第05章 壓力測量2-(使用)含第3次作業(yè)

第5章壓力測量5.0概述5.1常規(guī)測壓方法與儀表5.2壓力信號的電變送方法（壓力傳感器）5.3氣流的壓力測量5.4壓力檢測儀表的使用與校準第5.3章氣流的壓力測量總壓測量與總壓管靜壓測量與靜壓管5.3.0概述氣流中壓力測量的特殊性高速流動，壓力與流速相關(guān)；測量氣流的壓力，采用空氣動力測壓法，測量氣流的總壓和靜壓最常用的儀器總壓管靜壓管5.3.1總壓測量與總壓管總壓：氣流在速度等熵滯止到零的壓力，也稱滯止壓力。總壓管：用于總壓測量的測壓管。選用總壓管結(jié)構(gòu)型式的考慮因素選用總壓管的考慮因素氣流的速度流道的條件對氣流方向的敏感性結(jié)構(gòu)型式偏流角：感受孔軸線相對于氣流方向的夾角?？倝汗艿牟幻舾衅鹘莗使測量誤差達速度頭的1％時的偏流角。p范圍越大，對測量越有利。馬赫數(shù)Ma對p的影響:偏流角不大時，Ma的影響情況不顯著；較大時，隨Ma增大，總壓的測量誤差隨之增大。總壓管的不敏感偏流角p1)L型總壓管最常見的總壓管優(yōu)點：制造方便，使用、安裝簡單，支桿對測量結(jié)果影響??；缺點：不敏感偏流角p較小，一般為±(10°~15°)2)圓柱型總壓管2個不敏感偏流角：過孔口軸線而與支桿垂直的平面內(nèi)，氣流方向與孔口軸線的夾角p約為±(10~15°)；孔口軸線與支桿軸線構(gòu)成的平面內(nèi)，氣流方向與孔口軸線的夾角βp約為±(2°~6°)。2)圓柱型總壓管特點：圓柱型總壓管可以做成很小的尺寸，工藝性好，制造容易，使用方便，但不敏感偏流角較小。球窩型總壓管 將孔口處加工成凹進的球面形，提高p和βp的值。3)帶導流管的總壓管在L型總壓管管口處增加導流套，導流套進口處的錐面為收斂段。優(yōu)點：氣流在經(jīng)過導流套后被整流，使不敏感偏流角p提高，可達土(30°~45°)。缺點：p隨Ma數(shù)的變化較明顯；頭部尺寸較大，對流場影響大。4)多點總壓管在實際測量中，有時需要沿某一方向同時測出多點的總壓。梳狀總壓管凸嘴型凹窩型帶套型耙狀總壓管多點總壓管的特點多點總壓管能同時測出多點的總壓，但制造較復雜，對流場干擾大；梳狀凸嘴型總壓管和耙狀總壓管的不敏感偏流角p較小；梳狀凹窩型的p較大，但測量精度受氣流擾動的影響較大；帶套型的p最大，但結(jié)構(gòu)較復雜。5)附面層總壓管（邊界層）附面層內(nèi)的速度梯度大且非均勻變化，造成總壓管的有效中心向速度較高的一側(cè)移動。附面層總壓管的感受管截面為扁平形狀，h＝0.03~0.1mmH＝0.1~0.18mm。5.3.2靜壓測量與靜壓管氣流的靜壓：運動氣流中氣體本身的熱力學壓力；當感受器在氣流中與氣流以相同的速度運動時，感受到的就是氣流的靜壓。偏流角、Ma數(shù)、感受器的結(jié)構(gòu)參數(shù)等對靜壓測量更敏感，所以靜壓測量比總壓測量困難。靜壓測量方法壁面靜壓孔法靜壓管法1．壁面靜壓孔壁面靜壓孔：測靜壓最簡單方便的方法。靜壓孔的位置：應選流線是直線的地方，整個截面的靜壓基本相等；對氣流的干擾小，測量精度較高。要求：開孔處要有足夠的直管段，管道內(nèi)壁面要光滑平整。否則，即使靜壓孔的設(shè)計加工正確，也會引起1～3％的誤差。壁面靜壓孔的設(shè)置原則孔徑一般為0.5~1.0mm。若Ma數(shù)為0.8，引起的誤差小于1.0％，工程上可接受；靜壓孔的軸線應與管道內(nèi)壁面垂直；靜壓孔的邊緣應尖銳、無毛刺、無倒角，孔的壁面應光滑；若靜壓孔的深度為l，直徑為d，一般取l/d>3;連接靜壓孔與導壓管的管接頭要固定在流道壁上，在流道壁厚度允許情況下，優(yōu)選螺紋連接，優(yōu)于焊接，可以避免熱應力使壁面變形后干擾流場。2．靜壓管靜壓管用于測量氣流中某點的靜壓。為了降低靜壓管對氣流的干擾，減少測量誤差，在滿足剛度前提下，幾何尺寸盡量小。靜壓管也應對氣流方向的變化盡量不敏感。靜壓孔軸線應垂直于氣流方向。常用靜壓管L型靜壓管圓盤型靜壓管帶導流管的靜壓管(1)L型靜壓管氣流流過測壓管頭部獲得加速，靜壓降低，支桿則對氣流有阻礙作用，流速降低，靜壓升高。在靜壓管的頭部和支桿之間選擇適當?shù)奈恢迷O(shè)置靜壓孔，即可以得到接近真實靜壓的測量值。氣流方向與頭部軸線的夾角為L型靜壓管的偏流角,的存在引起測量誤差。為了減少此影響，一般在其表面沿圓周方向等距離設(shè)置2~8個靜壓孔。L型靜壓管的管徑常取1~2mm?？讖匠Ｈ?.3~0.4mm。實驗數(shù)據(jù)表明，雷諾數(shù)在500~3×105的范圍內(nèi)對靜壓測量值沒有影響。(2)圓盤型靜壓管工作位置：靜壓管與氣流的流動方向垂直，圓盤平面平行于氣流方向；測量值對與圓盤平面平行的氣流方向變化不敏感，但對氣流與其軸向的夾角(β角)的變化極敏感，一般要求β<(1°~2°)；測量的誤差及對β角的敏感性常隨圓盤直徑的減小面增大，但直徑過大又增加了對氣流的干擾，圓盤直徑常取15~20mm。加工精度要求高，特別要求支桿與圓盤平面垂直；使用時要避免損壞圓盤，即使輕微的損傷也會降低測量精度。(3)帶導流管的靜壓管不敏感偏流角p可達±30°,βp可達±20°；可用于三元氣流中測量靜壓；導流管的形狀較復雜，加工較困難，頭部尺寸難以做得很小，不適用于小尺寸流道。5.4壓力檢測儀表的使用與校準壓力檢測儀表的正確選擇、安裝和校準是保證其在生產(chǎn)過程中發(fā)揮應有作用及保證測量結(jié)果安全可靠的重要環(huán)節(jié)。1.壓力儀表的選擇與安裝2.常用壓力儀表的性能和用途3.壓力檢測儀表的校準1.壓力儀表的選擇與安裝選擇的原則——經(jīng)濟合理儀表類型;測量范圍;精度儀表類型被測介質(zhì)情況現(xiàn)場環(huán)境及生產(chǎn)過程對儀表的要求遠傳?控制?記錄?各類壓力儀表的特點：本章學習重點儀表的量程要根據(jù)被測壓力的大小及其在測量過程中變化的情況來選取。被測壓力的最大值穩(wěn)定壓力：不超過儀表測量上限值的2/3脈動壓力：不超過儀表測量上限值的1/2高壓時：不超過儀表測量上限值的3/5被測壓力的最小值不應低于儀表測量上限值的1/3，以保證儀表的線性和測量結(jié)果的準確性。具體選擇應在國家規(guī)定的標準系列中選取。彈簧管壓力計的量程測量范圍:

從真空到109Pa，我國的測壓儀表按系列生產(chǎn)，其標尺上限的刻度值為

(1，1.6，2.5，4，6.3)×10nMPa (其中n為正、負整數(shù))。儀表的精度單圈彈簧管壓力表的精度等級普通型：1.0、1.6、2.5、4級；精密型：0.16、0.25、0.4級。根據(jù)工藝生產(chǎn)的要求在規(guī)定的精度等級中選擇確定。所選精度等級應小于或至少等于工藝要求的儀表允許最大引用誤差。壓力測量系統(tǒng)的安裝壓力測量系統(tǒng)安裝的正確與否直接影響測量結(jié)果的準確性被測介質(zhì)測取壓力的取壓口傳遞壓力的引壓管路測量儀表2常用壓力儀表的性能和用途儀表型式常用測量范圍（Pa）精度等級用途與特點液柱式壓力計U形管0～105或壓差、負壓高基準器、標準器、工程測量儀表單管0～105或壓差、負壓高基準器、標準器、工程測量儀表斜管0～2×103或壓差、負壓高基準器、標準器、工程測量儀表彈性壓力計彈簧管0～109較高工程測量儀表精密測量儀表膜片式0～2×106或壓差、負壓一般工程測量儀表精密測量儀表膜盒式0～4×104或壓差、負壓一般工程測量儀表精密測量儀表波紋管0～4×156或壓差、負壓一般工程測量儀表精密測量儀表活塞式0～2.5×108或負壓很高基準器、標準器電位計式0～6×107一般工程測量儀表電容式0～107或壓差較高工程測量儀表電感式0～6×107較高工程測量儀表霍爾式0～6×107一般工程測量儀表振頻式0～107或壓差、負壓較高工程測量儀表應變式0～108或壓差、負壓較高工程測量儀表壓電式0～107或壓差、負壓較高工程測量儀表3.壓力檢測儀表的校準出廠前：壓力檢測儀表在出廠前均需經(jīng)過校準，使之符合精度等級要求；安裝使用前：新的儀表在安裝使用前，為防止運輸過程中由于振動或碰撞所造成的誤差，也應對新儀表進行校準，以保證儀表示值的可靠性。使用中：使用中的儀表會因彈性元件疲勞、傳動機構(gòu)磨損及腐蝕、電子元器件的老化等造成誤差，所以必須定期進行校準，以保證測量結(jié)果有足夠的準確度；(1)

靜態(tài)校準靜態(tài)校準的環(huán)境條件：溫度20±5℃濕度≤80％大氣壓力為760±80mmHg無振動沖擊的環(huán)境；靜態(tài)校準：在靜態(tài)標準條件下采用一定標準等級(被校儀表的3~5倍)的校準設(shè)備，對儀表重復(不少于3次)進行全量程逐級加載和卸載測試，獲得各次校準數(shù)據(jù)，以確定儀表的靜態(tài)基本性能指標和精度的過程。①校準方法校準方法：將被校表與標準表的示值在相同條件下進行比較；將被校表的示值與標準壓力比較。校驗點的選擇在被校表的測量范圍內(nèi)，均勻地選擇至少5個校驗點，其中應包括起始點和終點。標準儀表的選擇原則標準表的允許絕對誤差：應小于被校表的允許絕對誤差的1/3～1/5，這樣可忽略標準表的誤差，將其示值作為真實壓力。將被校表示值與標準壓力比較的方法主要用于校驗0.25級以上的精密壓力表，亦可用于校驗各種工業(yè)用壓力表。②壓力校準儀器常用的壓力校準儀器液柱式壓力計；活塞式壓力計；配有高精度標準表的壓力校驗泵?；钊麎毫τ嫞╕S-60型）精度等級：0.05；0.02測量范圍：0.1～6MPa活塞面積：0.5cm2底盤活塞：0.5kg

所產(chǎn)生的標準壓力值為0.1MPa重量：65kg工作介質(zhì)：變壓器油活塞式壓力真空計（YS-2.5型）測量范圍：

-0.1～0.25

MPa精度等級：

0.02;0.05工作介質(zhì)：潔凈的壓縮空氣或瓶裝氮氣壓力發(fā)生部分測量部分活塞式壓力校準系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理測量活塞及砝碼的重力與螺旋壓力發(fā)生器共同作用于密閉系統(tǒng)內(nèi)的工作液體(變壓器油)，當系統(tǒng)內(nèi)工作液體的壓力與此重力相平衡時，測量活塞1將被頂起而穩(wěn)定在活塞筒3內(nèi)的任一平衡位置。在承重托盤換不同的砝碼，由螺旋壓力發(fā)生器推動工作活塞，工作液體就可處于不同的平衡壓力；壓力p＝砝碼＋活塞活塞式壓力校準系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理a、b、c—切斷閥；d—進油閥；1—測量活塞；2—砝碼；3—活塞筒；4—螺旋壓力發(fā)生器；5—工作液；6—壓力表；7—手輪；8—絲杠；9—工作活塞；10—油杯；11—進油閥壓力校驗器YJY-6型校驗壓力范圍：YJY-6型：

-0.08～6MPa

YJY-60型

-0.08～60MPa工作介質(zhì)： 變壓器油壓力真空校驗器YZY-2.5型校驗壓力范圍：YZY-2.5型:-0.01～0.25MPa[YZY-25型:-0.01～2.4MPa

精度等級(%)：取決于配用的標準器精度正壓工作介質(zhì)：潔凈的壓縮空氣或瓶裝氮氣負壓源：真空泵(2)動態(tài)校準壓力傳感器的頻率響應特性決定了傳感器對動態(tài)壓力測量的適用范圍和測量精度。用于動態(tài)壓力測量的傳感器或測壓系統(tǒng)必須進行動態(tài)校準，以確定其動態(tài)特性參數(shù)（如頻率響應函數(shù)、固有頻率、阻尼比）。標準動態(tài)壓力信號動態(tài)校準的關(guān)鍵：標準動態(tài)壓力信號源。根據(jù)其所提供的標準動態(tài)壓力信號，產(chǎn)生標準動態(tài)壓力信號的裝置可分為兩類：穩(wěn)態(tài)周期性壓力信號源，如機械正弦壓力發(fā)生器、凸輪控制噴嘴、電磁諧振器；穩(wěn)態(tài)壓力信號源，如激波管、閉式爆炸器、快速卸載閥及落錘液壓動校裝置。①

穩(wěn)態(tài)校準電磁式正弦壓力發(fā)生器機械式正弦壓力發(fā)生器 可提供的壓力源頻率為300Hz，常用來標定諧振頻率低的壓力測量設(shè)備。穩(wěn)態(tài)校準的特點主要適用于將未知特性的被校傳感器與已知特性的標準傳感器進行比較；可以通過改變壓力源頻率，同時監(jiān)測被校儀表或傳感器輸出的方法求出被校儀表的頻率特性。主要優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。不足之處 由于難以提供高頻高振幅的壓力信號，僅適用于低壓和低頻的壓力校準，不能用于壓力檢測儀表的高頻動態(tài)特性校準。

②非穩(wěn)態(tài)校準激波管測定壓力傳感器頻率響應特性的最常用的設(shè)備。計量部門校準壓力傳感器動態(tài)性能的標準裝置。激波管校準傳感器動態(tài)特性的基本原理1激波管是一個具有恒等截面(圓形或方形)的內(nèi)壁非常光滑的兩頭封閉的長管。管中間被一膜片分成兩個密封的腔室，左邊較短的是高壓腔，右邊較長的是低壓腔。當高、低壓腔室的壓力差達到一定值時，膜片突然破裂(自然破裂或人工控制破裂)，于是高壓室的氣體向低壓室迅速膨脹，形成激波并以超音速的常值速度在低壓腔的靜止氣體中運動。激波陣面厚度極薄，激波陣面之后是一個能持續(xù)一定時間的壓力平臺，壓力上升時間極短，約為10-9s，且壓力幅度可以方便地改變和控制；激波陣面到達低壓腔端面后將反射回來，且其后壓力將再次升高，因而激波管是一個理想的壓力階躍發(fā)生器。激波管校準傳感器動態(tài)特性的基本原理2用激波管產(chǎn)生的階躍壓力激勵被校壓力傳感器，并用適當?shù)脑O(shè)備記錄在這一階躍壓力激勵下被校傳感器所產(chǎn)生的瞬時響應。根據(jù)其過渡過程曲線，運用適當?shù)挠嬎惴椒?，可以得到被校壓力傳感器的頻率響應特性。激波管校準系統(tǒng)圖整個試驗裝置包括激波管、氣源、測量和記錄部分。圖中A1,A2,A3為壓電式壓力傳感器，裝在激波管的側(cè)面，其中A1和A2特性相同，用于測量激波速度；Ax和Ay為被校壓力傳感器；B1，B2，B3為電荷放大器。氣源用于供給激波管壓縮空氣或其他氣體。膜片一般選用純鋁膜片，其厚度根據(jù)校準壓力值的大小而定，為達到瞬時破裂的目的，要在鋁片上預先壓紋。根據(jù)壓力的大小也可用賽璐珞或描圖紙等作膜片。根據(jù)傳感器實際