讲义--压力测量仪表

第二章压力测量

概述：

在化工生产中，工艺条件要求很不一样，有的要求在高压下进行，如氢气和氮气、合成氨气的压力为32MPa，高压聚乙烯的压力为150MPa。压力过高要发生严重事故，压力过低则产品的质量、产量达不到指标。有的产品则要在真空中进行，如液体烧碱要在几十个KPa 的真空下蒸发，真空度不够，蒸发速度缓慢，生产效率变低，可见压力测量对化工生产有一定的重要性。

测量压力的仪表常称为压力表或压力计。测量真空度的仪表称为真空表或负压计。有的压力表既有压力刻度标尺，又有真空度刻度标尺，称为联成计。

一、压力的基本概念

压力就是垂直作用在物体单位面积上的力，在物理学中称为压强。它由受力的面积和垂直作用力的大小决定，方向指向受压物体，可用下式表示

P=F/S

或中P-----压力，帕（Pa）

F-----垂直作用力，牛（N）

S-----受力面积，米2（m2）

二、压力的单位及不同单位制的换算

压力以及以后所述的流量测量中的计量单位，除了长度、质量和时间三个基本单位外，其它如压力、力、密度、粘度等等均为导出单位。我国法定计量单位，以国际单位制为主，又允许某些并用单位。过去工厂所用仪表多是工程单位制、绝对单位制，现在应改为法定单位，为便于改制的参考，在表2-1中列出不同单位制单位及相互换算关系。

在国际单位制中，压力的单位是帕斯卡，简称帕（符号为Pa），这是一个导出单位，定义为：

1帕=1牛顿/米2

即1牛顿的力垂直均匀作用在1米2的面积上所形成的压力值叫1帕，它的基本单位表示如下：

1帕=1牛顿/米2=1公斤* 米*秒-2/米2=1公斤*米-1*秒-2

过去经常用的压力单位还有：物理大气压、工程大气压、毫米汞柱、毫米水柱等，在表2中列出的是一些常见单位及定义。

各种压力单位按照定义相换算，例如：

1工程大气压=1公斤力/厘米2=1公斤*9.80665米*秒-2/10-4米2=9.80665*104帕

表2—1 （化工测量仪表）P9

三、大气压力、表压力、绝对压力、负压力（真空度）

在压力测量中常有大气压力、表压力、绝压力、负压力（真空度）之分。如下图

图2—1 （化工测量仪表）P9

绝对压力是指介质所受的实际压力。

大气压力是指由于空气柱的重力作用在底面积上所产生的压力，我们所处的环境中，到处都是大气压力的作用。

工程上所用的压力指示值，多为表压力，它是绝对压力和大气压力之差。即为

p表压=p绝对压-p大气压

大气压力即物理大气压，又称标准大气压，常以P0表示，符号为atm。一个标准大气压等于101325Pa。

表2—2 （化工测量仪表）P10

表2—3 （化工测量仪表）P10

由式（2-2）可知，绝对压力=表压与大气压之和，过去工程上计算压力时，常以kgf/cm2为计算单位，常用表压力加1表示被测压力的绝对压力。

当被测压力低于大气压力时，则称为负压力和真空，它是大气压力与绝对压力之差。

P负压（真空度）常以表压的负值来表示，如上述P负压=81325Pa，则表压为-81325Pa。

过去工程上常用的mmHg或mmH2O来表示负压，它们与法定单位的换算关系为：1mmHg=133.3224Pa常简化为133Pa。

由于各种工艺设备和测量仪表都处于大气中，所以工程上都用表压或真空来表示压力的大小。用压力表测量得到的压力数值，实际上也都是表压（或真空度），因此，以后所提到的压力，如无特别说明，均为表压（或真空度）。

两个压力相比较的差值为压力差。

压力差常称为压差或差压，应该指出的是P-是指较P+为低的压力，不一定是指负压力。四、压力的测量与压力计的选择

压力测量原理可分为液柱式、弹性式、电阻式、电容式、电感式和振频式等等。压力计测量压力范围宽广，可以从超真空如133*10-13Pa直到超大高压280MPa。压力计从结构上可分为实验室型和工业应用型。压力计的品种繁多，因此根据被测压力对象很好地选用压力计就显得十分重要。

1、就地压力显示

当压力在2.6KPa到69MPa时，可采用膜片式压力表、波纹管压力表和波登管压力表，如接近大气压的低压测量时，可用膜片式压力表或波纹管式压力表，

2、远距离压力显示

若需要进行远距离压力显示时，一般用气动或电动压力变送器，也可用电气压力传感器。当压力范围为140~280MPa时，则应采用高压压力传感器。当高真空测量时可采用热电真空计。

3、多点压力测量

进行多点压力测量时，可采用多点巡回压力检测仪。

若被测压力达到极限值需报警时，则应选用附带报警装置的各类压力计。

正确选择压力除上述几点考虑以下几点

（1）量程的选择根据被测压力的大小确定仪表量程。对于弹性式压力表，在测稳定压力时，最大压力值应不超过满量程的3/4；测波动压力时，最大压力值不超过满量程的2/3。最低测量压力应不低于全量程的1/3。

（2）精度的选择根据生产允许的最大测量误差，以经济、实惠的原则确定仪表的精度选编。一般工业用压力表1.5或2.5级已足够，科研或精密测量用0.5级或0.35级的精密压力表或标准压力表。

（3）使用环境信介质性能的考虑环境条件恶劣，如高温、腐蚀、潮湿、振动等，被测介质的性能，如温度的高低、腐蚀性、易结晶、易燃、易爆等等，以此来确定压力的种类和型号。

（4）压力表外形尺寸的选择现场就地指示的压力表一般表面直径为100mm，在标准较高或照明条件差的场合用表面直径为200~250mm的，盘装压力表直径为150mm，或用矩形压力表，常用弹性压力表规格见表。

表2—1—13 P176 （仪表工手册）

包端管压力表在测量运行中的常见故障及处理方法。

包装管压力表常见故障及处理方法见表。

表2—1—14 P177 （仪表工手册）

三、压力传感器

压力传感器是压力检测系统的重要组成部分。由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出，给显示仪表显示压力值，或供控制和报警用。

压力传感器的种类很多，常用压力传感器的性能比较如表所示。

表2—1—15 P178 （仪表工手册）

1、应变式压力传感器

应变式压力传感器是把压力的变化转化的电阻的变化来进行测量的，应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值随压力所产生的应变而变化，对于金属变化率为△R/R的表达式为：△R/R≈（1+2μ）ε

式中μ——材料的泊松系数

ε——应变量

图2—1—9 P178 （仪表工手册）

在图中应变筒中的上端与外壳2固定在一起，下边与密封膜片3紧密接触，两片康铜丝应变