熱能與動力工程測試技術(shù)-第六章壓力測量課件

第六章壓力測量第六章壓力測量1第一節(jié)概述所謂壓力測量即壓強測量。測量方法分類：●

平衡法重力與壓力平衡代表：液柱式壓力計、活塞式壓力計●

彈性法彈性力與壓力平衡代表：彈簧管壓力計、波紋管壓力計●

電氣法敏感元件將壓力轉(zhuǎn)化為電阻或電荷變化代表：壓力式傳感器，如：硅壓阻式傳感器第一節(jié)概述所謂壓力測量即壓強測量。測量方法分類：●平衡2第二節(jié)常規(guī)測壓儀表和傳感器一、液柱式測壓儀表通過液柱高度來反映被測壓力的大小；優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，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；缺點：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。第二節(jié)常規(guī)測壓儀表和傳感器一、液柱式測壓儀表通過液柱高度來3U形管壓力計當(dāng)提高工作液密度將增加測量范圍，但靈敏度要降低。U形管壓力計當(dāng)提高工作液密度將增加4單管壓力計當(dāng)斜管微壓計單管壓力計當(dāng)斜管微壓計5液柱式壓力計的測量誤差及修正環(huán)境溫度變化重力加速度變化毛細現(xiàn)象采用酒精時采用水銀時其他誤差，如：視線是否平齊液柱式壓力計的測量誤差及修正環(huán)境溫度變化重力加速度變化6二、彈性測壓儀表彈性元件在彈性限度內(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。原理：特點：結(jié)構(gòu)簡單、牢固可靠、測壓范圍廣、使用方便、造價低廉、有足夠的精度，可遠傳。二、彈性測壓儀表彈性元件在彈性限度內(nèi)受壓后會產(chǎn)生變7彈簧管壓力計分為：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。單圈彈簧管壓力表可用于真空至1GPa的測量，品種型號繁多，使用最廣泛。一般精度為1.0至4.0級，標(biāo)準(zhǔn)表可達0.25級。彈簧管壓力計分為：多圈及單圈彈簧管式壓力表。8截面為非圓形（橢圓形或扁圓形），并彎成圓弧狀的空心管子。一端為封閉、一端為開口彈簧壁厚及幾何參數(shù)自由端固定端截面為非圓形（橢圓形或扁圓形），并彎成圓弧狀的空心管子。彈簧9可測負壓、微壓、低壓、中壓和高壓；精度有0.5、1.0、1.5、2.5等。彈簧管的材料，一般在P<20MPa時采用磷銅；P＞20MPa時，則采用不銹鋼或合金鋼。使用壓力表時，必須注意被測介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。例如，測量氨氣壓力必須采用不銹鋼彈簧管；測量氧氣壓力時，則嚴禁沾有油脂，以免著火甚至爆炸?？蓽y負壓、微壓、低壓、中壓和高壓；彈簧管的材料，10膜式壓力計膜片壓力計膜片壓力計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。主要用于測量腐蝕性介質(zhì)或非凝固、非結(jié)晶的粘性介質(zhì)的壓力。測量范圍：真空至6MPa。膜式壓力計膜片壓力計膜片壓力計的膜片可分為彈性11膜盒壓力計常用于測量氣體的微壓或負壓；測壓范圍：0～±40kPa膜盒壓力計常用于測量氣體的微壓或負壓；12波紋管式壓差計優(yōu)點：靈敏高，可測較低壓力缺點：遲滯誤差較大，精度一般只有1.5級測量范圍：0—0.4MPa波紋管式壓差計優(yōu)點：靈敏高，可測較低壓力測量范圍：0—0.13彈性壓力計的誤差分析遲滯誤差原因：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壓力變化。措施：用全彈性材料。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。措施：用恒彈性材料。彈性壓力計的誤差分析遲滯誤差原因：相同壓力下，彈性元件14間隙和摩擦誤差原因：活動部件運動時相互間存在摩擦力；活動部件之間有間隙，示值與彈性元件的變形不能完全對應(yīng)。措施：采用新轉(zhuǎn)換技術(shù)，減少或取消中間傳動機構(gòu)。還可以采用無干摩擦的彈性支承或磁懸浮支承間隙和摩擦誤差原因：活動部件運動時相互間存在摩擦力；措15三、最高壓力表機械式最高壓力表指示壓力值往往低于實際值，常作為檢測或比較測量用。氣電式最高壓力表精度比機械式高。膜片9隨氣缸壓力上升向上變形與傳感器電極7接觸三、最高壓力表機械式最高壓力表指示壓力值往往低16四、典型壓力傳感器石英晶體壓電傳感器不能測量靜態(tài)壓力，主要測量10～20kHz的脈動壓力。壓電傳感器產(chǎn)生的信號非常微弱，輸出阻抗很高，必須經(jīng)過前置放大。被測壓力變化的頻率太低，環(huán)境溫度和濕度的改變，都會改變傳感器的靈敏度，造成測量誤差。四、典型壓力傳感器石英晶體壓電傳感器不能測量靜態(tài)17電容式差壓傳感器結(jié)構(gòu)簡單、耐振動沖擊、測量范圍寬、可靠性強、精度高。電容式差壓傳感器結(jié)構(gòu)簡單、耐振動沖擊、18第三節(jié)氣流壓力測量一、氣流總壓的測量氣流總壓氣流靜壓氣流動壓+=要求管口無毛刺，壁面光潔；管口軸線對準(zhǔn)來流方向。不敏感偏流角：使測量誤差占速度頭1%的偏流角。感受孔軸線與氣流方向的偏角范圍越大，對測量越有利。第三節(jié)氣流壓力測量一、氣流總壓的測量氣流總壓氣流靜壓氣流動19半圓形感受頭的最小，帶導(dǎo)流套的總壓管的最大。此外，較小時，Ma影響小。較大時，Ma大，測量誤差也大。半圓形感受頭的最小，帶導(dǎo)流套的總壓管20幾種總壓管L形總壓管制造簡單、安裝和使用方便，最常見，但較小。圓柱形總壓管孔口加擴張角時，不敏感角為25°～30°尺寸小，使用方便，但不敏感角小。幾種總壓管L形總壓管制造簡單、安裝和使用方便，最21帶導(dǎo)流套的總壓管不敏感偏流角較高，可達40°～45°缺點是αp隨Ma數(shù)的變化較明顯；頭部尺寸較大，對氣流流動有較大的影響。多點總壓管能同時測出多點的總壓，但制造較復(fù)雜，對流場干擾大。帶導(dǎo)流套的總壓管不敏感偏流角較高，可達40°～45°22邊界層總壓管一般取h=0.03～0.1mmH=0.1～0.18mm。感受孔尺寸極小，應(yīng)注意指示值的滯后現(xiàn)象為減小測試誤差，將測壓孔做成矩形。邊界層總壓管一般取感受孔尺寸極小，應(yīng)注意指示值的滯后現(xiàn)象為減23二、氣流靜壓的測量壁面靜壓孔位置：要求開孔處有足夠的直管段，管道內(nèi)壁面要光滑平整。要求尺寸：開孔直徑一般以0.5mm～1.0mm為宜。深度為L，直徑為d，一般取L/d≥3其他：孔的軸線應(yīng)和管道內(nèi)壁面垂直，孔的邊緣應(yīng)尖銳，無毛刺，無倒角，孔的壁面應(yīng)光滑。管接頭要固定在管道壁上二、氣流靜壓的測量壁面靜壓孔位置：要求開孔處有足夠的直管段，24靜壓管L型（直角型）靜壓管為減小誤差，一般在表面沿圓周方向等距離開2～8個靜壓孔。靜壓管L型（直角型）靜壓管為減小誤差，一般在表面沿圓25圓盤形靜壓管對氣流與其軸線的夾角極為敏感。圓盤直徑常取15～20mm。帶導(dǎo)流管的靜壓管能改善一般靜壓管不敏感偏流角小的問題。形狀復(fù)雜，加工困難圓盤形靜壓管對氣流與其軸線的夾角極為敏感。圓盤直徑常取15～26第四節(jié)測壓儀表的標(biāo)定一、靜態(tài)標(biāo)定它的精度等級有0.02、0.05和0.2級，可用來校準(zhǔn)0.25級精密壓力表，也可校準(zhǔn)各種工業(yè)用壓力表，被校壓力的最高值為60MPa。采用活塞式壓力計第四節(jié)測壓儀表的標(biāo)定一、靜態(tài)標(biāo)定它的精度等級有27二、動態(tài)標(biāo)定對比法激波管動態(tài)標(biāo)定法通過激波產(chǎn)生一個階躍信號，測得傳感器的輸出曲線，求得頻率響應(yīng)特性。二、動態(tài)標(biāo)定對比法通過激波產(chǎn)生一個階躍信號，測得傳感28本章小結(jié)液柱式壓力計彈簧管壓力計的測壓原理測壓儀表的靜態(tài)標(biāo)定本章小結(jié)液柱式壓力計29第六章壓力測量第六章壓力測量30第一節(jié)概述所謂壓力測量即壓強測量。測量方法分類：●

平衡法重力與壓力平衡代表：液柱式壓力計、活塞式壓力計●

彈性法彈性力與壓力平衡代表：彈簧管壓力計、波紋管壓力計●

電氣法敏感元件將壓力轉(zhuǎn)化為電阻或電荷變化代表：壓力式傳感器，如：硅壓阻式傳感器第一節(jié)概述所謂壓力測量即壓強測量。測量方法分類：●平衡31第二節(jié)常規(guī)測壓儀表和傳感器一、液柱式測壓儀表通過液柱高度來反映被測壓力的大??；優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，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；缺點：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。第二節(jié)常規(guī)測壓儀表和傳感器一、液柱式測壓儀表通過液柱高度來32U形管壓力計當(dāng)提高工作液密度將增加測量范圍，但靈敏度要降低。U形管壓力計當(dāng)提高工作液密度將增加33單管壓力計當(dāng)斜管微壓計單管壓力計當(dāng)斜管微壓計34液柱式壓力計的測量誤差及修正環(huán)境溫度變化重力加速度變化毛細現(xiàn)象采用酒精時采用水銀時其他誤差，如：視線是否平齊液柱式壓力計的測量誤差及修正環(huán)境溫度變化重力加速度變化35二、彈性測壓儀表彈性元件在彈性限度內(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。原理：特點：結(jié)構(gòu)簡單、牢固可靠、測壓范圍廣、使用方便、造價低廉、有足夠的精度，可遠傳。二、彈性測壓儀表彈性元件在彈性限度內(nèi)受壓后會產(chǎn)生變36彈簧管壓力計分為：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。單圈彈簧管壓力表可用于真空至1GPa的測量，品種型號繁多，使用最廣泛。一般精度為1.0至4.0級，標(biāo)準(zhǔn)表可達0.25級。彈簧管壓力計分為：多圈及單圈彈簧管式壓力表。37截面為非圓形（橢圓形或扁圓形），并彎成圓弧狀的空心管子。一端為封閉、一端為開口彈簧壁厚及幾何參數(shù)自由端固定端截面為非圓形（橢圓形或扁圓形），并彎成圓弧狀的空心管子。彈簧38可測負壓、微壓、低壓、中壓和高壓；精度有0.5、1.0、1.5、2.5等。彈簧管的材料，一般在P<20MPa時采用磷銅；P＞20MPa時，則采用不銹鋼或合金鋼。使用壓力表時，必須注意被測介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。例如，測量氨氣壓力必須采用不銹鋼彈簧管；測量氧氣壓力時，則嚴禁沾有油脂，以免著火甚至爆炸?？蓽y負壓、微壓、低壓、中壓和高壓；彈簧管的材料，39膜式壓力計膜片壓力計膜片壓力計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。主要用于測量腐蝕性介質(zhì)或非凝固、非結(jié)晶的粘性介質(zhì)的壓力。測量范圍：真空至6MPa。膜式壓力計膜片壓力計膜片壓力計的膜片可分為彈性40膜盒壓力計常用于測量氣體的微壓或負壓；測壓范圍：0～±40kPa膜盒壓力計常用于測量氣體的微壓或負壓；41波紋管式壓差計優(yōu)點：靈敏高，可測較低壓力缺點：遲滯誤差較大，精度一般只有1.5級測量范圍：0—0.4MPa波紋管式壓差計優(yōu)點：靈敏高，可測較低壓力測量范圍：0—0.42彈性壓力計的誤差分析遲滯誤差原因：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壓力變化。措施：用全彈性材料。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。措施：用恒彈性材料。彈性壓力計的誤差分析遲滯誤差原因：相同壓力下，彈性元件43間隙和摩擦誤差原因：活動部件運動時相互間存在摩擦力；活動部件之間有間隙，示值與彈性元件的變形不能完全對應(yīng)。措施：采用新轉(zhuǎn)換技術(shù)，減少或取消中間傳動機構(gòu)。還可以采用無干摩擦的彈性支承或磁懸浮支承間隙和摩擦誤差原因：活動部件運動時相互間存在摩擦力；措44三、最高壓力表機械式最高壓力表指示壓力值往往低于實際值，常作為檢測或比較測量用。氣電式最高壓力表精度比機械式高。膜片9隨氣缸壓力上升向上變形與傳感器電極7接觸三、最高壓力表機械式最高壓力表指示壓力值往往低45四、典型壓力傳感器石英晶體壓電傳感器不能測量靜態(tài)壓力，主要測量10～20kHz的脈動壓力。壓電傳感器產(chǎn)生的信號非常微弱，輸出阻抗很高，必須經(jīng)過前置放大。被測壓力變化的頻率太低，環(huán)境溫度和濕度的改變，都會改變傳感器的靈敏度，造成測量誤差。四、典型壓力傳感器石英晶體壓電傳感器不能測量靜態(tài)46電容式差壓傳感器結(jié)構(gòu)簡單、耐振動沖擊、測量范圍寬、可靠性強、精度高。電容式差壓傳感器結(jié)構(gòu)簡單、耐振動沖擊、47第三節(jié)氣流壓力測量一、氣流總壓的測量氣流總壓氣流靜壓氣流動壓+=要求管口無毛刺，壁面光潔；管口軸線對準(zhǔn)來流方向。不敏感偏流角：使測量誤差占速度頭1%的偏流角。感受孔軸線與氣流方向的偏角范圍越大，對測量越有利。第三節(jié)氣流壓力測量一、氣流總壓的測量氣流總壓氣流靜壓氣流動48半圓形感受頭的最小，帶導(dǎo)流套的總壓管的最大。此外，較小時，Ma影響小。較大時，Ma大，測量誤差也大。半圓形感受頭的最小，帶導(dǎo)流套的總壓管49幾種總壓管L形總壓管制造簡單、安裝和使用方便，最常見，但較小。圓柱形總壓管孔口加擴張角時，不敏感角為25°～30°尺寸小，使用方便，但不敏感角小。幾種總壓管L形總壓管制造簡單、安裝和使用方便，最50帶導(dǎo)流套的總壓管不敏感偏流角較高，可達40°～45°缺點是αp隨Ma數(shù)的變化較明顯；頭部尺寸較大，對氣流流動有較大的影響。多點總壓管能同時測出多點的總壓，但制造較復(fù)雜，對流場干擾大。帶導(dǎo)流套的總壓管不敏感偏流角較高，可達40°～45°51邊界層總壓管一般取h=0.03～0.1mmH=0.1～0.18mm。感受孔尺寸極小，應(yīng)注意指示值的滯后現(xiàn)象為減小測試誤差，將測壓孔做成矩形。邊界層總壓管一般取感受孔尺寸極小，應(yīng)注意指示值的滯后現(xiàn)象為減