第五章壓力測量ppt課件

1、第五章第五章 壓力丈量壓力丈量 垂直作用在單位面積上的力稱壓力。在國際單位制SI和我國法定計量單位中，壓力的單位是“帕斯卡，簡稱“帕，符號為“Pa。 即1N的力垂直均勻作用在1m2的面積上所構(gòu)成的壓力值為1Pa。 2122 2kgm1Pa1N/m11kgm sm s 過 去 采 用 的 壓 力 單 位 “ 工 程 大 氣 壓 力 kgf/cm2、“毫米汞柱mmHg、“毫米水柱mmH2O、“物理大氣壓atm、“巴bar、“PSI等均應(yīng)改成法定計量單位帕。1 kgf/cm2 = 0.9807105Pa1mmH2O = 0.980710Pa1 mmHg = 1.332102Pa1atm = 1.01

2、325105Pa1bar=105Pa 1PSI=6.89103Pa一、壓力表示方式一、壓力表示方式u絕對壓力絕對壓力PJu大氣壓力大氣壓力PDu表壓力表壓力PBu PB= PJ PDu真空度真空度PZ負壓負壓u PZ PD PJ二、壓力檢測方法二、壓力檢測方法1.平衡法：經(jīng)過儀表使液柱高度的重力或砝碼平衡法：經(jīng)過儀表使液柱高度的重力或砝碼的分量與被測壓力相平衡的原理丈量壓力的分量與被測壓力相平衡的原理丈量壓力2.彈性法：利用各種方式的彈性元件，在被測彈性法：利用各種方式的彈性元件，在被測介質(zhì)的表壓力或負壓力作用下產(chǎn)生的彈性介質(zhì)的表壓力或負壓力作用下產(chǎn)生的彈性變形來反映被測壓力的大小變形來反映被

3、測壓力的大小3.電氣式：用壓力敏感元件直接將壓力轉(zhuǎn)換成電氣式：用壓力敏感元件直接將壓力轉(zhuǎn)換成電阻、電荷量等電量的變化電阻、電荷量等電量的變化三、壓力丈量儀表的分類三、壓力丈量儀表的分類u壓力傳感器從其原理及構(gòu)造來看可分為：壓力傳感器從其原理及構(gòu)造來看可分為：液柱式、機械式及電氣式液柱式、機械式及電氣式u丈量壓力的儀表，按信號原理不同，大丈量壓力的儀表，按信號原理不同，大致可分為四類：致可分為四類：u液柱式：根據(jù)流體靜力學原理，把被測液柱式：根據(jù)流體靜力學原理，把被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度u機械式：根據(jù)彈性元件受力變形的原理，機械式：根據(jù)彈性元件受力變形的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成位移

4、將被測壓力轉(zhuǎn)換成位移電氣式：將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電量，如電氣式：將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電量，如電感、電容、電阻、電位差等，根據(jù)電量電感、電容、電阻、電位差等，根據(jù)電量的大小實現(xiàn)壓力的間接丈量的大小實現(xiàn)壓力的間接丈量活塞式：根據(jù)水壓機液體傳送壓力的原理，活塞式：根據(jù)水壓機液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞面積上所加平衡砝將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞面積上所加平衡砝碼的質(zhì)量碼的質(zhì)量第二節(jié)第二節(jié) 液柱式壓力計液柱式壓力計 u利用液柱對液柱底面產(chǎn)生的靜壓力與被測壓利用液柱對液柱底面產(chǎn)生的靜壓力與被測壓力相平衡的原理，經(jīng)過液柱高度來反映被測力相平衡的原理，經(jīng)過液柱高度來反映被測壓力的大小壓力的大小u優(yōu)點：構(gòu)

5、造簡單，運用方便，有相當高的準優(yōu)點：構(gòu)造簡單，運用方便，有相當高的準確度，在本專業(yè)中運用很廣泛確度，在本專業(yè)中運用很廣泛u缺陷：量程受液柱高度的限制，體積大，玻缺陷：量程受液柱高度的限制，體積大，玻璃管容易損壞及讀數(shù)不方便璃管容易損壞及讀數(shù)不方便u采用水銀或水為任務(wù)液，用采用水銀或水為任務(wù)液，用U形管或單管進形管或單管進展丈量，常用于低壓、負壓或壓力差的檢測展丈量，常用于低壓、負壓或壓力差的檢測u被廣泛用于實驗室壓力丈量或現(xiàn)場鍋爐煙、被廣泛用于實驗室壓力丈量或現(xiàn)場鍋爐煙、風道各段壓力、通風空調(diào)系統(tǒng)各段壓力的丈風道各段壓力、通風空調(diào)系統(tǒng)各段壓力的丈量量一、一、U形管壓力計形管壓力計P=P1P2

6、=g(h1+h2)提高任務(wù)液密度將提高任務(wù)液密度將添加壓力的丈量范添加壓力的丈量范圍，但靈敏度要降圍，但靈敏度要降低。低。二、單管壓力計二、單管壓力計 由于U形管壓力計需兩次讀取液面高度，為運用方便，設(shè)計出一次讀取液面高度的單管壓力計。 因因 那么那么 故故 由于由于 Dd，所以，所以 P =gh2 122244hdhD2212dhhD21222dpg(hh )g(1)hD 問：問：U形管壓力計兩肘管的內(nèi)徑分別為形管壓力計兩肘管的內(nèi)徑分別為d1 = 6mm，d2 = 6.5mm，管內(nèi)封液為水，被，管內(nèi)封液為水，被測壓力作用于較細肘管，使水柱從零位下測壓力作用于較細肘管，使水柱從零位下降降195

7、mm。假設(shè)以該值的。假設(shè)以該值的2倍作為被測壓倍作為被測壓力值，試確定由于沒有讀取較粗肘管的水力值，試確定由于沒有讀取較粗肘管的水柱從零位的升高值而呵斥的丈量誤差。柱從零位的升高值而呵斥的丈量誤差。 解：解：%100PPP%001Pg 2h 012Pg(hh ) 221122d hd h 212122dhhd%99. 7hhhh%2121三、斜管微壓計三、斜管微壓計 主要用于丈量微小壓力、負壓和壓差，它將單管液柱壓力計的丈量管傾斜放置，這樣可以提高靈敏度，減少讀數(shù)相對誤差。2111B1222APg (hh )g (shlsiin)lAhlAnA 傾斜角度越小，傾斜角度越小，l越長，丈量靈敏度就

8、越高；越長，丈量靈敏度就越高；但不可太小，否那么液柱易沖散，讀數(shù)較困但不可太小，否那么液柱易沖散，讀數(shù)較困難，誤差增大。難，誤差增大。這種傾斜管液柱式壓力計可以丈量到這種傾斜管液柱式壓力計可以丈量到0.98Pa的微壓。為了進一步提高微壓計的準確度，的微壓。為了進一步提高微壓計的準確度，應(yīng)選用密度小的酒精作為任務(wù)液體。應(yīng)選用密度小的酒精作為任務(wù)液體。 四、液柱式壓力計的丈量誤差及其修正四、液柱式壓力計的丈量誤差及其修正1. 環(huán)境溫度變化環(huán)境溫度變化2. 重力加速度變化重力加速度變化3. 毛細管景象毛細管景象t0t0hh1ttng1 0.00265cos 2g2H1Bnnghhg第三節(jié)第三節(jié) 彈性

9、式壓力計彈性式壓力計 用彈性傳感器又稱彈性元件組成的壓力丈量儀表稱為彈性式壓力計。彈性元件受壓后產(chǎn)生的形變輸出力或位移，可以經(jīng)過傳動機構(gòu)直接帶動指針指示壓力或壓差，也可以經(jīng)過某種電氣元件組成變送器，實現(xiàn)壓力或壓差信號的遠傳。 彈性元件在彈性限制內(nèi)受壓后會產(chǎn)生變形，變形大小與被測壓力成正比關(guān)系。CPACFxCxFPAF1. 膜片膜片按剖面外形分為平膜片和波紋膜片按剖面外形分為平膜片和波紋膜片常用資料常用資料可與其他轉(zhuǎn)換元件合用可與其他轉(zhuǎn)換元件合用電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器光纖式壓力傳感器光纖式壓力傳感器力矩平衡式壓力變送器力矩平衡式壓力變送器2. 波紋管波紋管優(yōu)點：靈敏高，可測較低壓力優(yōu)點

10、：靈敏高，可測較低壓力缺陷：遲滯誤差較大，精度普通只需缺陷：遲滯誤差較大，精度普通只需1.5級級3. 彈簧管彈簧管截面為非圓形橢圓形截面為非圓形橢圓形或扁圓形，并彎成或扁圓形，并彎成圓弧狀的空心管子圓弧狀的空心管子一端為封鎖自在端，一端為封鎖自在端，一端為開口固定端一端為開口固定端2222201RaP(1)Ebhbk1彈簧管壓力表彈簧管壓力表構(gòu)造簡單，運用方便，構(gòu)造簡單，運用方便，價錢低廉，運用范價錢低廉，運用范圍廣，丈量范圍寬圍廣，丈量范圍寬可測負壓、微壓、低可測負壓、微壓、低壓、中壓和高壓壓、中壓和高壓精度有精度有0.5、1.0、1.5、2.5等等2電遠傳式彈簧電遠傳式彈簧壓力儀表壓力儀表

11、 霍爾壓力傳感器霍爾壓力傳感器電感式壓力傳感器電感式壓力傳感器第四節(jié)第四節(jié) 電氣式檢測電氣式檢測u電氣式壓力檢測方法普通是用壓力敏電氣式壓力檢測方法普通是用壓力敏感元件直接將壓力轉(zhuǎn)換成電阻、電荷感元件直接將壓力轉(zhuǎn)換成電阻、電荷量等電量的變化。量等電量的變化。u能實現(xiàn)壓力電量轉(zhuǎn)換的壓敏元件主能實現(xiàn)壓力電量轉(zhuǎn)換的壓敏元件主要有壓電資料、應(yīng)變片和壓阻元件。要有壓電資料、應(yīng)變片和壓阻元件。1. 壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器壓電效應(yīng)原理：壓電資料受壓時會在其外壓電效應(yīng)原理：壓電資料受壓時會在其外表產(chǎn)生電荷，其電荷量與所受的壓力表產(chǎn)生電荷，其電荷量與所受的壓力成正比。成正比。壓電資料：單晶體、多晶體壓

12、電資料：單晶體、多晶體特點：構(gòu)造簡單、緊湊，小巧輕便，任務(wù)特點：構(gòu)造簡單、緊湊，小巧輕便，任務(wù)可靠，線性度好，頻率呼應(yīng)高，量程可靠，線性度好，頻率呼應(yīng)高，量程范圍廣范圍廣2. 應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變片是基于應(yīng)變效應(yīng)任務(wù)的一種壓力敏應(yīng)變片是基于應(yīng)變效應(yīng)任務(wù)的一種壓力敏感元件，當應(yīng)變片受外力作用產(chǎn)生形變感元件，當應(yīng)變片受外力作用產(chǎn)生形變時，應(yīng)變片的電阻值也將發(fā)生相應(yīng)變化。時，應(yīng)變片的電阻值也將發(fā)生相應(yīng)變化。應(yīng)變式壓力傳感器是由彈性元件、應(yīng)變片應(yīng)變式壓力傳感器是由彈性元件、應(yīng)變片以及相應(yīng)的橋路組成的。以及相應(yīng)的橋路組成的。r0，r、t達達最大值最大值r=0.58r0，r=0r=r0，r

13、達達負的最大值負的最大值r=r0，t=03. 壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器壓阻元件是基于壓阻效應(yīng)任務(wù)的一種壓力壓阻元件是基于壓阻效應(yīng)任務(wù)的一種壓力敏感元件，它指在半導體資料的基片上敏感元件，它指在半導體資料的基片上用基成電路工藝制成的分散電阻，當它用基成電路工藝制成的分散電阻，當它受外力作用時，其阻值由于電阻率的變受外力作用時，其阻值由于電阻率的變化而改動?；膭印７稚㈦娮枵Ｈ蝿?wù)需依靠彈性元件，常用分散電阻正常任務(wù)需依靠彈性元件，常用的是單晶體硅膜片。的是單晶體硅膜片。u優(yōu)點：體積小，構(gòu)造簡單，能直接反映優(yōu)點：體積小，構(gòu)造簡單，能直接反映微小的壓力變化，動態(tài)呼應(yīng)好微小的壓力變化，動態(tài)呼

14、應(yīng)好u缺陷：敏感元件易受溫度的影響，從而缺陷：敏感元件易受溫度的影響，從而影響壓阻系數(shù)的大小影響壓阻系數(shù)的大小第五節(jié)第五節(jié) 壓力檢測儀表的選擇與校驗壓力檢測儀表的選擇與校驗一、壓力檢測儀表的選擇一、壓力檢測儀表的選擇1. 儀表量程的選擇儀表量程的選擇被測壓力較穩(wěn)定：最大任務(wù)壓力不應(yīng)超越被測壓力較穩(wěn)定：最大任務(wù)壓力不應(yīng)超越儀表滿量程的儀表滿量程的3/4被測壓力動搖較大或測脈動壓力：最大任被測壓力動搖較大或測脈動壓力：最大任務(wù)壓力不應(yīng)超越儀表滿量程的務(wù)壓力不應(yīng)超越儀表滿量程的2/3為保證丈量準確度：最小任務(wù)壓力不應(yīng)低為保證丈量準確度：最小任務(wù)壓力不應(yīng)低于滿量程的于滿量程的1/3優(yōu)先滿足最大任務(wù)壓力

15、條件優(yōu)先滿足最大任務(wù)壓力條件2. 儀表精度的選擇儀表精度的選擇 壓力檢測儀表的精度主要根據(jù)消費壓力檢測儀表的精度主要根據(jù)消費允許的最大誤差來確定，即要務(wù)虛際被允許的最大誤差來確定，即要務(wù)虛際被測壓力允許的最大絕對誤差應(yīng)小于儀表測壓力允許的最大絕對誤差應(yīng)小于儀表的根本誤差。的根本誤差。3. 儀表類型的選擇儀表類型的選擇從被測介質(zhì)壓力大小來思索從被測介質(zhì)壓力大小來思索被測介質(zhì)的性質(zhì)被測介質(zhì)的性質(zhì)對儀表輸出信號的要求對儀表輸出信號的要求運用的環(huán)境運用的環(huán)境二、壓力儀表的校驗二、壓力儀表的校驗u校驗就是將被校驗壓力表和規(guī)范壓力表通校驗就是將被校驗壓力表和規(guī)范壓力表通以一樣壓力，比較它們的指示數(shù)值，假設(shè)以一樣壓力，比較它們的指示數(shù)值，假設(shè)被校表對于規(guī)范表的讀數(shù)誤差，不大于被被校表對于規(guī)范表的讀數(shù)誤差，不大于被校表規(guī)定的最大準許絕對誤差時，那么以校表規(guī)定的最大準許絕對誤差時，那么以為被校表合格。為被校表合格。u常用的校驗儀器是活塞式壓力計，它由壓常用的校驗儀器是活塞式壓力計，它由壓力發(fā)生部分和丈量部分組成，它的精度等力發(fā)生部分和丈量部分組成，它的精度等級有級有0.02、0.05和和0.2級，可用來校準級，可用來校準0.25