热能与动力工程测试技术---第六章压力测量课件

第六章第六章 压力测量压力测量第六章 压力测量1第一节第一节 概述概述所谓压力测量即压强测量。所谓压力测量即压强测量。测量方法分类：测量方法分类：平衡法平衡法重力与压力平衡重力与压力平衡代表：液柱式压力计、活塞式压力计代表：液柱式压力计、活塞式压力计 弹性法弹性法弹性力与压力平衡弹性力与压力平衡代表：代表：弹簧管压力计弹簧管压力计、波纹管压力计、波纹管压力计 电气法电气法敏感元件将压力转化为电阻或电荷变化敏感元件将压力转化为电阻或电荷变化代表：压力式传感器，如：硅压阻式传感器代表：压力式传感器，如：硅压阻式传感器第一节 概述所谓压力测量即压强测量。测量方法分类：平衡2第二节第二节 常规测压仪表和传感器常规测压仪表和传感器一、液柱式测压仪表一、液柱式测压仪表l通过液柱高度来反映被测压力的大小；通过液柱高度来反映被测压力的大小；l优点：优点：结构简单，使用方便，有相当高的准确结构简单，使用方便，有相当高的准确度，在本专业中应用很广泛；度，在本专业中应用很广泛；l缺点：缺点：量程受液柱高度的限制，体积大，玻璃量程受液柱高度的限制，体积大，玻璃管容易损坏及读数不方便。管容易损坏及读数不方便。第二节 常规测压仪表和传感器一、液柱式测压仪表通过液柱高度来3 U形管压力计形管压力计当当 提高工作液密度将增加提高工作液密度将增加测量范围，但灵敏度要降低。测量范围，但灵敏度要降低。U形管压力计当 提高工作液密度将增加4 单管压力计单管压力计当当 斜管微压计斜管微压计 单管压力计当 斜管微压计5 液柱式压力计的测量误差及修正液柱式压力计的测量误差及修正v 环境温度变化环境温度变化v 重力加速度变化重力加速度变化v 毛细现象毛细现象采用酒精时采用酒精时采用水银时采用水银时v 其他误差，如：视线是否平齐其他误差，如：视线是否平齐 液柱式压力计的测量误差及修正 环境温度变化 重力加速度变化6二、弹性测压仪表二、弹性测压仪表 弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形，弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形，变形大小与被测压力成正比关系。变形大小与被测压力成正比关系。原理：原理：特点：特点：结构简单、牢固可靠、测压范围广、结构简单、牢固可靠、测压范围广、使用方便、造价低廉、有足够的精度，可远传。使用方便、造价低廉、有足够的精度，可远传。二、弹性测压仪表 弹性元件在弹性限度内受压后会产生变7 弹簧管压力计弹簧管压力计 分为：多圈及单圈弹簧管式压力表。分为：多圈及单圈弹簧管式压力表。多圈压力表灵敏度高，常用于压力式温度计。多圈压力表灵敏度高，常用于压力式温度计。单圈弹簧管压力表可用于真空至单圈弹簧管压力表可用于真空至1GPa1GPa的测量，的测量，品种型号繁多，使用品种型号繁多，使用最广泛最广泛。一般精度为一般精度为1.01.0至至4.04.0级，标准表可达级，标准表可达0.250.25级。级。弹簧管压力计 分为：多圈及单圈弹簧管式压力表。8l截面为非圆形（椭圆形或截面为非圆形（椭圆形或扁圆形），并弯成圆弧状扁圆形），并弯成圆弧状的空心管子。的空心管子。l一端为封闭、一端为开口一端为封闭、一端为开口弹簧壁厚及几何参数弹簧壁厚及几何参数自由端自由端固定端固定端截面为非圆形（椭圆形或扁圆形），并弯成圆弧状的空心管子。弹簧9l可测负压、微压、低压、中压和高压；可测负压、微压、低压、中压和高压；l精度有精度有0.50.5、1.01.0、1.51.5、2.52.5等。等。弹簧管的材料，一般在弹簧管的材料，一般在P20MPaP20MPa时采用时采用磷铜磷铜；P P20MPa20MPa时，则采用时，则采用不锈钢或合金钢不锈钢或合金钢。使用压力表时，必须注意被测介质的化学性质。使用压力表时，必须注意被测介质的化学性质。例如，测量例如，测量氨气氨气压力必须采用不锈钢弹簧管；测量压力必须采用不锈钢弹簧管；测量氧气氧气压力时，则严禁沾有油脂，以免着火甚至爆炸。压力时，则严禁沾有油脂，以免着火甚至爆炸。可测负压、微压、低压、中压和高压；弹簧管的材料，10 膜式压力计膜式压力计v 膜片压力计膜片压力计 膜片压力计的膜片可分为弹性膜片和挠性膜膜片压力计的膜片可分为弹性膜片和挠性膜片两种。膜片呈圆形，一般由金属制成。片两种。膜片呈圆形，一般由金属制成。主要用于测量腐蚀性介质或非凝固、非结晶的主要用于测量腐蚀性介质或非凝固、非结晶的粘性介质的压力。粘性介质的压力。测量范围：真空至测量范围：真空至6MPa。膜式压力计 膜片压力计 膜片压力计的膜片可分为弹性11v 膜盒压力计膜盒压力计常用于测量气体的常用于测量气体的微压或负压微压或负压；测压范围：测压范围：040kPa 膜盒压力计常用于测量气体的微压或负压；12 波纹管式压差计波纹管式压差计优点优点：灵敏高，可测较低压力：灵敏高，可测较低压力缺点缺点：迟滞误差较大，精度一般只有：迟滞误差较大，精度一般只有1.5级级测量范围：测量范围：00.4MPa 波纹管式压差计优点：灵敏高，可测较低压力测量范围：00.13 弹性压力计的误差分析弹性压力计的误差分析v 迟滞误差迟滞误差 原因：相同压力下，弹性元件正反行程的变形量原因：相同压力下，弹性元件正反行程的变形量不一样，且元件变形落后于被测压力变化。不一样，且元件变形落后于被测压力变化。措施：用全弹性材料。措施：用全弹性材料。v 温度误差温度误差 原因：环境温度的变化引起材料弹性模量的变化。原因：环境温度的变化引起材料弹性模量的变化。措施：用恒弹性材料。措施：用恒弹性材料。弹性压力计的误差分析 迟滞误差 原因：相同压力下，弹性元件14v 间隙和摩擦误差间隙和摩擦误差 原因：活动部件运动时相互间存在摩擦力；原因：活动部件运动时相互间存在摩擦力；活动部件之间有间隙，示值与弹性元件活动部件之间有间隙，示值与弹性元件 的变形不能完全对应。的变形不能完全对应。措施：采用新转换技术，减少或取消中间传动机构。措施：采用新转换技术，减少或取消中间传动机构。还可以采用无干摩擦的弹性支承或磁悬浮支承还可以采用无干摩擦的弹性支承或磁悬浮支承 间隙和摩擦误差 原因：活动部件运动时相互间存在摩擦力；措15三、最高压力表三、最高压力表 机械式最高压力表机械式最高压力表 指示压力值往往低于实际值，指示压力值往往低于实际值，常作为检测或比较测量用。常作为检测或比较测量用。气电式最高压力表气电式最高压力表 精度比机械式高。精度比机械式高。膜片膜片9 9随气缸压力上升向上变形与传随气缸压力上升向上变形与传感器电极感器电极7 7接触接触三、最高压力表 机械式最高压力表 指示压力值往往低16四、典型压力传感器四、典型压力传感器 石英晶体压电传感器石英晶体压电传感器 不能测量静态压力，主要测量不能测量静态压力，主要测量1020kHz的的脉动压力脉动压力。压电传感器产生的信号非常微弱，压电传感器产生的信号非常微弱，输出阻抗很高，必须经过前置放大。输出阻抗很高，必须经过前置放大。被测压力变化的频率太低，被测压力变化的频率太低，环境温度和湿度的改变，都会改变环境温度和湿度的改变，都会改变传感器的灵敏度，造成测量误差。传感器的灵敏度，造成测量误差。四、典型压力传感器 石英晶体压电传感器 不能测量静态17 电容式差压传感器电容式差压传感器 结构简单、耐振动冲击、结构简单、耐振动冲击、测量范围宽、可靠性强、测量范围宽、可靠性强、精度高。精度高。电容式差压传感器 结构简单、耐振动冲击、18第三节第三节 气流压力测量气流压力测量一、气流总压的测量一、气流总压的测量气流总压气流总压气流静压气流静压气流动压气流动压+=要求管口无毛刺，壁面光洁；要求管口无毛刺，壁面光洁；管口轴线对准来流方向。管口轴线对准来流方向。不敏感偏流角：使测量误差占不敏感偏流角：使测量误差占速度头速度头1%1%的偏流角。的偏流角。感受孔轴线与气流方向的偏角感受孔轴线与气流方向的偏角 范围越大，对测量越有利。范围越大，对测量越有利。第三节 气流压力测量一、气流总压的测量气流总压气流静压气流动19 半圆形感受头的半圆形感受头的 最小，带导流套的总压最小，带导流套的总压管管的的 最大。最大。此外，此外，较小时，较小时，Ma影响小。影响小。较大时，较大时，Ma大，测量误差也大。大，测量误差也大。半圆形感受头的 最小，带导流套的总压管20几种总压管几种总压管v L形总压管形总压管 制造简单、安装和使用制造简单、安装和使用方便，最常见，但方便，最常见，但 较小。较小。v 圆柱形总压管圆柱形总压管 孔口加孔口加扩张角扩张角时，不敏感角时，不敏感角为为2530 尺寸小，使用方便，但不敏感角小。尺寸小，使用方便，但不敏感角小。几种总压管 L形总压管 制造简单、安装和使用方便，最21v带导流套的总压管带导流套的总压管 不敏感偏流角较高，可达不敏感偏流角较高，可达40404545缺点是缺点是p p随随MaMa数的变化较明显；头部数的变化较明显；头部尺寸较大，对气流流动有较大的影响。尺寸较大，对气流流动有较大的影响。v多点总压管多点总压管 能同时测出多点的总压，能同时测出多点的总压，但制造较复杂，对流场但制造较复杂，对流场干扰大。干扰大。带导流套的总压管 不敏感偏流角较高，可达404522v边界层总压管边界层总压管一般取一般取h=0.030.1mmH=0.10.18mm。感受孔尺寸极小，应注意指示值的滞后现象感受孔尺寸极小，应注意指示值的滞后现象为减小测试误差，将测压孔做成矩形。为减小测试误差，将测压孔做成矩形。边界层总压管一般取感受孔尺寸极小，应注意指示值的滞后现象为减23二、气流静压的测量二、气流静压的测量壁面静压孔壁面静压孔位置位置：要求开孔处有：要求开孔处有足够的直管段足够的直管段，管道内壁面，管道内壁面要光滑平整。要光滑平整。要求要求尺寸尺寸：开孔直径一般以：开孔直径一般以0.5mm1.0mm为宜。为宜。深度为深度为L，直径为，直径为d，一般取，一般取L/d3其他其他：孔的轴线应和管道内壁面：孔的轴线应和管道内壁面垂直垂直，孔的边缘应，孔的边缘应尖锐，无毛刺，无倒角，孔的壁面应光滑。尖锐，无毛刺，无倒角，孔的壁面应光滑。管接头要固定在管道壁上管接头要固定在管道壁上二、气流静压的测量壁面静压孔位置：要求开孔处有足够的直管段，24静压管静压管vL L型（直角型）静压管型（直角型）静压管 为减小误差，一般为减小误差，一般在表面沿圆周方向等距在表面沿圆周方向等距离开离开2 28 8个静压孔。个静压孔。静压管L型（直角型）静压管 为减小误差，一般在表面沿圆25v圆盘形静压管圆盘形静压管对气流与其轴线的夹角极为敏感。对气流与其轴线的夹角极为敏感。圆盘直径常取圆盘直径常取1520mm。v带导流管的静压管带导流管的静压管 能改善一般静压管不敏感能改善一般静压管不敏感偏流角小的问题。偏流角小的问题。形状复杂，加工困难形状复杂，加工困难圆盘形静压管对气流与其轴线的夹角极为敏感。圆盘直径常取1526第四节第四节 测压仪表的标定测压仪表的标定一、静态标定一、静态标定 它的精度等级有它的精度等级有0.02、0.05和和0.2级，可用来校准级，可用来校准0.25级精密压力表，也可校级精密压力表，也可校准各种工业用压力表，被校准各种工业用压力表，被校压力的最高值为压力的最高值为60MPa。采用活塞式压力计采用活塞式压力计第四节 测压仪表的标定一、静态标定 它的精度等级有27二、动态标定二、动态标定对比法对比法激波管动态标定法激波管动态标定法 通过激波产生一个阶跃信号，测得传感器的通过激波产生一个阶跃信号，测得传感器的输出曲线，求得频率响应特性。输出曲线，求得频率响应特性。二、动态标定对比法 通过激波产生一个阶跃信号，测得传感28本章小结本章小结l液柱式压力计l弹簧管压力计的测压原理l测压仪表的静态标定本章小结液柱式压力计29