第四章 压力测量

因为液面上升部分与液面下降 部分体积相等 F2 h1F1 h 2 F2 h1 h2 F1
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根据U形管压力计测压原理 F2 F2 p1 h2 1g 1g p 2 h2 g h2 g F1 F1
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4.3 弹性式压力计 4.3.1 弹簧管压力计
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压力单位PSI
充液防震
全不锈钢
耐震压力表
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S d 2 S d
受拉时， l增大的同时d 减小，反之，受压时， l 减小，同时d 增大，两者关系为：
Ｓ d l ２ l Ｓ l l
μ—材料的泊松比，金属:０.2~０.4，半导体:0.35
d
R l （ 2） 1 R l
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4.3.4 弹性式压力计的误差来源
迟滞误差：相同压力下，同一弹性元件正反行程的 变形不一样； 弹性后效误差：弹性元件变形落后于被测压力变化； （动态响应误差） 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完全对应； 摩擦误差：仪表活动部件运动时，相互间有摩擦力； 温度误差：环境温度改变会引起金属材料弹性模 量变化。 达到0.1%的精度是极为困难的。
在均匀应力σ的作用下,导线电阻的相对变化量为
l dR dl - 2 dS d S S S l 因为 R 上式改写成增量形式 S R l S R l S

l
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对于圆导线，S=πd 2 /4，故近似有
F2 p1 - p 2 g( 1 )(1 )h2 F1
若 F1>> F2, 且ρ>> ρ1 则有
p1 - p2 gh2
---单管 压力计测压公式
（3）斜管微压计
p1 - p 2 glsin
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4.2.2 液柱式压力计的测量误差及其修正
0.1~N*100 nm
薄膜式特点：耐高温，如用铂、铬应变片
（蓝宝石基底），温度达800℃。
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（1）金属电阻丝应变片式传感器
单根导线的电阻Ｒ：电阻率ρ、长度l和截面积Ｓ， 其关系：
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（3）工程大气压力（at）:1cm2的面积上均匀作用 1kgf时所产生的压力。 1 kgf/cm2 = 9.80665 ×104 Pa ≈ 1×105 Pa = 0.1 MPa （4）毫米液柱。
在温度为0 ℃，重力加速度为9.80665m/s2、密度 为13.5951×103kg/m3 时，
采用无干摩擦的弹性轴承或磁悬浮轴承；
改善制造工艺。
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4.4 电远传式压力计
根据测量原理分类：
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(3)表压力：如果测压仪表所指示的压力是以大气压力 为0起算的压力，则测量结果称为表压力。 符号—PG 领域：工程中 (4)绝对压力：是指不附 带任何条件的全压力， 它等于大气压力和表压 力之和。 符号：Pa Pa＝P0十PG 如：液体、气体和蒸汽 所处空间的全部压力。
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霍尔元件置于线性差 动磁场中 ，霍尔元件 与弹簧管自由端固定 连接
P↑ → α ↑ → x(-) ↑ → B ↑ →UH ↑ P↓→ α ↓→ x(-) ↓ → B↓ →UH↓
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特点：
精度等级：普通型：１~４ 级； 精 度：0.1~0.5 级。 测量范围：真空~109 Pa；
工作范围：1/3~1/2量程(波动大)； 1/3~2/3量程(波动小)；
注意：防尘、防爆、防腐等问题，并要定期校验。
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4.3.2 膜式压力计
1mmHg=1Torr=1/760atm=133.322Pa 对于水柱，温度为4℃、重力加速度为9.80665m/s2、 ，密度为1000kg/m3 时
1mmH2O=9.80665Pa
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4.1.3 压力测量系统的分类
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静重式
液柱式压力计 活塞式压力计
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4.2 液柱式wenku.baidu.com力计
4.4.1 电阻应变式压力变送器
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箔式应变片
光学蚀刻法 箔式应变片
0.003~0.01ｍｍ
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4.1 概述
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4.1.1 压力的概念
垂直并且均匀作用在单位面积上的力称为 “压强”。工程技术上一般称其为“压力” 。
F P S
压力是流体介质分子质量或分子热运动对容 器壁碰撞的结果。压力也是反映流体介质状态的 一个重要参数。
子。它受压时线性输出范围比受拉
时大，故常在压缩状态下使用。
为了改善仪表性能提高测量精度，便于改变仪
表量程，实际应用时波纹管常和刚度比它大几倍的
弹簧结合使用，这时其性能主要由弹簧决定 。
用途：做流量和液位测量的显示仪表。
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双波纹管式压力计结构及工作原理
（1）帕斯卡:国际单位，简称帕（Pa） 1 Pa = 1 N/m2 工程上经常使用兆帕（MPa） 1 MPa = 1×106 Pa
（2）标准大气压力（atm）:温度为0℃，重力加速度 为9.80665m/s2、高度为0.76m、密度为 13.5951×103kg/m3的水银柱所产生的压力。 1 atm =101 325 Pa
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金属材料
R R 1 2） （
影响很小



K
R

l 式中 l
R 1 2） K （
K =1.7~3.6
为应变

d
d ——材料的泊松比。 l l
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4.3.5 弹性式压力计的改善途径
采用“全弹性”和“恒弹性”材料：减小迟滞误 差和后效误差； 如合金Ni42CrTi 、Ni36CrTiA、熔 凝石英；
采用新的转化技术，减小中间环节，如电阻应变
技术、差动变压器技术；
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生产和生活中不同的压力概念
(1) 差压（压差）：两个相关压力之差。 符号——ΔP 注意：基准点任意且相同 (2) 大气压力：大气压力是地球表面上空气的重量所 产生的压力。 符号：P0表示 影响因素：气象情况、海拔高度和地理纬度 测量仪表：气压表 压力单位之一：标准大气压，atm 1 atm =101 325 Pa
4.4.0 远传式弹簧管压力计
差动变压器式压力计
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霍尔式压力计
霍尔电势 KH：霍尔元件灵敏度系数，与霍尔元件的物理性质 和几何尺寸相关。
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第四章 压力测量
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主要内容
4.1 概述
4.2 液柱式压力计
4.3 弹性式压力计
4.4 电远传式压力计
4.5 压力表的选择、校验和安装
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膜片式——测量腐蚀性介质、非凝固、非结晶介质；
膜盒式——测量气体的微压和负压。 特点 精度：2.5 级 测量范围： 膜片式：真空或0~6×106 Pa 膜盒式：0~±4×104 Pa
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4.3.3 波纹管式压力计
波纹管是外周沿轴向有深槽形 波纹褶皱，可沿轴向伸缩的薄壁管
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4.2.1 液柱式压力计的原理
原理：利用液柱所产生的压力与被 测压力平衡 封液： 水、酒精、水银 特点：结构简单，物理本质清晰。 （1）U形管压力计 U形管压力计两侧输入压力为p1、p2， 左右介质密度为ρ1、 ρ2，封液密度为ρ， 重力加速度为g，右侧介质高度为H,液 柱高度差为 h，则
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(5) 真空压力：当绝对压力小于大气压力时，大气压 力与绝对压力之差。 PG ＝P0－Pa 又称：真空度、负压力、疏空压力。
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4.1.2 压力的单位换算
p1 - p2 gh ( 1 ) gH( 2 1 )
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当 ρ1≈ ρ2时 ，
p1 - p 2 gh ( 1 )
若 ρ1≈ ρ2 ，且ρ>> ρ1,则有
p1 - p2 gh
---U形管压力计测压公式 （2）单管压力计 F1、F2为容器和单管的截面积
（1）环境温度变化的影响
（2）重力加速度变化的影响
仪器使用地点的重力加速度公式：
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封液标准高度
hN---标准地点封液柱高度； hφ---测量地点封液柱高度； （3）毛细现象造成的影响 毛细现象使封液表面形成弯月面， 不仅引起读数误差，还会引起液柱的 升高或降低。通过加大管径来解决。 酒精：D>=3mm；水银： D>=8mm （4）安装、读数、刻度等方面的误差。
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定义应变
R l （ 2） 1 R l R R 1 2） （ K
l l


材料应变灵敏系数Ｋ：导线每单位应变引起的电阻 值的相对变化量。 Ｋ越大越好！
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弹 性 元 件
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弹簧管压力计结构
结构：弹簧管、齿轮传动机构、 指针、刻度盘。
弹簧管压力计工作原理
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弹簧管压力计结构
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