压力和差压测量 卢.ppt

第3章压力和差压测量在工业生产、科学研究等各个领域中，压力是经常需要测量的重要参数。。

本章介绍压力的测量方法、测量中所用的仪器设备及所用典型传感器的基本原理及结构。3.1压力的测量

3.1.1压力的基本概念

压力是工业生产过程中重要的工艺参数之一，正确地测量和控制压力是保证工业生产过程良好地运行，达到高产优质低耗及安全生产的重要环节。
1.压力的定义
压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力，即物理学中常称的压强。工程上，习惯把压强称为压力。由此定义，压力可表示为:

2.压力的表示方法
由于参照点不同，在工程上压力有几种不同表示方法。
(1)绝对压力
(2)大气压力
(3)表压力
(4)真空度(负压)
(5)差压(压差)
图3-1各种压力之间的关系3.压力的计量单位

压力是力和面积的导出量。在国际单位制中，取力的单位为牛顿，面积单位为米2，则压力单位为牛顿/米2，用符号N/m2表示；
压力单位又称为帕斯卡或简称帕，符号为Pa。1Pa＝1N/m2。
因帕单位太小，工程上常用kPa(103Pa)和MPa(106Pa)表示。我国已规定帕斯卡为压力的法定单位。
由于历史发展的原因、单位制的不同以及使用场合的差异，压力还有多种不同的单位。目前工程技术部门仍在使用的压力单位有工程大气压、物理大气压、巴、毫米水柱、毫米汞柱等。4.压力检测的基本方法

根据不同工作原理，压力检测方法可分为如下几种：

(1)重力平衡方法:利用一定高度的液体产生的重力或者砝码的重量与被测压力相平衡。如液柱式或者活塞式压力计

(2)弹性力平衡方法：利用弹性元件受压变形产生变形，弹性力＝被测压力

(3)物性测量方法：利用敏感元件在压力，物理特性发生变化。应变式、电容式压力传感器

(4)机械力平衡方法

压力转换为集中力
3.2.液柱式压力计

应用液柱测量压力的方法是以流体静力学原理为基础的。一般是采用充有水或水银等液体的玻璃U形管、单管或斜管进行压力测量的，其结构形式如图所示。(1)U形管压力计
(2)单管压力计
(3)斜管压力计

弹性式压力仪表3.3.弹性压力计
当被测压力作用于弹性元件时，弹性元件便产生相应的弹性变形(即机械位移)。根据变形量的大小，可以测得被测压力的数值。
弹性压力计的组成环节如图3-4所示:
弹性元件是核心部分，其作用是感受压力并产生弹性变形，弹性元件采用何种形式要根据测量要求选择和设计；
在弹性元件与指示机构之间是变换放大机构，其作用是将弹性元件的变形进行变换和放大；
指示机构(如指针与刻度标尺)用于给出压力示值；调整机构用于调整零点和量程。图3-4弹性压力计组成框图(1)弹性元件
同样的压力下，不同结构、不同材料的弹性元件会产生不同的弹性变形。

常用的弹性元件有弹簧管、波纹管、薄膜等，如表3-1所示。

其中波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量；单圈和多圈弹簧管可用于高、中、低压或真空度的测量。 表3-1弹性元件的结构和特性
波
纹
管
式
弹性元件常用的材料有铜合金、弹性合金、不锈钢等，各适用于不同的测压范围和被测介质。
通过各种传动放大机构直接指示被测压力值。这类直读式测压仪表有弹簧管压力计、波纹管差压计、膜盒式压力计等。弹性式压力表单、多圈弹簧管弹性式压力表弹簧管压力表(2)弹簧管压力表
弹簧管式压力表是工业生产上应用很广泛的一种直读式测压仪表，以单圈弹簧管结构应用最多。其一般结构如图3-5所示。
被测压力由接口引入，使弹簧管自由端产生位移，通过拉杆使扇形齿轮逆时针偏转，并带动啮合的中心齿轮转动，与中心齿轮同轴的指针将同时顺时针偏转，并在面板的刻度标尺上指示出被测压力值。图3-5弹簧管压力计结构
1-弹簧管；2-连杆；3-扇形齿轮；4-底座；5-中心齿轮；6-游丝；7-表盘；8-指针；9-接头；10-横断面；11-灵敏度调整槽通过调整螺钉可以改变拉杆与扇形齿轮的接合点位置，从而改变放大比，调整仪表的量程。转动轴上装有游丝，用以消除两个齿轮啮合的间隙，减小仪表的变差。直接改变指针套在转动轴上的角度，就可以调整仪表的机械零点。
弹簧管压力计结构简单,使用方便，价格低廉，测压范围宽，应用十分广泛。一般弹簧管压力计的测压范围为-105～109Pa；精确度最高可达±0.1％。(3)弹性压力计信号远传方式
弹性压力计可以在现场指示，但是许多情况下要求将信号远传至控制室。一般可以在已有的弹性压力计结构上增加转换部件实现信号的远距离传送。
弹性压力计信号多采用电远传方式，即把弹性元件的变形或位移转换为电信号输出。
常见的转换方式有电位计式、霍尔元件式、电感式、差动变压器式等，下图给出两种电远传弹性压力计结构原理。
(a)电位器式(