第5章压力测量-第三章温度测量
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压电材料：单晶体、多晶体
特点：结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可 靠，线性度好，频率响应高，量程范围广
2. 应变式压力传感器
应变片是基于应变效应工作的一种压力敏感元 件，当应变片受外力作用产生形变时，应变片 的电阻值也将发生相应变化。
应变式压力传感器是由弹性元件、应变片以及 相应的桥路组成的。
一、压力表示方式
绝对压力PJ 大气压力PD 表压力PB
PB= PJ －PD 真空度PZ（负压）
PZ＝ PD－ PJ
二、压力检测方法
1.平衡法：通过仪表使液柱高度的重力或砝码 的重量与被测压力相平衡的原理测量压力
2.弹性法：利用各种形式的弹性元件，在被测 介质的表压力或负压力作用下产生的弹性变 形来反映被测压力的大小
第五章 压力测量
第一节 概述
垂直作用在单位面积上的力称压力。
在国际单位制（SI）和我国法定计量单位
中，压力的单位是“帕斯卡”，简称
“帕”，符号为“Pa”。
1Pa
1N / m2
kgm 1 m2s2
1kgm1s2
即1N的力垂直均匀作用在1m2的面积上所 形成的压力值为1Pa。
过去采用的压力单位“工程大气压力” （kgf/cm2）、“毫米汞柱”（mmHg）、“毫米
1. 环境温度变ht0化 ht 1 t t0
2. 重g力 加gn速1度0.0变102化26H5cos 2
B
3. 毛细管现象
hn
g gn
h
第三节 弹性式压力计
用弹性传感器（又称弹性元件）组成的压 力测量仪表称为弹性式压力计。弹性元件受压 后产生的形变输出（力或位移），可以通过传 动机构直接带动指针指示压力（或压差），也 可以通过某种电气元件组成变送器，实现压力 （或压差）信号的远传。
每天都是美好的一天，新的一天开启 。20.11.1720.11.1717: 5517:55:5517: 55:55Nov-20
务实，奋斗，成就，成功。2020年11月17日 星期二5时55分 55秒T uesday, November 17, 2020
抓住每一次机会不能轻易流失，这样 我们才 能真正 强大。20.11.172020年 11月17日星期 二5时55分55秒20.11.17
（2）电远传式弹簧 压力仪表
霍尔压力传感器 电感式压力传感器
第四节 电气式检测
电气式压力检测方法一般是用压力敏 感元件直接将压力转换成电阻、电荷 量等电量的变化。
能实现压力－电量转换的压敏元件主 要有压电材料、应变片和压阻元件。
1. 压电式压力传感器
压电效应原理：压电材料受压时会在其表面 产生电荷，其电荷量与所受的压力成正比。
3.电气式：用压力敏感元件直接将压力转换成 电阻、电荷量等电量的变化
三、压力测量仪表的分类
压力传感器从其原理及结构来看可分为： 液柱式、机械式及电气式
测量压力的仪表，按信号原理不同，大 致可分为四类：
➢ 液柱式：根据流体静力学原理，把被测压力 转换成液柱高度
➢ 机械式：根据弹性元件受力变形的原理，将 被测压力转换成位移
测量 部分
压力发 生部分
三、压力表的安装
1. 取压口的选择 在管道或烟道上取压 测量流动介质的压力 测量液体介质的管道上
取压
2. 导压管的铺设
导压管是传递压力、 压差信号的。
3. 压力、压差计的安装
倾斜式微压计
踏实，奋斗，坚持，专业，努力成就 未来。20.11.1720.11.17Tues day, November 17, 2020
PB
g(h1
h2)
g( A1 A2
sin )l
➢ 倾斜角度越小，l越长，测量灵敏度就越高； 但不可太小，否则液柱易冲散，读数较困难， 误差增大。
➢ 这种倾斜管液柱式压力计可以测量到0.98Pa 的微压。为了进一步提高微压计的精确度，
应选用密度小的酒精作为工作液体。
四、液柱式压力计的测量误差及其修正
优点：结构简单，使用方便，有相当高的准 确度，在本专业中应用很广泛
缺点：量程受液柱高度的限制，体积大，玻 璃管容易损坏及读数不方便
采用水银或水为工作液，用U形管或单管进 行测量，常用于低压、负压或压力差的检测
被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、 风道各段压力、通风空调系统各段压力的测 量
谢谢大家！
)h
2
由于 D>>d，所以 P =ρgh2
问：U形管压力计两肘管的内径分别为d1 = 6mm，d2 = 6.5mm，管内封液为水，被测 压力作用于较细肘管，使水柱从零位下降 195mm。如果以该值的2倍作为被测压力 值，试确定由于没有读取较粗肘管的水柱 从零位的升高值而造成的测量误差。
解：
% P P0 100% P0
不可麻痹大意，要防微杜渐。20.11.1720.11.1717:55:5517: 55:55November 17, 2020
加强自身建设，增强个人的休养。2020年11月17日 下午5时 55分20.11.1720.11.17
追求卓越，让自己更好，向上而生。2020年11月17日星期 二下午5时55分 55秒17:55:5520.11.17
P g 2h1
P0 g(h1 h2 )
d12h1
d
2 2
h
2
h2
d12
d
2 2
h1
% h1 h 2 7.99% h1 h2
三、斜管微压计
主要用于测量微小压力、负压和压 差，它将单管液柱压力计的测量管倾斜 放置，这样可以提高灵敏度，减少读数 相对误差。
h1
A2 A1
l
h2 l sin
弄虚作假要不得，踏实肯干第一名。17:55:5517:55: 5517:5511/17/2020 5:55:55 PM
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.11.1717:55:5517:55Nov-2017-Nov-20
重于泰山，轻于鸿毛。17:55:5517:55: 5517:55Tuesday, November 17, 2020
为保证测量准确度：最小工作压力不应低于 满量程的1/3
优先满足最大工作压力条件
2. 仪表精度的选择
压力检测仪表的精度主要根据生产允许的 最大误差来确定，即要求实际被测压力允许的 最大绝对误差应小于仪表的基本误差。
3. 仪表类型的选择
从被测介质压力大小来考虑 被测介质的性质 对仪表输出信号的要求 使用的环境
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年11月 下午5时 55分20.11.1717:55November 17, 2020
重规矩，严要求，少危险。2020年11月17日 星期二5时55分 55秒17:55:5517 November 2020
好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午5时55分55秒 下午5时55分17:55:5520.11.17
r＝0，εr、εt达 最大值
r=r0， εt=0
r=r0，εr达 负的最大值
r=0.58r0， εr=0
3. 压阻式压力传感器
压阻元件是基于压阻效应工作的一种压力敏感 元件，它指在半导体材料的基片上用基成电路 工艺制成的扩散电阻，当它受外力作用时，其 阻值由于电阻率的变化而改变。
扩散电阻正常工作需依附弹性元件，常用的是 单晶体硅膜片。
水“巴柱””（（mbmarH）2O、）“、P“S物I”理等大均气应压改”成（法at定m）计量、
单位帕。
1 kgf/cm2 = 0.9807×105Pa
1mmH2O = 0.9807×10Pa 1 mmHg = 1.332×102Pa
1atm = 1.01325×105Pa
1bar=105Pa
1PSI=6.89×103Pa
优点：体积小，结构简单，能直接反映 微小的压力变化，动态响应好
缺点：敏感元件易受温度的影响，从而 影响压阻系数的大小
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. 仪表量程的选择
被测压力较稳定：最大工作压力不应超过仪 表满量程的3/4
被测压力波动较大或测脉动压力：最大工作 压力不应超过仪表满量程的2/3
二、压力仪表的校验
校验就是将被校验压力表和标准压力表通 以相同压力，比较它们的指示数值，如果 被校表对于标准表的读数误差，不大于被 校表规定的最大准许绝对误差时，则认为 被校表合格。
常用的校验仪器是活塞式压力计，它由压 力发生部分和测量部分组成，它的精度等 级有0.02、0.05和0.2级，可用来校准0.25级 精密压力表，也可校准各种工业用压力表， 被校压力的最高值为60MPa。
➢ 电气式：将被测压力转换成各种电量，如电 感、电容、电阻、电位差等，依据电量的大 小实现压力的间接测量
➢ 活塞式：根据水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
第二节 液柱式压力计
利用液柱对液柱底面产生的静压力与被测压 力相平衡的原理，通过液柱高度来反映被测 压力的大小
弹性元件在弹性限度内受压后会产生 变形，变形大小与被测压力成正比关系。
F AP F Cx x F PA
CC
1. 膜片
按剖面形状分为平膜片和波纹膜片 常用材料 可与其他转换元件合用
电容式压力传感器 光纤式压力传感器 力矩平衡式压力变送器
2. 波纹管
优点：灵敏高，可测较低压力 缺点：迟滞误差较大，精度一般只有1.5级
一、U形管压力计
△P=P1－P2 =ρg(h1+h2)
提高工作液密度将 增加压力的测量范 围，但灵敏度要降
低。
二、单管压力计
由于U形管压力 计需两次读取液面高 度，为使用方便，设 计出一次读取液面高 度的单管压力计。
因
4
D
2
h2
4
d
2
h1
则
h2
d2 D2
h1
故
p
g(h1
h
2
)
g(1
d2 D2
3. 弹簧管
截面为非圆形（椭圆 形或扁圆形），并弯 成圆弧状的空心管子
一端为封闭（自由 端），一端为开口 （固定端）
0
1 2 P
E
R2 bh
(1
a2 b2 ) k2
（1）弹簧管压力表
结构简单，使用方便， 价格低廉，使用范围 广，测量范围宽
可测负压、微压、低 压、中压和高压
精度有0.5、1.0、1.5、 2.5等
特点：结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可 靠，线性度好，频率响应高，量程范围广
2. 应变式压力传感器
应变片是基于应变效应工作的一种压力敏感元 件，当应变片受外力作用产生形变时，应变片 的电阻值也将发生相应变化。
应变式压力传感器是由弹性元件、应变片以及 相应的桥路组成的。
一、压力表示方式
绝对压力PJ 大气压力PD 表压力PB
PB= PJ －PD 真空度PZ（负压）
PZ＝ PD－ PJ
二、压力检测方法
1.平衡法：通过仪表使液柱高度的重力或砝码 的重量与被测压力相平衡的原理测量压力
2.弹性法：利用各种形式的弹性元件，在被测 介质的表压力或负压力作用下产生的弹性变 形来反映被测压力的大小
第五章 压力测量
第一节 概述
垂直作用在单位面积上的力称压力。
在国际单位制（SI）和我国法定计量单位
中，压力的单位是“帕斯卡”，简称
“帕”，符号为“Pa”。
1Pa
1N / m2
kgm 1 m2s2
1kgm1s2
即1N的力垂直均匀作用在1m2的面积上所 形成的压力值为1Pa。
过去采用的压力单位“工程大气压力” （kgf/cm2）、“毫米汞柱”（mmHg）、“毫米
1. 环境温度变ht0化 ht 1 t t0
2. 重g力 加gn速1度0.0变102化26H5cos 2
B
3. 毛细管现象
hn
g gn
h
第三节 弹性式压力计
用弹性传感器（又称弹性元件）组成的压 力测量仪表称为弹性式压力计。弹性元件受压 后产生的形变输出（力或位移），可以通过传 动机构直接带动指针指示压力（或压差），也 可以通过某种电气元件组成变送器，实现压力 （或压差）信号的远传。
每天都是美好的一天，新的一天开启 。20.11.1720.11.1717: 5517:55:5517: 55:55Nov-20
务实，奋斗，成就，成功。2020年11月17日 星期二5时55分 55秒T uesday, November 17, 2020
抓住每一次机会不能轻易流失，这样 我们才 能真正 强大。20.11.172020年 11月17日星期 二5时55分55秒20.11.17
（2）电远传式弹簧 压力仪表
霍尔压力传感器 电感式压力传感器
第四节 电气式检测
电气式压力检测方法一般是用压力敏 感元件直接将压力转换成电阻、电荷 量等电量的变化。
能实现压力－电量转换的压敏元件主 要有压电材料、应变片和压阻元件。
1. 压电式压力传感器
压电效应原理：压电材料受压时会在其表面 产生电荷，其电荷量与所受的压力成正比。
3.电气式：用压力敏感元件直接将压力转换成 电阻、电荷量等电量的变化
三、压力测量仪表的分类
压力传感器从其原理及结构来看可分为： 液柱式、机械式及电气式
测量压力的仪表，按信号原理不同，大 致可分为四类：
➢ 液柱式：根据流体静力学原理，把被测压力 转换成液柱高度
➢ 机械式：根据弹性元件受力变形的原理，将 被测压力转换成位移
测量 部分
压力发 生部分
三、压力表的安装
1. 取压口的选择 在管道或烟道上取压 测量流动介质的压力 测量液体介质的管道上
取压
2. 导压管的铺设
导压管是传递压力、 压差信号的。
3. 压力、压差计的安装
倾斜式微压计
踏实，奋斗，坚持，专业，努力成就 未来。20.11.1720.11.17Tues day, November 17, 2020
PB
g(h1
h2)
g( A1 A2
sin )l
➢ 倾斜角度越小，l越长，测量灵敏度就越高； 但不可太小，否则液柱易冲散，读数较困难， 误差增大。
➢ 这种倾斜管液柱式压力计可以测量到0.98Pa 的微压。为了进一步提高微压计的精确度，
应选用密度小的酒精作为工作液体。
四、液柱式压力计的测量误差及其修正
优点：结构简单，使用方便，有相当高的准 确度，在本专业中应用很广泛
缺点：量程受液柱高度的限制，体积大，玻 璃管容易损坏及读数不方便
采用水银或水为工作液，用U形管或单管进 行测量，常用于低压、负压或压力差的检测
被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、 风道各段压力、通风空调系统各段压力的测 量
谢谢大家！
)h
2
由于 D>>d，所以 P =ρgh2
问：U形管压力计两肘管的内径分别为d1 = 6mm，d2 = 6.5mm，管内封液为水，被测 压力作用于较细肘管，使水柱从零位下降 195mm。如果以该值的2倍作为被测压力 值，试确定由于没有读取较粗肘管的水柱 从零位的升高值而造成的测量误差。
解：
% P P0 100% P0
不可麻痹大意，要防微杜渐。20.11.1720.11.1717:55:5517: 55:55November 17, 2020
加强自身建设，增强个人的休养。2020年11月17日 下午5时 55分20.11.1720.11.17
追求卓越，让自己更好，向上而生。2020年11月17日星期 二下午5时55分 55秒17:55:5520.11.17
P g 2h1
P0 g(h1 h2 )
d12h1
d
2 2
h
2
h2
d12
d
2 2
h1
% h1 h 2 7.99% h1 h2
三、斜管微压计
主要用于测量微小压力、负压和压 差，它将单管液柱压力计的测量管倾斜 放置，这样可以提高灵敏度，减少读数 相对误差。
h1
A2 A1
l
h2 l sin
弄虚作假要不得，踏实肯干第一名。17:55:5517:55: 5517:5511/17/2020 5:55:55 PM
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.11.1717:55:5517:55Nov-2017-Nov-20
重于泰山，轻于鸿毛。17:55:5517:55: 5517:55Tuesday, November 17, 2020
为保证测量准确度：最小工作压力不应低于 满量程的1/3
优先满足最大工作压力条件
2. 仪表精度的选择
压力检测仪表的精度主要根据生产允许的 最大误差来确定，即要求实际被测压力允许的 最大绝对误差应小于仪表的基本误差。
3. 仪表类型的选择
从被测介质压力大小来考虑 被测介质的性质 对仪表输出信号的要求 使用的环境
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年11月 下午5时 55分20.11.1717:55November 17, 2020
重规矩，严要求，少危险。2020年11月17日 星期二5时55分 55秒17:55:5517 November 2020
好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午5时55分55秒 下午5时55分17:55:5520.11.17
r＝0，εr、εt达 最大值
r=r0， εt=0
r=r0，εr达 负的最大值
r=0.58r0， εr=0
3. 压阻式压力传感器
压阻元件是基于压阻效应工作的一种压力敏感 元件，它指在半导体材料的基片上用基成电路 工艺制成的扩散电阻，当它受外力作用时，其 阻值由于电阻率的变化而改变。
扩散电阻正常工作需依附弹性元件，常用的是 单晶体硅膜片。
水“巴柱””（（mbmarH）2O、）“、P“S物I”理等大均气应压改”成（法at定m）计量、
单位帕。
1 kgf/cm2 = 0.9807×105Pa
1mmH2O = 0.9807×10Pa 1 mmHg = 1.332×102Pa
1atm = 1.01325×105Pa
1bar=105Pa
1PSI=6.89×103Pa
优点：体积小，结构简单，能直接反映 微小的压力变化，动态响应好
缺点：敏感元件易受温度的影响，从而 影响压阻系数的大小
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. 仪表量程的选择
被测压力较稳定：最大工作压力不应超过仪 表满量程的3/4
被测压力波动较大或测脉动压力：最大工作 压力不应超过仪表满量程的2/3
二、压力仪表的校验
校验就是将被校验压力表和标准压力表通 以相同压力，比较它们的指示数值，如果 被校表对于标准表的读数误差，不大于被 校表规定的最大准许绝对误差时，则认为 被校表合格。
常用的校验仪器是活塞式压力计，它由压 力发生部分和测量部分组成，它的精度等 级有0.02、0.05和0.2级，可用来校准0.25级 精密压力表，也可校准各种工业用压力表， 被校压力的最高值为60MPa。
➢ 电气式：将被测压力转换成各种电量，如电 感、电容、电阻、电位差等，依据电量的大 小实现压力的间接测量
➢ 活塞式：根据水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
第二节 液柱式压力计
利用液柱对液柱底面产生的静压力与被测压 力相平衡的原理，通过液柱高度来反映被测 压力的大小
弹性元件在弹性限度内受压后会产生 变形，变形大小与被测压力成正比关系。
F AP F Cx x F PA
CC
1. 膜片
按剖面形状分为平膜片和波纹膜片 常用材料 可与其他转换元件合用
电容式压力传感器 光纤式压力传感器 力矩平衡式压力变送器
2. 波纹管
优点：灵敏高，可测较低压力 缺点：迟滞误差较大，精度一般只有1.5级
一、U形管压力计
△P=P1－P2 =ρg(h1+h2)
提高工作液密度将 增加压力的测量范 围，但灵敏度要降
低。
二、单管压力计
由于U形管压力 计需两次读取液面高 度，为使用方便，设 计出一次读取液面高 度的单管压力计。
因
4
D
2
h2
4
d
2
h1
则
h2
d2 D2
h1
故
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g(h1
h
2
)
g(1
d2 D2
3. 弹簧管
截面为非圆形（椭圆 形或扁圆形），并弯 成圆弧状的空心管子
一端为封闭（自由 端），一端为开口 （固定端）
0
1 2 P
E
R2 bh
(1
a2 b2 ) k2
（1）弹簧管压力表
结构简单，使用方便， 价格低廉，使用范围 广，测量范围宽
可测负压、微压、低 压、中压和高压
精度有0.5、1.0、1.5、 2.5等