第一二三節(jié)概述液柱式和彈簧管式壓力表演示文稿

第一二三節(jié)概述液柱式和彈簧管式壓力表演示文稿當前第1頁\共有38頁\編于星期三\8點（優(yōu)選）第一二三節(jié)概述液柱式和彈簧管式壓力表當前第2頁\共有38頁\編于星期三\8點一、壓力的基本概念垂直而均勻地作用在單位面積上的力

式中Ｐ——壓力（Pa）

Ｆ——均勻垂直作用力（N）

Ｓ——受力面積（m2）1MPa=103KPa

=106Pa單位:牛頓/米2（N/m2），簡稱“帕”，用符號“Pa”

當前第3頁\共有38頁\編于星期三\8點

工程上仍使用的壓力單位有：工程大氣壓、毫米汞柱、毫米水柱等。

1工程大氣壓=1公斤力垂直于1平方厘米的面積上所產(chǎn)生的壓力。國際符號為：kgf/cm21毫米汞柱、1毫米水柱為1平方厘米的面積上分別由1毫米汞柱、1毫米水柱的重量所產(chǎn)生的壓力，國際符號為：mmHg，mmH2O當前第4頁\共有38頁\編于星期三\8點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）等均應改成法定計量單位帕。1kgf/cm2=0.9807×105Pa1mmH2O=0.9807×10Pa1mmHg=1.3332×102Pa1atm=1.01325×105Pa1bar=105Pa當前第5頁\共有38頁\編于星期三\8點

大氣壓力—地球表面上的空氣柱重量所產(chǎn)生的壓力。其值由地理位置及氣象情況所決定。絕對壓力—物體所受的實際壓力。地面上的物體均處在大氣壓力的作用下，只有真空狀態(tài)才能使F=0和p=0。二、壓力的表示方式當前第6頁\共有38頁\編于星期三\8點表壓力—以大氣壓力為基準的壓力值，當絕對壓力大于大氣壓力時，它等于絕對壓力與大氣壓力之差。它又稱為“相對壓力”，各種普通壓力表的指示值都是表壓力。絕對壓力的零線表壓大氣壓力線絕對壓力絕對壓力真空度負壓或真空度（疏空壓力）—當絕對壓力小于大氣壓力時，它等于大氣壓力與絕對壓力之差。負壓值越大，絕對壓力越小，真空度越高。差壓—兩個壓力之差。當前第7頁\共有38頁\編于星期三\8點利用液體靜力學原理—利用液體產(chǎn)生或傳遞壓力來平衡被測壓力從而獲得測量結果。如液柱式壓力計和活塞式壓力計。利用彈性變形原理—利用各種形式的彈性敏感元件在受壓后產(chǎn)生彈性變形的特性進行壓力檢測。如彈簧管壓力表、膜盒壓力表和波紋管壓力表。利用某一物質(zhì)的某一物理效應與壓力的關系來檢測壓力。這類儀表的輸出均為電信號，統(tǒng)稱為電測式(電氣式)壓力儀表。如應變片式壓力傳感器、霍爾式壓力傳感器、電容式壓力（或差壓）變送器、擴散硅式壓力（或差壓）變送器等等。三、壓力檢測的基本原理當前第8頁\共有38頁\編于星期三\8點四、壓力測量儀表的分類

測量壓力的儀表，按信號原理不同，大致可分為四類：液柱式：根據(jù)流體靜力學原理，把被測壓力轉換成液柱高度。機械式：根據(jù)彈性元件受力變形的原理，將被測壓力轉換成位移?；钊剑焊鶕?jù)水壓機液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉換成活塞面積上所加平衡砝碼的質(zhì)量。電氣式：將被測壓力轉換成各種電量，如電感、電容、電阻、電位差等，依據(jù)電量的大小實現(xiàn)壓力的間接測量。當前第9頁\共有38頁\編于星期三\8點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，通過液柱高度來反映被測壓力的大小。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。采用水銀或水為工作液，用U形管或單管進行測量，常用于低壓、負壓或壓力差的檢測。被廣泛用于實驗室壓力測量或現(xiàn)場鍋爐煙、風道各段壓力、通風空調(diào)系統(tǒng)各段壓力的測量。第二節(jié)液柱式壓力計優(yōu)點：結構簡單，使用方便，有相當高的準確度。缺點：當前第10頁\共有38頁\編于星期三\8點

p2p1p2p1h(a)(b)右圖為U形玻璃管檢測壓力的原理圖。當p1=p2時，左右兩管中液體的高度相等。當p1>p2時，U形管兩管內(nèi)的液面會產(chǎn)生高度差，設高度差為h，依據(jù)液體靜力學原理有：一、測壓原理當前第11頁\共有38頁\編于星期三\8點二、U形管壓力計提高工作液密度將增加壓力的測量范圍，但靈敏度要降低。當前第12頁\共有38頁\編于星期三\8點三、單管壓力計

由于U形管壓力計需兩次讀取液面高度，為使用方便，設計出一次讀取液面高度的單管壓力計。當前第13頁\共有38頁\編于星期三\8點

下式中d為玻璃管內(nèi)直徑，D為杯形容器的內(nèi)直徑。當前第14頁\共有38頁\編于星期三\8點四、斜管微壓計

主要用于測量微小壓力、負壓和壓差，它將單管液柱壓力計的測量管傾斜放置，這樣可以提高靈敏度，減少讀數(shù)相對誤差。當前第15頁\共有38頁\編于星期三\8點傾斜角度α當前第16頁\共有38頁\編于星期三\8點

傾斜角度越小，l越長，測量靈敏度就越高；但不可太小，否則液柱易沖散，讀數(shù)較困難，誤差增大。這種傾斜管液柱式壓力計可以測量到0.98Pa的微壓。為了進一步提高微壓計的精確度，應選用密度小的酒精作為工作液體。

當前第17頁\共有38頁\編于星期三\8點

液體壓力計難以克服的缺點：量程受到液體密度的限制，除水銀外尚無密度大而化學性質(zhì)穩(wěn)定性好的液體，水銀是人們不愿意使用的有毒物質(zhì)。不適合測量劇烈變動的壓力，由于這類壓力計兩端必須和被測壓力和大氣相通，壓力突變時會使液體沖出管外。管內(nèi)液體阻尼系數(shù)太小，雖然測微小變化的壓力相對靈敏，而在動態(tài)性質(zhì)上是欠阻尼的，遇到壓力擾動就反復振蕩許久方能使液柱靜止。對安裝位置和姿勢有要求，姿勢必須垂直。

五、特點當前第18頁\共有38頁\編于星期三\8點

近年來液柱式測壓儀表已日益減少，特別是水銀儀表已趨于淘汰，但在科學實驗中仍較常見，這是因為它簡單、靈敏、準確。

七、液體壓力計的使用六、液體壓力計誤差分析

測量誤差：當標尺刻度精度為1mm時，對于U管，可達2mm;對于單管，可達1mm。見教材P138。見教材P138~139當前第19頁\共有38頁\編于星期三\8點第三節(jié)彈簧管式壓力表

工業(yè)生產(chǎn)過程中使用較普遍的測壓儀表是按照彈性變形原理工作的，尤其是彈簧管壓力表歷史悠久、應用廣泛。一、測壓原理

基本原理是依據(jù)彈性元件受壓變形后產(chǎn)生的彈性反作用力與被測壓力相平衡，然后測量彈性元件的變形量大小可知被測壓力的大小。根據(jù)測量范圍的不同，常用的彈性元件有膜片、波紋管、彈簧管等。彈性元件是測壓儀表的關鍵元件，為了保證儀表的精度、可靠性及良好的線性特性，彈性元件必須工作在彈性限度范圍內(nèi)，且彈性元件的彈性后效和彈性滯后要小，溫度系數(shù)也要低。當前第20頁\共有38頁\編于星期三\8點

常用的材料有錫青銅、磷青銅、黃銅、不銹鋼、錳鋼等。新型彈性材料有鈀-金系無磁恒彈性合金等。

彈性式壓力檢測儀表結構簡單，堅固耐用，指示明顯，價格便宜，測量范圍寬（最高可達1000MPa），并能保證足夠的精度，現(xiàn)場使用維護方便，故在工程中一直得到廣泛的應用。當前第21頁\共有38頁\編于星期三\8點當前第22頁\共有38頁\編于星期三\8點當前第23頁\共有38頁\編于星期三\8點膜片受壓力作用產(chǎn)生位移，可直接帶動傳動機構指示。但是膜片的位移較小，靈敏度低，指示精度不高，一般為2.5級。膜片更多的是和其他轉換元件合起來使用，通過膜片和轉換元件把壓力轉換成電信號；彈簧管結構簡單、使用方便、價格低廉，它使用范圍廣，測量范圍寬，可以測量負壓、微壓、低壓、中壓和高壓，因此應用十分廣泛。根據(jù)制造的要求，儀表精度最高可達0.15級。波紋管的位移相對較大，一般可在其頂端安裝傳動機構，帶動指針直接讀數(shù)。其特點是靈敏高（特別是在低壓區(qū)），常用于檢測較低的壓力，但波紋管遲滯誤差較大，精度一般只能達到1.5級；當前第24頁\共有38頁\編于星期三\8點二、彈簧管壓力表

（一）測壓原理當前第25頁\共有38頁\編于星期三\8點P—被測壓力；=0-、E—彈簧管材料的泊松系數(shù)和彈性模量（徑向應變與軸向應變之比，產(chǎn)生單位應變所需的應力）；h—彈簧管壁厚；a、b—彈簧管橢圓形截面的長半軸和短半軸；=Rh/a2—為幾何參數(shù)；、—與比值a/b有關的參數(shù)；R—彈簧管曲率半徑；0—彈簧管中心角的初始值。公式：當前第26頁\共有38頁\編于星期三\8點一般所以

當前第27頁\共有38頁\編于星期三\8點

從上面分析可知：（1）當彈簧管的結構、尺寸和材料一定時，彈簧管自由端位移和被測壓力之間基本上是線性關系，即彈簧管壓力表的刻度均勻性好。（2）如b=a，得=0，說明具有均勻壁厚的圓形截面的彈簧管不能作為測壓元件。

為了增大彈簧管自由端受壓變形時的位移量，可采用多圈彈簧管結構，其基本原理與單圈彈簧管相同，但自由端的位移量比單圈彈簧管大好多倍。當前第28頁\共有38頁\編于星期三\8點

彈簧管壓力表

彈簧管拉桿指針中心齒輪扇形齒輪接頭游絲刻度盤調(diào)整螺釘（二）彈簧管壓力表

1工作原理

當前第29頁\共有38頁\編于星期三\8點2放大機構

彈簧管壓力表的機芯如圖所示。由于彈簧管自由端的位移量較小，為了保證儀表有足夠的靈敏度，需要用機芯將自由端的位移進行放大，將自由端的微小位移放大成較大的角位移。

當前第30頁\共有38頁\編于星期三\8點

特點：結構簡單、使用方便、價格低廉，它使用范圍廣，測量范圍寬，可以測量負壓、微壓、低壓、中壓和高壓，因此應用十分廣泛，精度等級高達0.15級。三、彈簧管式電遠傳壓力表的工作原理

電遠傳壓力表生產(chǎn)歷史較久，它是在普通彈性元件構成的壓力表內(nèi)附加電遠傳部件，使之除就地指示壓力之外，兼有信號遠傳的功能。甚至將指針標度尺去掉，以電遠傳為唯一用途，實質(zhì)上已成為純粹的壓力傳感器。這類傳感器的敏感元件和彈性變形式壓力表完全一樣，此處只需介紹其電遠傳原理和特性。當前第31頁\共有38頁\編于星期三\8點

1電位器式

在彈簧管壓力表內(nèi)安裝小型滑線電位器，其滑點由彈簧管自由端帶動。如只利用電位器的滑點和電阻的任意一端，就成為以可變阻值輸出的壓力傳感器，與任何一種測電阻的儀表相連便可測量壓力。如將電位器的電阻兩端和滑點用三根導線引出，并在電阻兩端接穩(wěn)定的直流電壓，則滑點和電阻的任意一端之間的電壓將取決于滑點位置，也就是取決于被測壓力。這樣便可與測直流電壓的儀表相連而反映壓力值。當前第32頁\共有38頁\編于星期三\8點

這種電遠傳方法比較簡單，具有很好的線性。如果采用斷面尺寸不均勻的骨架繞制電位器，就能設計成有某種非線性的電位器，借此可將彈性元件或傳動機構的非線性抵消，使整個傳感器具有線性特性。

電位器式電遠傳的最大缺點是有滑動觸點，為減少彈性元件的變形阻力，以免引起過大的滯環(huán)及變差，就希望滑點和電阻絲的接觸壓力盡量小，但接觸壓力小就難以保證良好地導電，尤其是電阻表面氧化或污染時，滑點接觸不可靠。此外，彈性元件的變形位移或轉角一般不大，但希望電阻或電壓的變化有較好的連續(xù)性，不要出現(xiàn)明顯的階梯狀特性，這就必須用極細的電阻絲繞制電位器。電阻絲太細勢必不耐磨損，特別是壓力頻繁波動時，往往局部磨損嚴重，改變了原有的阻值均勻性，甚至出現(xiàn)磨斷電阻絲的現(xiàn)象。為了改進上述缺點，出現(xiàn)了導電塑料電位器及無觸點電位器，用這類新材料或器件代替滑線電位器固然可以提高可靠性，但成本也有所增加。當前第33頁\共有38頁\編于星期三\8點

2電感式

電感式電遠傳可以避免滑動觸點，它利用彈性元件的變形帶動銜鐵，改變鐵心線圈的氣隙，從而改變線圈的電感。在交流電路里，感抗可以很容易地變換成電壓。如需要輸出直流信號，可加整流濾波電路。電感式壓力傳感器的原理見右圖。當前第34頁\共有38頁\編于星期三\8點

這種傳感器必須用交流電源。為了減小鐵心線圈的尺寸，提高傳感器的靈敏度，并且避免工業(yè)頻率的干擾，最好采