第一章 第二節(jié)壓力測(cè)量第一講.

1、2、壓力（差壓）測(cè)量、壓力（差壓）測(cè)量2.1概述概述壓力（壓差）壓力（壓差）是指垂直作用在單位面積上的力。是指垂直作用在單位面積上的力。 對(duì)于運(yùn)動(dòng)流體，根據(jù)測(cè)量所取的面不同，可分為對(duì)于運(yùn)動(dòng)流體，根據(jù)測(cè)量所取的面不同，可分為總壓力總壓力、靜壓力、動(dòng)壓靜壓力、動(dòng)壓力力 。根據(jù)測(cè)量要求，按零標(biāo)準(zhǔn)的方法，可分為根據(jù)測(cè)量要求，按零標(biāo)準(zhǔn)的方法，可分為絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力、表壓力表壓力、差壓力差壓力等。等。 絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力是以完全真空作為零標(biāo)準(zhǔn)的壓力。在用絕對(duì)壓力表示低于大氣壓是以完全真空作為零標(biāo)準(zhǔn)的壓力。在用絕對(duì)壓力表示低于大氣壓時(shí)，把該絕對(duì)壓力稱為時(shí)，把該絕對(duì)壓力稱為真空度（負(fù)壓力）真空度（負(fù)壓力）。表壓

2、力表壓力是以當(dāng)?shù)卮髿鈮鹤鳛榱銟?biāo)準(zhǔn)的壓力。通常，所謂壓力就是指表壓力。是以當(dāng)?shù)卮髿鈮鹤鳛榱銟?biāo)準(zhǔn)的壓力。通常，所謂壓力就是指表壓力。差壓差壓是用兩個(gè)壓力之差表示的壓力，也就是以大氣壓以外的任意壓力作零是用兩個(gè)壓力之差表示的壓力，也就是以大氣壓以外的任意壓力作零標(biāo)準(zhǔn)的壓力。標(biāo)準(zhǔn)的壓力。測(cè)壓儀表的分類測(cè)壓儀表液柱式壓力計(jì)依據(jù)重力與被測(cè)壓力平衡的原理制成的，可將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為液柱的高度差進(jìn)行測(cè)量U型管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)以及斜管壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)依據(jù)彈性力與被測(cè)壓力平衡的原理制成，彈性元件變形的多少反映了被測(cè)壓力的大小。彈簧管壓力計(jì)、波紋管壓力計(jì)以及膜盒式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)利用一些物質(zhì)與壓力有關(guān)的物理性質(zhì)

3、進(jìn)行測(cè)壓。電阻應(yīng)變片式、電容式、壓電式、電感式、霍爾式U型管壓力計(jì)單管壓力計(jì)2.2 彈性壓力計(jì)彈性壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)是以各種形式的彈性元件受壓后產(chǎn)生的彈性變形作為測(cè)量的基礎(chǔ)。常用的彈性元件有彈簧管、膜片和波紋管，相應(yīng)的有彈簧管壓力計(jì)、膜式壓力計(jì)和波紋管式壓差計(jì)。 彈簧管壓力計(jì) 當(dāng)被測(cè)壓力從輸入端通入當(dāng)被測(cè)壓力從輸入端通入后，由于橢圓形截面在壓后，由于橢圓形截面在壓力力 p p 的作用下將趨于圓的作用下將趨于圓形，因而彎成弧形的彈簧形，因而彎成弧形的彈簧管隨之產(chǎn)生向外挺直的擴(kuò)管隨之產(chǎn)生向外挺直的擴(kuò)張變形。其自由端就從張變形。其自由端就從 B B 移到移到 B B 。從而將壓力。從而將壓力變化轉(zhuǎn)換

4、成位移量，壓力變化轉(zhuǎn)換成位移量，壓力越大，位移量越大。越大，位移量越大。彈簧管式壓力計(jì)的自由端位移量一般不超過25mm，測(cè)壓范圍為0.031GPa，也可用來測(cè)真空度。為了提高彈簧管的靈敏度，增加自由端的位移量，可采用盤旋形彈簧管或螺旋形彈簧管。為了保證彈簧管壓力表的指示正確和長(zhǎng)期使用，應(yīng)使儀表在允許的壓力范圍內(nèi)工作，被測(cè)壓力波動(dòng)較大的場(chǎng)合，儀表的示值應(yīng)控制在量程的12附近；被測(cè)壓力波動(dòng)小時(shí)，儀表示值可在量程的23左右，但被測(cè)壓力值一般不應(yīng)低于量程的13。 彈簧管壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便，價(jià)格低廉，測(cè)壓范圍寬，應(yīng)用十分廣泛。一般彈簧管壓力計(jì)的測(cè)壓范圍為-105109Pa；精確度最高可達(dá)0.1。u

5、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、中壓和高壓彈簧管壓力計(jì)優(yōu)點(diǎn)彈簧管壓力計(jì)優(yōu)點(diǎn)一般壓力表適用于測(cè)量無爆炸危險(xiǎn)，不結(jié)晶，不凝固及對(duì)鋼及銅合金不起腐蝕作用的液體、蒸汽和氣體等介質(zhì)的壓力。 防腐膜片式壓力表可用于測(cè)量具有腐蝕性液體，氣體等各種介質(zhì)的壓力和負(fù)壓。 耐振壓力表具有良好的抗振性能，特別適用于有機(jī)械振動(dòng)和介質(zhì)脈動(dòng)的工作環(huán)境?？蓽y(cè)量無爆炸危險(xiǎn)、無結(jié)晶體、不凝固以及對(duì)銅合金不起腐蝕作用的液體、氣體、蒸氣等介質(zhì)的壓力。2.3 膜式壓力計(jì)膜式壓力計(jì) 按剖面形狀分為膜片和膜盒按剖面形狀分為膜片和膜盒前者主要用于測(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；前者主要用于測(cè)量腐蝕性介質(zhì)

6、或非凝固、非結(jié)晶的粘性介質(zhì)的壓力；后者常用于測(cè)量氣體的微壓或負(fù)壓。它們的敏感元件分別是膜片和后者常用于測(cè)量氣體的微壓或負(fù)壓。它們的敏感元件分別是膜片和膜盒膜盒 。膜盒：膜盒：為增大膜片中心的位移量、提高靈敏度，把兩片金屬膜片周邊焊接為增大膜片中心的位移量、提高靈敏度，把兩片金屬膜片周邊焊接起來，成為膜盒。起來，成為膜盒。波紋管波紋管優(yōu)點(diǎn)：靈敏高，可測(cè)較低壓力優(yōu)點(diǎn)：靈敏高，可測(cè)較低壓力缺點(diǎn)：遲滯誤差較大，精度一般只缺點(diǎn)：遲滯誤差較大，精度一般只有有1.51.5級(jí)。級(jí)。在波紋管中引入壓力時(shí)，其自由端在波紋管中引入壓力時(shí)，其自由端產(chǎn)生伸縮變形，可以得到較大的線產(chǎn)生伸縮變形，可以得到較大的線位移，但壓

7、力位移，但壓力-位移特性的線性不位移特性的線性不如彈簧管。如彈簧管。x彈性式壓力計(jì)的誤差彈性式壓力計(jì)的誤差1遲滯誤差遲滯誤差 相同壓力下，同一彈性元件正反行程的變形量不一樣，相同壓力下，同一彈性元件正反行程的變形量不一樣，產(chǎn)生遲滯誤差。產(chǎn)生遲滯誤差。2后效誤差后效誤差 彈性元件的變形落后于被測(cè)壓力的變化，引起彈性后彈性元件的變形落后于被測(cè)壓力的變化，引起彈性后效誤差。效誤差。3間隙誤差間隙誤差 儀表的各種活動(dòng)部件之間有間隙，示值與彈性元件的儀表的各種活動(dòng)部件之間有間隙，示值與彈性元件的變形不可能完全對(duì)應(yīng)，引起間隙誤差。變形不可能完全對(duì)應(yīng)，引起間隙誤差。4摩擦誤差摩擦誤差 儀表的活動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，

8、相互間存在摩擦力，產(chǎn)生摩儀表的活動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，相互間存在摩擦力，產(chǎn)生摩擦誤差。擦誤差。5溫度誤差溫度誤差 環(huán)境溫度的變化會(huì)引起金屬材料彈性模量的變化，造環(huán)境溫度的變化會(huì)引起金屬材料彈性模量的變化，造成溫度誤差。成溫度誤差。彈性式壓力計(jì)誤差的改善途徑彈性式壓力計(jì)誤差的改善途徑 1用無遲滯誤差或遲滯誤差極小的用無遲滯誤差或遲滯誤差極小的“全彈性全彈性”材料和材料和溫度誤差很小的溫度誤差很小的“恒彈性恒彈性”材料制造彈性元件。材料制造彈性元件。2采用新的轉(zhuǎn)換技術(shù)，減少或取消中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以采用新的轉(zhuǎn)換技術(shù)，減少或取消中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以減少間隙誤差和磨擦誤差。減少間隙誤差和磨擦誤差。3限制彈性元件的位移

9、量，采用無干磨擦的彈性支承限制彈性元件的位移量，采用無干磨擦的彈性支承或磁懸浮支承等?；虼艖腋≈С械取?采用合適的制造工藝，使材料的優(yōu)良性能得到充分采用合適的制造工藝，使材料的優(yōu)良性能得到充分的發(fā)揮。的發(fā)揮。電接點(diǎn)壓力表電接點(diǎn)壓力表電接點(diǎn)壓力表廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電站、機(jī)械等工業(yè)部電接點(diǎn)壓力表廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電站、機(jī)械等工業(yè)部門或機(jī)電設(shè)備配套中測(cè)量無爆炸危險(xiǎn)的各種流體介質(zhì)壓力。通常，門或機(jī)電設(shè)備配套中測(cè)量無爆炸危險(xiǎn)的各種流體介質(zhì)壓力。通常，儀表經(jīng)與相應(yīng)的電氣器件（如繼電器及變頻器等）配套使用，即可儀表經(jīng)與相應(yīng)的電氣器件（如繼電器及變頻器等）配套使用，即可對(duì)被測(cè)（控）壓力的各

10、種氣體與液體介質(zhì)經(jīng)儀表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和發(fā)對(duì)被測(cè)（控）壓力的各種氣體與液體介質(zhì)經(jīng)儀表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和發(fā)信（報(bào)警）的目的。信（報(bào)警）的目的。2.4 壓力計(jì)選擇與安裝壓力計(jì)選擇與安裝壓力計(jì)的選擇壓力計(jì)的選擇1、儀表類型的選用、儀表類型的選用原則：儀表類型的選用必須滿足工藝對(duì)生產(chǎn)的要求 例如：壓力表按安裝場(chǎng)合，分就地指示型和遠(yuǎn)傳型 特殊用途壓力表：氧用壓力表、氨用壓力表，耐氯壓力表等。2、儀表量程的選擇、儀表量程的選擇原則：原則：選量程時(shí)，應(yīng)盡量讓被測(cè)工藝變量處于儀表量程的中間區(qū)域選量程時(shí)，應(yīng)盡量讓被測(cè)工藝變量處于儀表量程的中間區(qū)域 。當(dāng)壓力波動(dòng)不大時(shí)，被測(cè)壓力的變化應(yīng)在1334量程范圍內(nèi)。壓力計(jì)上限值應(yīng)

11、為被測(cè)最大壓力的4/3倍。當(dāng)壓力波動(dòng)大時(shí)，被測(cè)壓力的變化應(yīng)在1323量程范圍內(nèi)。壓力計(jì)上限值應(yīng)為被測(cè)壓力最大值的3/2倍。為了保證測(cè)量精確度，所測(cè)壓力的數(shù)值不應(yīng)太接近儀表的下限；一般被測(cè)壓力的最小值，應(yīng)不低于儀表量程的1/3(提高精度)。最后確定儀表的量程時(shí)還應(yīng)查相應(yīng)的規(guī)格，選規(guī)格中有的量程范圍。 3、儀表精度等級(jí)的選擇、儀表精度等級(jí)的選擇%100b-ax-x%100max0）（儀表的量程儀表允許誤差精度根據(jù)工藝中所允許的最大測(cè)量誤差和前面確定的儀表量程，可以計(jì)算根據(jù)工藝中所允許的最大測(cè)量誤差和前面確定的儀表量程，可以計(jì)算出儀表的精度，但計(jì)算出的精度不一定正好是精度系列中的數(shù)字。出儀表的精度，

12、但計(jì)算出的精度不一定正好是精度系列中的數(shù)字。那么我們?cè)撛趺催x呢？那么我們?cè)撛趺催x呢？選取儀表時(shí)，精度的確定原則：選比計(jì)算出的數(shù)字小一點(diǎn)的值，選取儀表時(shí)，精度的確定原則：選比計(jì)算出的數(shù)字小一點(diǎn)的值，即選取精度等級(jí)稍高一點(diǎn)的儀表。即選取精度等級(jí)稍高一點(diǎn)的儀表。一般所說，所選用儀表的準(zhǔn)確度越高，則測(cè)量結(jié)果越準(zhǔn)確，但不一般所說，所選用儀表的準(zhǔn)確度越高，則測(cè)量結(jié)果越準(zhǔn)確，但不應(yīng)盲目追求高準(zhǔn)確度的儀表，因?yàn)閮x表準(zhǔn)確度越高，價(jià)格也越高，應(yīng)盲目追求高準(zhǔn)確度的儀表，因?yàn)閮x表準(zhǔn)確度越高，價(jià)格也越高，不易操作及維護(hù)，應(yīng)在滿足生產(chǎn)過程要求的前提下，盡可能選用不易操作及維護(hù)，應(yīng)在滿足生產(chǎn)過程要求的前提下，盡可能選用價(jià)廉

13、的儀表。價(jià)廉的儀表。壓力計(jì)的安裝壓力計(jì)的安裝1、壓力點(diǎn)的選擇、壓力點(diǎn)的選擇測(cè)壓點(diǎn)要選在被測(cè)介質(zhì)作直線流動(dòng)的直管段上，不可選在管路拐彎、分岔、死角或易形成漩渦的地方。水平管道：測(cè)量液體時(shí)，取壓點(diǎn)方位應(yīng)在管道中、下側(cè)部； 測(cè)量氣體時(shí)，取壓點(diǎn)應(yīng)在管道上部； 測(cè)量蒸氣時(shí)，取壓點(diǎn)在管道兩側(cè)中部；測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)時(shí)，導(dǎo)壓管應(yīng)與介質(zhì)流動(dòng)方向垂直，管口與管壁應(yīng)平齊，并不能有毛刺。液體（中、下側(cè)部）氣體（上部）蒸汽（中部）取壓點(diǎn)示意圖2、測(cè)量蒸汽壓力時(shí)，應(yīng)加裝冷凝管，以避高溫蒸汽與測(cè)、測(cè)量蒸汽壓力時(shí)，應(yīng)加裝冷凝管，以避高溫蒸汽與測(cè)壓元件接觸。如圖所示，對(duì)于有腐蝕性或黏度大、有結(jié)壓元件接觸。如圖所示，對(duì)于有腐蝕性或黏

14、度大、有結(jié)晶、沉淀等的介質(zhì)，可安裝適當(dāng)?shù)母瘥惞?，罐中充中性晶、沉淀等的介質(zhì)，可安裝適當(dāng)?shù)母瘥惞?，罐中充中性隔離液，防腐蝕或?qū)Ч芏氯麎毫Ρ怼８綦x液，防腐蝕或?qū)Ч芏氯麎毫Ρ怼?、取壓口到壓力表之間應(yīng)裝有切斷閥，如上圖所示，以、取壓口到壓力表之間應(yīng)裝有切斷閥，如上圖所示，以備檢修壓力表時(shí)使用。切斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地備檢修壓力表時(shí)使用。切斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方。需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)或經(jīng)常沖洗導(dǎo)壓管的地方，切斷方。需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)或經(jīng)常沖洗導(dǎo)壓管的地方，切斷閥可改用二通閥。閥可改用二通閥。4、當(dāng)被測(cè)壓力較小，而壓、當(dāng)被測(cè)壓力較小，而壓力表與取壓口又不在同一力表與取壓口又不在同一高度上，如右圖所示

15、，由高度上，如右圖所示，由此液柱高度差而引起的測(cè)此液柱高度差而引起的測(cè)量誤差，應(yīng)按量誤差，應(yīng)按 進(jìn)行修正，其中進(jìn)行修正，其中H為取壓口為取壓口與液壓表之間的垂直距離，與液壓表之間的垂直距離， 為被測(cè)介質(zhì)密度為被測(cè)介質(zhì)密度1pH1壓力傳感器壓力傳感器1、霍爾片壓力傳感器霍爾式壓力傳感器是利用霍爾效應(yīng)把壓力引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成電勢(shì)輸出的裝置。 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)把一半導(dǎo)體單晶薄片放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，在它的兩個(gè)端面上通以電流I，則在它的另兩個(gè)端面上產(chǎn)生電勢(shì)UH，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。電勢(shì)UH稱為霍爾電勢(shì)；電流I稱為控制電流；能產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的片子稱為霍爾元件。 霍爾電勢(shì)可表示為霍爾電勢(shì)

16、可表示為IBKdIBRUHHH式中：式中：RH為霍爾系數(shù)；為霍爾系數(shù)；d為霍爾元件厚度；為霍爾元件厚度；KH為霍爾元件的靈敏度。為霍爾元件的靈敏度?；魻枆毫鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)霍爾壓力傳感器結(jié)構(gòu) 1-彈簧管； 2-磁鐵； 3-霍爾元件當(dāng)被測(cè)壓力為零時(shí)，霍爾元件處于非均勻磁場(chǎng)的正中，其輸出電勢(shì)為零；當(dāng)被測(cè)壓力不為零的時(shí)候，霍爾元件被彈性元件帶動(dòng)偏離中間位置，則有正比于位移的電勢(shì)輸出。若彈性元件的位移與被測(cè)壓力成正比，則傳感器的輸出電勢(shì)也與被測(cè)壓力成正比。2、電容式壓力傳感器電容器的電容量由它的兩個(gè)極板的大小、形狀、相對(duì)位置和電介質(zhì)的介電電容器的電容量由它的兩個(gè)極板的大小、形狀、相對(duì)位置和電介質(zhì)的介電常數(shù)決

17、定。如果一個(gè)極板固定不動(dòng)，另一個(gè)極板感受壓力，并隨著壓力的常數(shù)決定。如果一個(gè)極板固定不動(dòng)，另一個(gè)極板感受壓力，并隨著壓力的變化而改變極板間的相對(duì)位置，電容量的變化就反映了被測(cè)壓力的變化。變化而改變極板間的相對(duì)位置，電容量的變化就反映了被測(cè)壓力的變化。工作原理工作原理dSC平板電容器的電容量C為若電容的動(dòng)極板感受壓力產(chǎn)生位移d，則電容量將隨之改變，其變化量C為d/d1d/ddddCSSC當(dāng)、S確定之后，可以通過測(cè)量電容量的變化得到動(dòng)極板的位移量，進(jìn)而求得被測(cè)壓力的變化。 平行極板間的介電常數(shù)由上式可以看出，只要保持式中任何兩個(gè)參數(shù)為常數(shù)，電容就是另一個(gè)由上式可以看出，只要保持式中任何兩個(gè)參數(shù)為常

18、數(shù)，電容就是另一個(gè)參數(shù)的函數(shù)，故電容變換器有變間隙式、變面積式、和變介電常數(shù)式三參數(shù)的函數(shù)，故電容變換器有變間隙式、變面積式、和變介電常數(shù)式三種。而電容式壓力變送器常采用變間隙式，如下圖所示。種。而電容式壓力變送器常采用變間隙式，如下圖所示?；顒?dòng)電極由彈性穩(wěn)定性好的特殊合金薄片制成，在壓差作用下，通過活動(dòng)電極由彈性穩(wěn)定性好的特殊合金薄片制成，在壓差作用下，通過內(nèi)充的硅油使測(cè)量膜片產(chǎn)生于差壓成正比的可以左右移動(dòng)的微小位移，內(nèi)充的硅油使測(cè)量膜片產(chǎn)生于差壓成正比的可以左右移動(dòng)的微小位移，從而引起測(cè)量膜片與兩側(cè)固定極板間的電容產(chǎn)生差動(dòng)變化。差動(dòng)變化從而引起測(cè)量膜片與兩側(cè)固定極板間的電容產(chǎn)生差動(dòng)變化。差動(dòng)變化的兩電容由引線接到測(cè)量電路。再轉(zhuǎn)換成二線制的直流輸出信號(hào)輸出，的兩電容由引線接到測(cè)量電路。再轉(zhuǎn)換成二線制的直流輸出信號(hào)輸出，達(dá)到測(cè)量目的。達(dá)到測(cè)量目的。主要優(yōu)點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)：v輸入能量小而靈敏度高。 極距變化型電容式傳感器只需要很小的能量就能改變電容極板的位置。如一對(duì)直徑為1.27cm的圓形電容極板上施加10V電壓，極板間隙為2.54*10-3cm，只需3*10-5N的力就能使極板產(chǎn)生位移。因此電容傳感器可以測(cè)量很小的力、振動(dòng)加速度，而且很靈敏。v電參量相對(duì)變化大。 電容式壓力