第三章 压力检测(1)

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若 12 则
p1 p2 gh( 1 )
当远大于1 时，则
P 1 P 2 gh
（3 — 3）
由式(3—3)可知，当U型管内封液密度一定并已知时， 液柱高度差h反映了压力的大小。这就是液柱式压力计测量 压力的基本工作原理。 根据被测压力的大小及要求，其封液可采用水或水银， 有时为了避免细玻璃管中的毛细管作用，其封液也可选用 酒精或苯。U型管压力计的侧压范围最大不超过0.2MPa
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第三章 压 力 检 测(1)
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第一节 概
一、压力的基本概念
述
定义：流体垂直作用于单位面积上的力，在工程 上称为压力，而在物理学中称为压强。 表示：压力可用绝对压力、大气压力和表压力表 示。在工程上所说的压力一般都是指表压力，即 用压力仪表测压时仪表的示值压力。 表压力＝绝对压力－大气压力
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第二节 液柱式压力计
原理：液柱式测压仪表是根据流体静力学原理，利用液 柱所产生的压力与被测压力平衡，并根据液柱高 度来确定被测压力大小的压力计。 用途：液柱式压力计多用于测量低压、负压和压力差。
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二、单管压力计
单管压力计如右图，则
P 1 1 gh3 g (h 1 h2 )
P2 1 g (h1 h2 h3 )
又有h1F1＝h2F2
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其两侧压力差：
p p1 p2 g ( 1 )(1 F2 / F1 )h2
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（4）活塞式压力计 它是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。它普遍地被作 为标准仪器用来校验或刻度弹性式压力计。
压力表的精度等级： 实验室用：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2 一般： 0.35，0.5 生 产 用：1.0，1.5，2.5，4.0
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三、波纹管式压差计
波纹管是外周沿轴向有深槽 形波纹状皱褶，可沿轴向伸缩的 薄壁管子，其外形如图3－6所示。 它受压时的线性输出范围比受拉 时的大，故常在压缩状态下使用。
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双波纹管压差计结构图
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P P1 P2
（3 — 4 ）
若F1»F2,且»1 则：
p1 p2 gh2
（3 — 5）
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贝兹(Bates)微压计就是 利用单管压力计的原理． 相邻两刻线相差为1mm， 用游标尺读数的方法可精确 读出1Pa的压力
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三、斜管压力计
1mmHg=1mm×ρ0×g=10-3×13595.1kg/m3×9.80665m/s2 =10-3×13595.1×9.80665kgf/m2 =10-3×13595.1×9.80665×10－4kgf/cm2 =1.36×10-3kgf/cm2
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二、测量压力仪表的分类
p1 p2 gl sin
斜管压力计的刻度 比U型管压力计的刻度 放大了1/sinα倍。若 采用酒精作为封液， 则更便于测量微压， 一般这种斜管压力计 适于测量(2－2000)Pa 范围的压力。
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四、液柱式压力计的测量误差及其修正 （一）环境温度变化的影响 环境温度偏离规定温度后，封液密度改变对压力计读 数影响的修正公式为:
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结构：U型管压力计、单管压力计和斜管微压计。
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一、U型管压力计
已知： P1 2 gH gh
P2 1 g ( H h)
P1，P2与封液液柱高度h间 有如下关系:
p1 p2 gh( 1 ) gH ( 2 1 )
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一、弹簧管压力计
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弹簧管的结构 弹簧管是弹簧管压力 汁的主要测压元件。弯曲 的弹簧管是一根空心的管 子，其自由端是封闭的， 固定端焊在仪表的外壳上， 并与管接头相通。弹簧管 的横截面呈椭圆形或扁圆 形。
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（3）电气式压力计 它是利用一些物质与压力有关的物理性质进行 测压。一些物质受压后，它的某些物理性质会发生 变化，通过测量这种变化就能测量出压力。据此原 理制造出的各种压力传感器，往往具有精度高、体 积小、动态特性好等优点，成为近年来压力测量的 一个主要发展方向。常用的压力传感器有电阻应变 片式、电容式、压电式、电感式、霍尔式等。
h20 h1 (t 20)
（二）重力加速度变化的修正
g N 1 0.00265 cos(2 ) g (1 2 H / R)
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（三）毛细现象造成的误差 毛细现象使封液表面实际应形成弯月面，这不仅会引 起读数误差．而且会引起液柱的升高或降低。这种误差与 封液的表面张力、管径、管内壁的洁净度等因素有关，难 以精确得到。实际应用时，常常通过加大管径来减少毛细 现象的影响。 封液为酒精，管子内径d≥3mm；水、水银作封液， d≥8mm。 (四) 其它 存在刻度、读数、安装等方面的误差。
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2 K K1 S A
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四、弹性式压力计的误差及改善途径
弹性式压力计的误差主要来源于以下几个方面： 1．迟滞误差 相同压力下，同一弹性元件正反行程的变 形量不一样，产生迟滞误差。 2．后效误差 弹性元件的变形落后于被测压力的变化， 引起弹性后效误差。 3．间隙误差 仪表的各种活动部件之间有间隙，示值与 弹性元件的变形不可能完全对应，引起间 隙误差。 4．摩擦误差 仪表的活动部件运动时，相互间存在摩擦 力，产生摩擦误差。 5．温度误差 环境温度的变化会引起金属材料弹性模量 的变化，造成温度误差。
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弹簧管压力表
刻度盘
中心齿轮 弹簧管
游丝
指针 扇形齿轮
拉杆 调整螺钉 接头
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单圈弹簧管压力表的精度：普通的是1～4级，精密 的是0.l～0.5级。船用弹簧管压力表精度为1.5级。 测量范围从真空到109Pa。
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膜片压力计适用于真空或(0∽6×106)Pa的压力测量
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（二）膜盒压力计 为了增大膜片 的位移量以提高灵 敏度，可以把两片 金属膜片的周边焊 接在一起，形成膜 盒。也可以把多个 膜盒串接在一起， 形成膜盒组。 膜盒压力计适用于(0∽±4×104)Pa的压力测量
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第三节 弹性式压力计
工作原理： 利用各种弹性元件弹性变形产生的弹性力 与被测压力产生的力相平衡，通过测量弹性元 件的弹性变形量来测量压力。
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弹 性 元 件 结 构 和 特 点
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根据感受压力的弹性元件不同，弹性式压力计可分为： 常用的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管。相应的 压力测量工具有弹簧管压力计、膜式压力计和波纹管式 压差计等。弹性元件变形产生的位移较小，往往需要把 它变换为指针的角位移或电信号、气信号，以便显示压 力的大小。
（1）液柱式压力计 它是依据重力与被测压力平衡的原理制成的，可 将被测压力转换为液柱的高度差进行测量，例如：U型 管压力计、单管压力计以及斜管压力计等。
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（2）弹性式压力计 它是依据弹性力与被测压力平衡的原理制成，弹 性元件感受压力后会产生弹性变形，形成弹性力，当 弹性力与被测压力相平衡时，弹性元件变形的多少反 映了被测压力的大小。据此原理工作的各种弹性式压 力计在工业上得到了广泛的应用。如：弹簧管压力计、 波纹管压力计以及膜盒式压力计等。
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工作原理
当它的内部通入被测压力后，在压力作用下它会发 生变形。短轴方向的内表面积比长轴方向的大，因而受 力也大。当管内压力比管外大时，短轴要变长些，长轴 要变短些，管子截面趋于更圆，产生弹性变形。由于短 轴方向与弹簧管圆弧形的径向一致，变形使自由端向管 子伸直的方向移动，产生管端位移量，通过拉杆带动齿 轮传动机构，使指针相对于刻度盘转动。当变形引起的 弹性力与被测压力产生的作用力平衡时，变形停止，指 针指示出被测压力值。
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二来自百度文库膜式压力计
膜片压力计： 用于测量腐蚀性介质或非凝固、非结晶的粘性介 质的压力；敏感元件是膜片。 膜盒压力计： 用于测量气体的微压或负压。敏感元件是膜盒。
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（一）膜片压力计
膜片可分为弹性膜片和挠性膜片两种。膜片呈圆形， 一般由金属制成，常用的弹性波纹膜片是一种压有环状同 心波纹的圆形薄片，它的四周被固定起来。
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提高弹性压力计精度的主要途径有：
1．用无迟滞误差或迟滞误差极小的“全弹性”材料 和 温度误差很小的“恒弹性”材料制造弹性元件。 2．采用新的转换技术，减少或取消中间传动机构， 以减少间隙误差和磨擦误差。 3．限制弹性元件的位移量，采用无干磨擦的弹性支 承或磁悬浮支承等。 4．采用合适的制造工艺，使材料的优良性能得到充 分的发挥。
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当绝对压力高于大气压力 时，表压力为正压力，简 称正压或压力； 当绝对压力低于大气压力 时，表压力为负压力，简 称负压或真空(度)。
P1
△P
P1
P2 大气压力线PD
P2
零压力线
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单位：在国际单位制中，压力的单位是牛顿／米2（N／㎡），称为 帕斯卡或简称帕（Pa）； 工程大气压（at）：定义：1工程大气压＝1公斤力／厘米2 （kgf/cm2）； 标准大气压(atm)：定义：在标准状态下， 760mmHg对底面 积的静压； 毫米汞柱:定义：温度为0℃的纯汞，汞柱高1mm对底面积的 静压力； 毫米水柱：定义：温度为4℃的纯水，水柱高1mm时对底面积 的静压力； 沿用的CGS制：压力：单位是达因／厘米2（dyn/㎝2），简 称巴（bar）； 欧美常用磅力／英寸2（psi）作为压力单位。
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生产中为了工艺需要或设备安全．常希望把 压力控制在一定的范围之内。当压力高于或低于 规定范围时，能发出灯光或声音信号，提醒操作 者予以注意。因此可采用电接点压力计，它是在 弹簧管压力计的基础上增加两对电触点而制成。
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电接点式压力表
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注意：
为了保证弹簧管压力表的指示正确和能长期使用， 应使仪表工作在正常允许的压力范围内。对于波动较 大的压力，仪表的示值应经常处于量程范围的1／2附 近；被测压力波动小时，仪表示值可在量程范围的2 ／3左右，但被测压力值一般不应低于量程范围的1／ 3。另外，还要注意仪表的防振、防爆、防腐等问题， 并要定期校验。
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压力单位的换算：
公斤力 9.80665牛顿 4 牛顿 4 ＝ ＝ 9 . 80665 10 ＝ 9 . 80665 10 帕 2 4 2 2 厘米 10 米 米
1工程大气压＝ 1
1牛顿 公斤力 公斤力 －5 1帕＝ ＝ 1 ＝ ＝ 1 . 02 10 工程大气压 2 2 4 米 9.80665米 9.80665 10 厘米