大连大学建筑的环境测试技术ppt课件

1、12第第5 5章章 压力丈量压力丈量 垂直作用在单位面积上的力称压力。垂直作用在单位面积上的力称压力。 工程中采用表压力工程中采用表压力PB压力表读数。压力表读数。 在国际单位制在国际单位制SI和我国法定计量单位中，压力的和我国法定计量单位中，压力的单位是单位是“帕斯卡，简称帕斯卡，简称“帕，符号为帕，符号为“Pa。 3 大气压力大气压力PD 、表压力、表压力PB 、绝对压力、绝对压力PJ之间的关系：之间的关系：表压正压表压正压绝对压力的零线绝对压力的零线大气压力线大气压力线PD绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力表压负压表压负压P1lP2l 被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压或真被测压力通

2、常可表示为绝对压力、表压、负压或真空度。空度。 一、压力表示方式一、压力表示方式绝对压力是介质的实践压力。绝对压力是介质的实践压力。PB = PJ PD5.1.1真空度真空度PZ负压负压: PZ PD PJ5.1.24二、压力检测方法二、压力检测方法1.平衡法：经过仪表使液柱高度的重力或砝码的平衡法：经过仪表使液柱高度的重力或砝码的分量与被测压力相平衡的原理丈量压力。分量与被测压力相平衡的原理丈量压力。2.弹性法：利用各种方式的弹性元件，在被测介弹性法：利用各种方式的弹性元件，在被测介质的表压力或负压力作用下产生的弹性变形来质的表压力或负压力作用下产生的弹性变形来反映被测压力的大小。反映被测压

3、力的大小。3.电气式：用压力敏感元件直接将压力转换成电气式：用压力敏感元件直接将压力转换成电阻、电荷量等电量的变化。电阻、电荷量等电量的变化。压力传感器分类：液柱式、机械式、电测式。压力传感器分类：液柱式、机械式、电测式。5测压仪表测压仪表液柱式液柱式根据重力与被测压力平衡的原理制成的，可将被根据重力与被测压力平衡的原理制成的，可将被测压力转换为液柱的高度差进展丈量测压力转换为液柱的高度差进展丈量U型管压力计、单管压力计以及斜管压力计型管压力计、单管压力计以及斜管压力计弹性式弹性式根据弹性力与被测压力平衡的原理制成，弹性元根据弹性力与被测压力平衡的原理制成，弹性元件变形的多少反映了被测压力的大

4、小。件变形的多少反映了被测压力的大小。弹簧管压力计、波纹管压力计以及膜盒式压力弹簧管压力计、波纹管压力计以及膜盒式压力计计电气式电气式利用一些物质与压力有关的物理性质进展测压。利用一些物质与压力有关的物理性质进展测压。电阻应变片式、电容式、压电式、电感式、霍电阻应变片式、电容式、压电式、电感式、霍尔式尔式活塞式活塞式根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量。换成活塞面积上所加平衡砝码的质量。它普遍地被作为规范仪器用来校验或刻度弹性它普遍地被作为规范仪器用来校验或刻度弹性式压力计。式压力计。三、压力丈量仪表的分类三、压力

5、丈量仪表的分类6u所用液体叫作封液，常用的有水、酒精、水银等。液柱所用液体叫作封液，常用的有水、酒精、水银等。液柱式压力计多用于丈量低压、负压和压力差。式压力计多用于丈量低压、负压和压力差。u常用的液注式压力计有常用的液注式压力计有U U型管压力计、单管压力计和斜管型管压力计、单管压力计和斜管微压计。微压计。 u利用液柱对液柱底面产生的静压力与被测压力相平衡的利用液柱对液柱底面产生的静压力与被测压力相平衡的原理，经过液柱高度来反映被测压力的大小。原理，经过液柱高度来反映被测压力的大小。7一、一、U形管压力计形管压力计)(21hhgp 21ppp p1、p2与封液液柱高度与封液液柱高度h间有如下

6、关系：间有如下关系： 提高任务液密度将提高任务液密度将( )压力的丈压力的丈量范围，灵敏度将量范围，灵敏度将( )。添加添加降低降低添加添加?减少？减少？降低？提高？降低？提高？式中式中 - -介质及封液密度；介质及封液密度； g - g -重力加速度。重力加速度。 - -左右两管液面相对于左右两管液面相对于0 0刻度的高度差。刻度的高度差。图图5.2.15.2.15.2.221hh8U型管压力计型管压力计9 由于U形管压力计需两次读取液面高度，为运用方便，设计一次读取液面高度的单管压力计。二、单管压力计二、单管压力计2211hAhA 由于由于)(21hh 5.2.4那那么么2121hAAh

7、5.2.5 故212211)1()(hAAghhgP 5.2.6由于由于 A1A2 A1A2，所以，所以21ghp 5.2.7体积相等：10单管压力计单管压力计 用单管压力计丈用单管压力计丈量供热锅炉烟囱的量供热锅炉烟囱的排烟压力，假设一排烟压力，假设一侧通大气，另一侧侧通大气，另一侧应衔接到压力计的应衔接到压力计的哪一端？哪一端？P2衔接烟道负压的缘由11 主要用于丈量微小压力、负压和压差，它将单管液柱压力计的丈量管倾斜放置，这样可以提高灵敏度，减少读数相对误差。三、斜管微压计三、斜管微压计 lAAh121 5.2.8 sin2lh 而：而： 5.2.9lAAghhgPB)sin()(122

8、1 故故P1的表压力为：的表压力为：5.2.1012倾斜角度越小，倾斜角度越小，l越长，丈量灵敏度就越高；但不可太小，越长，丈量灵敏度就越高；但不可太小，否那么液柱易冲散，读数较困难，误差增大。否那么液柱易冲散，读数较困难，误差增大。这种倾斜管液柱式压力计可以丈量到这种倾斜管液柱式压力计可以丈量到0.98Pa的微压。为了的微压。为了进一步提高微压计的准确度，应选用密度小的酒精作为任进一步提高微压计的准确度，应选用密度小的酒精作为任务液体。务液体。 13 用弹性传感器又称弹性元件组成的压力丈量仪表称为弹性式压力计。弹性元件受压后产生的形变输出力或位移，可以经过传动机构直接带动指针指示压力或压差，

9、也可以经过某种电气元件组成变送器，实现压力或压差信号的远传。 14类别名称示意图薄膜式平薄膜波纹管式波纹管弹簧管式单圈多圈弹性传感器弹性元件弹性传感器弹性元件) )的种类的种类P121P121图图5.3.15.3.1：15PCAx x P5.3.3弹性元件在轴向遭到外部压力作用产生拉伸或紧缩位移，弹性元件在轴向遭到外部压力作用产生拉伸或紧缩位移， 即即CxF 式中式中 F F轴向外力轴向外力 x x位移位移 C C弹性元件的刚度系数弹性元件的刚度系数 PAF 丈量原理丈量原理位移位移压力压力5.3.15.3.216 丈量原理丈量原理P 弹簧管式弹性元件弹簧管式弹性元件P 膜片式弹性元件膜片式弹

10、性元件压力压力弹性变形弹性变形 弹性式压力计是以各种方式的弹性元件受压后产生的弹弹性式压力计是以各种方式的弹性元件受压后产生的弹性变形作为丈量的根底。常用的弹性元件有弹簧管、膜片性变形作为丈量的根底。常用的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管，相应的有弹簧管压力计、膜式压力计和波纹管和波纹管，相应的有弹簧管压力计、膜式压力计和波纹管式压差计。式压差计。 17u按剖面外形分为平膜片和波纹膜片按剖面外形分为平膜片和波纹膜片1. 膜片膜片 波纹膜片可分为弹性膜片和挠性膜片两种。膜片呈圆波纹膜片可分为弹性膜片和挠性膜片两种。膜片呈圆形，普通由金属制成，常用的弹性波纹膜片是一种压有环形，普通由金属制成，常用的

11、弹性波纹膜片是一种压有环状同心波纹的圆形薄片，它的周围被固定起来。通入压力状同心波纹的圆形薄片，它的周围被固定起来。通入压力后，膜片将向压力低的一面弯曲，其中心产生一定的位移后，膜片将向压力低的一面弯曲，其中心产生一定的位移即挠度，经过传动机构带动指针转动，指示出被测压即挠度，经过传动机构带动指针转动，指示出被测压力。力。 a弹性膜片弹性膜片 b挠性膜片挠性膜片 181 1电容式压力传感器电容式压力传感器2 2光纤式压力传感器光纤式压力传感器u常用资料常用资料 P121；精度不高精度不高u可与其他转换元件合用；可与其他转换元件合用；3 3力矩平衡式压力变送器力矩平衡式压力变送器 光纤式压力传感

12、器利用敏感元件膜片感受被测压力的光纤式压力传感器利用敏感元件膜片感受被测压力的变化，光纤仅作为传输介质，传输来自远处或难以接近场变化，光纤仅作为传输介质，传输来自远处或难以接近场所的光变化信号，所以也称为传光型传感器。所的光变化信号，所以也称为传光型传感器。 采用光纤及其调制机构实现位移采用光纤及其调制机构实现位移-光强的转换。光强的转换。19v膜盒压力计膜盒压力计 为了增大膜片的位移量以提高灵敏度，可以把两片金属膜片为了增大膜片的位移量以提高灵敏度，可以把两片金属膜片的周边焊接在一同，构成膜盒。的周边焊接在一同，构成膜盒。1-调零螺杆；调零螺杆； 2-机座；机座； 3-刻度板；刻度板； 4-

13、膜盒；膜盒； 5-指针；指针； 6-调零板；调零板； 7-限位限位螺钉；螺钉； 8-弧形连杆；弧形连杆； 9-双金属片；双金属片； 10-轴；轴； 11-杠杆架；杠杆架； 12-连杆；连杆； 13-指针轴；指针轴； 14-杠杆；杠杆； 15-游丝；游丝； 16-管接头；管接头； 17-导压管导压管202. 波纹管波纹管 具有等间隔同轴环状波纹，能沿轴向伸缩的测压具有等间隔同轴环状波纹，能沿轴向伸缩的测压弹性元件。弹性元件。 优点：灵敏高，可测较低压力；优点：灵敏高，可测较低压力； 缺陷：迟滞误差较大，精度普通只需缺陷：迟滞误差较大，精度普通只需1.5级。级。1弹簧管压力表弹簧管压力表构造简单，

14、运用方便，价钱构造简单，运用方便，价钱低廉，运用范围广，丈量低廉，运用范围广，丈量范围宽范围宽3. 弹簧管弹簧管位移压力 位移21222220)1(1kabbhREP 弹簧管压力计任务原理弹簧管压力计任务原理图图5.3.4 5.3.4 单圈弹簧管构造单圈弹簧管构造5.3.5弹簧管式压力表弹簧管式压力表22u 可测负压、微压、低压、中可测负压、微压、低压、中压和高压压和高压u精度有精度有0.5、1.0、1.5、2.5等。等。23电接点压力表电接点压力表电位器式远程压力表电位器式远程压力表242电远传式弹簧压电远传式弹簧压力仪表力仪表 霍尔压力传感器霍尔压力传感器电感式压力传感器电感式压力传感器位

15、移位移 电感量电感量电阻式电阻式位移位移 电阻电阻变隙式差动电感压力传感器变隙式差动电感压力传感器霍尔元件霍尔元件9位移电流磁感强度B霍尔电势5.3.625u压电效应原理：压电资料受压时会在其外表产生电荷，压电效应原理：压电资料受压时会在其外表产生电荷，其电荷量与所受的压力成正比。其电荷量与所受的压力成正比。u压电资料：单晶体、多晶体压电资料：单晶体、多晶体u特点：构造简单、紧凑，小巧轻便，任务可靠，线性特点：构造简单、紧凑，小巧轻便，任务可靠，线性度好，频率呼应高，量程范围广度好，频率呼应高，量程范围广1. 压电式压力传感器压电式压力传感器u电气式压力检测方法普通是用压力敏感元件直接将电气式

16、压力检测方法普通是用压力敏感元件直接将压力转换成电阻、电荷量等电量的变化。压力转换成电阻、电荷量等电量的变化。u能实现压力电量转换的压敏元件主要有压电资料、能实现压力电量转换的压敏元件主要有压电资料、应变片和压阻元件。应变片和压阻元件。26石英晶体压电式传感器石英晶体压电式传感器压电资料晶体受压时会在其外表产生电荷，其电荷量与所受的压力成压电资料晶体受压时会在其外表产生电荷，其电荷量与所受的压力成正比。正比。27u应变式压力传感器是由弹性元件、应变片以及相应的应变式压力传感器是由弹性元件、应变片以及相应的桥路组成的。桥路组成的。2. 应变式压力传感器应变式压力传感器 建筑构造力学常用建筑构造力

17、学常用u应变片是基于应变效应任务的一种压力敏感元件。被测应变片是基于应变效应任务的一种压力敏感元件。被测压力作用于弹性敏感元件上，使它产生变形，在其变形压力作用于弹性敏感元件上，使它产生变形，在其变形的部位粘贴有电阻应变片，应变片感遭到被测压力的变的部位粘贴有电阻应变片，应变片感遭到被测压力的变化，应变片的电阻值也将发生相应变化。按这种原理设化，应变片的电阻值也将发生相应变化。按这种原理设计的传感器称为电阻应变片式压力传感器。计的传感器称为电阻应变片式压力传感器。压电测力传感器压电测力传感器28 实验证明，应变片电阻的相对变化与应变的关系在很实验证明，应变片电阻的相对变化与应变的关系在很大范围

18、内依然是线性的，即大范围内依然是线性的，即KRdR结论：在结论：在K是常数的情况下，只需丈量出应变片电阻值的是常数的情况下，只需丈量出应变片电阻值的相对变化，就可以直接得知其应变量，进而求得被测压相对变化，就可以直接得知其应变量，进而求得被测压力。力。 K-电阻丝的灵敏度系数，其意义为单位应变所引起电电阻丝的灵敏度系数，其意义为单位应变所引起电阻值的相对变化。阻值的相对变化。 K是经过实验获得的，在弹性极限以内，是经过实验获得的，在弹性极限以内，大多数金属的大多数金属的K是常数。是常数。= dl/l -轴向应变，简称应变；而轴向应变，简称应变；而dA/A为横向应为横向应变，由资料力学知两者有一

19、定的关系。变，由资料力学知两者有一定的关系。式中式中29应变片由应变敏感元件、基片和覆盖层、引出线三部分组成。应变片由应变敏感元件、基片和覆盖层、引出线三部分组成。应变敏感元件是应变片的中心部分，普通由金属丝、金属箔或应变敏感元件是应变片的中心部分，普通由金属丝、金属箔或半导体资料组成，由它将机械应变转为电阻的变化，基片和覆半导体资料组成，由它将机械应变转为电阻的变化，基片和覆盖层起固定和维护应变敏感元件、传送应变和电气绝缘的作用。盖层起固定和维护应变敏感元件、传送应变和电气绝缘的作用。a a丝绕式丝绕式 b b箔式箔式 c c半导体半导体30电阻应变片式压力传感器的构造电阻应变片式压力传感器

20、的构造。主要构造方式有膜片式、筒式、组合式三种。主要构造方式有膜片式、筒式、组合式三种。 a膜片式膜片式 b筒式筒式 c组合式组合式31u压阻元件是基于压阻效应任务的一种压力敏感元件，压阻元件是基于压阻效应任务的一种压力敏感元件，它指在半导体资料的基片上用集成电路工艺制成的分它指在半导体资料的基片上用集成电路工艺制成的分散电阻，当它受外力作用时，其阻值由于电阻率的变散电阻，当它受外力作用时，其阻值由于电阻率的变化而改动。化而改动。u分散电阻正常任务需依靠弹性元件，常用的是单晶体分散电阻正常任务需依靠弹性元件，常用的是单晶体硅膜片。硅膜片。3. 压阻式压力传感器压阻式压力传感器u优点：体积小，构

21、造简单，能直接反映微小的压力优点：体积小，构造简单，能直接反映微小的压力变化，动态呼应好。变化，动态呼应好。u缺陷：敏感元件易受温度的影响，从而影响压阻系缺陷：敏感元件易受温度的影响，从而影响压阻系数的大小。数的大小。32将四个电阻接入电桥回路时就可根据各阻值的变化测出应将四个电阻接入电桥回路时就可根据各阻值的变化测出应力的变化。力的变化。分散硅式压力传感器分散硅式压力传感器33一、压力检测仪表的选择一、压力检测仪表的选择 P1021. 仪表量程的选择仪表量程的选择u被测压力较稳定：最大任务压力被测压力较稳定：最大任务压力不应超越仪表满量程的不应超越仪表满量程的3/4；u被测压力动摇较大或测脉

22、动压力：被测压力动摇较大或测脉动压力：最大任务压力不应超越仪表满量最大任务压力不应超越仪表满量程的程的2/3；u为保证丈量准确度：最小任务压为保证丈量准确度：最小任务压力不应低于满量程的力不应低于满量程的1/3；u优先满足最大任务压力条件。优先满足最大任务压力条件。u我国消费的压力表有一致的量程系列，它们是我国消费的压力表有一致的量程系列，它们是1、1.6、2.5、4.0、6.0kPa以及它们的以及它们的10n倍数。倍数。34u 压力检测仪表的精度主要根据消费允许的最大误差来压力检测仪表的精度主要根据消费允许的最大误差来确定，即要务虚际被测压力允许的最大绝对误差应小确定，即要务虚际被测压力允许

23、的最大绝对误差应小于仪表的根本误差。于仪表的根本误差。2. 仪表精度的选择仪表精度的选择例例5-1 压力容器的任务压力范围为压力容器的任务压力范围为0.40.6MPa，欲用，欲用弹簧管压力表检测，要求丈量误差小于被测压力的弹簧管压力表检测，要求丈量误差小于被测压力的4%,确定该压力表的量程和精度等级。确定该压力表的量程和精度等级。根据消费工艺要求选择压力表的量程和精度等级！根据消费工艺要求选择压力表的量程和精度等级！解：解：1.任务压力稳定：任务压力稳定：0.40.6MPa，选择压力表的量，选择压力表的量程，根据最大任务压力程，根据最大任务压力A 436 . 0MPaA8 . 0436 . 0 35 根据压力表量程系列，选择根据压力表量程系列，选择01.0MPa的弹簧管压的弹簧管压力表。力表。A 314 . 0MPaA2 . 1314 . 0 根据最小任务压力根据最小任务压力2. 被测压力的允许最大绝对丈量误差为：被测压力的允许最大绝对丈量误差为：MPa016. 0%44 . 0max MPa024. 0%46 . 0max 0000006 .11000 .1016.0100 mmxx 由满度相对误差定义得出：由满度相对误