《建筑环境测试技术》第5章压力测量ppt课件

1、第五章第五章 压力丈量压力丈量 压力压力 垂直作用于物体外表上的力垂直作用于物体外表上的力 压强压强 垂直作用于单位面积物体外表垂直作用于单位面积物体外表上的力上的力 在建筑环境与设备的测试中，并不在建筑环境与设备的测试中，并不严厉区分压力和压强。通常所说的严厉区分压力和压强。通常所说的压力实践上是指压强。压力实践上是指压强。 压差压差 丈量两个压力之差称压差丈量两个压力之差称压差 表压力表压力 压力仪表指示的压力值压力仪表指示的压力值 缺省情况下，所说的压力值即指缺省情况下，所说的压力值即指表压力表压力 表压力可正可负，为负时其表压力可正可负，为负时其绝对值称为真空度。绝对值称为真空度。第一

2、节第一节 概述概述PJPBPZ一、根本概念一、根本概念 帕帕(Pa) N/m2，国际单位，国际单位 兆帕兆帕(MPa) 106Pa 工程大气压，工程大气压， kgf/cm2 ，98070 Pa 约等于一个大气压约等于一个大气压1.013e+5 Pa) ，“自自来水压头是来水压头是5公斤，用的就是这个单位。公斤，用的就是这个单位。 mmH2O， 9.81 Pa mmHg ，133 Pa压力单位压力单位二压力丈量仪表的分类二压力丈量仪表的分类1液柱式压力计液柱式压力计2弹性式压力计弹性式压力计3电气式压力计电气式压力计4活塞式压力计活塞式压力计第二节第二节 液柱式压力计液柱式压力计v分类分类vU型

3、管压力计型管压力计v单管压力计单管压力计v斜管式微压计斜管式微压计v特点：构造简单，运用方便，准确度比特点：构造简单，运用方便，准确度比较高，常用于丈量低压、负压、差压。较高，常用于丈量低压、负压、差压。v缺陷：体积大，读数不方便，玻璃管易缺陷：体积大，读数不方便，玻璃管易损坏。损坏。一一U型管压力计型管压力计 假设被测的介质为气体，可忽假设被测的介质为气体，可忽略被测介质的高度构成的静压略被测介质的高度构成的静压值。根据流体静力学原理可得：值。根据流体静力学原理可得：U型管内径普通为型管内径普通为5-20mm，为了减少毛细景象管子内径为了减少毛细景象管子内径普通不少于普通不少于10mm，)(

4、2121hhgPPPP2P1U型管h1h20二单管式压力计二单管式压力计 由于由于A1、A2为常数，这样可经为常数，这样可经过一次读数进展压差丈量。当过一次读数进展压差丈量。当A2/A1很小时，很小时，h1可忽略，公可忽略，公式简化为：式简化为： 12212211AAhhAhAh212212221) 1()()(hAAghAAhghhgPPd212212221) 1()()(hAAghAAhghhgPPx直管h1h22hgP四液柱式压力计的丈量误差及其修正四液柱式压力计的丈量误差及其修正1环境温度变化的影响及修正环境温度变化的影响及修正 对于普通的工业丈量，主要思索任务液对于普通的工业丈量，主

5、要思索任务液密度变化对压力丈量的影响。修正公式密度变化对压力丈量的影响。修正公式为：为：ghP)(100tthhtt2. 重力加速度变化的影响及修正重力加速度变化的影响及修正hgghnn规范重力加速规范重力加速度下的任务液度下的任务液柱高度柱高度运用地点的任运用地点的任务液柱高度务液柱高度3 3毛细景象的影响毛细景象的影响为了减少该误差，通常要求丈量管的内径普为了减少该误差，通常要求丈量管的内径普通不小于通不小于10mm10mm。问题？问题？斜管式微压计用水作介质，可以吗？斜管式微压计用水作介质，可以吗？液柱式压力计，水作任务介质，为了便于读液柱式压力计，水作任务介质，为了便于读数，在水中参与

6、红墨水，可以吗？数，在水中参与红墨水，可以吗？斜管式微压计，调零时，总调不到，能够的斜管式微压计，调零时，总调不到，能够的缘由是什么？缘由是什么？斜管式微压计，丈量时看不到液柱，是怎样斜管式微压计，丈量时看不到液柱，是怎样回事？回事？第三节第三节 弹性式压力计弹性式压力计 原理：弹性压力表是利用各种不同外形原理：弹性压力表是利用各种不同外形弹性感压元件在被测压力的作用下，产弹性感压元件在被测压力的作用下，产生弹性变形制成的测压仪表生弹性变形制成的测压仪表 特点：构造简单、结实可靠、测压范围特点：构造简单、结实可靠、测压范围广、运用方便、造价低廉、有足够的精广、运用方便、造价低廉、有足够的精度，

7、可远传度，可远传 常用弹性压力表：常用弹性压力表： 弹簧管式弹簧管式 膜片盒式膜片盒式 波纹管式波纹管式二弹性元件及其特性二弹性元件及其特性1膜片：运用时周边夹紧，测低压、微压。膜片：运用时周边夹紧，测低压、微压。将两块膜片沿周边对焊起来，构成一膜将两块膜片沿周边对焊起来，构成一膜盒，膜盒式微压计通常用于丈量炉膛和盒，膜盒式微压计通常用于丈量炉膛和烟道尾部负压。精度等级为烟道尾部负压。精度等级为2.5，最高可，最高可达达1.5级。级。PxPxPxPx平薄片波纹片膜盒2波纹管：开口端固定，波纹管：开口端固定，封锁端的位移作为输出，封锁端的位移作为输出，由于波纹管的位移相对较由于波纹管的位移相对较

8、大，故灵敏度高，常用于大，故灵敏度高，常用于丈量较低的压力丈量较低的压力1.0-106Pa精度等级精度等级1.5级。级。Px3弹簧管：弹簧管： 单圈弹簧管单圈弹簧管 多圈弹簧管多圈弹簧管 假设被测压力大于外界大气压力，产生短轴变长，假设被测压力大于外界大气压力，产生短轴变长，长轴变短的弹性形变，使管子在弯曲方向上的刚长轴变短的弹性形变，使管子在弯曲方向上的刚度增大，自在端向管子伸直的方向运动。对应的度增大，自在端向管子伸直的方向运动。对应的几何分析如下：几何分析如下：弹簧管是怎样产生形变的呢？弹簧管是怎样产生形变的呢？11RR22RR2121RRRR两式相减两式相减:2121RRRR由于：由于

9、：可得可得:R1R2 弹簧管在量程范围内自在端的位移普通弹簧管在量程范围内自在端的位移普通为为7-8o，弹簧管作成多圈时，自在端的，弹簧管作成多圈时，自在端的位移可达位移可达45o。弹簧管的自在端的位移可。弹簧管的自在端的位移可经过杠杆机构带动指针转动，这种机构经过杠杆机构带动指针转动，这种机构的指针最大转角为的指针最大转角为180o，通常作成，通常作成90度度的回转角。最常用的传动机构为杠杆的回转角。最常用的传动机构为杠杆扇形齿轮机构，可使指针转动扇形齿轮机构，可使指针转动270o。 电接点压力表：不仅可实现压力的丈量，电接点压力表：不仅可实现压力的丈量，而且可实现压力的报警和控制。而且可实

10、现压力的报警和控制。第四节第四节 电气式压力检测电气式压力检测一位移式压力压差变送器：一位移式压力压差变送器：将弹性元件的位移转变成将弹性元件的位移转变成电信号。电信号。1电容式压力压差变送器：电容式压力压差变送器：采取差动电容方式。采取差动电容方式。 膜片膜片d7.575，0.050.2，maxd=0.1mm。42sk 特点：灵敏度高、精度高，精度可达特点：灵敏度高、精度高，精度可达0.2、0.25，稳定可靠。尤适用于测高静压微压差的场所。稳定可靠。尤适用于测高静压微压差的场所。ddkC021ddkC022pkdpkddCCCC30101212由由C1、C2可得可得设丈量膜片在设丈量膜片在p

11、作用下的位移作用下的位移d，d=k1p。2霍尔压力变送器霍尔压力变送器 1霍尔效应：把半霍尔效应：把半导体单晶薄片置于磁导体单晶薄片置于磁场场B中，假设在它的两中，假设在它的两个纵向面上通以一定个纵向面上通以一定大小的电流，那么在大小的电流，那么在晶体的两个横向端面晶体的两个横向端面之间出现电势之间出现电势UH，叫，叫霍尔效应，产生的电霍尔效应，产生的电势称为霍尔电势。势称为霍尔电势。IBRVHH灵敏度常数灵敏度常数(2)霍尔电势的产生：霍尔电势的产生： 将固定在弹性元件上的霍尔片将固定在弹性元件上的霍尔片放置在一非均匀磁场中，在这放置在一非均匀磁场中，在这区间，磁场强度具有均匀的梯区间，磁场

12、强度具有均匀的梯度，当霍尔片在弹性元件的带度，当霍尔片在弹性元件的带动下偏离正中位置，经过霍尔动下偏离正中位置，经过霍尔片的磁场强度发生变化，霍尔片的磁场强度发生变化，霍尔片就有正比于位移的霍尔电势片就有正比于位移的霍尔电势产生。产生。NSSN 留意：留意： RH受温度影响较大，在实践当中常采用受温度影响较大，在实践当中常采用恒温措施或采用温度补偿措施，例如在电恒温措施或采用温度补偿措施，例如在电势输出回路中串一温度补偿电桥。势输出回路中串一温度补偿电桥。 要留意减少由于霍尔片两电极不对称焊要留意减少由于霍尔片两电极不对称焊接引起的不等位电势，因不等位电势的存接引起的不等位电势，因不等位电势的

13、存在，是霍尔片处于正中时，电势输出不为在，是霍尔片处于正中时，电势输出不为0。 IBRVHH二压电式压力传感器二压电式压力传感器 压电效应：压电资料在受压时会在其外压电效应：压电资料在受压时会在其外表产生电荷，产生的电荷量与所受的压表产生电荷，产生的电荷量与所受的压力成正比。力成正比。 压电资料：单晶体，例如石英、酒石酸压电资料：单晶体，例如石英、酒石酸钾钠等钾钠等 多晶体，例如压电陶瓷，在没有极化之多晶体，例如压电陶瓷，在没有极化之前，因各单晶体的压电效应都相互抵消前，因各单晶体的压电效应都相互抵消表现为电中性，为此必需对压电陶瓷先表现为电中性，为此必需对压电陶瓷先进展极化处置，经极化处置的

14、压电陶瓷进展极化处置，经极化处置的压电陶瓷具有非常高的压电系数，为石英的几百具有非常高的压电系数，为石英的几百倍。倍。v特点：构造简单、紧凑，小巧轻便，任务可靠，特点：构造简单、紧凑，小巧轻便，任务可靠，具有线性度高量程范围大等优点。具有线性度高量程范围大等优点。v缺陷：但是由于产生的电荷量少，因以后续需缺陷：但是由于产生的电荷量少，因以后续需加高阻抗的直流放大器。由于晶体边缘上存在加高阻抗的直流放大器。由于晶体边缘上存在漏电景象，因此不能用于稳态丈量。漏电景象，因此不能用于稳态丈量。压电式压力压电式压力传感器构造传感器构造三固体压阻式压力压差传感器三固体压阻式压力压差传感器1原理：原理： 电

15、阻的尺寸发生变化，例如电阻的长度、横截电阻的尺寸发生变化，例如电阻的长度、横截面积发生变化将引起电阻的变化。面积发生变化将引起电阻的变化。 电阻的电阻率发生变化也将引起电阻阻值的变电阻的电阻率发生变化也将引起电阻阻值的变化。化。分类：应变片：受压时，电阻的尺寸分类：应变片：受压时，电阻的尺寸L、S发生发生变化，引起电阻的变化。变化，引起电阻的变化。 半导体分散硅：在压力的作用下，电半导体分散硅：在压力的作用下，电阻率发生变化。阻率发生变化。通常半导体分散硅电阻变化的灵敏度要远远高于通常半导体分散硅电阻变化的灵敏度要远远高于应变片，大约为应变片，大约为100倍。倍。SLR/公式：公式： 2 2膜

16、片的应力分析膜片的应力分析 其膜片遭到从下向上的压力时，中其膜片遭到从下向上的压力时，中心区受拉应力假设应力为正，周边心区受拉应力假设应力为正，周边区受压应力应力为负，在区受压应力应力为负，在R=0R=0处应力处应力到达正的最大值，而在大约距中心到达正的最大值，而在大约距中心60%60%的的地方应力为地方应力为0 0。优点：温度补偿，优点：温度补偿， 使输出信号加倍。使输出信号加倍。留意：供应桥路的电流要恒定，即为一恒留意：供应桥路的电流要恒定，即为一恒流源。输出电压为流源。输出电压为10-100多毫伏，后续多毫伏，后续普通要加电压放大电路。普通要加电压放大电路。RIRRIRRIu002102

17、1)()(RI RRIRRI u 0021021)()(3电阻分布及丈量桥路电阻分布及丈量桥路第五节第五节 压力检测仪表的选择与校验压力检测仪表的选择与校验一压力检测仪表的选择一压力检测仪表的选择 测压范围，被测介质的物理化学性测压范围，被测介质的物理化学性质，测试精度要求。质，测试精度要求。1.仪表量程选用仪表量程选用为保证平安性，压力较稳定时，最大任务压为保证平安性，压力较稳定时，最大任务压力不超越仪表量程的力不超越仪表量程的3/4，压力动摇较大时，压力动摇较大时，最大任务压力不超越仪表量程的最大任务压力不超越仪表量程的2/3。为保证准确度，最小任务压力不低于满量程为保证准确度，最小任务压

18、力不低于满量程的的1/3。 2仪表精度的选择仪表精度的选择v 根据在丈量时允许的最大丈量误差选择根据在丈量时允许的最大丈量误差选择仪表，可根据仪表的精度等级算出用该仪仪表，可根据仪表的精度等级算出用该仪表丈量能够引起的最大示值绝对误差。表丈量能够引起的最大示值绝对误差。v 另外在选择仪表时不需一味追求高精度，另外在选择仪表时不需一味追求高精度，只需满足丈量精度要求即可。只需满足丈量精度要求即可。弹簧管压力表量程和精度系列弹簧管压力表量程和精度系列 我国目前弹簧管压力表量程系列，我国目前弹簧管压力表量程系列，1, 1.6, 2.5, 4.0, 6.0kPa以及以及10n倍倍 精度系列，精细表精度

19、系列，精细表 0.1, 0.16, 0.25, 0.4 工业表工业表 1.0, 1.5, 2.5例题：有一压力容器，压力范围例题：有一压力容器，压力范围0.40.6MPa，压力变化速度较缓，不要，压力变化速度较缓，不要求远传。试选择压力仪表给出量程和求远传。试选择压力仪表给出量程和精度等级丈量该压力，丈量误差不大精度等级丈量该压力，丈量误差不大于被测压力的于被测压力的4%。30.60.8MPa4A 根据最大任务压力根据最大任务压力10.41.2MPa3A根据最小任务压力根据最小任务压力max0.4 4%0.016MPa被测压力的最大示值绝对误差被测压力的最大示值绝对误差max0.016100%

20、1.6%1.0所选仪表的根本误差所选仪表的根本误差所以可选择量程范围为所以可选择量程范围为01.0MPa弹簧管压力表弹簧管压力表可选择可选择1.5级的压力表级的压力表3仪表类型选择仪表类型选择被测介质压力大小，被测介质压力大小，被测介质的性质，例如，氧气、乙炔都被测介质的性质，例如，氧气、乙炔都有专门的丈量仪表，对腐蚀性介质要采有专门的丈量仪表，对腐蚀性介质要采用不锈钢或其他耐腐蚀的资料，用不锈钢或其他耐腐蚀的资料，对仪表输出信号的要求，例如能否需求对仪表输出信号的要求，例如能否需求为电信号，为电信号，运用环境。运用环境。 二压力表的安装二压力表的安装 1取压口的选择取压口的选择 气气 上部上

21、部 防堵防堵 汽汽 侧上部侧上部 防堵，防液，防气防堵，防液，防气 液液 侧下部侧下部 防堵，防汽防堵，防汽气气汽汽液液 取压口位置取压口位置 稳定无涡流区直线管段，避开拐弯、稳定无涡流区直线管段，避开拐弯、分叉等。分叉等。 除了被测介质以处，不接触其它物质除了被测介质以处，不接触其它物质 不易堵塞不易堵塞 取压孔外形取压孔外形 孔径要小孔径要小 要与壁面垂直要与壁面垂直 孔口应无毛刺孔口应无毛刺2导压管的敷设，为了使导压管正确传送导压管的敷设，为了使导压管正确传送压力或压差，应作到：压力或压差，应作到：导压管长度小于导压管长度小于50m，内径为，内径为6-10mm。对于程度敷设，导压管要有对于程度敷设，导压管要有1：101：20的坡度，丈量液体介质时下坡，丈量的坡度，丈量液体介质时下坡，丈量气体介质时上坡。气体介质时上坡。3当被测介质易冷凝或冻结，必需加装伴当被测介质易冷凝或冻结，必需加装伴热管后再行保温；当丈量腐蚀性介质时，热管后再行保温；当丈量腐蚀性介质时，应加装隔离罐；当丈量高温蒸气压力时，应加装隔离罐；当丈量高温蒸气压力时，应加装冷凝盘管；丈量含尘气体时，应应加装冷凝盘管；丈量含尘气体时，应加装灰尘捕集器；丈量高于加装灰尘捕集器；丈量高于60度的介质度的介质时，应加装环行圈；时，应