第五章压力、压差测量及仪表2
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第五章 压力检测及仪表
一、压力的基本概念
垂直而均匀地作用在单位面积上的力
F S
式中 Ｐ——压力（Pa） Ｆ——均匀垂直作用力（N） Ｓ——受力面积（m2）
单位: 牛顿/米2（N/m2），简称“帕”，用符号“Pa”
压力的表示与单位
绝对压 力
压力的表示
• 绝对压力
表压 标准大气压 真空度
•
– 单位面积所受到的力
工程上的“压力”与力学中的“压力”不表 示同一个概念。
二、测压仪表
1643年，意大利人托里拆利首先测定标准 的大气压力值为760毫米汞柱，奠定了液柱式 压力测量仪表的基础。1847年，法国人波登制 成波登管压力表，由于结构简单、实用，很快 在工业中获得广泛应用，一直是常用的压力测 量仪表。
二十世纪上半叶出现了远传压力表和电接 点压力表，从而解决了压力测量值的远距离传 送和压力的报警、控制等问题。60年代以后， 为适应工业控制、航空工业和医学测试等方面 的要求，压力测量仪表日益向体积轻巧、耐高 温、耐冲击、耐振动和数字显示等方向发展。
Px=h(ρ-ρx)g
式中： ρx---被测介质的密度（kg/m3）
液柱式压力计的特点
结构简单、使用方便、价格便宜，在一定 的条件下比较容易得到较高的精度，目前还有 广泛的用途。但是由于它不能测量较高的压力， 也不能进行自动的指示和记录，所以它的应用 范围受到限制。一般可作为实验室中低压的精 密测量方法以及用于仪表的检定校验。
S~ P
式中 A——弹性元件承受压力的有效面积 P——被测压力
（3）波纹管式弹性元件
波纹管式弹性元件 波纹管式弹性元件是一个周围为波纹 状的薄壁金属筒体。这种弹性元件易于变形，而且位移很大， 常用于微压与低压的测量(—般不超过1Mpa)。
弹性元件结构和特点
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
F CS
式中 F——轴向外力 S——位移 C——弹性元件的刚度系数
斜管式微压计应用范围：一般100~2500pa
2、活塞式压力计
YS/YU-6，60，250，600活塞式压力计
测量原理
P=G/S 所以 G=P•S 精确度高 常用作标准仪表，检验其它
压力计
3、弹性式压力计
一、原理
将被测压力转换成弹性元件变形的位移
二、根据敏感元件形式的不同可以分为以下3类：
– 弹簧管式压力表
（2）薄膜式弹性元件
薄膜式弹性元件根据其结构不同还可以分为膜片与膜盒等。 它的测压范围较弹簧管式的为低。膜片式弹性元件，它是由金 属或非金属材料做成的具有弹性的一张膜片(有平膜片与波纹膜 片两种形式)，在压力作用下能产生变形。有时也可以由两张金 属膜片沿周口对焊起来，成一薄壁盒子，内充液体(例如硅油)， 称为膜盒。
所测差压：
P (h1 h2 )(1 2 )g h2 (1 f A)(1 2 )g
三、斜管式微压计
P (h1 h2 )(1 2 )g
h2 l sin
h1
l
d2 D2
P
(sin
d2 D2
)(1
2
)gl
特点： 因为l比h2放大了1/sinα倍，所以读数得相对误差小
改变α可改变k值，但不得小于150，倾斜角度越小， l越长，测量灵敏度就越高；但不可太小，否则液拉 长且易冲散，读数较困难，误差增大。
工业压力表的分类
根据敏感元件和转换原理的不同，一般分为四类：
(1) 液柱式压力检测 一般采用充有水或水银等液体的玻璃U形管或单管进行测量。
(2) 弹性式压力检测 根据弹性元件受力变形的位移进行测量。 弹簧管/膜片/波纹管
(3) 电气式压力检测 利用敏感元件将被测压力转换成电量进行测量的。电势、电阻。
当被测介质的压力px 大于大气压力p时，管1 中的工作液体液面下降， 管2中的工作液体液面 上升，一直到两液面差 的高度h产生的压力与 被测压力相平衡时为止。
如果被测介质是气体，可得到被测压力值px 为
Px=ρgh 式中：ρ---工作液体的密度（kg/m3）；
g---重力加速度（m/s2）。
如果被测介质是液体，平衡时还要考虑被测介 质的密度，被测压力为
液柱式压力计使用注意事项
Ø 为减小毛细现象，U型管的内径一般为5-20mm, 内径最好不小于 10mm
Ø 使用时保持垂直 Ø 减小两次读数误差，读数时眼睛与液面平齐，以封液弯月面顶部切
线为准读取液面高度。 Ø 应选择密度小的封液，以增大左右管液体的高度差，减小读数误差
。（水，汞，四氯化碳） Ø 常用于低压、负压或压力差的检测,广泛用于实验室压力测量或现场
相对压力（表压）
– 绝对压力与大气压之差
绝对 压力
• 真空度
– 大气压与绝对压力之差
p表
P绝
Biblioteka Baidu
P真
大气压力线
P绝 绝对压力的零线
p表压 p绝对压力 p大气压力
图 绝对压力、表压、负压 （真空度）的关系
当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。
p真空度 p大气压力 p绝对压力
压力单位
– 薄膜式压力表
P
– 波纹管式压力表
P
弹簧管式弹性元件
膜片式弹性元件
三、弹性元件
弹性元件是弹性压力表的敏感元件，测压范围不同，所用 的弹性元件亦不同。常用的弹性元件有弹簧管式、薄膜式和波 纹管式。
P
P
弹簧管式弹性元件
膜片式弹性元件
（1）弹簧管式弹性元件
弹簧管式弹性元件的测压范围较宽，可测量高达1000MPa 的压力。单圈弹簧管是弯成圆弧形的金属管子，它的截面做成 扁圆形或椭圆形。为了增加自由端的位移，可以制成多圈弹簧 管。
锅炉烟、风道各段压力、通风空调系统各段压力的测量。
某些介质的隔离液
●液柱压力计安装位置应避开过热、过冷和有震动 的地方。
●由于液体的毛细现象，在读取压力值时，视线应 在液柱面上，观察水时应看凹面处，观察水银面时 应看凸面处。
单管式压力计
原理：大容器中封液的减少等于管 中封液的增加
h2f=h1A （f,A,分别为管子截面积和大容器 的截面积)
(4) 活塞式压力检测 根据液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 加平衡砝码的质量来进行测量。 测量精度很高，允许误差可以小到0.05％～0.02％。 标准仪表。
1、液柱式压力计
测量原理
根据流体静力学原理， 将被测压力转换成液柱高 度进行测量。
单管压力计
U型管压力计
斜管压力计
Ｕ形管压力计
一、压力的基本概念
垂直而均匀地作用在单位面积上的力
F S
式中 Ｐ——压力（Pa） Ｆ——均匀垂直作用力（N） Ｓ——受力面积（m2）
单位: 牛顿/米2（N/m2），简称“帕”，用符号“Pa”
压力的表示与单位
绝对压 力
压力的表示
• 绝对压力
表压 标准大气压 真空度
•
– 单位面积所受到的力
工程上的“压力”与力学中的“压力”不表 示同一个概念。
二、测压仪表
1643年，意大利人托里拆利首先测定标准 的大气压力值为760毫米汞柱，奠定了液柱式 压力测量仪表的基础。1847年，法国人波登制 成波登管压力表，由于结构简单、实用，很快 在工业中获得广泛应用，一直是常用的压力测 量仪表。
二十世纪上半叶出现了远传压力表和电接 点压力表，从而解决了压力测量值的远距离传 送和压力的报警、控制等问题。60年代以后， 为适应工业控制、航空工业和医学测试等方面 的要求，压力测量仪表日益向体积轻巧、耐高 温、耐冲击、耐振动和数字显示等方向发展。
Px=h(ρ-ρx)g
式中： ρx---被测介质的密度（kg/m3）
液柱式压力计的特点
结构简单、使用方便、价格便宜，在一定 的条件下比较容易得到较高的精度，目前还有 广泛的用途。但是由于它不能测量较高的压力， 也不能进行自动的指示和记录，所以它的应用 范围受到限制。一般可作为实验室中低压的精 密测量方法以及用于仪表的检定校验。
S~ P
式中 A——弹性元件承受压力的有效面积 P——被测压力
（3）波纹管式弹性元件
波纹管式弹性元件 波纹管式弹性元件是一个周围为波纹 状的薄壁金属筒体。这种弹性元件易于变形，而且位移很大， 常用于微压与低压的测量(—般不超过1Mpa)。
弹性元件结构和特点
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
F CS
式中 F——轴向外力 S——位移 C——弹性元件的刚度系数
斜管式微压计应用范围：一般100~2500pa
2、活塞式压力计
YS/YU-6，60，250，600活塞式压力计
测量原理
P=G/S 所以 G=P•S 精确度高 常用作标准仪表，检验其它
压力计
3、弹性式压力计
一、原理
将被测压力转换成弹性元件变形的位移
二、根据敏感元件形式的不同可以分为以下3类：
– 弹簧管式压力表
（2）薄膜式弹性元件
薄膜式弹性元件根据其结构不同还可以分为膜片与膜盒等。 它的测压范围较弹簧管式的为低。膜片式弹性元件，它是由金 属或非金属材料做成的具有弹性的一张膜片(有平膜片与波纹膜 片两种形式)，在压力作用下能产生变形。有时也可以由两张金 属膜片沿周口对焊起来，成一薄壁盒子，内充液体(例如硅油)， 称为膜盒。
所测差压：
P (h1 h2 )(1 2 )g h2 (1 f A)(1 2 )g
三、斜管式微压计
P (h1 h2 )(1 2 )g
h2 l sin
h1
l
d2 D2
P
(sin
d2 D2
)(1
2
)gl
特点： 因为l比h2放大了1/sinα倍，所以读数得相对误差小
改变α可改变k值，但不得小于150，倾斜角度越小， l越长，测量灵敏度就越高；但不可太小，否则液拉 长且易冲散，读数较困难，误差增大。
工业压力表的分类
根据敏感元件和转换原理的不同，一般分为四类：
(1) 液柱式压力检测 一般采用充有水或水银等液体的玻璃U形管或单管进行测量。
(2) 弹性式压力检测 根据弹性元件受力变形的位移进行测量。 弹簧管/膜片/波纹管
(3) 电气式压力检测 利用敏感元件将被测压力转换成电量进行测量的。电势、电阻。
当被测介质的压力px 大于大气压力p时，管1 中的工作液体液面下降， 管2中的工作液体液面 上升，一直到两液面差 的高度h产生的压力与 被测压力相平衡时为止。
如果被测介质是气体，可得到被测压力值px 为
Px=ρgh 式中：ρ---工作液体的密度（kg/m3）；
g---重力加速度（m/s2）。
如果被测介质是液体，平衡时还要考虑被测介 质的密度，被测压力为
液柱式压力计使用注意事项
Ø 为减小毛细现象，U型管的内径一般为5-20mm, 内径最好不小于 10mm
Ø 使用时保持垂直 Ø 减小两次读数误差，读数时眼睛与液面平齐，以封液弯月面顶部切
线为准读取液面高度。 Ø 应选择密度小的封液，以增大左右管液体的高度差，减小读数误差
。（水，汞，四氯化碳） Ø 常用于低压、负压或压力差的检测,广泛用于实验室压力测量或现场
相对压力（表压）
– 绝对压力与大气压之差
绝对 压力
• 真空度
– 大气压与绝对压力之差
p表
P绝
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P真
大气压力线
P绝 绝对压力的零线
p表压 p绝对压力 p大气压力
图 绝对压力、表压、负压 （真空度）的关系
当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。
p真空度 p大气压力 p绝对压力
压力单位
– 薄膜式压力表
P
– 波纹管式压力表
P
弹簧管式弹性元件
膜片式弹性元件
三、弹性元件
弹性元件是弹性压力表的敏感元件，测压范围不同，所用 的弹性元件亦不同。常用的弹性元件有弹簧管式、薄膜式和波 纹管式。
P
P
弹簧管式弹性元件
膜片式弹性元件
（1）弹簧管式弹性元件
弹簧管式弹性元件的测压范围较宽，可测量高达1000MPa 的压力。单圈弹簧管是弯成圆弧形的金属管子，它的截面做成 扁圆形或椭圆形。为了增加自由端的位移，可以制成多圈弹簧 管。
锅炉烟、风道各段压力、通风空调系统各段压力的测量。
某些介质的隔离液
●液柱压力计安装位置应避开过热、过冷和有震动 的地方。
●由于液体的毛细现象，在读取压力值时，视线应 在液柱面上，观察水时应看凹面处，观察水银面时 应看凸面处。
单管式压力计
原理：大容器中封液的减少等于管 中封液的增加
h2f=h1A （f,A,分别为管子截面积和大容器 的截面积)
(4) 活塞式压力检测 根据液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 加平衡砝码的质量来进行测量。 测量精度很高，允许误差可以小到0.05％～0.02％。 标准仪表。
1、液柱式压力计
测量原理
根据流体静力学原理， 将被测压力转换成液柱高 度进行测量。
单管压力计
U型管压力计
斜管压力计
Ｕ形管压力计