現(xiàn)代檢測技術(shù)電子教案-第12章

第12章壓力測量12.1概述12.2液柱式壓力計(jì)12.3彈性壓力計(jì)12.4振筒式壓力傳感器編輯ppt12.1概述壓力是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的工藝參數(shù)之一，因此，正確地測量和控制壓力是保證工藝生產(chǎn)過程良好地運(yùn)行，到達(dá)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)低耗及平安生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。編輯ppt12.1概述壓力是垂直而均勻地作用在單位面積上的力，即物理學(xué)中常稱的壓強(qiáng)。它的大小由受力面積和垂直作用力兩個因素所決定，用數(shù)學(xué)式表示為——壓力；

——垂直作用力；12.1.1壓力的定義——受力面積。式中，編輯ppt12.1概述

在國際單位制中，壓力的單位為表示，簡稱為“帕〞。它的物理意義是1牛頓的力垂直作用在1平方米面積上所產(chǎn)生的壓力。因帕的單位太小，工程上常用和表示。其他過去在工程上常用的單位如下：〕：這是過去工程上最常采用的壓力單位。即上所產(chǎn)生的壓力。12.1.2壓力的計(jì)量單位

均勻而垂直地作用在，稱為“帕斯卡〞,符號以⑴工程大氣壓〔編輯ppt12.1概述 ⑵毫米汞柱〔〕、毫米水柱〔〕：在的面積上分別由水柱或水銀柱質(zhì)量所產(chǎn)生的壓力。⑶標(biāo)準(zhǔn)大氣壓:又稱為無力大氣壓，它隨時間和地點(diǎn)的不同變化很大。 我國現(xiàn)在已統(tǒng)一采用國際統(tǒng)一單位“Pa〞。 絕對壓力：被測介質(zhì)作用于物體外表上的全部壓力稱為絕對壓力，用符號Pi表示。編輯ppt12.1概述大氣壓力：由地球外表空氣質(zhì)量所形成的壓力，稱為大氣壓力。它隨地理緯度、海拔高度及氣象條件而變化，用符號Po表示。 表壓：絕對壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮褐罘Q為表壓，用符號Pg表示，。通常壓力測量儀表總是處于大氣之中，其測得的壓力值均是表壓，此時絕對壓力大于大氣壓力。 真空度〔負(fù)壓〕：當(dāng)絕對壓力小于大氣壓力時，表壓為負(fù)值〔負(fù)壓力〕，其絕對值稱為真空度，用符號表示，。編輯ppt12.1概述此外，工程上按壓力隨時間的變化關(guān)系還有靜態(tài)壓力〔不隨時間變化或變化緩慢的壓力〕和動態(tài)壓力〔隨時間作快速變化的壓力〕之分。圖12-1

各種壓力之間的關(guān)系編輯ppt12.1概述根據(jù)不同工作原理，壓力檢測方法可分為如下幾種：⑴重力平衡方法這種方法利用一定高度的工作液體產(chǎn)生的重力或砝碼的重量與被測壓力相平衡的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換為液柱高度或平衡砝碼的重量來測量。例液柱式壓力計(jì)和活塞式壓力計(jì)。⑵彈性力平衡方法

利用彈性元件受壓力作用發(fā)生彈性變形而產(chǎn)生的彈性力與被測壓力相平衡的原理，將壓力轉(zhuǎn)換成位移，通過測量彈性元件位移變形的大小測出被測壓力?？蓽y量壓力、負(fù)壓、絕對壓力和壓差，應(yīng)用最為廣泛。12.1.3壓力檢測的根本方法編輯ppt12.1概述⑶機(jī)械力平衡方法 這種方法是將被測壓力經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)換成一個集中力，用外力與之平衡，通過測量平衡時的外力測得被測壓力。力平衡式儀表可以到達(dá)較高精度，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。⑷物性測量方法利用敏感元件在壓力的作用下，其某些物理特性發(fā)生與壓力成確定關(guān)系變化的原理，將被測壓力直接轉(zhuǎn)換為各種電量來測量。如應(yīng)變式、壓電式、電容式壓力傳感器等。編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)液柱測壓是最簡單的測壓手段，應(yīng)用液柱測量壓力的方法是以流體靜力學(xué)原理為根底的。它根據(jù)液柱高度來確定被測的壓力值。液柱所用的液體種類很多，可以采用單純物質(zhì)，也可以用液體混合物，但所用液體在與被測物質(zhì)接觸處必須有一個清楚而穩(wěn)定的界面，即所用液體不能與被測介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反響或形成均相混合物，同時，液體在環(huán)境溫度的變化范圍內(nèi)不應(yīng)汽化、凝固。常用的工作液體有水銀、水、酒精、甲苯、甘油、有機(jī)硅油等。編輯ppt液柱壓力計(jì)最后測量的是液面的相對垂直位移，因此上限只可能達(dá)1.5m左右，下限為0.05m左右，否那么就不便于觀察，一般液柱壓力計(jì)的應(yīng)用范圍約達(dá)1m水銀柱高壓力。液柱壓力計(jì)是在U形玻璃管內(nèi)裝有一定高度的液體，一端與系統(tǒng)相連，另一端與大氣連接，一般是采用充有水或水銀等液體的玻璃U形管、單管或斜管進(jìn)行壓力測量的。編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)a)U形管壓力計(jì)

b)單管壓力計(jì)

c)傾斜管壓力計(jì)圖2-2

液柱式壓力計(jì)編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)圖12-2〔a〕所示的U形管是用來測量壓力和壓差的儀表。在U形管兩端接入不同壓力時，U形管兩邊管內(nèi)會產(chǎn)生一定的液柱差，液柱差的大小與被測壓力有關(guān)，因此測得液柱差即可知被測壓力或壓差的數(shù)值。根據(jù)流體靜力平衡原理可知，右邊的被測壓力、左邊被測壓力式中，—U形管內(nèi)工作液體的密度；

—重力加速度。12.2.1U形管壓力計(jì)—U形管內(nèi)孔截面積；

編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)由上式可求得兩壓力的差值或在一個壓力的情況下〔例如壓力

可見U形管內(nèi)的液柱差h與被測壓差或壓力成正比，因此被測壓差或壓力可以用工作液柱高度h的大小來表示。編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)單管壓力計(jì)如圖12-2〔b〕所示，它相當(dāng)于將U形管的一端換成一個大直徑的容器，測壓原理仍然與U形管相同。當(dāng)大容器一側(cè)通入被測壓力，管一側(cè)通入大氣壓時，滿足以下關(guān)系式中，—兩液面的高度差；—玻璃管內(nèi)液面上升高度；—大容器內(nèi)液面下降高度；—玻璃管直徑；—大容器直徑。12.2.2單管壓力計(jì)編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)由于，故可以忽略不計(jì)，那么上式可寫成，此時表示當(dāng)工作液體密度一定時，那么管內(nèi)工作液柱上升的高度

即可表示被測壓力的大小。編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)

傾斜式壓力計(jì)是用來測量微小的壓力和負(fù)壓的，為此將與大容器連通的玻璃管做成傾斜式的以便在壓力微小變化時可提高讀數(shù)的精度。大容器通入被測壓力，那么與液柱之間的關(guān)系為由于，那么，代入上式后可得12.2.3傾斜式壓力計(jì)，斜管通大氣壓力編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)式中，—斜面與水平面夾角。角，可用水準(zhǔn)儀測校水平位置。由于酒精有較小的密度，常用它作為斜管壓力計(jì)的工作液體，以提高微壓計(jì)的靈敏度。

如果要求傾斜式壓力計(jì)測量不同的壓力范圍時，那么可采用斜管傾斜角度可變的微壓計(jì)，即通過改變傾斜角為準(zhǔn)確測定—傾斜管內(nèi)液柱的高度；編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)

，所以傾斜式壓力計(jì)比單管壓力計(jì)更靈敏，可以提高測量精度。傾斜式壓力計(jì)的測壓范圍一般為

，精度為0.5～1

級，可用來測表壓、負(fù)壓、差壓和用作校驗(yàn)低壓的標(biāo)準(zhǔn)表。其特點(diǎn)是零位刻度在刻度標(biāo)尺的下端，使用前需放置水平，調(diào)好零位。

由于編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)液柱壓力計(jì)雖然構(gòu)造簡單、使用方便、測量準(zhǔn)確度高，但耐壓程度差、容易破碎，測量范圍小、示值與工作液體的密度有關(guān)，故在使用中應(yīng)注意下面幾點(diǎn)：

1〕

被測壓力不能超過儀表測量范圍。

2〕被測介質(zhì)不能與工作液混合或起化學(xué)反響。當(dāng)被測介質(zhì)與水或水銀混合或發(fā)生反響時，那么應(yīng)更換其它工作液或采取加隔離液的方法。常用的隔離液如下表12-1所示：12.2.4液柱式壓力計(jì)使用本卷須知編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)表12-1

某些介質(zhì)的隔離液

測量介質(zhì)

隔離液

測量介質(zhì)

隔離液

氯氣

氯化氫

硝酸

98%的濃硫酸或氟油

煤油

五氯乙烷

氨水、水煤氣水煤氣

氧氣

變壓器油

變壓器油

甘油

編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)3〕液柱壓力計(jì)安裝位置應(yīng)避開過熱、過冷和有震動的地方。過熱使工作液容易蒸發(fā)，而過冷使其容易凍結(jié)，震動太大會將玻璃管震破，無法進(jìn)行正常的數(shù)。

4〕

由于液體的彎月現(xiàn)象，在讀取壓力值時，視線應(yīng)在液柱面上，觀察水時應(yīng)看凹面處，觀察水銀時應(yīng)看凸面處。 5〕水平放置的儀表，測量前應(yīng)將儀表放平，再校正零點(diǎn)。如果工作液面不在零位線上，可調(diào)零位器或移動可變刻度標(biāo)尺或灌注工作液體等，使零位對好6〕工作液為水時，可在水液中參加一點(diǎn)紅墨水或其它顏色，以便于觀察讀數(shù)。

7〕在使用過程中保持測量管和刻度標(biāo)尺的清晰，定期更換工作液。經(jīng)常檢查儀表和連接管。

編輯ppt12.2液柱式壓力計(jì)圖12-3液面的彎月現(xiàn)象編輯ppt12.3彈性壓力計(jì)當(dāng)被測壓力作用于彈性元件時，彈性元件便產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形〔即機(jī)械位移〕。根據(jù)變形量的大小，可以測得被測壓力的數(shù)值。彈性壓力計(jì)主要由四局部組成。彈性元件是核心局部，其作用是感受壓力并產(chǎn)生彈性變形，彈性元件采用何種形式要根據(jù)測量要求選擇和設(shè)計(jì)；常用的彈性元件有彈簧管、波紋管、薄膜等，如圖12-4所示。在彈性元件與指示機(jī)構(gòu)之間是變換放大機(jī)構(gòu)，其作用是將彈性元件的變形進(jìn)行變換和放大；指示機(jī)構(gòu)〔如指針和刻度標(biāo)尺〕用于給出壓力示值；調(diào)整機(jī)構(gòu)用于調(diào)整零點(diǎn)和量程。編輯ppt12.3彈性壓力計(jì)圖12-4

彈性元件的結(jié)構(gòu)編輯ppt12.3彈性壓力計(jì)編輯ppt12.3彈性壓力計(jì)圖12-4

彈性元件的結(jié)構(gòu)編輯ppt12.3彈性壓力計(jì)

彈性元件常用的材料有銅合金、彈性合金、不銹鋼等，各適用于不同的測壓范圍和被測介質(zhì)。近年來半導(dǎo)體材料也得到了廣泛的應(yīng)用。彈簧管式壓力計(jì)是工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用最廣泛的一種測壓儀表，并且以單圈彈簧管結(jié)構(gòu)應(yīng)用最多。 彈簧管壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價(jià)格低廉，測壓范圍寬，應(yīng)用十分廣泛。，精度最高可達(dá)范圍為編輯ppt12.3彈性壓力計(jì)1—彈簧管

2—拉桿3—扇形齒輪4—中心齒輪

5—指針

6—面板

7—游絲

8—調(diào)整螺釘

9—接頭圖12-5

彈簧管壓力表編輯ppt12.3彈性壓力計(jì)

彈性壓力計(jì)可以在現(xiàn)場指示，但是許多情況下要求將信號遠(yuǎn)傳至控制室。一般可以在已有的彈性壓力計(jì)結(jié)構(gòu)上增加轉(zhuǎn)換部件，實(shí)現(xiàn)信號的遠(yuǎn)距離傳送。彈性壓力計(jì)信號多采用電遠(yuǎn)傳方式，即把彈性元件的變形或位移轉(zhuǎn)換為電信號輸出。常見的轉(zhuǎn)換方式有電位器式、霍爾元件式、電感式、差動變壓器式等，圖12-6給出兩種電遠(yuǎn)傳彈性壓力計(jì)結(jié)構(gòu)原理。編輯ppt12.3彈性壓力計(jì)

a)電位器式

b)霍爾元件式