第3章 壓力和差壓測(cè)量

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1、第3章壓力和差壓測(cè)量3.1壓力和差壓的基本概念3.2液柱式壓力計(jì)3.3彈性元件及彈性壓力表3.4壓阻、壓電式壓力計(jì)3.5壓力計(jì)的選擇、安裝和校準(zhǔn)2021/9/1713.1壓力和差壓的基本概念一、基本概念1.壓力的定義2021/9/172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)。2021/9/1732.壓力的表示方法由于參照點(diǎn)不同，在工程上有幾種不同表示方法：(1)絕對(duì)壓力(pi):被測(cè)介質(zhì)作用在容器表面積上的全部壓力(2)大氣壓力(pd):由于地球表面空氣柱重量形成的壓力，隨地理緯度、海拔高度及氣象條件而變化(3)表壓力(pb):pb=pi-pd，壓力測(cè)量?jī)x表的指

2、示值(4)真空度(負(fù)壓，pz)：絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，表壓力為負(fù)值，其絕對(duì)值為真空度。即：pz=pd–pi(5)差壓(壓差)：任意兩處壓力之差2021/9/174各種壓力表示法之間的關(guān)系：絕對(duì)零壓力絕對(duì)壓力1大氣壓力表壓力絕對(duì)壓力2負(fù)壓力(真空度)差壓pb=pi-pdpz=pd–pi絕對(duì)壓力3溫標(biāo)的傳遞2021/9/1753.壓力的計(jì)量單位壓力是力和面積的導(dǎo)出量。國(guó)際單位制中，力F的單位——牛頓(N)，面積S的單位——米2(m2)，壓力p單位——牛頓/米2(N/m2)常用單位：帕斯卡或帕(Pa)（1Pa＝1N/m2）、工程大氣壓(kgf/cm2)、毫米水柱(mmH2O)、毫米

3、汞柱(mmHg)2021/9/176特點(diǎn)：原理：基于重力平衡原理。將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為液柱高度或平衡重物的重量來測(cè)量。(2)測(cè)量范圍寬，如單活塞壓力計(jì)測(cè)量范圍達(dá)0.04～2500MPa、精度高(±0.01%)、性能穩(wěn)定可靠;如液柱式壓力計(jì)、活塞式壓力計(jì)。二、壓力檢測(cè)的常用方法1.重力平衡法(1)適用于測(cè)量正壓、負(fù)壓和絕對(duì)壓力，測(cè)壓上限高，用作校驗(yàn)儀表；(3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。2021/9/1772.彈性力平衡法原理：特點(diǎn)：利用彈性元件彈性變形的特性，變形產(chǎn)生的彈性力與被測(cè)壓力相平衡，測(cè)變形即可知壓力。(1)可測(cè)壓力、負(fù)壓、絕對(duì)壓力和壓差；(2)類型多，應(yīng)用廣。如彈簧管式壓力計(jì)、波

4、紋管差壓計(jì)等。2021/9/1783.物性測(cè)量法應(yīng)變式、壓電式、電容式壓力傳感器等原理:在壓力作用下，測(cè)壓元件的某些物理特性會(huì)發(fā)生與壓力成確定關(guān)系的變化。被測(cè)壓力直接轉(zhuǎn)換為各種電參量測(cè)量。分類:2021/9/1794.機(jī)械力平衡法原理：特點(diǎn)：將被測(cè)壓力經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)換成一個(gè)集中力，用外力與之平衡，通過測(cè)量外力得到被測(cè)壓力。(2)可達(dá)較高的精度；(1)多用于電動(dòng)和氣動(dòng)組合儀表中；(3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。根據(jù)流體靜力學(xué)原理，流體內(nèi)的某一點(diǎn)的靜壓力，由這一點(diǎn)的高度、流體的密度和外加壓力決定。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(cè)量的，其結(jié)構(gòu)形式如圖所示。3.2

5、液柱式壓力計(jì)p=?gh+pd一、U型管壓力計(jì)一般常由一支U型玻璃管構(gòu)成。充液介質(zhì)：水銀、水、酒精等2021/9/1711p0p0p1p0a）在U型管兩端同時(shí)通大氣，而未接被測(cè)壓力時(shí)，U型管兩邊管內(nèi)的液面高度相等。b）當(dāng)將U型管的一端接入被測(cè)壓力p1后，如果p1大于p0，則U型管兩邊管內(nèi)的液面就會(huì)產(chǎn)生高度差，這個(gè)液柱的高度差就反映了U型管兩端所受壓力的差值。被測(cè)壓力用表壓p=p1-pd表達(dá)，則有：由于一旦U型管內(nèi)的充入介質(zhì)確定，則?、g均為常數(shù)。所以h可以直接反映被測(cè)壓力p的大小，此即為U型管測(cè)壓的基本原理。應(yīng)用范圍:適用于低壓、負(fù)壓和壓力差，讀數(shù)誤差可達(dá)1mm，測(cè)低壓相對(duì)誤差較

6、大。二、單管壓力計(jì)1.原理：同U型管壓力計(jì)2.結(jié)構(gòu)：杯徑較管徑大得多3.特點(diǎn)：由于杯徑>>管徑，所以h1>>h2,則h?h1,即：杯內(nèi)的液位變化可忽略不計(jì)。一次性讀數(shù)，使用方便。而U型管壓力計(jì)要兩次讀數(shù)。4.應(yīng)用范圍：測(cè)量低壓、負(fù)壓和差壓5.讀數(shù)誤差：?0.5mm，較U型管好，三、斜管壓力計(jì)1.結(jié)構(gòu)：將單管壓力計(jì)的玻璃管制成斜管2.表壓：p=L?gsin?3.特點(diǎn)：靈敏度高，誤差較單管壓力計(jì)小四、液柱測(cè)壓中應(yīng)考慮的問題1、誤差a）主要的測(cè)量誤差是讀數(shù)誤差。直接讀：?1mm左右，光學(xué)放大鏡輔助讀：?0.05mm左右b）其它影響測(cè)量結(jié)果的因素：①充液密度（如充液不純，實(shí)際密度與理論

7、密度不符）②標(biāo)尺刻度誤差③毛細(xì)管的吸附作用（對(duì)微壓有影響）④使用的地點(diǎn)及環(huán)境溫度影響等（地點(diǎn)影響g，溫度易影響工作液體的脹、縮而致使h變化），必要時(shí)應(yīng)作修正。⑤應(yīng)垂直安裝，否則引入附加誤差。2、正確選擇充液介質(zhì)①測(cè)低壓充低密度介質(zhì)（可使h大）②測(cè)高壓充高密度介質(zhì)（否則冒頂）③要避免充液與被測(cè)介質(zhì)有化學(xué)反應(yīng)3、常用的標(biāo)尺材料：玻璃、鋼、銅4、讀數(shù)的位置（見右圖）1）眼與液柱面水平2）水銀柱讀凸部3）水讀凹部2021/9/17173.3彈性元件及彈性壓力表利用彈性元件受壓變形的原理。用指針或刻度