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1、p76,第三章 壓力測(cè)量及儀表,壓力測(cè)量的意義安全性經(jīng)濟(jì)性,(1)壓力的表示方法,絕對(duì)壓力P1大氣壓力Pamb表壓力Pe Pe= P1Pamb真空度PZ（負(fù)壓） PZ Pamb P1,(2)壓力單位,我國(guó)法定計(jì)量單位中，壓力的單位是“帕斯卡”，簡(jiǎn)稱“帕”，符號(hào)為“Pa”。,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）、“標(biāo)準(zhǔn)大氣壓”（atm）、“巴”（bar）等均應(yīng)改成法定計(jì)量單位帕。1 kgf/cm2 = 0.9807105Pa1mmH2O = 0.980710Pa1 mmHg = 1.332102Pa1atm = 1.01325

2、105Pa1bar=105Pa,(3)壓力測(cè)量的主要方法和分類,壓力傳感器從其原理及結(jié)構(gòu)來看可分為：液柱式、機(jī)械式及電氣式測(cè)量壓力的儀表，按信號(hào)原理不同，大致可分為四類：液柱式：根據(jù)流體靜力學(xué)原理，把被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度活塞式：根據(jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞面積上所加平衡砝碼的質(zhì)量機(jī)械式：根據(jù)彈性元件受力變形的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成位移,電氣式：將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)壓力的間接測(cè)量,3.1 液柱式壓力計(jì),利用液柱對(duì)液柱底面產(chǎn)生的靜壓力與被測(cè)壓力相平衡的原理，通過液柱高度來反映被測(cè)壓力的大小優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，有相當(dāng)

3、高的準(zhǔn)確度缺點(diǎn)：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；測(cè)量范圍不大,采用水銀或水為工作液，用U形管或單管進(jìn)行測(cè)量，常用于低壓、負(fù)壓或壓力差的檢測(cè)被廣泛用于實(shí)驗(yàn)室壓力測(cè)量或現(xiàn)場(chǎng)鍋爐煙、風(fēng)道各段壓力、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)各段壓力的測(cè)量,一、U形管壓力計(jì),測(cè)氣體P=P1P2 =3g(h1+h2) =3gh,提高工作液密度將增加壓力的測(cè)量范圍，但靈敏度要降低。,3-2,式適用于平衡液體上傳壓介質(zhì)是氣體。若不是氣體而是另外一種液體，其密度1，則公式中3用3-1代替。必須分別讀出h1和h2，再相加得出液面高度差。故讀數(shù)誤差大。,3,1,3.1.2 單管壓力計(jì),由于U形管壓力計(jì)需兩次讀取液面高度

4、，為使用方便，設(shè)計(jì)出一次讀取液面高度的單管壓力計(jì)。,3-3,h1,因 故 由于 Dd，所以 P =gh1,斜管微壓計(jì),主要用于測(cè)量微小壓力、負(fù)壓和壓差，它將單管液柱壓力計(jì)的測(cè)量管傾斜放置，這樣可以提高靈敏度，減少讀數(shù)相對(duì)誤差。,1,2,傾斜角度越小，l越長(zhǎng)，測(cè)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(jì)可以測(cè)量到0.98Pa的微壓。為了進(jìn)一步提高微壓計(jì)的精確度，應(yīng)選用密度小的酒精作為工作液體。,傾斜式微壓計(jì),3.2 彈性式壓力計(jì),用彈性傳感器（又稱彈性元件）組成的壓力測(cè)量?jī)x表稱為彈性式壓力計(jì)。彈性元件受壓后產(chǎn)生的形變輸出（力或位移），可以通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

5、直接帶動(dòng)指針指示壓力（或壓差），也可以通過某種電氣元件組成變送器，實(shí)現(xiàn)壓力（或壓差）信號(hào)的遠(yuǎn)傳。,3.2.1 彈性元件的測(cè)壓概述,優(yōu)點(diǎn)：量程范圍廣 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)實(shí)耐用，價(jià)格低,3.2.1 彈性元件的測(cè)壓概述,彈性元件在彈性限度內(nèi)受壓后會(huì)產(chǎn)生變形，變形大小與被測(cè)壓力有關(guān)。,3.2.2彈性元件,1. 膜片按剖面形狀分為平膜片和波紋膜片可與其他轉(zhuǎn)換元件合用電容式壓力傳感器光纖式壓力傳感器力矩平衡式壓力變送器,2. 波紋管優(yōu)點(diǎn)：靈敏高，可測(cè)較低壓力缺點(diǎn)：遲滯誤差較大，精度一般只有1.5級(jí),3.2.4 彈性元件的應(yīng)用,膜盒式微壓計(jì)p82,膜片和膜盒圖片,膜盒式微壓計(jì)常用于火電廠鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的風(fēng)、煙壓力測(cè)

6、量及鍋爐爐膛負(fù)壓測(cè)量。 當(dāng)幾個(gè)膜盒敏感元件疊放在一起后量測(cè)極微小的壓力（毫巴級(jí)）,5,彈簧管壓力計(jì)p83,1彈簧管測(cè)壓原理截面為非圓形（橢圓形或扁圓形），并彎成圓弧狀的空心管子一端為封閉（自由端），一端為開口（固定端）,2彈簧管壓力計(jì)的結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格低廉，使用范圍廣，測(cè)量范圍寬可測(cè)負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓精度有0.5、1.0、1.5、2.5等,3.2.5 電接點(diǎn)壓力計(jì),電接點(diǎn)壓力計(jì)可用作電氣發(fā)訊設(shè)備聯(lián)鎖裝置和自動(dòng)操縱裝置 高低壓給定指針指示指針電接點(diǎn),3.2.6 壓力表的調(diào)校,比較法是將被校壓力計(jì)（被校表）與標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)（標(biāo)準(zhǔn)表）在壓力表校驗(yàn)臺(tái)上產(chǎn)生的某一定值的壓力或某一負(fù)壓

7、下進(jìn)行比較重量法是被校表與活塞壓力計(jì)上的標(biāo)準(zhǔn)砝碼在活塞缸內(nèi)的壓力下進(jìn)行比較。前者用來校驗(yàn)精度在1級(jí)以下的各種工業(yè)用儀表，而后者用于校驗(yàn)精度在0.5級(jí)以上的各種標(biāo)準(zhǔn)表。,壓力儀表的校驗(yàn),校驗(yàn)就是將被校驗(yàn)壓力表和標(biāo)準(zhǔn)壓力表通以相同壓力，比較它們的指示數(shù)值，如果被校表對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)誤差，不大于被校表規(guī)定的最大準(zhǔn)許絕對(duì)誤差時(shí)，則認(rèn)為被校表合格。常用的校驗(yàn)儀器是活塞式壓力計(jì)，它由壓力發(fā)生部分和測(cè)量部分組成，它的精度等級(jí)有0.02、0.05和0.2級(jí)，可用來校準(zhǔn)0.25級(jí)精密壓力表，也可校準(zhǔn)各種工業(yè)用壓力表，被校壓力的最高值為60MPa。,壓力發(fā)生部分,測(cè)量部分,1活塞式壓力計(jì),pA=G,式中A活塞8底

8、面的有效面積； G活塞、托盤及砝碼總重力。,p=G /A, 實(shí)驗(yàn)演示3彈簧管壓力計(jì)校驗(yàn),準(zhǔn)備工作選取標(biāo)準(zhǔn)表時(shí)標(biāo)準(zhǔn)表的測(cè)量上限一般應(yīng)不低于被校表測(cè)量上限，標(biāo)準(zhǔn)表的允許誤差應(yīng)不大于被校表允許誤差的1/3，或者標(biāo)準(zhǔn)壓力表比被校壓力表高兩個(gè)精確度等級(jí)。,確定校驗(yàn)點(diǎn)對(duì)于1.0，1.5，2.0，2.5精確度等級(jí)的壓力表，可在5個(gè)刻度點(diǎn)上進(jìn)行校驗(yàn)對(duì)于0.5級(jí)和更高精確度等級(jí)的壓力表，應(yīng)取全刻度標(biāo)尺上均勻分布的10個(gè)刻度點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)。,校驗(yàn)步驟,（1）檢查壓力表校驗(yàn)器連接接頭墊片的良好情況，安裝好并用扳手?jǐn)Q緊標(biāo)準(zhǔn)表和被校表。（2）調(diào)節(jié)地腳螺釘，使水準(zhǔn)泡位于正中。,（3）開啟油杯上的針形閥，注入變壓器油。逆時(shí)針旋

9、轉(zhuǎn)手輪，將油吸入手搖泵內(nèi)。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，將油壓入油杯，觀察是否有小氣泡從油杯中升起，若有，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，反復(fù)操作，直到不出現(xiàn)氣泡。,（4）關(guān)緊油杯上的針型閥，打開兩表下的針形閥，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，平穩(wěn)地升壓，直到被校壓力表指示第一個(gè)壓力校驗(yàn)點(diǎn)，讀標(biāo)準(zhǔn)壓力表指示值。如果使用砝碼，加上相應(yīng)壓力的砝碼，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，使油壓力上升直到砝碼盤逐漸抬起，到規(guī)定高度時(shí)停止加壓，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)砝碼盤，讀被校壓力表指示值。,（5）均勻增壓至刻度上限，保持上限壓力3min。（6）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，均勻降至零壓，平穩(wěn)地降壓進(jìn)行下行程校驗(yàn)。（7）實(shí)驗(yàn)中觀察指示有無跳動(dòng)、停止、卡塞現(xiàn)象。求出被校壓力表的基

10、本誤差、變差、輕敲位移。,（8）零位調(diào)整方法：用取針器取出被校壓力表指針，再按照零刻度位置輕輕壓下指針。（9）量程調(diào)整方法：用螺絲刀松開扇形齒輪上的量程調(diào)節(jié)螺釘，改變螺釘在滑槽中的位置，調(diào)好后固緊螺釘，重復(fù)上述校驗(yàn)。調(diào)量程時(shí)零位會(huì)變化，因此一般量程、零位需反復(fù)進(jìn)行調(diào)整。,（10）待校驗(yàn)合格后，放掉檢驗(yàn)器的壓力，拆下被校表，揩掉油污并裝上蓋子，打好鉛封，填寫校驗(yàn)記錄單。,p76,第三章 壓力測(cè)量,3.3 壓力變送器,作用：彈性元件輸出的位移或力變換成統(tǒng)一的電信號(hào)，送到遠(yuǎn)方。,3.3.1 電容式壓力(差壓)變送器,(一)概述1151系列電容差壓/壓力變送器具有悠久的歷史，并依其設(shè)計(jì)新穎、品種規(guī)格齊

11、全、安裝使用簡(jiǎn)便、堅(jiān)固耐振、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、單向過載保護(hù)能力強(qiáng)而著稱。,(二)測(cè)量部分,1測(cè)量部分的結(jié)構(gòu)被測(cè)介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室，作用在敏感元件的兩側(cè)隔離膜片上，通過填充液傳到預(yù)張緊的測(cè)量膜片兩側(cè)。測(cè)量膜片與兩側(cè)絕緣體上的電極各組成一個(gè)電容器，當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時(shí)，致使測(cè)量膜片產(chǎn)生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側(cè)電容就不等，通過檢測(cè)，放大轉(zhuǎn)換成420mA的二線制電流信號(hào)，,2差壓-位移轉(zhuǎn)換,設(shè)測(cè)量膜片位移為d，被測(cè)壓差為p，則有 d=K1p (39)其中K1是與膜片結(jié)構(gòu)尺寸和材料性質(zhì)有關(guān)的比例系數(shù)。,3位移-電容轉(zhuǎn)換,球面容器的特性近似于平行板電容器的特征,(1)比值與被測(cè)差壓p成

12、正比； (2)比值與介電常數(shù)無關(guān)，,采用差動(dòng)電容的設(shè)計(jì)是為了提高靈敏度和改善非線性；采用“相對(duì)差動(dòng)電容”則又可忽略極板面積A和介電常數(shù)對(duì)測(cè)量的影響。,(三)轉(zhuǎn)換部分,(四)電容式差壓變送器的調(diào)校與使用,圖3-13 電容式差壓變送器校驗(yàn)線路圖1加差壓設(shè)備；2差壓顯示儀表；3變送器；4直流毫安表（或數(shù)字毫安表）；5-24V（DC）電源,3.3.2應(yīng)變式壓力變送器,應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變片是基于應(yīng)變效應(yīng)工作的一種壓力敏感元件，當(dāng)應(yīng)變片受外力作用產(chǎn)生形變時(shí)，應(yīng)變片的電阻值也將發(fā)生相應(yīng)變化。應(yīng)變式壓力傳感器是由彈性元件、應(yīng)變片以及相應(yīng)的橋路組成的。,電阻應(yīng)變效應(yīng),概念導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變

13、形時(shí)，它的電阻值也相應(yīng)地發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。,電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘合劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。,金屬電阻應(yīng)變片,工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：R= L/S式中：金屬導(dǎo)體的電阻率（cm2/m）S導(dǎo)體的截面積（cm2）L導(dǎo)體的長(zhǎng)度（m）以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長(zhǎng)度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，從

14、上式中可很容易看出，其電阻值即會(huì)發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長(zhǎng)時(shí)，其長(zhǎng)度增加，而截面積減少，電阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長(zhǎng)度減小而截面增加，電阻值則會(huì)減小。只要測(cè)出加在電阻的變化（通常是測(cè)量電阻兩端的電壓），即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變,半導(dǎo)體壓阻片,壓阻式壓力傳感器壓阻元件是基于壓阻效應(yīng)工作的一種壓力敏感元件，它指在半導(dǎo)體材料的基片上制成的擴(kuò)散電阻，當(dāng)它受外力作用時(shí)，其阻值由于電阻率的變化而改變。擴(kuò)散電阻常用的是單晶體硅膜片。,圖3-14 擴(kuò)散硅壓阻元件（a）擴(kuò)散硅壓阻元件的組成；（b）硅膜片的示意圖1N型單晶硅；2第一次SiO2涂層；3擴(kuò)散P型區(qū)；4作連接導(dǎo)線的金屬；5第

15、二次SiO2涂層,優(yōu)點(diǎn)：體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能直接反映微小的壓力變化，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好缺點(diǎn)：敏感元件易受溫度的影響，從而影響壓阻系數(shù)的大小內(nèi)部溫度 補(bǔ)償,3.3.3 振弦式壓力測(cè)量,1振弦式壓力測(cè)量原理,圖3-16 振弦式壓力測(cè)量原理結(jié)構(gòu)圖1-振弦；2-支承；3-純鐵塊；4-磁鋼；5-彈性膜片,3.3.4 霍爾壓力傳感器,電壓和磁場(chǎng)及控制電流成正比 一般霍爾器件采用半導(dǎo)體材料制作,式中 RH霍爾系數(shù)，由半導(dǎo)體材料的物理性質(zhì)所決定； I流經(jīng)霍爾元件的電流； B磁感應(yīng)強(qiáng)度； d 霍爾元件的厚度。,3.5 壓力測(cè)量?jī)x表的選擇和安裝 p98,3.5.1 壓力測(cè)量?jī)x表的選擇 1儀表種類的選擇2儀表量程的選擇,被

16、測(cè)壓力較穩(wěn)定：最大工作壓力不應(yīng)超過儀表滿量程的2/3被測(cè)壓力波動(dòng)較大或測(cè)脈動(dòng)壓力：最大工作壓力不應(yīng)超過儀表滿量程的1/2為保證測(cè)量準(zhǔn)確度：最小工作壓力不應(yīng)低于滿量程的1/3優(yōu)先滿足最大工作壓力條件,測(cè)壓儀表的標(biāo)尺上限,例3-1已知某測(cè)點(diǎn)壓力約為10MPa，要求其測(cè)量誤差不超過0.1 MPa。試確定該測(cè)點(diǎn)用的壓力表標(biāo)尺范圍及精度等級(jí)？,3.5 壓力測(cè)量?jī)x表的選擇和安裝,導(dǎo)壓管的鋪設(shè)導(dǎo)壓管是傳遞壓力、壓差信號(hào)的。對(duì)水平敷設(shè)的引壓導(dǎo)管應(yīng)有35的坡度 引壓導(dǎo)管的長(zhǎng)度一般不超過5060m，一般內(nèi)徑為610mm 當(dāng)被測(cè)介質(zhì)容易冷凝或凍結(jié)時(shí)，引壓管路需有保溫伴熱措施,3.5.2 測(cè)壓儀表的安裝,取壓口的選擇在管道或煙道上取壓測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)的壓力測(cè)量氣體，管道上部 蒸汽，管道兩側(cè) 液體，管道下部,測(cè)量液體和蒸汽介質(zhì)壓力時(shí)，應(yīng)考慮由于液柱所產(chǎn)生的壓力誤差。測(cè)量氣體介質(zhì)壓力時(shí)，因氣體的密度很小，產(chǎn)生的誤差可忽略不計(jì)。,例3-2已知如圖3-27（a）和（b）的測(cè)壓系統(tǒng)中，脈沖水密度，高度差，儀表指示壓力其修正值為，大氣壓力為。試求圖（a）和（b）中容器內(nèi)介質(zhì)絕對(duì)壓力各為多少M(fèi)Pa。,