压力测量

读数
读数
2）水银柱读凸部 3）水读凹部
水银
水
5、应垂直安装，否则引入附加误差。
§2、应用弹性形变测量压力
弹性元件在受到被测压力作用时，一般总要产生弹性形变， 在弹性限度内，一般说来弹性元件的形变程度与被测压力的 大小是有对应关系的，因此我们可以通过测量弹性元件的形 变程度来测量压力的大小，应该说这是目前工业上进行压力 检测的主要形式。
教学重点及难点：
1、熟练掌握各种测压方法的原理
2、电测压力法的实用特点
作业：见习题集P39： 1、4、5、6～9自学题
主要参考书：《过程检测仪表》
化学工业出版社
第二章 压力测量方法
§1、液柱测压法
应用液柱测量压力的方法是以流体静力学为基础的。一般采
用充有水或水银等玻璃U型管或单管进行测量。下面我们首 先讨论：U型管压力计的结构特点和测压原理。
x
输出公式：
x

1 Baidu Nhomakorabea4
( px

a)3
b
X
Px
Px
5、单圈弹簧管： 输出公式： x K5 px
Px
X
x
Px
6、多圈弹簧管： 输出公式： x K6 px
注意：式中的K1……K6，a，b均为常数。
二、弹性元件的测压原理
我们知道，当弹性元件在轴向受到外力作用时，就会产生拉 伸或压缩位移，即有： F＝C·S
式中，E0 ，Et ：元件在标准和工作状态时的弹性模数
E ：弹性模数的温度系数，参数金属 E为负 例：黄铜＝－4.8× 1041/℃
t ：温度变化量
因为 E为负，所以 t越大，Et 越小，故弹性越弱。
此亦是造成附加误差的因素。一般弹性元件希望采用低温度 系数的恒弹性金属材料。
四、弹性元件的特性 1、结构简单、造价低廉 2、精度较好，安装、使用方便 3、测压范围较宽：10 2 ~ 10000 Kgf / cm2 所以用途很广。
第二篇：压力测量
第一章：压力测量概述
教学目的及要求： 1 、使学生了解压力检测的重要意义 2 、明确压力的基本概念及表示方法
教学的主要内容： 1、压力检测的意义 2、压力的概念
教学重点：压力的概念及表示方法
教学难点：压力表的量程选择及精度的确定
实验教学：压力表的校验
主要参考书：
三、影响弹性元件测压性能的因素：
1、弹性元件的材料、加工、热处理等方面的质量严重影响 着弹性元件的基本性能特性。主要表现在：
1）灵敏度。 S （定义式）——线性元件
p
dS （定义式）——非线性元件
dp
一般说来，我们希望弹性元件的灵敏度高些为好。
2）不完全弹性。具体表现： a）弹性滞后：表现在压力增加或减小时弹性元件的形变
指出：在压力测量中，以上所说到的表压、绝对压力、大气 压力和真空度都是经常用到的表达方式，它们之间的相互关 系可用下图表示：（大气压力也可能不恰为1个atm）。
被测压力
p表压
1
大气压力线
（P0 ) Pa
P绝对
p负压或真空度
被测压力
绝对压力的零线 0
表压、绝对压力、真空度、大气压力间的关系
第二章 压力测量方法
一般说来，采用不同材料、不同形状的弹性元件作为感压元 件可以制造出多种形状和各种量程范围的测压仪表，所以正 确得了解一些常用弹性元件的基本结构和特点及其相应的测 压机理，是我们后面研究测压仪表的基础。
一、弹性元件的基本结构和特性
根据各弹性元件的输出特性，分别给出了各弹性元件的形变 位移量x与被测压力间的数学表达式：
式中，F：轴向外力；S：位移量；C：弹性元件的刚度系数 因为 F＝ Ae ·p 则有 S＝ Ae ·p
C
由于测压仪表的弹性元件通常都是工作在其弹性特性的线性
范围内，故根据虎克定律，我们可以近似认为上式中的 Ae
为一常数。
C
设：弹性元件通常工作在弹性特性的线性范围内，所以可视
Ae 为一常数。
C
即有： S＝K·p
量不一样。
b）弹性后效：在弹性极限内，当作用在弹性元件上的压 力很快去掉时，它也不能立即恢复原状，还有一个数值不大 的 S 0 ，经过一段时间才能恢复。
c）残余变形：形成系统误差。
以上a、b、c严重影响测量结果的精度。
2、温度效应
在温度变化时，大多数弹性元件的弹性将减弱。
有： Et E0 (1 E t)
《过程参数检测》
清华大学出版
《检测技术》
机械工业出版
《过程检测仪表》
化学工业出版社
作业练习：6学时（课外）
第一章 压力测量概述
一、压力检测的意义： 压力是过程生产中的四大重要参数之一。它是监测生产过程 能否完全可靠、正常运行的重要的参数指标，尤其在化工生 产过程中压力这一参数更显得尤为重要。
1、在化工生产过程中： 压力既影响物料平衡，也影响化学反应速度，是标志生产过 程能否正常进行的重要参数。
2、安全生产的需要 从确保安全生产的角度，压力检测也是非常重要的。如：确 保压力容器内的压力在安全指标之内，确保易燃易爆介质的 压力不超标。
3、其它工业生产中压力检测的作用
在其它工业生产中压力的检测与控制也非常普遍和重要。常可见到一些 工业装置上都装有压力表。
举例：工业锅炉
a）汽包压力：压力过高容易爆炸，压力低动力不足；
一、弹性元件的基本结构和特性 二、弹性元件的测压原理 三、影响弹性元件测压性能的主要因素：
1、弹性元件的材料、加工、及热处理 2、描述弹性元件技术指标 3、弹性元件的温度效应 四、弹性元件测压的主要特点
§3、应用电测法测量压力 一、压电式测压原理及特点 二、压磁式测压原理及特点 三、应变片式测压原理及特点 四、霍尔片测压原理、特点及应用方法 五、利用热电真空计测量气体真空度的方法
b）炉膛压力：一般应维持在0 mmH 2O，高了炉门缝冒烟尘，低了
膛内出现负压降低温度。若维持在10 mmH 2O ，节能20％。
4、压力也是间接测量物位的手段
a）用孔板测量流量仅能产生差压，而这个差压靠压力检测的方法来 测取才能最终求出流量。
b）物位：液面的高度可以靠测取压力的大小来表达。
总之，压力的检测是一般生产过程所不可缺少的环节，只有按工艺要求保持 压力的稳定，才能维持生产的正常进行。所以压力准确测量是自动化仪 表人员的重要任务。
b）其它影响测量结果的因素： ①充液密度的影响②标尺刻度误差③毛细管的吸附作用 ④使用的地点及环境温度影响等 必要时应作修正。
2、正确选择充液介质
①测低压充低密度介质（可使h大）
②测高压充高密度介质（否则冒顶）
③要避免充液与被测介质有化学反应
3、常用的标尺材料：
玻璃、钢、铜
4、读数的位置（见右图） 1）眼与液柱面水平
一、U型管压力计
1、结构：如下图，一般常由一支U型玻璃管构成。
充液介质：
P0
P0
P0
P
标尺
水银、水、酒精等。
0
1 h1
h2 2
1 h
2
2、原理： a）在U型管两端同时通大气，而未接被测压力时，U型管两边管内的液 面高度相等，同处于标尺0线上。 b）当将U型管的一端接入被测压力P后，如果P大于，则U型管两边管内 的液面就会产生高度差，这个液柱的高度差就反映了U型管两端所受压力 的差值。
g
(p
p0 )
h= h1 h2
3、应用范围：适于测低压、负压及压力差 读数精度 1mm。
二、单管压力计 1、结构 2、原理
3、特点：由于杯径>>管径，所以h h1
4、应用范围：低压、负压和差压，读数精度： 0.5mm
三、液柱测压中应考虑的问题 1、误差问题： a）读数误差 b）充液介质密度的影响 c）标尺刻度的影响 d）毛细管吸附作用 e）使用地点及环境 2、正确选择充液介质 3、常用的标尺材料 4、读数的位置 5、安装要求：垂直安装 §2、应用弹性形变测量压力
1、平薄膜片： 输出公式： x K1 px 1 （都是指数曲线但坡度不同，所以取底数K1，K2，……）
2、波纹膜片：
x
FX(力（)位移）
Px
输出公式： x K 2 px 1
x Px
F(力)
X（位移） Px
3、挠性膜片： 输出公式：x K3 px
F， x
Px
x
Px
4、波纹管：
1、结构：如下图，杯径较管径大得多。
2、原理：同U型管
3、特点：由于杯径>>管径，所以 h1>> h2， 有：h h1
4、应用范围：测量低压、负压和差压，量程范围一般在 0～250 mmH 2O ，
读数误差： 0.5mm
三、液柱测压中应考虑的问题： 1、误差问题
a）主要的测量误差是读数误差。
特点：
a）动态特性好，适于测量快速变化的压力信号 b）耐压上限高，适于超高压场合 c）输出信号易于远传 下面首先介绍压电式测压原理。
一、压电式测压原理及特点： 自然界中的某些晶体，在受压发生机械变形时（如压缩或伸 长），则在两个相对的物面上会产生异性电荷，这种没有外 电场存在，由于机械变形而引起的电现象即称为“压电效 应”。由于机械形变而引起的电现象称为“压电效应”。
K为弹性元件的结构系数
这样就保证了弹性元件的位移与被测压力呈线性关系。 因此我们只要通过测量弹性元件的位移即可知道被测压力的 大小，这就是简单的弹性元件的测压原理。
当然，随着弹性元件的型状、结构的不同，弹性元件所 输出的形变位移量与其所受的被测压力p之间函数关系有时 很难保证是一种简单的线性关系，如前例中的平膜片、波纹 膜片、波纹管等，它们有的是指数关系，有的是函数关系， 但不管位移与被测压力之间是一种什么函数关系，有一点是 确定的，这就是弹性元件的弹性位移与被测压力间总应存在 着一种单值对应关系。只有保证了这一条，用弹性元件测压 才有意义。当然一般说来，使位移与被测压力间保持线性关 系的弹性元件用途更广泛一些。
4、压力单位间的换算关系
5、压力的几种表示方法
1）绝对压力：以绝对真空为基准的压力表达，又称总压力 或全压力，常用P表示。
2）大气压力：地球表面的空气柱重量所产生的压力表达，
常用 Pa表示（用 P0较易）
3）表压力（又称表压）：一般测压仪表所指示的压力常以 p表示，当绝对压力大于大气压力时，它等于绝对压力减大 气压力之差。即：
h可以直接反映被测压力p的大小，此即为U型管测压的基本 原理。
如果U型管一端接大气，则其两端的液柱高度之差直接反映 了被测介质的表压。
3、应用范围：适用于低压、负压和压力差，读数误差可达
1mm，测低压相对误差较大。
二、单管压力计 如果在结构上把U型管压力计中的一只管换成大直径的杯， 即可构成单管压力计。
教学目的及要求：
1、使学生了解和掌握三类测量压力的基本方法和原理
2、熟知各类压力检测方法的特点及应注意的问题
主要教学内容：
§1、液柱测压法
一、 U型管压力计
1 、结构：
P0
P0
充液介质：水银、水、酒精

2、原理：
p ·A=hg ·A+ p0 ·A
用表压表示：h= 1 p
g
h=
1
§3、应用电测法测量压力
电测压力法是通过传感器直接把被测压力变换为电信号，一 般人们可利用某些机械或电气元件的一些典型的物理特性来 实现这种压力与电信号的转换。如常见的压电式、压磁式、 电容式、电感式、电阻应变式……等方法，目前都已是比较 成熟的一些电测压力的方法。
电测压力法较前面讲述的液柱测压法、弹性元件测压法更有 其独特的优点。
在被测介质的绝对压力大于大气压力时，
表压＝绝对压力－大气压力
4）负压或真空度（又称疏空压力）：即在被测介质的绝对 压力低于大气压力时的一种压力表达。
在被测介质的绝对压力低于大气压力时：
真空度（接近真空的程度）＝大气压力－绝对压力
即真空度等于大气压力减绝对压力之差。（前提被测的绝对 压力低于大气压力）常用Pa表示。
c）根据流体的静力学原理可知，在U型管2—2截面上，右边被测压力P 作用在液面上的力应为左边这段高度为h的液柱和大气压力作用在液面上 的力所平衡，即有：
P A hg
若被测压力用表压表达，则有：
A P0 h
1
A p
g
由于一旦U型管内的充入介质确定，则 、g均为定数。所以
P F A
二、压力的概念
1、定义：均匀而垂直作用于单位面积上的力称为压力（即压
强） 2、公式：式中：
P

F A
F为均匀而垂直作用的力 单位：牛顿（N）
A为受力面积
单位：平方米（m2）
P为压力
单位：帕斯卡（Pa）
3、压力的单位
在工程技术上，表达压力的单位，常用的有以下几种：工程 大气压 、帕斯卡 、标准大气压 、毫米汞柱 、毫米水柱 、