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第三章压力测量概述 1 压力测量的重要性2 压力测量的一般知识总压p 气流绝能等熵滞止下来的压力静压p 压强动压头 1 2 v2大气压力 地球表面的空气柱重量所产生的压力绝对压力 p pH pB 是气体所处空间的全部压力表压力 pB p pH 高于大气压的绝对压力与大气压力之差 概述压力单位换算表 表3 1压力单位换算表 标准状况 对水 t 4 纬度45 的海平面上 1g cm3 对汞 t 0 13 5951g cm3 1个标准大气压 t 0 g 980 665cm s2 13 5951g cm3 H 760mmHg所产生的压力 3 本章内容 压力显示仪表 压力传感器 压力校验设备 总压测量 静压测量 校准风洞 概述 压力显示仪表液柱式压力计 分类 U型管压力计 单管式压力计 斜管式微压计 1 U型管压力计结构 如何计算压力 p1 p2 H h2 h1 2 1 A A 压力显示仪表液柱式压力计 如何读数 a 分别读取h1 h2 b U型管应保持铅垂位置 c 眼睛应保持与液面平齐 以工作液弯月面顶部或底部切线为准读取液面高度 P1 p2 H h2 h1 2 A A 1 压力显示仪表液柱式压力计 如何选择工作液 a 无毒 无味 无腐蚀 不互溶 质纯等 常用的有水 酒精 四氯化碳 变压气油等 b 根据压差大小 如何提高微小差压的灵敏度 压力显示仪表液柱式压力计 2 单管式压力计 目的 压力显示仪表液柱式压力计 适用范围 100 2500Pa 3 斜管式微压计 目的 测量微小的正压 负压和差压 用l读数代替h2读数 计算 压力显示仪表液柱式压力计 特点优点 结构简单 可靠性好 使用方便 价廉 直观 影响测量精度因素少 可用于现场校验压力传感器和管路漏气 缺点 测量范围有限 有人为读数误差 不便于多点测量和数据采集 不能进行动态测量 压力显示仪表弹性式压力计 概述 1 原理 弹性元件受压后产生的变形与压力大小有确定关系 2 弹性元件 弹簧管 膜片 膜盒 波纹管 3 弹性材料 铍青铜 磷青铜 不锈钢 p 压力显示仪表弹性式压力计 1 弹簧管压力表结构及原理 分类 精度等级 普通 1 4级精密 0 1 0 5级测量范围 真空 109Pa 压力显示仪表弹性式压力计 原理 2 膜式压力计 种类 膜片 弹性和挠性 和膜盒 差动型膜片差压计 保护措施 产生更大位移的方法 3 波纹管式差压计 压力显示仪表弹性式压力计 弹性式压力计的误差 1 迟滞误差 2 弹性后效误差 3 间隙误差 4 摩擦误差 5 温度误差 压力显示仪表弹性式压力计 特点及使用注意事项 1 为保证测量精度 被测压力范围最好在满量程的三分之一到三分之二 如被测压力有脉动 则不应超过满量程的二分之一 2 如无特别标注 测得的压力值是表压 3 测量压力范围较广 但精度不是很高 4 直观 5 只能做稳态压力测量 6 不能自动处理和记录大量数据 压力显示仪表弹性式压力计 7 必须进行定期校准 选用原则 1 根据被测压力的种类 2 被测介质的种类及其物理 化学性质 3 测压范围 4 精度等级 安装注意事项 1 避开阻力件 安装在平直段 2 孔口轴线与工质流速方向垂直 压力显示仪表弹性式压力计 3 孔口应光滑无毛刺和凹凸不平 4 在保证加工方便和不堵塞的情况下 孔口应尽量小 5 在恶劣工况下 要在压力表前装隔离器 6 如压力显示仪表和取压口不在同一水平线上 则应校正由于两者高度差对仪表读数造成的误差 压力传感器概述 压力传感器 是用以感受压力 并转换为与压力信号成一定关系的电信号输出的器件 为什么要选用压力传感器 压力传感器的分类 压阻式压力传感器 压电式压力传感器 力平衡式压力传感器 频率式压力传感器等等 压力传感器的选择及使用 压力传感器压阻式压力传感器 压阻效应 硅 锗等半导体材料受外力作用时 其电阻率发生变化的现象 压阻效应的强弱用压阻系数 来表示 R4 R3 R1 R2 输入 输出 p 结构和原理 压阻式压力传感器 利用压阻效应测量压力的传感器 压力传感器压阻式压力传感器 电阻阻值变化与所受应力的关系 恒压源 恒流源 压力传感器压阻式压力传感器 特点优点 灵敏度高 无迟滞 频响高 输出电平高 精度高 耐振及耐冲击性能好 功耗小 寿命长 设计及使用方便 可以小型化 缺点 零位温度漂移和灵敏度温度漂移 压力传感器压电式压力传感器 压电效应 一些电介质材料在一定方向上受到外力作用时 其表面会出现正电荷和负电荷 当外力去掉后 它们又重新回到不带电状态 能产生压电效应的材料称为压电材料 Q KF K为压电系数 F F 镀金属面 镀金属面 压电材料薄片 压电式压力传感器 利用压电材料的压电效应把压力信号转换为电信号 以达到测量压力的目的 压力传感器压电式压力传感器 配套电路 高输入阻抗电路 电荷放大器U Q C KF CUs Q Cr KF Cr 电荷放大器 Cr 传感器 Us 输入阻抗Z C 压力传感器压电式压力传感器 压电材料 压电晶体 石英 压电陶瓷 锆钛酸铅 二者特点 压电晶体的性能稳定 机械强度高 绝缘性能好 价格昂贵 压电陶瓷压电系数大 价格便宜 其它性能不如压电晶体 优点 频响高 灵敏度大 不需电源 缺点 温度和湿度效应大 低频性能差 不适于稳态测量 压电陶瓷的压电系数逐年降低 压力传感器力平衡式压力传感器 结构 伺服式力平衡结构原理 S N A p 膜片 位移传感器 电流放大器 f 杆子 i 压力传感器力平衡式压力传感器 特点优点 线性度和迟滞小于0 01 零点温漂和灵敏度温漂为 10 3 10 4 是一般传感器的1 100 其总精度可达0 5级 因此可以作为压力的辅助标准 缺点 结构复杂 体积较大 可靠性差 弹性系统刚度小 动态性能较差 价格高 压力传感器频率式压力传感器 振动筒式压力传感器 原理 利用振动筒的固有频率与周围介质所引起的应力有关 将被测压力输入振动筒 引起介质应力改变 则振动筒的固有频率也跟着改变 压力传感器频率式压力传感器 石英晶体式压力传感器原理 石英晶体的固有频率取决于它的厚度 在压力作用下 石英晶体的厚度发生变化 从而改变了它的固有频率 这样就将压力的测量转变成频率的测量 优点 分辨率高 灵敏度高 精度高 缺点 温度效应影响较大 非线性 压力传感器选用原则 1 频响要求 2 压力种类 3 量程范围 4 介质种类 5 精度 灵敏度 迟滞 线性度 重复性 稳定性 温漂 6 补偿温度 使用温度 7 体积大小 8 接口尺寸 9 性能价格比 压力传感器使用 1 合理选用 2 正确接线 3 稳态压力测量中要消除温度的影响 4 定期校准 压力传感器应用举例 压力传感器应用举例 性能参数 量程 25 40 60 100 KPa 0 16 0 25 0 4 0 6 1Mpa 绝压 最大过载 150 零点输出 10mV 接口 M12 1或 8气嘴 补偿温度 0 70 使用温度 40 85 供电电源 6VDC 稳压 测量介质 非腐蚀或弱腐蚀性气体 液体 压力传感器应用举例 电联结 插头座或屏蔽电缆线 满量程输出 50 100mV 储存温度 55 100 绝缘电阻 100M 500V 压力传感器应用举例 某种传感器性能参数表 压力传感器安装与连接方法 1 传感器两端有M12 1 或M20 1 5 外螺纹接口 可直接与被测现场的高 H 低 L 压引压管对应端连接 无需使用安装支架 2 为了避免传感器单面受压造成过载损坏 在传感器与现场高 H 低 L 压口之间必须加装平衡阀 平衡阀与传感器的联接见图示 3 最好采用水平安装 其它安装形式亦可 但对零点输出有影响 压力校验设备 概述 活塞式压力计 浮球式压力计 液柱式压力计及压力扫描系统活塞式压力计 以单活塞为例 原理 巴斯卡原理 法码 砝码盘 活塞 被校压力表 加压泵 油 油杯 活塞缸 手轮 压力校验设备活塞式压力计 适用范围 正压力表量程范围 多种量程范围可供选用精度等级 一等标准0 02 二等标准0 05 三等标准0 2 注意事项 减小摩擦力 保证活塞处于铅垂位置 双活塞真空压力计 略 压力校验设备浮球式标准压力发生器 结构 1 托架 2 钢球 3 钢筒 4 喷嘴 5 导气管 6 进气管 7 砝码 2 原理 3 量程范围 0 01 0 4MPa 4 精度 由于没有摩擦力影响测量精度 精度可达 0 03 压力校验设备压力扫描系统 机械式压力扫描阀 1 结构 2 原理 3 实时校准 旋转阀 接压嘴 底座 传感器 p1 pn 缺点 泄漏影响测量精度 速度较慢 只适用于稳态压力测量 4 特点 优点 节省压力传感器 实时校准 压力校验设备压力扫描系统 1 结构 2 原理 3 实时校准 4 特点优点 实时校准 速度较快 可以进行动态压力测量 缺点 不节省压力传感器 P控 p1 P2 Pn p标准 p标准 p标准 p标准 P控 p标准 p1 P2 Pn 输往传感器 输往传感器 电子式压力扫描系统