第五章 壓力檢測

1、 第五章 壓力檢測壓力單位和測量方法常用壓力儀表安裝使用和檢測系統(tǒng)5.1.壓力單位及壓力檢測方法5.1.1.壓力的單位 在工程上壓力通常用p表示。 在國際單位制中，壓力的的單位為“帕斯卡”簡稱“帕”，符號為Pa。常用 kPa, MPa kPa=1000Pa , MPa = 1000 kPa （ 工業(yè)常用）工程大氣壓單位為 kgf/cm2 （ 以前工業(yè)常用）標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 atm （氣象部門使用）毫米水柱 mmH2O, 毫米汞柱 mmHg, （小壓力，微壓力測量時使用）英制單位 lbf/in2 （進(jìn)口儀表還有此單位）5.1.2.壓力的幾種表示方法 絕對壓力 被測介質(zhì)作用在容器表面積上的全部壓力。用p

2、i表示。 大氣壓力 由地球表面空氣 柱重量形成的壓 力。用pd表示。表壓力 絕對壓力與大氣壓力 之差，用pb表示 真空度 當(dāng)絕對壓力小于大氣壓力時，表壓力為負(fù)，其絕對值成為真空度，用pz表示。 差壓 設(shè)備中兩處的壓力之差dp表示。5.1.2. 1幾種常用壓力表示方法1. 表壓力Pb : 實(shí)際使用的大多數(shù)壓力表的讀數(shù)均為表壓力，即以大氣壓為基準(zhǔn)，高于大氣壓的那部分壓力為表壓力，通常表壓力讀數(shù)零壓力即為大氣壓。Pb = Pi Pd 2. 真空度Pz：以大氣壓為基準(zhǔn)，低于大氣壓的那部分計(jì)為真空度，實(shí)際為負(fù)表壓力。Pz = Pd Pi = -Pb 3. 差壓dP：兩個壓力之差，稱為差壓。一般都以表壓值

3、來表示，與大氣壓無關(guān)。 dP = P1 P2 5.1.3.壓力檢測的主要方法及分類 5.1.3.1.重力平衡方法 液柱式壓力計(jì) （U型管測壓計(jì)） 被測壓力與一定高度的工作液體產(chǎn)生的重力相平衡，將被測壓力轉(zhuǎn)換為液柱高度來測量。 負(fù)荷式壓力計(jì) 被測壓力與活塞以及加于活塞上的砝碼的重量相平衡，將被測壓力轉(zhuǎn)換為平衡重物來測量。 5.1.3.2.機(jī)械力平衡方法 這方法是將被測壓力經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)換成一個集中力，用外力與之平衡，通過測量平衡時的外力可以得知被測壓力 5.1.3.壓力檢測的主要方法及分類5.1.3.3.彈性力平衡方法 被測壓力使測壓彈性元件產(chǎn)生變形，因彈性變形而產(chǎn)生的彈性力與被測壓力相平衡，測量

4、彈性元件的變形大小就可知被測壓力5.1.3.4.物性測量方法 電測式壓力計(jì) 利用測壓元件的壓阻，壓電等特性或其他物理特性將被測壓力直接轉(zhuǎn)換為各種電量來測量。 其他新型壓力計(jì) 如集成式壓力計(jì)等。 5.2.常用壓力檢測儀表 5.2.1.彈性壓力計(jì) 彈性壓力計(jì)利用變形與外力的關(guān)系，對彈性元件的變形大小進(jìn)行測量就可以求得被測壓力。 彈性壓力計(jì)一 般包括彈性元 件、變換放大 機(jī)構(gòu)、指示機(jī) 構(gòu)和調(diào)整機(jī)構(gòu)。5.2.1.1.測壓彈性元件 彈性元件主要有以下幾種形式 彈性膜片 這是一種外緣固定的片狀彈性元件，膜片的彈性特性一般由中心位移與壓力的關(guān)系表示波紋管 它是由整片彈性材料加工而成，是一種壁面具有多個同心環(huán)

5、狀波紋，一端封閉的薄壁圓管。彈簧管 是一根彎成圓弧狀的，具有不等軸截面的金屬管。在壓力的作用下，彈簧管截面有變圓的趨向，彈簧管亦隨之產(chǎn)生向外伸直的變形，從而引起自由端位移。5.2.1.2.彈簧管壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì)是最常用的直讀式測壓儀表，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格低廉，測壓范圍廣，應(yīng)用廣泛。5.2.1.3.波紋管差壓計(jì)波紋管差壓計(jì)采用膜片、膜盒、波紋管等彈性元件制成。5.2.1.4.彈性測壓計(jì)信號的遠(yuǎn)傳方式彈性測壓擠計(jì)信號多采用電遠(yuǎn)傳方式，即把彈性元件的變形或位移轉(zhuǎn)化為電信號輸出。常見的有電位計(jì)式，霍爾元件式，電感式，差動變壓器式等。5.2.2.力平衡式壓力計(jì)力平衡式壓力計(jì)采用反饋力平衡的原理。

6、壓力測量思考題思考題1：普通壓力表指示的是絕對壓力還是表壓力？說明理由。思考題2：海底200米處的壓力大約為多少大氣壓？如何測量？拿個壓力表下去？還是裝引壓管引導(dǎo)到地面上來測量？5.2.3.壓力傳感器能夠檢測壓力值并提供遠(yuǎn)傳信號的裝置統(tǒng)稱為壓力傳感器。常見的形式有應(yīng)變式，壓阻式，電容式，壓電式，振頻式壓力傳感器等。5.2.3.1.應(yīng)變式壓力傳感器各種應(yīng)變元件與彈性元件配用，組成應(yīng)變是壓力傳感器。其原理基于導(dǎo)體和半導(dǎo)體的“應(yīng)變效應(yīng)”，即當(dāng)導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料發(fā)生機(jī)械變形時，其電阻值將發(fā)生變化。KRR5.2.3.2.壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器是基于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。其對應(yīng)電阻變化可表示為硅平膜片

7、上的擴(kuò)散電阻通常構(gòu)成橋式測量電路，相對的橋臂電阻是對 稱布置的，電阻變 化時，電橋輸出電 壓與膜片所受壓力 成對應(yīng)關(guān)系。eRR5.2.3.4.電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器其測量原理是將彈性元件的位移轉(zhuǎn)化為電容量的變化。以測壓膜片作為電容器的可動極板，它與固定極板組成可變電容器。當(dāng)被測壓力變化時，測壓膜片產(chǎn)生位移而改變兩極板間的距離，測量相信的電容量變化，可知被測壓力值。對于差動平板電容器，其電容變化與板間距離的變化的關(guān)系可表示為：這種傳感器結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)，靈敏度高，過載能力大；精度高。002ddCC5.2.3.4.振蕩式壓力傳感器振蕩式壓力傳感器利用感壓元件本身的諧振頻率與壓力的關(guān)系，通過測量頻

8、率信號的變化來測量壓力。這類傳感器有振筒，振弦，振膜，石英諧振等。在一定壓力作用下，振筒式壓 力傳感器變化后的振筒頻率可 以近似表示為：此種儀表體積小，輸出頻率信 號，重復(fù)性好，耐振；精 確度高。pffp105.2.3.5.壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器是利用壓電材料的壓電效應(yīng)將被測量壓力轉(zhuǎn)換為電信號。在彈性范圍內(nèi)，壓電元件產(chǎn)生的電荷量與作用力之間呈線性關(guān)系。電荷輸出為：這種傳感器體積小， 結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，頻 率響應(yīng)高，不需外加電源。kSpq 5.2.3.6.集成式壓力傳感器以壓阻式壓力傳感器為基礎(chǔ)的集成傳感器已有產(chǎn)品生產(chǎn)，它可以同時檢測差壓，靜壓，溫度三個參數(shù)。它具有重量輕，功耗低，響

9、應(yīng)快和便于集成化等優(yōu)點(diǎn)。5.3.測壓儀表的使用及壓力檢測系統(tǒng)5.3.1.測壓儀表的使用5.3.1.1.測壓儀表的選擇選擇合適的儀表要根據(jù)生產(chǎn)過程提出的要求，集合各類壓力表的特點(diǎn)綜合進(jìn)行考慮。一般涉及類型，1）測量范圍，2）測量精度。根據(jù)被測壓力P的最大值和最小值計(jì)算出儀表的上下限后，要按壓力儀表的標(biāo)準(zhǔn)系列選定量程Pmax。 1/3Pmax P 2/3Pmax 依據(jù)用戶的要求，給出允許誤差，再由量程計(jì)算出相對誤差，根據(jù)精度等級標(biāo)準(zhǔn)確定選用精度。5.3.測壓儀表的選用實(shí)例1）彈簧管壓力表的選用原則彈簧管壓力表的選用原則：1.1 根據(jù)常用壓力范圍，在標(biāo)準(zhǔn)系列量程中選擇合適量程的壓力表；一般要求:1/

10、3Pmax 常用壓力 2/3Pmax 壓力波動小的場合：1/3Pmax 常用壓力 3/4Pmax 普通彈簧管壓力表標(biāo)準(zhǔn)量程系列：（0-Pmax）0.1 0.16 0.25 0.4 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 6.0 10.0 16.0 25.0 40.0 60.0例：常用測壓范圍：0.81.0 MP，允許誤差0.03MP，請選合適壓力表。由： 1/3Pmax 0.8 得：Pmax 1.0 得：Pmax 1.5 ； 綜合考慮選1.6MP量程5.3.1測壓儀表的選用實(shí)例（量程選定）一般要求不滿足的情況： 例如：常用測壓范圍：0.81.2 MP，由： 1/3Pmax 0.8 得：Pmax

11、 1.2 得：Pmax 1.8 ； 觀察量程系列，1.6MP不滿足 Pmax 1.8 ， 2.5MP不滿足Pmax 2.4 ，并無其他量程可選。綜合考慮，2.5MP更接近實(shí)際工作的需要，比較1.6MP的量程，更安全一些。 總之，不滿足不等式的情況可能會出現(xiàn)，需要綜合考慮各方因數(shù)。如：安全性因數(shù)，經(jīng)濟(jì)性因數(shù)，等等。5.3.1測壓儀表的選用實(shí)例（精度確定）1.2 依據(jù)允許誤差和選擇的量程，確定精度等級A。精度等級系列：0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 4.0 由：最大引用誤差dZ = dX / Pmax *100% 可得：dZ = 0.03/1.6*100% = 1.87% 一般要求

12、：A dZ 既有：1.5 1.87 說明：A精度的儀表最大誤差小于dZ的允許誤差即可滿足要求。這里可選A=1.5級精度的壓力表。 注意：當(dāng)量程Pmax改變時，dZ隨之而變，精度的確定也會改變。例如：若選Pmax = 2.5 MP ，則求得dZ=1.2，只能選擇A=1.0 級精度的壓力表。 既有：1.0 1.2 結(jié)論：1）先定量程，后定精度。精度的確定與量程大小有關(guān)； 2）選定量程時的兩個不等式可能會有沖突，有可能不滿 足，需要綜合考慮，適當(dāng)選取。5.3.1.2.測壓儀表的校驗(yàn)測壓儀表在出廠前均需進(jìn)行檢定，使之符合精度等級要求。常用的壓力校驗(yàn)儀器有液柱式壓力計(jì)，活塞式壓力計(jì)或配有高精度標(biāo)準(zhǔn)表的壓

13、力校驗(yàn)泵?；钊c砝碼的重力作用于密閉 系統(tǒng)內(nèi)的工作液體，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi) 工作液體的壓力與此重力相平 衡時活塞會浮起，此時系統(tǒng)內(nèi)的壓力為：0Smgp 5.3.1.3.標(biāo)準(zhǔn)表壓力校驗(yàn)臺使用利用標(biāo)準(zhǔn)壓力表與被校普通壓力表的比對來進(jìn)行校驗(yàn)：1）原理：在校驗(yàn)臺上逐點(diǎn)升高壓力，比較標(biāo)準(zhǔn)表和被校表的讀數(shù)值，然后逐點(diǎn)下降壓力，再比較，確定最大誤差值，計(jì)算其最大引用誤差，判斷是否符合所標(biāo)精度等級。2）操作步驟：1. 打開進(jìn)油閥，安裝被校表；2. 轉(zhuǎn)動手搖炳抽油，然后關(guān)閉進(jìn)油閥，準(zhǔn)備開始校驗(yàn)；3. 打開儀表閥門，反向轉(zhuǎn)動手炳，逐點(diǎn)加壓，比較各數(shù)值點(diǎn)的壓力值并紀(jì)錄；4. 達(dá)到最高壓力點(diǎn)后，緩慢下降壓力，逐點(diǎn)比較下降壓力值

14、并紀(jì)錄；5. 可反復(fù)兩次3，4過程，計(jì)算引用誤差判斷精度等級；6. 壓力指示為零時，打開進(jìn)油閥，關(guān)閉儀表閥，拆卸被校表。校驗(yàn)完畢。注意事項(xiàng)：1）轉(zhuǎn)動手炳，時刻觀察壓力表的讀數(shù)，避免超壓！損壞儀表！2）升壓和降壓都要緩慢進(jìn)行，壓力未到零不能開進(jìn)油閥，以免壓力降太大，損壞儀表！3）讀數(shù)以標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)為準(zhǔn)，估計(jì)被校表的數(shù)值差。5.3.2.壓力檢測系統(tǒng)5.3.2.1.取壓點(diǎn)位置和取壓口位移 工業(yè)系統(tǒng)中設(shè)置取壓點(diǎn)的選取原則遵循以下幾條： 取壓點(diǎn)位置避免處于管路彎曲、分叉、死角或流動形成渦流的區(qū)域。取壓口開孔的軸線 應(yīng)垂直設(shè)備的壁面， 其內(nèi)端面與設(shè)備內(nèi) 壁平齊，不應(yīng)有毛 刺或突出物。取壓口應(yīng)在管道下部，

15、以避免氣體進(jìn)入引壓管；測量氣體介質(zhì)的壓力時，取壓口應(yīng)在管道上部，以避免液體進(jìn)入引壓管。5.3.2.2.引壓管路的敷設(shè) 引壓管路的敷設(shè)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 引壓管的內(nèi)徑一般為610mm，長度不得超過5060m。 引壓管路水平敷設(shè)時，要保持一定的傾斜度，以避免引起管中積存液體或氣體，并有利于這些積液或氣的排出。 當(dāng)被測介質(zhì)有、容易冷凝或凍結(jié)時，引壓管路需有保溫伴熱措施。 根據(jù)被測介質(zhì)情況，在引壓管路上要加裝附件，如加裝集液器、集氣器以排除積液或積氣 在取壓口與儀表之間要裝切斷閥，以備儀表檢修時用，切斷閥應(yīng)靠近取壓口。引壓管路的敷設(shè)情況5.3.2.3.測壓儀表的安裝要點(diǎn)測壓儀表的安裝有以下幾點(diǎn)： 壓力計(jì)應(yīng)安裝在易于觀察和檢修的地方，儀表安裝處盡量避免振動和高溫。 對于特殊介質(zhì)應(yīng)采取必要的防護(hù)措施隔離罐。 壓力計(jì)與引壓管的連接處，要根據(jù)被測介質(zhì)情況，選擇恰當(dāng)?shù)拿芊獠牧稀?當(dāng)儀表位置的取壓點(diǎn)不在同一水平高度時，要考慮液體介質(zhì)的液柱靜壓對儀表示值的影響。并有一定的傾斜度保證單一介質(zhì)傳遞壓力。5.3.2.3.測壓儀表的