熱能與動(dòng)力工程測(cè)試技術(shù)第六章壓力測(cè)量

1、第六章第六章 壓力測(cè)量壓力測(cè)量第一節(jié)第一節(jié) 概述概述所謂壓力測(cè)量即壓強(qiáng)測(cè)量。所謂壓力測(cè)量即壓強(qiáng)測(cè)量。 測(cè)量方法分類：測(cè)量方法分類： 平衡法平衡法重力與壓力平衡重力與壓力平衡代表：液柱式壓力計(jì)、活塞式壓力計(jì)代表：液柱式壓力計(jì)、活塞式壓力計(jì) 彈性法彈性法彈性力與壓力平衡彈性力與壓力平衡代表：代表：彈簧管壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì)、波紋管壓力計(jì)、波紋管壓力計(jì) 電氣法電氣法敏感元件將壓力轉(zhuǎn)化為電阻或電荷變化敏感元件將壓力轉(zhuǎn)化為電阻或電荷變化代表：壓力式傳感器，如：硅壓阻式傳感器代表：壓力式傳感器，如：硅壓阻式傳感器第二節(jié)第二節(jié) 常規(guī)測(cè)壓儀表和傳感器常規(guī)測(cè)壓儀表和傳感器一、液柱式測(cè)壓儀表一、液柱式測(cè)壓儀表l通過(guò)

2、液柱高度來(lái)反映被測(cè)壓力的大小；通過(guò)液柱高度來(lái)反映被測(cè)壓力的大?。籰優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，有相當(dāng)高的準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，有相當(dāng)高的準(zhǔn)確度，在本專業(yè)中應(yīng)用很廣泛；度，在本專業(yè)中應(yīng)用很廣泛；l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：量程受液柱高度的限制，體積大，玻璃量程受液柱高度的限制，體積大，玻璃管容易損壞及讀數(shù)不方便。管容易損壞及讀數(shù)不方便。 U形管壓力計(jì)形管壓力計(jì)pghgH121當(dāng)當(dāng) ,211pgh 提高工作液密度將增加提高工作液密度將增加測(cè)量范圍，但靈敏度要降低。測(cè)量范圍，但靈敏度要降低。 單管壓力計(jì)單管壓力計(jì)Fpg hF21211當(dāng)當(dāng)FF ,121pgh 斜管微壓計(jì)斜管微壓計(jì)sinpgl 液柱式壓力計(jì)的

3、測(cè)量誤差及修正液柱式壓力計(jì)的測(cè)量誤差及修正v 環(huán)境溫度變化環(huán)境溫度變化Vhht20120.cos/NggH R1 0 0026521 2v 重力加速度變化重力加速度變化v 毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象采用酒精時(shí)采用酒精時(shí)dmm3采用水銀時(shí)采用水銀時(shí)dmm8v 其他誤差，如：視線是否平齊其他誤差，如：視線是否平齊二、彈性測(cè)壓儀表二、彈性測(cè)壓儀表 彈性元件在彈性限度內(nèi)受壓后會(huì)產(chǎn)生變形，彈性元件在彈性限度內(nèi)受壓后會(huì)產(chǎn)生變形，變形大小與被測(cè)壓力成正比關(guān)系。變形大小與被測(cè)壓力成正比關(guān)系。原理：原理：特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固可靠、測(cè)壓范圍廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固可靠、測(cè)壓范圍廣、使用方便、造價(jià)低廉、有足夠的精度，可遠(yuǎn)傳。

4、使用方便、造價(jià)低廉、有足夠的精度，可遠(yuǎn)傳。 彈簧管壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì) 分為：多圈及單圈彈簧管式壓力表。分為：多圈及單圈彈簧管式壓力表。 多圈壓力表靈敏度高，常用于壓力式溫度計(jì)。多圈壓力表靈敏度高，常用于壓力式溫度計(jì)。 單圈彈簧管壓力表可用于真空至單圈彈簧管壓力表可用于真空至1GPa1GPa的測(cè)量，的測(cè)量，品種型號(hào)繁多，使用品種型號(hào)繁多，使用最廣泛最廣泛。 一般精度為一般精度為1.01.0至至4.04.0級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)表可達(dá)級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)表可達(dá)0.250.25級(jí)。級(jí)。l截面為非圓形（橢圓形或截面為非圓形（橢圓形或扁圓形），并彎成圓弧狀扁圓形），并彎成圓弧狀的空心管子。的空心管子。l一端為封閉、一端為開口一端

5、為封閉、一端為開口222201-=(1-)+2 RaPEbhbkh,k彈簧壁厚及幾何參數(shù)彈簧壁厚及幾何參數(shù)2Rhk =a自由端自由端固定端固定端l可測(cè)負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓；可測(cè)負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓；l精度有精度有0.50.5、1.01.0、1.51.5、2.52.5等。等。 彈簧管的材料，一般在彈簧管的材料，一般在P20MPaP20MPa時(shí)采用時(shí)采用磷銅磷銅； P P20MPa20MPa時(shí)，則采用時(shí)，則采用不銹鋼或合金鋼不銹鋼或合金鋼。 使用壓力表時(shí)，必須注意被測(cè)介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。使用壓力表時(shí)，必須注意被測(cè)介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。例如，測(cè)量例如，測(cè)量氨氣氨氣壓力必須采用不銹鋼彈簧管；測(cè)量

6、壓力必須采用不銹鋼彈簧管；測(cè)量氧氣氧氣壓力時(shí)，則嚴(yán)禁沾有油脂，以免著火甚至爆炸。壓力時(shí)，則嚴(yán)禁沾有油脂，以免著火甚至爆炸。 膜式壓力計(jì)膜式壓力計(jì)v 膜片壓力計(jì)膜片壓力計(jì) 膜片壓力計(jì)的膜片可分為彈性膜片和撓性膜片膜片壓力計(jì)的膜片可分為彈性膜片和撓性膜片兩種。膜片呈圓形，一般由金屬制成。兩種。膜片呈圓形，一般由金屬制成。 主要用于測(cè)量腐蝕性介質(zhì)或非凝固、非結(jié)晶的主要用于測(cè)量腐蝕性介質(zhì)或非凝固、非結(jié)晶的粘性介質(zhì)的壓力。粘性介質(zhì)的壓力。 測(cè)量范圍：真空至測(cè)量范圍：真空至6MPa。v 膜盒壓力計(jì)膜盒壓力計(jì)常用于測(cè)量氣體的常用于測(cè)量氣體的微壓或負(fù)壓微壓或負(fù)壓；測(cè)壓范圍：測(cè)壓范圍：040kPa 波紋管式壓差

7、計(jì)波紋管式壓差計(jì)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：靈敏高，可測(cè)較低壓力：靈敏高，可測(cè)較低壓力缺點(diǎn)缺點(diǎn)：遲滯誤差較大，精度一般只有：遲滯誤差較大，精度一般只有1.5級(jí)級(jí)測(cè)量范圍：測(cè)量范圍：00.4MPa 彈性壓力計(jì)的誤差分析彈性壓力計(jì)的誤差分析v 遲滯誤差遲滯誤差 原因：相同壓力下，彈性元件正反行程的變形量原因：相同壓力下，彈性元件正反行程的變形量不一樣，且元件變形落后于被測(cè)壓力變化。不一樣，且元件變形落后于被測(cè)壓力變化。措施：用全彈性材料。措施：用全彈性材料。v 溫度誤差溫度誤差 原因：環(huán)境溫度的變化引起材料彈性模量的變化。原因：環(huán)境溫度的變化引起材料彈性模量的變化。措施：用恒彈性材料。措施：用恒彈性材料。v 間隙和

8、摩擦誤差間隙和摩擦誤差 原因：活動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)相互間存在摩擦力；原因：活動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)相互間存在摩擦力； 活動(dòng)部件之間有間隙，示值與彈性元件活動(dòng)部件之間有間隙，示值與彈性元件 的變形不能完全對(duì)應(yīng)。的變形不能完全對(duì)應(yīng)。措施：采用新轉(zhuǎn)換技術(shù)，減少或取消中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。措施：采用新轉(zhuǎn)換技術(shù)，減少或取消中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。還可以采用無(wú)干摩擦的彈性支承或磁懸浮支承還可以采用無(wú)干摩擦的彈性支承或磁懸浮支承三、最高壓力表三、最高壓力表 機(jī)械式最高壓力表機(jī)械式最高壓力表 指示壓力值往往低于實(shí)際值，指示壓力值往往低于實(shí)際值，常作為檢測(cè)或比較測(cè)量用。常作為檢測(cè)或比較測(cè)量用。 氣電式最高壓力表氣電式最高壓力表 精度比機(jī)械式高。

9、精度比機(jī)械式高。膜片膜片9 9隨氣缸壓力上升向上變形與傳隨氣缸壓力上升向上變形與傳感器電極感器電極7 7接觸接觸四、典型壓力傳感器四、典型壓力傳感器 石英晶體壓電傳感器石英晶體壓電傳感器 不能測(cè)量靜態(tài)壓力，主要測(cè)量不能測(cè)量靜態(tài)壓力，主要測(cè)量1020kHz的的脈動(dòng)壓力脈動(dòng)壓力。 壓電傳感器產(chǎn)生的信號(hào)非常微弱，壓電傳感器產(chǎn)生的信號(hào)非常微弱，輸出阻抗很高，必須經(jīng)過(guò)前置放大。輸出阻抗很高，必須經(jīng)過(guò)前置放大。 被測(cè)壓力變化的頻率太低，被測(cè)壓力變化的頻率太低，環(huán)境溫度和濕度的改變，都會(huì)改變環(huán)境溫度和濕度的改變，都會(huì)改變傳感器的靈敏度，造成測(cè)量誤差。傳感器的靈敏度，造成測(cè)量誤差。 電容式差壓傳感器電容式差壓

10、傳感器1212cCCp= KCC 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐振動(dòng)沖擊、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐振動(dòng)沖擊、測(cè)量范圍寬、可靠性強(qiáng)、測(cè)量范圍寬、可靠性強(qiáng)、精度高。精度高。第三節(jié)第三節(jié) 氣流壓力測(cè)量氣流壓力測(cè)量一、氣流總壓的測(cè)量一、氣流總壓的測(cè)量氣流總壓氣流總壓氣流靜壓氣流靜壓氣流動(dòng)壓氣流動(dòng)壓+=要求管口無(wú)毛刺，壁面光潔；要求管口無(wú)毛刺，壁面光潔；管口軸線對(duì)準(zhǔn)來(lái)流方向。管口軸線對(duì)準(zhǔn)來(lái)流方向。 不敏感偏流角：使測(cè)量誤差占不敏感偏流角：使測(cè)量誤差占速度頭速度頭1%1%的偏流角。的偏流角。感受孔軸線與氣流方向的偏角感受孔軸線與氣流方向的偏角 范圍越大，對(duì)測(cè)量越有利。范圍越大，對(duì)測(cè)量越有利。p 半圓形感受頭的半圓形感受頭的 最小，帶導(dǎo)

11、流套的總壓管最小，帶導(dǎo)流套的總壓管的的 最大。最大。 此外，此外， 較小時(shí)，較小時(shí)，Ma影響小。影響小。 較大時(shí)，較大時(shí)，Ma大，測(cè)量誤差也大。大，測(cè)量誤差也大。pppp幾種總壓管幾種總壓管v L形總壓管形總壓管 制造簡(jiǎn)單、安裝和使用方制造簡(jiǎn)單、安裝和使用方便，最常見(jiàn)，但便，最常見(jiàn)，但 較小。較小。pv 圓柱形總壓管圓柱形總壓管 孔口加孔口加擴(kuò)張角擴(kuò)張角時(shí)，不敏感角時(shí)，不敏感角為為2530 尺寸小，使用方便，但不敏感角小。尺寸小，使用方便，但不敏感角小。v帶導(dǎo)流套的總壓管帶導(dǎo)流套的總壓管 不敏感偏流角較高，可達(dá)不敏感偏流角較高，可達(dá)40404545缺點(diǎn)是缺點(diǎn)是 p p隨隨MaMa數(shù)的變化較明顯

12、；頭部數(shù)的變化較明顯；頭部尺寸較大，對(duì)氣流流動(dòng)有較大的影響。尺寸較大，對(duì)氣流流動(dòng)有較大的影響。v多點(diǎn)總壓管多點(diǎn)總壓管 能同時(shí)測(cè)出多點(diǎn)的總壓，能同時(shí)測(cè)出多點(diǎn)的總壓，但制造較復(fù)雜，對(duì)流場(chǎng)但制造較復(fù)雜，對(duì)流場(chǎng)干擾大。干擾大。v邊界層總壓管邊界層總壓管一般取一般取h=0.030.1mmH=0.10.18mm。感受孔尺寸極小，應(yīng)注意指示值的滯后現(xiàn)象感受孔尺寸極小，應(yīng)注意指示值的滯后現(xiàn)象為減小測(cè)試誤差，將測(cè)壓孔做成矩形。為減小測(cè)試誤差，將測(cè)壓孔做成矩形。二、氣流靜壓的測(cè)量二、氣流靜壓的測(cè)量壁面靜壓孔壁面靜壓孔位置位置：要求開孔處有：要求開孔處有足夠的直管段足夠的直管段，管道內(nèi)壁面，管道內(nèi)壁面要光滑平整。要

13、光滑平整。要求要求尺寸尺寸：開孔直徑一般以：開孔直徑一般以0.5mm1.0mm為宜。為宜。 深度為深度為L(zhǎng)，直徑為，直徑為d，一般取，一般取L/d3其他其他：孔的軸線應(yīng)和管道內(nèi)壁面：孔的軸線應(yīng)和管道內(nèi)壁面垂直垂直，孔的邊緣應(yīng)，孔的邊緣應(yīng)尖銳，無(wú)毛刺，無(wú)倒角，孔的壁面應(yīng)光滑。尖銳，無(wú)毛刺，無(wú)倒角，孔的壁面應(yīng)光滑。 管接頭要固定在管道壁上管接頭要固定在管道壁上靜壓管靜壓管vL L型（直角型）靜壓管型（直角型）靜壓管 為減小誤差，一般在為減小誤差，一般在表面沿圓周方向等距離表面沿圓周方向等距離開開2 28 8個(gè)靜壓孔。個(gè)靜壓孔。v圓盤形靜壓管圓盤形靜壓管對(duì)氣流與其軸線的夾角極為敏感。對(duì)氣流與其軸線的夾角極為敏感。圓盤直徑常取圓盤直徑常取1520mm。v帶導(dǎo)流管的靜壓管帶導(dǎo)流管的靜壓管 能改善一般靜壓管不敏感能改善一般靜壓管不敏感偏流角小的問(wèn)題。偏流角小的問(wèn)題。 形狀復(fù)雜，加工困難形狀復(fù)雜，加工困難第四節(jié)第四節(jié) 測(cè)壓儀表的標(biāo)定測(cè)壓儀表的標(biāo)定一、靜態(tài)標(biāo)定一、靜態(tài)標(biāo)定 它的精度等級(jí)有它的精度等級(jí)有0.02、0.05和和0.2級(jí)，可用來(lái)校準(zhǔn)級(jí)，可用來(lái)校準(zhǔn)0.25級(jí)精密壓