热工测试技术-第3章.ppt

2020 1 24 吉林大学热能工程系 1 第三章压力测量 3 1概述一 压力的概念 一 绝对压力 单位面积上的作用力 二 表压力 若p pa则pg称 表压 若p pa则pg称 真空度 2020 1 24 吉林大学热能工程系 2 P绝对压力 Pg表压 Pa大气压力 P绝对压力 Pg真空度 2020 1 24 吉林大学热能工程系 3 三 压力单位 国际标准单位 Pa N 帕斯卡过去常用单位 工程大气压 公斤力 kgf c 0 09806 MPa标准大气压 标准状态下 760mm水银柱高对底面的压力 0 1013 MPa1mm毫米水银柱 mmHg 标准状态下 1mm水银柱高对底面的压力 133 3Pa 2020 1 24 吉林大学热能工程系 4 毫米水柱 mmH2O 标准状态下 1mm水柱高对底面的压力 9 806Pa巴 bar 达因 0 1MPa英制单位 磅力 0 006895 MPa 2020 1 24 吉林大学热能工程系 5 二 压力测量的基本方式 一 机械式压力的测量1 液柱式压力计 压力与液位的变化P L2 弹性式压力计 压力与弹性元件的弹性变形P L3 活塞式压力计 定义式测量 2020 1 24 吉林大学热能工程系 6 二 电气式压力测量 P L 电参数电位器式应变式霍尔式电感式电容式 2020 1 24 吉林大学热能工程系 7 3 2液柱式压力计 一 U型管压力计流体静力学平衡关系 h h2 P Pa h1 r r 0 0 2020 1 24 吉林大学热能工程系 8 特点 P h呈线性关系 测量表压力 压力差 绝对压力 工作液体的重度 可调节灵敏度 工作量程 两次读数 增加读数误差 毛细管现象影响 2020 1 24 吉林大学热能工程系 9 二 单管压力计 力平衡关系 体积恒等式 则 s1 s2 2020 1 24 吉林大学热能工程系 10 三 斜管压力计 压力平衡关系 2020 1 24 吉林大学热能工程系 11 体积恒等式 且所以 设 读数系数K 0 2 0 3 0 4 0 6 0 8 0 81g 2020 1 24 吉林大学热能工程系 12 四 误差分析 温度影响 热膨胀性 当地的重力加速度前两种立管是否处于铅垂位置毛吸现象 表面张力 管径 管内壁的洁净度 2020 1 24 吉林大学热能工程系 13 五 补偿式微压计 软管 Pa A水闸 移动轴 B水室 P h 0 0 2020 1 24 吉林大学热能工程系 14 特点 1 A B直径大 消除毛细管的影响 2 光学精密确定 0 位 消除水位读数h1忽略误差 单管 斜管 3 采用标尺读数 获得准确读数 标尺分辨率高 由于螺杆与螺母间有螺纹间隙 这种仪表的读数误差在0 2 0 5Pa 2020 1 24 吉林大学热能工程系 15 3 3弹性式压力计 压力与弹性元件的弹性变形P L一 弹性元件三大类 膜片 弹簧管 波纹管 一 膜片 膜片式压力计 测量腐蚀性介质或非凝体 非结晶的粘性介质压力膜盒式压力计 测量气体的微压或负压 2020 1 24 吉林大学热能工程系 16 平膜式 波纹膜式 挠性膜式 膜盒式 2020 1 24 吉林大学热能工程系 17 二 波纹管式主要用作流量和液位测量测量中 低和微压 1 5 2 5级低压 100 0 Pa 2020 1 24 吉林大学热能工程系 18 三 弹簧管式测量高 中 低和微压 1 5 2 5级 2020 1 24 吉林大学热能工程系 19 二 弹性元件特征 一 输出特征 P L关系 2020 1 24 吉林大学热能工程系 20 二 弹性特征 表现为弹性元件受力后 变形的迟后现象 通过由上 下行程的特性曲线不重合特征 而形成一个 滞后环 弹性迟滞误差表示弹性特征 滞后环越窄 弹性迟滞误差越小 2020 1 24 吉林大学热能工程系 21 三 簧管压力计 一 输出特性关系式 单圈弹簧工作原理 2020 1 24 吉林大学热能工程系 22 二 弹簧管变形的主要因素1 2 b 当b a时 0 均质圆管不变形 3 h R 但受到机械强度及结构的限制 E 或刚度 刚度主要由材料 结构 厚度 形状等决定 2020 1 24 吉林大学热能工程系 23 三 基本结构 2020 1 24 吉林大学热能工程系 24 四 常用分类一般型 工业用 油 水 蒸汽压力 级别 1 0 0 5 2 5 精密型 检测与精密测量 级别 0 1 0 2 0 4 2020 1 24 吉林大学热能工程系 25 3 4活塞式压力计 主要用于校验 标定压力用的标准压力计 也是一种标准压力发生器 0 002 0 2级一 结构及原理流体静力学帕斯卡原理 连通器各处压力相等G 砝码重量A 活塞有效面积 2020 1 24 吉林大学热能工程系 26 2020 1 24 吉林大学热能工程系 27 2020 1 24 吉林大学热能工程系 28 二 高精度测量主要影响因素 1 重力加速度的影响 2 空气浮升力对砝码体的影响 3 温度的影响 活塞及活塞缸膨胀 2020 1 24 吉林大学热能工程系 29 3 5电气式压力测量传感器基本原理 特点 信号传递 自动控制 计算机采样处理 动态测量 一 直接感应式 一 压电效应式P U石英等晶体 一些电解质在一定方向上受外力作用而产生变形 在它们表面会产生电荷 当外力去掉后又从新回到不带电状态 2020 1 24 吉林大学热能工程系 30 二 压阻效应式P R锰铜合金 半导体等 电阻丝在外力作用下发生机械变形它的几何尺寸和电阻率都发生变化 从而引起电阻值变化 2020 1 24 吉林大学热能工程系 31 二 间接转换式 P 弹性元件 L x 电参量 一 霍尔效应式 S 输出霍尔电势VH N 直流电压V 2020 1 24 吉林大学热能工程系 32 P L VH霍尔片在非均匀的线形磁场中位移 产生霍尔电势VH 霍尔片由半导体材料制成 二 电位器式P L R 2020 1 24 吉林大学热能工程系 33 三 电感式1 气隙式 P L RM 磁阻 L 电感 U 交流不平衡电桥 2020 1 24 吉林大学热能工程系 34 2 差动变压器式P L W 互感系数 U 次级线圈感应电压 2020 1 24 吉林大学热能工程系 35 四 电容式极板电容器 介电常数 S极间投影面积 d极间距离 P L C U 或I 2020 1 24 吉林大学热能工程系 36 3 6压力计选择 使用概要 一 压力计的选择要点 一 选择依据1 使用场合 振动 温度 湿度 可爆性 可燃性 2 被测介质 流动 静止 温度 腐蚀性 易燃性 3 测压要求 量程 精度 附加装置 动态 静态 2020 1 24 吉林大学热能工程系 37 二 量程选择1 动态相应 弹性原件疲劳变形 要求工作点1 3处 即仪表量程偏小有利 2020 1 24 吉林大学热能工程系 38 三 精度选择1 误差分析确定 高精度测量依据 误差分析理论 常用的精度选择公式 精度等级最大允许相对误差精度等级 2020 1 24 吉林大学热能工程系 39 例 量程60kg c 的压力表 被测压力 20kg c 要求相对误差 4 确定等级 4 1 33 1 0 即 1 0级压力表 2 经济性操作 维护使用性 2020 1 24 吉林大学热能工程系 40 二 压力计使用要点 一 取压口形状 2020 1 24 吉林大学热能工程系 41 1 取压口孔径d 0 5mm左右d 正误差 流线变曲 产生离心力分流加大d 堵塞加剧 动态特性不好2 取压口倒角 内面要求不具有倒角 平倒角 相当d 圆倒角 2020 1 24 吉林大学热能工程系 42 3 取压口轴线垂直性 垂直 前倾 后倾 一般很小 4 取压孔毛刺 不具有毛刺毛刺 附面层流动 紊流 滞止 2020 1 24 吉林大学热能工程系 43 二 取压口位置 1 避开局部阻力影响区 轴向 2 防止阻塞积物影响 径向 2020 1 24 吉林大学热能工程系 44 三 取压管道 导压管 1 导压管长度 50m 动态 高压安全性 隔热 2 导压管直径 6 10mm 流体性质 压力大小 动态 导管长度 3 导管倾斜度 1 10 1 20 液体高处排气 气体低处排液 4 导压管附件 冷凝器 冷却高温蒸汽隔离器 腐蚀 高粘度 易冻 易析出固体等 2020 1 24 吉林大学热能工程系 45 冷凝器隔离器 被测介质隔离介质 2020 1 24 吉林大学热能工程系 46 3 7气体压力的测量 主要的测量方式 测量气流的总压和静压常用的仪器是以空气动力测压法为基础的总压管和静压管 2020 1 24 吉林大学热能工程系 47 一 总压测量与总压管1 概念总压 滞止压力 气流等在熵滞止后的压力 2 总压管要求 管口无毛刺 壁面光滑 要求感受孔轴线对准来流方向 偏流角 2020 1 24 吉林大学热能工程系 48 3 偏流角定义 感受孔轴线相对于气流方向的夹角 不敏感偏流角 取使测量误差达速度头的1 时的偏流角 2020 1 24 吉林大学热能工程系 49 3 总压管类型 1 L型总压管优点 制造方便 使用 安装简单 支杆对测量结果影响小 缺点 不敏感偏流角较小 一般为 2020 1 24 吉林大学热能工程系 50 2 圆柱型总压管优点 可以做成很小的尺寸 工艺性能好 制造容易 使用方便 缺点 不敏感偏流角较小 2020 1 24 吉林大学热能工程系 51 若将孔口处加工成一往里凹进去的球面形 可以提高的值 又叫球窝型总压管 它的不敏感偏流角有两个 在过孔口轴线与支杆垂直的平面内 气流方向与孔口轴线的夹角在孔口轴线与支杆轴线构成的平面内 气流方向与孔口轴线的夹角 2020 1 24 吉林大学热能工程系 52 缺点 值随Ma数的变化较明显 头部尺寸大 对流场影响大 作用 在导流套进口处的锥面为收敛段 气流经过导流套后被整流 使 3 带导流套的总压管 2020 1 24 吉林大学热能工程系 53 4 多点总压管可以测沿某一方向的多点总压 缺点 制造较复杂 对流场干扰大 2020 1 24 吉林大学热能工程系 54 5 附面层总压管测量附面层气流的总压缺点 其感受孔尺寸极小 注意其示值的滞后现象 2020 1 24 吉林大学热能工程系 55 5 总压管的选用气流的速度范围 流道的条件 对气流方向的不敏感性 2020 1 24 吉林大学热能工程系 56 二 静压测量与静压管1 概念运动气流里气体本身的热力学压力 2 常用的测量方法 1 壁面静压孔位置在流体流线是直线的地方 开口处有足够的直管段 管道内壁面要光滑平整 否则会引起1 3 的测量误差 2020 1 24 吉林大学热能工程系 57 壁面开静压孔后 对流场的干扰是不可避免的 为了减少于扰 提高测量精度 对静压孔的设计加工有严格的技术要求 主要有 静压孔的开孔直径一般以0 5 1 0 为宜 静压孔的轴线应和管道内壁面垂直 孔的边缘应尖锐 无毛刺 无倒角 孔的壁面应光滑 否则这些因素会引起很大测量误差 2020 1 24 吉林大学热能工程系 58 若静压孔的深度为l 直径为d 一般应取 太浅了会增加流线弯曲的影响 连接静压孔与导压管的管接头要固定在流道壁上 只要流道壁厚度允许 螺纹连接的方法比焊接的方法好 可以避免热应力使壁面变形 并干扰流场 2020 1 24 吉林大学热能工程系 59 2 静压管测量气流中某点的静压 1 要求 为避免静压管对其气流的干扰 减少测量误差 在满足刚度要求的前提下 几何尺寸应尽量小 静压管也应对气流方向的变化尽量不敏感 静压孔应垂直气流方向 2020 1 24 吉林大学热能工程系 60 2 常用的静压管L型静压管优点 结构简单 加工容易 性能也不错 应用范围较广 缺点 轴向尺寸较大 气流流过输压管头部获得加速 静压降低 支杆则对气流有阻碍作用 流速降低 静压升高 2020 1 24 吉林大学热能工程系 61 管径一般取1 2 孔径常取0 3 0 4 气流方向与头部轴线的夹角为偏流角 为减少影响 一般在其表面沿圆周方向等距离开2 8个静压孔 2020 1 24 吉林大学热能工程系 62 圆盘型静压管测量时 它应和气流的流动方向垂直 使圆盘平面平行于气流方向 其静压孔感受到的就是气流的静压 2020 1 24 吉林大学热能工程系 63 要求 1 测量值对与圆盘平面平行的气流方向变化不敏感 但对气流与其轴向的