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1、1,熱工測(cè)量及儀表 第8章 壓力及壓差測(cè)量,任課教師： 曹 勇電 話：18388426460,2,一、基本概念及意義,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。 “通常所說(shuō)的壓力實(shí)際上是指壓強(qiáng)。”壓差 測(cè)量?jī)蓚€(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(shuō)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。意義：供水、供氣、液壓、軋制力、擠壓力等,3,帕(Pa) N/m2，國(guó)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（1.013105 Pa) 1mmH2O= 9.81 Pa1mmH

2、g =133 Pa,二、壓力單位,4,三壓力測(cè)量?jī)x表的分類,1液柱式壓力計(jì)2彈性式壓力計(jì)3負(fù)荷式壓力計(jì)4電氣式壓力計(jì),應(yīng)變式壓力傳感器,5,3.1 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(jiǎn)單，使用方便，準(zhǔn)確度比較高，常用于測(cè)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。,6,液柱式壓力計(jì),7,3.1.1 U型管壓力計(jì),根據(jù)流體靜力學(xué)原理可得：,選用小的1 可提高壓力計(jì)靈敏度。選用大的1 可提高壓力計(jì)的測(cè)試范圍。,被測(cè)介質(zhì)為氣體時(shí)，2遠(yuǎn)小于1，則,8,U型管壓力計(jì),9,3.1.2 單管式壓力計(jì),A1、A2為常數(shù)，這樣可通過(guò)一次讀數(shù)進(jìn)行壓差測(cè)量。當(dāng)A2/A1很

3、小時(shí)，h1可忽略，公式簡(jiǎn)化為：,Pd,Px,直管,h1,h2,10,11,3.1.3斜管式壓力計(jì),P1,主要用于測(cè)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(zhǎng)液柱，將測(cè)量管傾斜放置。,12,3.1.3斜管式壓力計(jì),實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以改變，越小，靈敏度越高，拉長(zhǎng)液柱，會(huì)影響讀數(shù)的準(zhǔn)確性，一般15o 。,13,3.1.3 斜管式壓力計(jì),P1,14,15,3.1.4液柱式壓力計(jì)的誤差,1環(huán)境條件的影響 對(duì)于一般的工業(yè)測(cè)量，主要考慮溫度使液體密度變化對(duì)壓力測(cè)量的影響。修正公式為：,重力加速度使液體密度變化的影響,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,16,3.1.4液柱式壓力計(jì)

4、的誤差,2安裝的影響 U形管采用自由懸掛、微壓計(jì)要安裝水平儀，管路不得泄露和堵塞。,3. 毛細(xì)管現(xiàn)象的影響 為了減少該誤差，通常要求測(cè)量管的內(nèi)徑一般 不小于10mm。,17,3.1.4液柱式壓力計(jì)的誤差,4. 讀數(shù)方面的影響 從凸面或凹面的頂點(diǎn)算起,18,3.2 彈性式壓力計(jì),原理：利用各種不同形狀彈性感壓元件在被測(cè)壓力的作用下，產(chǎn)生彈性變形制成的測(cè)壓儀表。 F=CX， F=AP， X=P*A/C C:彈性元件的剛性系數(shù) 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固可靠、測(cè)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：膜片式波紋管式彈簧管式,19,20,21,膜片,使用時(shí)周邊夾緊，測(cè)低壓、微壓

5、。將兩塊膜片沿周邊對(duì)焊起來(lái)，形成一膜盒，膜盒式微壓計(jì)通常用于測(cè)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)。(p147),22,開(kāi)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，大多直接指示，靈敏度高，常用于測(cè)量較低的壓力（1.0-106Pa）精度等級(jí)1.5級(jí)。(149)遲滯性較大。,2波紋管,23,單圈彈簧管多圈彈簧管(p153),3彈簧管,24,若被測(cè)壓力大于外界大氣壓力，產(chǎn)生短軸變長(zhǎng)，長(zhǎng)軸變短的彈性形變，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：,3.2.1彈簧管式壓力計(jì),兩式相減 :,因?yàn)椋?可得:,R1,R2,25,彈簧管在量

6、程范圍內(nèi)自由端的位移一般為7-8o，位移量很小。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(guò)杠桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)，這種機(jī)構(gòu)的指針最大轉(zhuǎn)角為180o，通常作成90度的回轉(zhuǎn)角。最常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為杠桿扇形齒輪機(jī)構(gòu)，可使指針轉(zhuǎn)動(dòng)270o。,26,27,精密壓力表,一般壓力表,28,3.2.2 電接點(diǎn)壓力表,其測(cè)量工作原理和一般彈簧管壓力計(jì)完全相同。 它有一套發(fā)訊機(jī)構(gòu)，在指針的下部有兩個(gè)指針，一個(gè)為高壓給定指針，另一個(gè)為低壓給定指針，利用專用鑰匙在表盤(pán)的中間旋動(dòng)給定指針的銷子，將給定指針撥到所要控制的壓力上、下限值上。,電接點(diǎn)壓力表（徑向）,29,電接點(diǎn)壓力表的用途：a、可作為高

7、、低壓報(bào)警；b、可以接其它繼電器等自動(dòng)設(shè)備，起聯(lián)鎖和自 動(dòng)操作作用；C、但不能遠(yuǎn)傳壓力指示。觸點(diǎn)的供電電壓：交流電不得超過(guò)380V，直流220V以下；觸點(diǎn)的最大容量10VA，電流1A。,30,不銹鋼耐震電接點(diǎn)壓力表,在熱力生產(chǎn)過(guò)程中，不僅需要進(jìn)行壓力的顯 示，而且還需要將壓力控制在某一范圍內(nèi)。例如：鍋爐汽包壓力，過(guò)熱蒸汽壓力等,31,3.2.3 薄膜式壓力計(jì),原理： 壓力信號(hào)從引壓口、導(dǎo)壓管引入膜盒，使膜盒產(chǎn)生變形。通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行壓力值指示。用途： 常用于火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的風(fēng)、煙壓力測(cè) 量及鍋爐爐膛負(fù)壓測(cè)量。結(jié)構(gòu)圖： 測(cè)量范圍為1504000Pa，準(zhǔn)確度等級(jí)一般為2.5級(jí)。

8、,32,膜合壓力表,33,YEJ1、YEJ1F矩形膜合壓力表用于測(cè)量不起腐蝕作用的空氣或其他氣體介質(zhì)的微壓或負(fù)壓，一般用在空氣管道、燃燒裝置以及其他類似的設(shè)備上(p147) 。,矩形膜合壓力表,34,3.3 負(fù)荷式壓力計(jì),特點(diǎn)：應(yīng)用范圍廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好。是檢驗(yàn)、標(biāo)定壓力表的標(biāo)準(zhǔn)儀器之一。常用有活塞式壓力計(jì) 、浮球式壓力計(jì),35,3.3.1 活塞式壓力計(jì)原理： 是根據(jù)流體靜力平衡原理工作的，利用壓力作用在活塞上的力與砝碼的重力相平衡的原理設(shè)計(jì)而成的。如圖所示。主要由壓力發(fā)生部分和測(cè)量部分組成。,36,壓力發(fā)生部分,測(cè)量部分,37,常用校驗(yàn)壓力表的標(biāo)準(zhǔn)儀器活塞式壓力計(jì),3

9、8,超高壓活塞壓力計(jì),39,3.3.2使用注意事項(xiàng),(1)使用前應(yīng)檢查油路是否暢通，密封處是否緊固，不得存在有堵塞或泄漏的現(xiàn)象。(2）活塞進(jìn)入活塞筒中的部分等于活塞全長(zhǎng)的2/33/4。(3)活塞壓力計(jì)的編號(hào)應(yīng)與專用砝碼編號(hào)一致。(4)活塞與活塞筒之間配合間隙非常小，測(cè)量時(shí)應(yīng)輕輕地轉(zhuǎn)動(dòng)活塞。,40,(5)活塞應(yīng)處于沿直位置，可應(yīng)用活塞壓力計(jì)底盤(pán)上的水泡來(lái)調(diào)節(jié)。(6)當(dāng)用作檢定壓力儀表的標(biāo)準(zhǔn)儀器時(shí)，其壓力計(jì)的綜合誤差應(yīng)不大于被檢儀表基本誤差的絕對(duì)誤差的1/3,41,3.3.3 浮球式壓力計(jì) 組成：由浮球、噴嘴、砝碼支架、專業(yè)砝碼、流量調(diào)節(jié)器、氣體過(guò)濾器、底座組成。浮球壓力計(jì)主要用于計(jì)量室、實(shí)驗(yàn)室以

10、及生產(chǎn)或科學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)作為壓力基準(zhǔn)器使用。,42,浮球式壓力計(jì)是以壓縮空氣或氮?dú)庾鳛閴毫υ?，以精密浮球處于工作狀態(tài)時(shí)的球體下部的壓力作用面積為浮球有效面積的一種氣動(dòng)負(fù)荷式壓力計(jì) 。如右圖所示。,（右圖） 浮球式壓力計(jì)原理圖,43,工作原理 從汽源來(lái)的壓縮空氣經(jīng)氣體過(guò)濾器減壓，再經(jīng)流量調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié),達(dá)到所需流量(由流量計(jì)讀出)后，進(jìn)入內(nèi)腔為錐形噴嘴，并噴向浮球，氣體向上的壓力使浮球在噴嘴內(nèi)漂浮起來(lái)，浮球上掛有砝碼，和砝碼架，當(dāng)浮球所受的向下的重力和向上的浮力相平衡時(shí)，就輸出一個(gè)穩(wěn)定而準(zhǔn)確的壓力。,44,浮球式壓力計(jì)具有下列特點(diǎn)：（與活塞式壓力計(jì)相比）,1、浮球式壓力計(jì)內(nèi)置自動(dòng)流量調(diào)節(jié)器，增、減砝碼后

11、無(wú)須再作任何操作，即可得到精確的輸出壓力；2、工作時(shí) 浮球不下降，可連續(xù)穩(wěn)定地輸出精確的壓力信號(hào)；3、浮球式壓力計(jì)具有流量自行調(diào)節(jié)功能，其精確度與操作者的技術(shù)水平無(wú)關(guān)；,45,4、儀器工作時(shí)氣流使浮球懸浮于噴嘴內(nèi)，球體與噴嘴之間處于非接觸狀態(tài)。其摩擦小、重復(fù)性好、分辨能力高，且免除了旋轉(zhuǎn)砝碼的必要。這是浮球式壓力計(jì)所獨(dú)具的特性；,46,5、工作進(jìn)程中，氣流能不斷地對(duì)浮球體進(jìn)行自清洗，確保儀器的高可靠性。浮球式壓力計(jì)的底盤(pán)安裝在一個(gè)箱式底座上（右圖所示），底盤(pán)即為壓力計(jì)的工作臺(tái)面。其上設(shè)有水平儀和操控閥，其下側(cè)設(shè)有氣源接口，用于壓力計(jì)與壓力源的連接。,47,3.4 電氣式壓力表,電氣式壓力表是利

12、用壓力敏感元件，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成各種電量，如電阻、頻率、電荷量等來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。能實(shí)現(xiàn)壓力電量轉(zhuǎn)換的壓敏元件主要有壓電材料、應(yīng)變片和壓阻元件。適合于壓力變化快和高真空、超高壓的測(cè)量。主要有壓電式壓力計(jì)、壓阻式壓力計(jì)等。,48,3.4.1 壓電式壓力計(jì) 主要用于測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)汽缸、進(jìn)排氣管壓力 。壓電效應(yīng)：壓電材料受壓時(shí)發(fā)生機(jī)械變形，在其兩個(gè)相對(duì)表面上產(chǎn)生電荷分離，使其中一個(gè)表面帶正電荷，另一個(gè)帶負(fù)電荷，其電荷量與所受的壓力成正比。壓電元件：具有壓電效應(yīng)的材料。壓電材料：?jiǎn)尉w、多晶體。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，小巧輕便，工作可靠，線性度好，頻率響應(yīng)高，量程范圍廣。,49,工作過(guò)程：壓電元件被夾在兩塊性能

13、相同的彈性元件（膜片）之間，膜片的作用是把壓力收集轉(zhuǎn)換成集中力，再傳遞給壓電元件。,50,電氣式壓力計(jì)開(kāi)機(jī)顯示圖,電氣式壓力計(jì)使用接管圖,51,3.4.2 壓阻式壓力計(jì)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)體材料的基片上用集成電路工藝制成的擴(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)散電阻正常工作需依附彈性元件，常用的是單晶硅膜片。,52,53,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,54,四、壓力傳感器和變送器,為適應(yīng)集中檢測(cè)、熱工保護(hù)、自動(dòng)調(diào)節(jié)等熱工測(cè)量和自動(dòng)化的需要，通常測(cè)壓彈性元

14、件輸出的位移或力變換成統(tǒng)一 的電信號(hào)，為此產(chǎn)生了壓力變送器。常用傳感器有電位式、電感式、霍爾式、平衡式、電容式、應(yīng)變式、振弦式和智能型等八種。（p156）,55,4.1 電容式變送器電容式變送器主要用于連續(xù)測(cè)量流體介質(zhì)的壓力、差壓、流量、液位等熱工參數(shù)，將它們轉(zhuǎn)換成直流電流。類型有差動(dòng)電容式和單端電容式。1、1151系列差動(dòng)式變送器 電容式變送器結(jié)構(gòu)上由測(cè)量和轉(zhuǎn)換兩部分構(gòu)成。,56,1151電容式壓力變送器的總體結(jié)構(gòu),被測(cè)差壓p作用在金屬膜片上，使膜片產(chǎn)生微小位移d，引起差動(dòng)電容量發(fā)生變化，再由測(cè)量電路和放大輸出電路將電容量的變化轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。 它采用24V（DV）集中供電， 42OmA

15、的二線制電流信號(hào)。,57,測(cè)量部分工作原理 電容式變送器有一個(gè)可變電容的傳感器組件，稱為元件，被測(cè)介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室，作用在元件的兩側(cè)隔離膜片上，過(guò)程壓力通過(guò)隔膜片和元件內(nèi)的填充液傳到中心的測(cè)量膜片兩側(cè)，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。膜片和兩側(cè)固定電容極板之間的電容差由電子電路檢測(cè)、放大轉(zhuǎn)換成4-2OmA的標(biāo)準(zhǔn)直流電流信號(hào)輸出。(p146),58,1151系列差動(dòng)式變送器,59,1151功能參數(shù),1、使用對(duì)象：液體、氣體和蒸汽 ；2、測(cè)量范圍：00.1KPa至040MPa ；3、輸出信號(hào)：420mADC（特殊可為四線制 220

16、VAC供電，010mADC輸出）；4、供電電源：1245VDC，一般為24VDC； 5、負(fù)載特性：與供電電源有關(guān)，在某一電源電壓是帶負(fù)載能力，負(fù)載阻抗RL與電源電壓Vs關(guān)系式：R150（Vs-12） 6、指示表：指針式線性指示0100%刻度或LCD液晶式顯示。 7、防暴：a.隔爆型：dIIBT4 b.本質(zhì)安全型：iaIICT6 ；8、量程和零點(diǎn)：外部連續(xù)可調(diào) ；,60,9、正負(fù)遷移：零點(diǎn)經(jīng)過(guò)正遷移和負(fù)遷移后，量程、測(cè)量范圍的上限值和下限值的絕對(duì)值，均不能超過(guò)測(cè)量范圍上限的100%。（智能型：量程比15：1）最大正遷移量為最小調(diào)校量程的500%；最大負(fù)遷移量為最小調(diào)校量程的600% ；10、溫度范圍：放大器工作溫度范圍:-29+93。灌沖硅油的測(cè)量元件：-40+104，法蘭式變送器灌充高溫硅油時(shí):-20+315,普通硅油:-40+149 ；11、靜壓：4、10、25、32MPa ；,61,1151系列差壓變送器調(diào)校與使用,(1) 量程調(diào)整范圍，任何一臺(tái)差壓變送器，都有一個(gè)從最小量程到最大量程的量程范圍。(2)零點(diǎn)調(diào)整范圍 1151系列差壓變送器的正遷移量為其最小量程的500，負(fù)遷移量為其