工程測量技術(shù)-第5章 壓力測量資料

1、5 壓力(yl)測量工程測試(csh)技術(shù)1共三十三頁5 壓力(yl)測量重點：1、壓力測量的基本方法。2、常用的壓力顯示儀表，壓力傳感器基本原理及工作特性(txng)。3、靜壓、總壓、動壓測量在發(fā)動機(jī)測試中的作用。2共三十三頁5.1 總論(zn ln)5.1.1 發(fā)動機(jī)測試中的壓力測量壓力是發(fā)動機(jī)試驗中需大量測量的參數(shù)，是熱力循環(huán)中工質(zhì)基本的狀態(tài)參數(shù)之一。5.1.2 基本參量及其測量1、壓力（壓強(qiáng)） P=F/A 牛頓/米2或帕斯卡（Pa）2、流體力學(xué)(li t l xu)中，壓力包括兩部分：靜壓和動壓在水平流道中，一維流動的歐拉運(yùn)動微分方程 d+dP/=0式中速度，P壓力，密度。3共三十三頁

2、5.1 總論(zn ln)對不可壓縮流=常數(shù)，將歐拉方程沿流管積分（取任意兩截面1、2） (不可壓縮流體的伯努利方程) 式中：P1、P2靜壓， 為總壓, 為動壓壓力測量 靜壓測量、動壓測量非電量測量：例引入液柱式測壓計。非電量電測：壓力傳感器、放大器、記錄儀等構(gòu)成測試(csh)系統(tǒng)。 4共三十三頁5.2 壓力(yl)顯示儀表在熱工、氣動參數(shù)測量中，被測壓力范圍很廣，沒有(mi yu)一種壓力顯示儀表能在規(guī)定的精度符合整個范圍的要求，必須根據(jù)實際情況正確選用。5.2.1 液柱式壓力計（根據(jù)流體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律和連通器原理）1、U型管壓力計圖為U型管壓 力計的結(jié)構(gòu)圖5共三十三頁5.2 壓力顯示(xi

3、nsh)儀表根據(jù)流體靜力學(xué)原理，當(dāng)兩管分別作用壓力P1和P2，工作液體處于靜止?fàn)顟B(tài)時，如果(rgu)1=2，如果1，2f，F(xiàn)0時，有斜管式微壓計斜管式微壓計用以測量微小的正壓、負(fù)壓和差壓。測量壓力時，被測壓力通入大截面(jimin)容器，測量負(fù)壓時，被測負(fù)壓通入肘管，測量差壓時，將較高的壓力通入大截面容器，而較低的壓力通入肘管。如改變傾斜角即改變 A值，以適應(yīng)不同的測量范圍。 7共三十三頁5.2 壓力(yl)顯示儀表5.2.2 彈性式壓力計結(jié)構(gòu)特點：根據(jù)彈性元件受壓變形與壓力大小有確定關(guān)系的原理制成的。適用范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，是工業(yè)上應(yīng)用最廣的壓力測量儀表。彈性元件：膜片、膜盒、波紋管和彈簧管。

4、1、彈簧管壓力表彈簧管是用一根扁圓形或橢圓形截面(jimin)的金屬管順著截面(jimin)短軸方向彎成圓弧形而成。管子的一端封閉，可以自由移動，管子的另一端固定在儀表基座上并開口，當(dāng)固定端通入被測壓力時，彈簧管承受內(nèi)壓，截面形狀趨于變成圓形，自由端外移，經(jīng)連桿、齒輪傳動機(jī)構(gòu)帶動壓力表的指針轉(zhuǎn)動指示被測壓力。8共三十三頁5.2 壓力顯示(xinsh)儀表9共三十三頁5.2 壓力顯示(xinsh)儀表5.2.4 測壓儀表的使用測壓儀表的選擇應(yīng)根據(jù)被測壓力的種類（壓力、負(fù)壓、絕對壓力或差壓等），被測介質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)和參數(shù)（溫度、粘度、腐蝕性與爆炸性等），用途（標(biāo)準(zhǔn)、指示、記錄和信號遠(yuǎn)傳等）以及

5、要求(yoqi)的測量精度，被測壓力的變化范圍等來確定壓力表的種類、型式和規(guī)格。選擇壓力表時應(yīng)使被測壓力值在1/32/3儀表上限值范圍，如果被測壓力經(jīng)常變動，則被測壓力為儀表上限值的1/2左右較合適。為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，在選擇壓力表的精度等級時，還應(yīng)估計附加誤差，以使總的不確定度符合要求。10共三十三頁5.3 壓力(yl)傳感器5.3.1 壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)(xioyng)進(jìn)行工作的。壓阻效應(yīng)單晶硅受外力作用產(chǎn)生應(yīng)力時，其電阻要隨應(yīng)力改變。11共三十三頁5.3 壓力(yl)傳感器傳感器的核心部分是杯狀的硅膜片，在膜片上用擴(kuò)散工藝制成四個等值電阻，稱為硅

6、杯，它們構(gòu)成一個平衡電橋。當(dāng)壓力(yl)作用于膜片時，膜片彎曲，R1、R3位于正應(yīng)變區(qū)，電阻值增加，R2、R4位于負(fù)應(yīng)變區(qū)，電阻值減少，電橋不平衡，所以有電壓輸出，此不平衡電壓就是壓力的度量。12共三十三頁5.3 壓力(yl)傳感器壓阻式壓力傳感器的優(yōu)點是靈敏度高、無遲滯、頻率響應(yīng)高、輸出電平高、使用方便，特別是尺寸小，使它可以被直接裝入壓力探針的傳壓針管中，因此在動態(tài)壓力測量中應(yīng)用廣泛。掃描閥中使用。壓阻式壓力傳感器的缺點是對溫度(wnd)很敏感，存在零位溫度漂移和靈敏度溫度漂移等問題，但使用掃描閥可實現(xiàn)實時校準(zhǔn)，以減小誤差。13共三十三頁5.3 壓力(yl)傳感器5.3.2 壓電式壓力傳感

7、器壓電效應(yīng)與壓電傳感器配套的必須是高輸入阻抗電路，一般使用電荷放大器。測量電路如圖。如果放大器輸入阻抗Z為無窮大，那么輸出電壓US等于(dngy)負(fù)反饋電容Cr兩端的電壓降：14共三十三頁5.3 壓力(yl)傳感器由于壓電材料的溫度(wnd)效應(yīng)，在用于測高溫介質(zhì)的壓力時，必須采取充分有效的冷卻措施以保持穩(wěn)定的壓電性能，克服溫度干擾。壓電傳感器的輸出阻抗和電荷放大器的輸入阻抗都不可能為無窮大，漏電不可避免。因此壓電傳感器不適用于穩(wěn)態(tài)測量。壓電傳感器的優(yōu)點是頻率響應(yīng)高、靈敏度大、不需電源（自身屬于發(fā)電變換器）。其缺點是輸出阻抗高、溫度效應(yīng)大、低頻性能差。15共三十三頁5.3 壓力(yl)傳感器5

8、.3.5 壓力掃描系統(tǒng)使用壓力掃描系統(tǒng)的目的，一方面是對多路的穩(wěn)態(tài)壓力進(jìn)行快速的測量，以縮短大型試驗的時間。另一方面是可以在使用中對壓力傳感器進(jìn)行實時校準(zhǔn)，以提高測量精度。1、機(jī)械式壓力掃描閥結(jié)構(gòu)如圖，在底座上鉆的許多小孔中都裝有接壓嘴，每個接壓嘴接入一路待測壓力。旋轉(zhuǎn)閥上只有一條壓力通道，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)閥，各接壓嘴的待測壓力就依次被送到壓力傳感器進(jìn)行測量。幾十路壓力共同使用一個傳感器。用三個接壓嘴分別接入數(shù)值不同的三個標(biāo)準(zhǔn)壓力。在旋轉(zhuǎn)閥旋轉(zhuǎn)一圈的過程中，不僅(bjn)進(jìn)行了幾十個壓力的測量，同時也進(jìn)行了一次校準(zhǔn)。利用三個標(biāo)準(zhǔn)壓力值，可得到傳感器的實時校準(zhǔn)特性。用它立即去求各路的待測壓力。16共三十

9、三頁5.3 壓力(yl)傳感器17共三十三頁5.3 壓力(yl)傳感器2、電子掃描測壓系統(tǒng)這種系統(tǒng)每路壓力使用一個壓力傳感器。由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)來采集和處理傳感器的輸出信號。因此速度比機(jī)械式壓力掃描要快得多。由于壓阻式壓力傳感器價格低廉，體積可以很小，幾十個壓阻式傳感器可以緊湊布置在幾個平方厘米的平面內(nèi)。但是，必須對全部壓阻傳感器進(jìn)行實時校準(zhǔn)才能克服(kf)其零點及靈敏度漂移問題。因此在各路壓力接往自己的傳感器之前，先一起經(jīng)過一個切換閥。測量前切換閥被控制壓力p控推向右邊，處于校準(zhǔn)位置。對所有傳感器接入相同的標(biāo)準(zhǔn)壓力。18共三十三頁5.3 壓力(yl)傳感器用三個標(biāo)準(zhǔn)壓力值，采集每個傳感器的對

10、應(yīng)輸出，就可求得各個(gg)傳感器的實時校準(zhǔn)特性。然后，從右邊送入p控，把切換閥推向左邊，處于測量位置。各路壓力被接往自己的傳感器，采集各傳感器的輸出，用各個傳感器自己的實時校準(zhǔn)特性求壓力，就可獲得高精度的結(jié)果。19共三十三頁5.4 壓力(yl)探針5.4.1 總壓針氣流(qli)的總壓就是氣流絕能等熵滯止下來的壓力。只要在氣流中放一根管子，其孔口軸線對準(zhǔn)氣流方向，孔口無毛刺，從管子另一端用密封管路接往壓力表，就可測出孔口處的當(dāng)?shù)乜倝?。典型的總壓針頭部構(gòu)造如圖。實用上，因氣流方向往往不確切知道，故要求總壓針對氣流方向有一定的不敏感性，即總壓針孔口軸線雖然偏離氣流方向卻仍能正確感受總壓。方向特性

11、如曲線，縱坐標(biāo)表示總壓針測得總壓p測*與氣流真實總壓p*之差占動壓頭（v2/2）的百分?jǐn)?shù)，橫坐標(biāo)為氣流方向與孔口軸線的夾角。20共三十三頁5.4 壓力(yl)探針21共三十三頁5.4 壓力(yl)探針從圖中可見第4種孔口加倒角的直管有較好的不敏感性，達(dá)15仍無誤差。如果外面再加一引導(dǎo)管（第5種），則可提高 不敏感性至45?？梢詫⒖倝横樈M合成梳狀總壓針，也可以組合成耙狀，如圖，還可以在發(fā)動機(jī)零件上直接(zhji)構(gòu)成總壓針（如在渦輪空心導(dǎo)向葉片上）。感應(yīng)管的伸出長度及之間的間距有一定要求，如圖，避免產(chǎn)生干擾。22共三十三頁5.4 壓力(yl)探針5.4.2 靜壓測量1、壁面靜壓孔對于管內(nèi)流動，如

12、果橫截面上各點的靜壓大致相等，可用壁面開小孔的方法感受靜壓，如圖。流體流經(jīng)孔口，流線會向孔內(nèi)彎曲?？讖皆酱螅瑥澢絿?yán)重，靜壓測量的誤差也越大。并且誤差隨M數(shù)增大而增加。但孔徑太小則反應(yīng)遲緩，且易被灰塵堵塞。一般取孔徑為0.51.0mm。由圖可看出，用孔徑0.5mm的小孔測靜壓，在馬赫數(shù)M0.8范圍，靜壓測量誤差可以(ky)小于等于動壓頭的0.3%。23共三十三頁5.4 壓力(yl)探針24共三十三頁5.4 壓力(yl)探針2、靜壓針亞音速氣流(qli)測量用的靜壓針的典型結(jié)構(gòu)如圖。在A-A截面的靜壓孔外的氣流靜壓，一方面因氣流受半球頭部的加速作用而降低，另一方面因受支桿的阻滯作用而提高。實驗表

13、明，按圖示尺寸在A-A截面處這兩種影響正好互相抵消，從而使開孔感受的正好是來流的靜壓。25共三十三頁5.4 壓力(yl)探針靜壓針的特性對工藝質(zhì)量(zhling)很敏感。每只靜壓針具有各自的系統(tǒng)誤差，也就是具有自己的校準(zhǔn)特性，如圖。26共三十三頁5.4 壓力(yl)探針5.4.3 總靜壓針將總壓針與靜壓針組合在一起構(gòu)成總靜壓針，或稱風(fēng)速管、畢托管。它就是在靜壓針中套一根測總壓的管子，把總、靜壓分別引出，如圖。由于總壓比較容易測量，所以設(shè)計(shj)時主要應(yīng)滿足靜壓孔的要求?？傡o壓孔的角度特性由靜壓開孔決定。27共三十三頁5.4 壓力(yl)探針5.4.4 三孔針三孔針用來測量二維流的總壓、靜壓

14、與方向。圖3-24示出三種三孔針的典型結(jié)構(gòu)。有兩種使用方法：轉(zhuǎn)動法與不轉(zhuǎn)動法。 1、轉(zhuǎn)動法測量時將三孔針繞支桿的軸線轉(zhuǎn)動， 使 p1=p3 , 使1、3孔對稱于氣流(qli) 方向，從而保證第2孔對準(zhǔn)氣流， p2=p*。氣流方向角就可以從坐 標(biāo)機(jī)構(gòu)上直接讀出。28共三十三頁5.4 壓力(yl)探針每枝三孔針在校準(zhǔn)風(fēng)洞吹風(fēng)做出速度特性曲線。使用時根據(jù)測得的p1/p2= p1/p*求出()= p /p*（P24頁），進(jìn)而按()及p*=p2算出靜壓p。2、不轉(zhuǎn)動法用不轉(zhuǎn)動法時，先將三孔針按其定位基準(zhǔn)(jzhn)固定在校準(zhǔn)風(fēng)洞的坐標(biāo)架上。然后得到角度、總壓和速度特性曲線。吹風(fēng)時，記下相應(yīng)的p1、p2、

15、p3值，按此求出角度系數(shù)K總壓系數(shù)K0 總壓p* 速度系數(shù) p。29共三十三頁5.4 壓力(yl)探針圓柱形三孔針只能在低速時使用(shyng)（0.6）。=45的三管形三孔針可用到0.75，=60的可用到0.8，=75的可用到0.9。楔形三孔針用于高亞音速氣流測量，值可取 8、18、23、24.5。30共三十三頁5.4 壓力(yl)探針5.4.5 五孔針五孔針用來測量三維流的總壓、靜壓與方向。圖示出三種五孔針的典型結(jié)構(gòu)。五孔針的作用原理和三孔針相同，它相當(dāng)于兩只三孔針組合在兩個互相(h xing)垂直的平面內(nèi)。它有兩種使用方法：轉(zhuǎn)動法與不轉(zhuǎn)動法。 31共三十三頁5.4 壓力(yl)探針5.4.6 校準(zhǔn)風(fēng)洞各種壓力探針制成后都必須在校準(zhǔn)風(fēng)洞中吹風(fēng)以獲得校準(zhǔn)曲線(qxin)。典型的校準(zhǔn)風(fēng)洞如圖3-33所示。在其自由射流的核心區(qū)，氣流的總壓等于穩(wěn)壓箱的總壓，靜壓等于大氣壓，氣流方向平行于噴管軸線。核心區(qū)流場均勻。32共三十三頁內(nèi)容摘要5 壓力測量。如果1=2，。斜管式微壓計。彈簧管是用一根扁圓形或橢