壓力和差壓測量 盧

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1、第3章壓力和差壓測量3.1基本概念3.2液柱式壓力計(jì)3.3彈性原件及彈性壓力表3.4壓組、壓電式溫度計(jì)3.5壓力計(jì)的選擇、安裝和校正在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究等各個領(lǐng)域中，壓力是經(jīng)常需要測量的重要參數(shù)。。本章介紹壓力的測量方法、測量中所用的儀器設(shè)備及所用典型傳感器的基本原理及結(jié)構(gòu)。3.1壓力的測量3.1.1壓力的基本概念壓力是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的工藝參數(shù)之一，正確地測量和控制壓力是保證工業(yè)生產(chǎn)過程良好地運(yùn)行，達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)低耗及安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。1.壓力的定義壓力是垂直而均勻地作用在單位面積上的力，即物理學(xué)中常稱的壓強(qiáng)。工程上，習(xí)慣把

2、壓強(qiáng)稱為壓力。由此定義，壓力可表示為:2.壓力的表示方法由于參照點(diǎn)不同，在工程上壓力有幾種不同表示方法。(1)絕對壓力(2)大氣壓力(3)表壓力(4)真空度(負(fù)壓)(5)差壓(壓差)圖3-1各種壓力之間的關(guān)系這幾種表示法的關(guān)系如圖3-1所示。此外，工程上按壓力隨時間的變化關(guān)系還有靜態(tài)壓力(不隨時間變化或變化緩慢的壓力)和動態(tài)壓力(隨時間作快速變化的壓力)之分。3.壓力的計(jì)量單位壓力是力和面積的導(dǎo)出量。在國際單位制中，取力的單位為牛頓，面積單位為米2，則壓力單位為牛頓/米2，用符號N/m2表示；壓力單位又稱為帕斯卡或簡稱帕，符號為

3、Pa。1Pa＝1N/m2。因帕單位太小，工程上常用kPa(103Pa)和MPa(106Pa)表示。我國已規(guī)定帕斯卡為壓力的法定單位。由于歷史發(fā)展的原因、單位制的不同以及使用場合的差異，壓力還有多種不同的單位。目前工程技術(shù)部門仍在使用的壓力單位有工程大氣壓、物理大氣壓、巴、毫米水柱、毫米汞柱等。4.壓力檢測的基本方法根據(jù)不同工作原理，壓力檢測方法可分為如下幾種：(1)重力平衡方法:利用一定高度的液體產(chǎn)生的重力或者砝碼的重量與被測壓力相平衡。如液柱式或者活塞式壓力計(jì)(2)彈性力平衡方法：利用彈性元件受壓變形產(chǎn)生變形，彈性力＝被測壓力

4、(3)物性測量方法：利用敏感元件在壓力，物理特性發(fā)生變化。應(yīng)變式、電容式壓力傳感器(4)機(jī)械力平衡方法壓力轉(zhuǎn)換為集中力3.2.液柱式壓力計(jì)應(yīng)用液柱測量壓力的方法是以流體靜力學(xué)原理為基礎(chǔ)的。一般是采用充有水或水銀等液體的玻璃U形管、單管或斜管進(jìn)行壓力測量的，其結(jié)構(gòu)形式如圖所示。(1)U形管壓力計(jì)(2)單管壓力計(jì)(3)斜管壓力計(jì)彈性式壓力儀表3.3.彈性壓力計(jì)當(dāng)被測壓力作用于彈性元件時，彈性元件便產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形(即機(jī)械位移)。根據(jù)變形量的大小，可以測得被測壓力的數(shù)值。彈性壓力計(jì)的組成環(huán)節(jié)如圖3-4所示:彈性元件是核心部分，其作用

5、是感受壓力并產(chǎn)生彈性變形，彈性元件采用何種形式要根據(jù)測量要求選擇和設(shè)計(jì)；在彈性元件與指示機(jī)構(gòu)之間是變換放大機(jī)構(gòu)，其作用是將彈性元件的變形進(jìn)行變換和放大；指示機(jī)構(gòu)(如指針與刻度標(biāo)尺)用于給出壓力示值；調(diào)整機(jī)構(gòu)用于調(diào)整零點(diǎn)和量程。圖3-4彈性壓力計(jì)組成框圖(1)彈性元件同樣的壓力下，不同結(jié)構(gòu)、不同材料的彈性元件會產(chǎn)生不同的彈性變形。常用的彈性元件有彈簧管、波紋管、薄膜等，如表3-1所示。其中波紋膜片和波紋管多用于微壓和低壓測量；單圈和多圈彈簧管可用于高、中、低壓或真空度的測量。表3-1彈性元件的結(jié)構(gòu)和特性類別名稱示意圖壓力測量范圍k

6、Pa輸出特性動態(tài)性質(zhì)最小最大時間常數(shù)/s自振頻率/Hz薄膜式平薄膜0～100～10510-5～10-210～104波紋膜0～10-30～10310-2～10-110～102撓性膜0～10-50～10210-2～11～102波紋管式波紋管0～10-30～10310-2～10-110～102彈簧管式單圈彈簧管0～10-10～106－102～103多圈彈簧管0～10-20～105－10～102彈性元件常用的材料有銅合金、彈性合金、不銹鋼等，各適用于不同的測壓范圍和被測介質(zhì)。通過各種傳動放大機(jī)構(gòu)直接指示被測壓力值。這類直讀式測壓儀表有彈

7、簧管壓力計(jì)、波紋管差壓計(jì)、膜盒式壓力計(jì)等。彈性式壓力表◎彈性式壓力表工作原理:是基于以彈性受壓后彈性元件產(chǎn)生彈性變形(位移)為基礎(chǔ)的壓力測量儀表◎彈性元件:膜片；膜盒；波紋管；單、多圈彈簧管膜片膜盒組件單、多圈彈簧管波紋膜片彈性式壓力表彈性元件的特性彈性元件：※彈簧管將壓力P轉(zhuǎn)換為角位移xxx虎克定律:性能指標(biāo)：1、剛度；2、靈敏度；3、彈性滯后；4、彈性后效彈簧管壓力表2.工作原理自由端B的位移與被測壓力之間是比例關(guān)系，因此彈簧管壓力表的刻度時線性的。1.單圈式壓力表的結(jié)構(gòu)組成測量元件、傳動放大機(jī)構(gòu)、顯示機(jī)構(gòu)◎游絲的作用:克服

8、由于機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)的間隙而產(chǎn)生的測量誤差(變差)?！蛘{(diào)整螺釘?shù)淖饔?實(shí)現(xiàn)量程的調(diào)整。(2)彈簧管壓力表彈簧管式壓力表是工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用很廣泛的一種直讀式測壓儀表，以單圈彈簧管結(jié)構(gòu)應(yīng)用最多。其一般結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。被測壓力由接口引入，使彈簧管自由端產(chǎn)生位移，通過拉桿