《壓力測量》ppt課件

1、第五章 壓力測量,基本教學(xué)內(nèi)容壓力的 基本概念液柱式壓力計(jì) U型管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)、斜管式微壓計(jì)彈性式壓力計(jì) 彈簧管式、膜片（盒）式、波紋管式 電氣式壓力測量 電容式壓力壓差變送器、霍爾壓力變送器、壓電 式壓力傳感器、固體壓阻式壓力壓差傳感器壓力檢測儀表的選擇與校驗(yàn),壓力 垂直作用于物體表面上的力壓強(qiáng) 垂直作用于單位面積物體表面上的力在建筑環(huán)境與設(shè)備的測試中，并不嚴(yán)格區(qū)分壓力和壓強(qiáng)。通常所說

2、的壓力實(shí)際上是指壓強(qiáng)。壓差 測量兩個(gè)壓力之差稱壓差表壓力 壓力儀表指示的壓力值 缺省情況下，所說的壓力值即指表壓力 表壓力可正可負(fù)，為負(fù)時(shí)其絕對(duì)值稱為真空度。,第一節(jié) 概述,,一、基本概念,帕(Pa) N/m2，國際單位兆帕(MPa) 106Pa工程大氣壓， kgf/cm2 ，98070 Pa 約等于一個(gè)大氣壓（1.013e+5 Pa) ，“自來水壓頭是5公斤”，用的就是這個(gè)單位。mmH2O， 9.

3、81 PammHg ，133 Pa,壓力單位,二．壓力測量儀表的分類,1．液柱式壓力計(jì)2．彈性式壓力計(jì)3．電氣式壓力計(jì)4．活塞式壓力計(jì),第二節(jié) 液柱式壓力計(jì),分類U型管壓力計(jì)單管壓力計(jì)斜管式微壓計(jì)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，準(zhǔn)確度比較高，常用于測量低壓、負(fù)壓、差壓。缺點(diǎn)：體積大，讀數(shù)不方便，玻璃管易損壞。,一．U型管壓力計(jì),假設(shè)被測的介質(zhì)為氣體，可忽略被測介質(zhì)的高度形成的靜壓值。根據(jù)流體靜力學(xué)原理可得：,U型管內(nèi)徑一般為

4、5-20mm，為了減少毛細(xì)現(xiàn)象管子內(nèi)徑一般不少于10mm，,,二．單管式壓力計(jì),因?yàn)锳1、A2為常數(shù)，這樣可通過一次讀數(shù)進(jìn)行壓差測量。當(dāng)A2/A1很小時(shí)，h1可忽略，公式簡化為：,Pd,,,,,,,,,Px,直管,,,,,,,,,h1,h2,三、斜管式微壓計(jì),P1,主要用于測量微小的壓力、負(fù)壓和壓差。為了減少讀數(shù)的相對(duì)誤差，拉長液柱，將測量管傾斜放置。,四．液柱式壓力計(jì)的測量誤差及其修正,1．環(huán)境溫度變化的影響及修正 對(duì)于一般的工

5、業(yè)測量，主要考慮工作液密度變化對(duì)壓力測量的影響。修正公式為：,2. 重力加速度變化的影響及修正,標(biāo)準(zhǔn)重力加速度下的工作液柱高度,使用地點(diǎn)的工作液柱高度,第三節(jié) 彈性式壓力計(jì)1、概述,原理：彈性壓力表是利用各種不同形狀彈性感壓元件在被測壓力的作用下，產(chǎn)生彈性變形制成的測壓儀表特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、牢固可靠、測壓范圍廣、使用方便、造價(jià)低廉、有足夠的精度，可遠(yuǎn)傳常用彈性壓力表：彈簧管式膜片（盒）式波紋管式,,,二．彈性元件及其特性,1．

6、膜片：使用時(shí)周邊夾緊，測低壓、微壓。將兩塊膜片沿周邊對(duì)焊起來，形成一膜盒，膜盒式微壓計(jì)通常用于測量爐膛和煙道尾部負(fù)壓。精度等級(jí)為2.5，最高可達(dá)1.5級(jí)。,2．波紋管：開口端固定，封閉端的位移作為輸出，由于波紋管的位移相對(duì)較大，故靈敏度高，常用于測量較低的壓力（1.0-106Pa）精度等級(jí)1.5級(jí)。,3．彈簧管： 單圈彈簧管 多圈彈簧管,二．彈性元件及其特性,假設(shè)被測壓力大于外界大氣壓力，產(chǎn)生短軸變長，長軸變短的彈性

7、形變，使管子在彎曲方向上的剛度增大，自由端向管子伸直的方向運(yùn)動(dòng)。對(duì)應(yīng)的幾何分析如下：,彈簧管是怎樣產(chǎn)生形變的呢？,,,兩式相減:,因?yàn)椋?可得:,R1,,,R2,彈簧管在量程范圍內(nèi)自由端的位移一般為7-8o，彈簧管作成多圈時(shí)，自由端的位移可達(dá)45o。彈簧管的自由端的位移可通過杠桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)。,彈簧管壓力計(jì),彈簧管壓力計(jì),彈簧管壓力計(jì),第四節(jié) 電氣式壓力檢測,一．位移式壓力壓差變送器：將彈性元件的位移轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。,1．電容式壓

8、力壓差變送器：采取差動(dòng)電容方式。,特點(diǎn)：靈敏度高、精度高，精度可達(dá)0.2、0.25，穩(wěn)定可靠。尤適用于測高靜壓微壓差的場合。,由C1、C2可得,設(shè)測量膜片在Δp作用下的位移Δd，Δd=k1Δp。,1電容式壓力壓差變送器,2．霍爾壓力變送器,（1）霍爾效應(yīng)：把矩形半導(dǎo)體薄片置于磁場B中，如果在它的兩個(gè)縱向面上（y方向）通以一定大小的電流，則在晶體的兩個(gè)橫向端面之間（X方向）出現(xiàn)電勢VH，叫霍爾效應(yīng)，產(chǎn)生的電勢稱為霍爾電勢。,靈敏度常數(shù),(

9、2)霍爾電勢的產(chǎn)生： 將固定在彈性元件上的霍爾片放置在一非均勻磁場中，在這區(qū)間，磁場強(qiáng)度具有均勻的梯度，當(dāng)霍爾片在彈性元件的帶動(dòng)下偏離正中位置，通過霍爾片的磁場強(qiáng)度發(fā)生變化，霍爾片就有正比于位移的霍爾電勢產(chǎn)生。,二．壓電式壓力傳感器,壓電效應(yīng)：壓電材料在受壓時(shí)會(huì)在其表面產(chǎn)生電荷，產(chǎn)生的電荷量與所受的壓力成正比。壓電材料：單晶體，例如石英、酒石酸鉀鈉等; 多晶體，例如壓電陶瓷，經(jīng)極化處理的壓電陶瓷具有非常高的壓電系數(shù)，為石英的

10、幾百倍。,特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，小巧輕便，工作可靠，具有線性度高量程范圍大等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：但是由于產(chǎn)生的電荷量少，因此后續(xù)需加高阻抗的直流放大器。,壓電式壓力傳感器結(jié)構(gòu),二．壓電式壓力傳感器,三．固體壓阻式壓力壓差傳感器,1．原理： 電阻的尺寸發(fā)生變化，例如電阻的長度、橫截面積發(fā)生變化將引起電阻的變化。 電阻的電阻率發(fā)生變化也將引起電阻阻值的變化。分類：①應(yīng)變片：受壓時(shí)，電阻的尺寸L、S發(fā)生變化，引起電阻的變化。

11、 ②半導(dǎo)體擴(kuò)散硅：在壓力的作用下，電阻率發(fā)生變化。通常半導(dǎo)體擴(kuò)散硅電阻變化的靈敏度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于應(yīng)變片，大約為100倍。,公式：,2．膜片的應(yīng)力分析 其膜片受到從下向上的壓力時(shí)，中心區(qū)受拉應(yīng)力（假設(shè)應(yīng)力為正），周邊區(qū)受壓應(yīng)力（應(yīng)力為負(fù)），在R=0處應(yīng)力達(dá)到正的最大值，而在大約距中心60%的地方應(yīng)力為0。,注意：供給橋路的電流要恒定，即為一恒流源。輸出電壓為10-100多毫伏，后續(xù)一般要加電壓放大電路。,,3．電阻分布

12、及測量橋路,優(yōu)點(diǎn)：①溫度補(bǔ)償， ②使輸出信號(hào)加倍。,第五節(jié) 壓力檢測儀表的選擇與校驗(yàn),一．壓力檢測儀表的選擇 ①測壓范圍，②被測介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)，③測試精度要求。,1.儀表量程選用為保證安全性，壓力較穩(wěn)定時(shí)，最大工作壓力不超過儀表量程的3/4，壓力波動(dòng)較大時(shí)，最大工作壓力不超過儀表量程的2/3。為保證準(zhǔn)確度，最小工作壓力不低于滿量程的1/3。,2．儀表精度的選擇,根據(jù)在測量時(shí)允許的最大測量誤差選擇儀表，可根據(jù)儀表的

13、精度等級(jí)算出用該儀表測量可能引起的最大示值絕對(duì)誤差。 另外在選擇儀表時(shí)不需一味追求高精度，只要滿足測量精度要求即可。,彈簧管壓力表量程和精度系列,我國目前彈簧管壓力表量程系列，1, 1.6, 2.5, 4.0, 6.0kPa以及10n倍 精度系列，精密表 0.1, 0.16, 0.25, 0.4 工業(yè)表 1.0, 1.5, 2.5,,例題：有一壓力容器，壓力范圍0.4~

14、0.6MPa，壓力變化速度較緩，不要求遠(yuǎn)傳。試選擇壓力儀表（給出量程和精度等級(jí)）測量該壓力，測量誤差不大于被測壓力的4%。,,根據(jù)最大工作壓力,根據(jù)最小工作壓力,被測壓力的最大示值絕對(duì)誤差,所選儀表的基本誤差,所以可選擇量程范圍為0—1.0MPa彈簧管壓力表,可選擇1.5級(jí)的壓力表,3．儀表類型選擇①被測介質(zhì)壓力大小，②被測介質(zhì)的性質(zhì)，例如，氧氣、乙炔都有專門的測量儀表，對(duì)腐蝕性介質(zhì)要采用不銹鋼或其他耐腐蝕的材料，③對(duì)儀表輸出信號(hào)

15、的要求，例如是否需要為電信號(hào)，④使用環(huán)境。,二．壓力表的安裝,氣上部 防堵汽側(cè)上部 防堵，防液，防氣液側(cè)下部 防堵，防汽,1．取壓口的選擇,取壓口位置 穩(wěn)定無渦流區(qū)（直線管段，避開拐彎、分叉等）。除了被測介質(zhì)以處，不接觸其它物質(zhì)不易堵塞取壓孔形狀 孔徑要小要與壁面垂直孔口應(yīng)無毛刺,1．取壓口的選擇,2．導(dǎo)壓管的敷設(shè)為了使導(dǎo)壓管正確傳遞壓力或壓差，應(yīng)作到：①導(dǎo)壓管長度小于50m，內(nèi)徑為6-10mm。

16、②對(duì)于水平敷設(shè)，導(dǎo)壓管要有1:10～1:20的坡度，測量液體介質(zhì)時(shí)下坡，測量氣體介質(zhì)時(shí)上坡。3．當(dāng)被測介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)，必須加裝伴熱管后再行保溫；當(dāng)測量腐蝕性介質(zhì)時(shí)，應(yīng)加裝隔離罐；當(dāng)測量高溫蒸氣壓力時(shí)，應(yīng)加裝冷凝盤管；測量含塵氣體時(shí)，應(yīng)加裝灰塵捕集器；測量高于60度的介質(zhì)時(shí)，應(yīng)加裝環(huán)行圈；,二．壓力表的安裝,4．當(dāng)測量液體壓力時(shí)，在導(dǎo)壓管系統(tǒng)最高處應(yīng)安裝集氣瓶；當(dāng)測量氣體壓力有可能有液體冷凝時(shí)，在導(dǎo)壓管系統(tǒng)最低處應(yīng)加裝水分離器；當(dāng)被

17、測介質(zhì)有可能產(chǎn)生沉淀時(shí)，應(yīng)在儀表前安裝沉降器。5．取壓口與壓力表之間應(yīng)加裝隔離閥。6．在測量較小壓力時(shí)，若儀表與取壓口不在同一水平高度，則應(yīng)對(duì)測壓進(jìn)行校正。,二．壓力表的安裝,三．壓力表的校驗(yàn),活塞式靜重壓力計(jì),1工作原理：加壓泵壓縮活塞內(nèi)的介質(zhì)，使其具有壓力P，這個(gè)壓力作用到活塞的有效面積F上形成向上的作用力FP，當(dāng)此力與活塞、承重盤、砝碼的總重量G平衡時(shí)，那么介質(zhì)的壓力P=G/F，F(xiàn)為有效面積，計(jì)算公式為：,其中，R為活塞半徑，