04SK第三章压力测量1

压力显示仪表 弹性式压力计
• • • • • • • • • (7) 必须进行定期校准。 选用原则 (1) 根据被测压力的种类； (2) 被测介质的种类及其物理、化学性质； (3) 测压范围； (4) 精度等级。 安装注意事项 (1) 避开阻力件，安装在平直段； (2) 孔口轴线与工质流速方向垂直；
压力校验设备 *概述
活塞式压力计、浮球式 压力计、液柱式压力 计及压力扫描系统 活塞式压力计 （以单活塞为例） 原理:巴斯卡原理
p = G F
法码
砝码盘 活塞 被校压力表 活塞缸 油杯
手轮 油 加压泵
压力校验设备 活塞式压力计
• 适用范围：正压力表 • 量程范围：多种量程范围可供选用 • 精度等级：一等标准0.02%；二等标准0.05%； 三等标准0.2%。 • 注意事项：减小摩擦力；保证活塞处于铅垂位置。 • 双活塞真空压力计（略）
压力显示仪表 弹性式压力计
(2) 膜式压力计 种类：膜片（弹性和挠 性）和膜盒 原理： 保护措施： 产生更大位移的方法： (3) 波纹管式差压计 差动型膜片差压计
压力显示仪表 弹性式压力计
• • • • • • 弹性式压力计的误差 (1) 迟滞误差； (2) 弹性后效误差； (3) 间隙误差； (4) 摩擦误差； (5) 温度误差。
压力传感器 压阻式压力传感器
压阻效应：硅、锗等半导体材料受外力作用时，其电 阻率发生变化的现象。压阻效应的强弱用压阻系数γ 来表示。 压阻式压力传感器：利用压阻效应测量压力的传感器。 结构和原理： p
R1 + ∆R
R2 − ∆R
输出
R4 R3 R1 R2
R 4 − ∆R
R3 + ∆R
输入
压力传感器 压阻式压力传感器
压力显示仪表 弹性式压力计
• (3) 孔口应光滑无毛刺和凹凸不平； • (4) 在保证加工方便和不堵塞的情况下，孔口应 尽量小； • (5) 在恶劣工况下，要在压力表前装隔离器； • (6) 如压力显示仪表和取压口不在同一水平线上， 则应校正由于两者高度差对仪表读数造成的误差。
压力传感器 概述
• 压力传感器：是用以感受压力，并转换为与压 力信号成一定关系的电信号输出的器件。 • 为什么要选用压力传感器? • 压力传感器的分类： • 压阻式压力传感器、压电式压力传感器、力平衡 式压力传感器、频率式压力传感器等等。 • 压力传感器的选择及使用
压力传感器 频率式压力传感器
• 振动筒式压力传感器 •原理：利用振动筒的固有频率与周围介质所引起 的应力有关。将被测压力输入振动筒，引起介质 应力改变，则振动筒的固有频率也跟着改变。
压力传感器 频率式压力传感器
• 石英晶体式压力传感器 • 原理：石英晶体的固有频率取决于它的厚度，在 压力作用下，石英晶体的厚度发生变化，从而改 变了它的固有频率。这样就将压力的测量转变成 频率的测量。 • 优点：分辨率高、灵敏度高、精度高； • 缺点：温度效应影响较大、非线性。
压力显示仪表 弹性式压力计
• 特点及使用注意事项 • (1) 为保证测量精度，被测压力范围最好在满量 程的三分之一到三分之二；如被测压力有脉动， 则不应超过满量程的二分之一； • (2) 如无特别标注，测得的压力值是表压； • (3) 测量压力范围较广，但精度不是很高； • (4) 直观； • (5) 只能做稳态压力测量； • (6) 不能自动处理和记录大量数据；
• • • • (1) 合理选用； (2) 正确接线； (3) 稳态压力测量中要消除温度的影响； (4) 定期校准。
压力传感器 应用举例
压力传感器 应用举例
性能参数： 量程：25，40，60，100，KPa，0.16，0.25，0.4，0.6， 1Mpa(绝压)； 最大过载：150%； 零点输出：≤10mV； 接口：M12×1或φ8气嘴； 补偿温度：0～70℃； 使用温度：－40～85℃； 供电电源：6VDC(稳压) 测量介质：非腐蚀或弱腐蚀性气体、液体。
压力传感器 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。 F 压电式压力传感器： 镀金属面 •利用压电材料的压电 ＋＋＋＋＋ 效应把压力信号转换 －－－－－ 为电信号，以达到测 量压力的目的。 压电材料薄片 镀金属面 F
压力显示仪表 液柱式压力计
• 分类 ：U型管压力计、单管式压力计、 斜管式微压计 p2 p1 • (1) U型管压力计 ρ1 • 结构? • 如何计算压力?
ρ2
h2 A H
p1 = p2 + g(ρ2 − ρ1 )(H − h2 ) + g(ρ − ρ1 )(h1 + h2 )
A
h1
ρ
压力显示仪表 液柱式压力计
压力传感器 压电式压力传感器
• 配套电路：高输入阻抗电路——电荷放大器 • U = Q/C = KF/C Cr • Us =- Q/Cr=-KF/ Cr 传感器
Cr F = − US K
输入阻抗Z
C + Us 电荷放大器
压力传感器 压电式压力传感器
• 压电材料：压电晶体(石英)、压电陶瓷(锆钛酸 铅) • 二者特点：压电晶体的性能稳定；机械强度高； 绝缘性能好；价格昂贵。压电陶瓷压电系数大； 价格便宜；其它性能不如压电晶体。 • 优点：频响高、灵敏度大、不需电源； • 缺点：温度和湿度效应大、低频性能差，不适于 稳态测量、压电陶瓷的压电系数逐年降低。
压力显示仪表 弹性式压力计
• 概述 • (1) 原理：弹性元件受压后 产生的变形与压力大小有确 定关系。 • (2) 弹性元件： • 弹簧管、 膜片、膜盒、波纹 管 • (3) 弹性材料：铍青铜、磷 青铜、不锈钢
p
压力显示仪表 弹性式压力计
分类 • (1) 弹簧管压力表 • 结构及原理： •精度等级： •普通：1～4级 •精密：0.1～0.5级 •测量范围： •真空～109Pa
• 如何读数? • (a).分别读取h1、h2； • (b).U型管应保持铅 垂位置； • (c). 眼睛应保持与液 面平齐，以工作液弯 月面顶部或底部切线 为准读取液面高度。
p2
P1 ρ1
ρ2 h2 H
h1
A ρ
A
压力显示仪表 液柱式压力计
• 如何选择工作液? • (a). 无毒、无味、无腐蚀、不互溶、质纯等，常 用的有水、酒精、四氯化碳、变压气油等； • (b). 根据压差大小。
1磅/英寸2(psi) 1标准大气压(atm)
6.8947 × 103
7.0307 × 10-2
51.715
7.0307 × 102
1.0
6.805 × 10-2
×
1.0133 × 105
1.0332
7.60 × 102
1.0332 × 104
14.696
1.0
* 概述
标准状况： 对水：t=4℃，纬度45°的海平面上，ρ=1g/cm3； 对汞：t=0℃， ρ =13.5951g/cm3。 t=0 1个标准大气压： t=0℃，g=980.665cm/s2， ρ =13.5951g/cm3， H=760mmHg所产生的压力。 • 3. 本章内容： • 压力显示仪表、压力传感器、压力校验设备、 总压测量、静压测量、校准风洞 • • • •
压力传感器 选用原则
• • • • • • • • • (1) 频响要求； (2) 压力种类； (3) 量程范围； (4) 介质种类； (5) 精度(灵敏度、迟滞、线性度、重复性、稳定性、温 漂)； (6) 补偿温度、使用温度； (7) 体积大小； (8) 接口尺寸; (9) 性能价格比。
压力传感器 使用
p1 − p2 = g( ρ − ρ1 )(h1 + h2 )
如何提高微小差压的灵敏度？
压力显示仪表 液柱式压力计
• (2) 单管式压力计 目的：
h1 F = h 2 f
f p1 = p2 + g( ρ − ρ1 )(1 + )h2 F p1 ≈ p2 + g( ρ − ρ1 )h2
如何保证测量精度 ?
第三章
压力测量 概述
1. 压力测量的重要性 2. 压力测量的一般知识 总压p*：气流绝能等熵滞止下来的压力 静压p：压强 动压头：1/2ρv2 大气压力：地球表面的空气柱重量所产生的压力 绝对压力：p=pH+pB，是气体所处空间的全部压力 表压力： pB= p-pH，高于大气压的绝对压力与大 气压力之差。
压力传感器 安装与连接方法
• (1) 传感器两端有M12 ×1(或 M20 ×1.5)外螺纹接口，可直 接与被测现场的高(H)低(L)压 引压管对应端连接，无需使用 安装支架； • (2)为了避免传感器单面受压 造成过载损坏，在传感器与现 场高(H)、低(L)压口之间必须 加装平衡阀，平衡阀与传感器 的联接见图示； • (3)最好采用水平安装，其它 安装形式亦可，但对零点输出 有影响。
压力传感器 力平衡式压力传感器
• 结构：伺服式力平衡结构 • 原理： 杆子
位移传感器 电流放大器 i
p
膜片
f
N
A
S
压力传感器 力平衡式压力传感器
• 特点 • 优点：线性度和迟滞小于0.01%，零点温漂和灵 敏度温漂为(10-3~10-4)%/℃，是一般传感器的 1/100。其总精度可达0.5级，因此可以作为压力 的辅助标准； • 缺点：结构复杂，体积较大，可靠性差；弹性 系统刚度小，动态性能较差；价格高。
1.0 × 104
14.22
0.9678
1毫米水银柱(mmHg)
1.3332 × 102
1.3595 × 10-3
1.0
13.59
1.934 × 10-2
1.316 × 10-3
1毫米水柱(mmH2O)
×
9.8064
1.0 × 10-4
7.3556 × 10-2
1.0
1.422 × 10-3
9.678 × 10-5
压力显示仪表 液柱式压力计
(3) 斜管式微压计 目的:测量微小的正压、负压和差压。用l读数代替 h2读数 计算：
h2 = l sinα p1 − p2 ≈ g(ρ − ρ1)l sinα
适用范围：100~2500Pa。
源自文库
压力显示仪表 液柱式压力计
• 特点 • 优点：结构简单、可靠性好、使用方便、价廉、 直观、影响测量精度因素少、可用于现场校验 压力传感器和管路漏气。 • 缺点：测量范围有限、有人为读数误差、不便 于多点测量和数据采集、不能进行动态测量。
压力校验设备 浮球式标准压力发生器
(1) 结构：1-托架；2-钢球；
3-钢筒；4-喷嘴；5-导气管； 6-进气管；7-砝码。
(2) 原理：
p =
∑
S
G
(3) 量程范围： 0.01～0.4MPa (4) 精度：由于没有摩擦 力影响测量精度，精度 可达±0.03%。
压力校验设备 压力扫描系统
p1 pn 机械式压力扫描阀 传感器 (1) 结构 (2) 原理 接压嘴 (3) 实时校准： (4) 特点 底座 优点：节省压力传感器 旋转阀 、实时校准； 缺点：泄漏影响测量精度； 速度较慢，只适用于稳态 压力测量。
∆R γ = σ •电阻阻值变化与所受应力的关系： R + ∆Rt 2
r
恒压源： u sc =
γ
2
σ r E 恒流源： u sc =
γ
2
σ r ( R + ∆ Rt ) I
压力传感器 压阻式压力传感器
• 特点 • 优点：灵敏度高、无迟滞、频响高、输出电平高、 精度高、耐振及耐冲击性能好、功耗小、寿命长、 设计及使用方便、可以小型化。 • 缺点：零位温度漂移和灵敏度温度漂移。
压力传感器 应用举例
电联结：插头座或屏蔽电缆线。 满量程输出：50～100mV； 储存温度：－55～100℃； 绝缘电阻：>100MΩ/500V。
压力传感器 应用举例
某种传感器性能参数表
特性 非线性 重复性迟滞 零点温度系数 灵敏度温度系数 时 漂 A B A B A B A B A、B 参 数 ±0.1～±0.15 ±0.2～±0.3 ≤0.1 ≤0.2 ≤1～2 ≤3 ～5 ≤ 1～2 ≤ 3 ～5 ≤0.1～0.2 单 位 %FS %FS ×10－4/℃FS ×10－4/℃FS %FS/4H
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* 概述 压力单位换算表
牛顿/米2 公斤/厘米2
1.0197×10-5
毫米水银柱
7.5006 × 10-3
毫米水柱
磅/英寸2
1.4504 × 10-4
标准大气压
9.8692 × 10-6
1牛顿/米2(帕斯卡)
×
1.0
0.1020
1公斤/.厘米2(工程大气压)
×
9.8067 × 104
1.0
7.3556 × 102