1 直管
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
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。