第05章 压力测量2-(使用)含第3次作业

第5章压力测量5.0概述5.1常规测压方法与仪表5.2压力信号的电变送方法（压力传感器）5.3气流的压力测量5.4压力检测仪表的使用与校准第5.3章气流的压力测量总压测量与总压管静压测量与静压管5.3.0概述气流中压力测量的特殊性高速流动，压力与流速相关；测量气流的压力，采用空气动力测压法，测量气流的总压和静压最常用的仪器总压管静压管5.3.1总压测量与总压管总压：气流在速度等熵滞止到零的压力，也称滞止压力。总压管：用于总压测量的测压管。选用总压管结构型式的考虑因素选用总压管的考虑因素气流的速度流道的条件对气流方向的敏感性结构型式偏流角：感受孔轴线相对于气流方向的夹角。总压管的不敏感偏流角p使测量误差达速度头的1％时的偏流角。p范围越大，对测量越有利。马赫数Ma对p的影响:偏流角不大时，Ma的影响情况不显著；较大时，随Ma增大，总压的测量误差随之增大。总压管的不敏感偏流角p1)L型总压管最常见的总压管优点：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p较小，一般为±(10°~15°)2)圆柱型总压管2个不敏感偏流角：过孔口轴线而与支杆垂直的平面内，气流方向与孔口轴线的夹角p约为±(10~15°)；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βp约为±(2°~6°)。2)圆柱型总压管特点：圆柱型总压管可以做成很小的尺寸，工艺性好，制造容易，使用方便，但不敏感偏流角较小。球窝型总压管 将孔口处加工成凹进的球面形，提高p和βp的值。3)带导流管的总压管在L型总压管管口处增加导流套，导流套进口处的锥面为收敛段。优点：气流在经过导流套后被整流，使不敏感偏流角p提高，可达土(30°~45°)。缺点：p随Ma数的变化较明显；头部尺寸较大，对流场影响大。4)多点总压管在实际测量中，有时需要沿某一方向同时测出多点的总压。梳状总压管凸嘴型凹窝型带套型耙状总压管多点总压管的特点多点总压管能同时测出多点的总压，但制造较复杂，对流场干扰大；梳状凸嘴型总压管和耙状总压管的不敏感偏流角p较小；梳状凹窝型的p较大，但测量精度受气流扰动的影响较大；带套型的p最大，但结构较复杂。5)附面层总压管（边界层）附面层内的速度梯度大且非均匀变化，造成总压管的有效中心向速度较高的一侧移动。附面层总压管的感受管截面为扁平形状，h＝0.03~0.1mmH＝0.1~0.18mm。5.3.2静压测量与静压管气流的静压：运动气流中气体本身的热力学压力；当感受器在气流中与气流以相同的速度运动时，感受到的就是气流的静压。偏流角、Ma数、感受器的结构参数等对静压测量更敏感，所以静压测量比总压测量困难。静压测量方法壁面静压孔法静压管法1．壁面静压孔壁面静压孔：测静压最简单方便的方法。静压孔的位置：应选流线是直线的地方，整个截面的静压基本相等；对气流的干扰小，测量精度较高。要求：开孔处要有足够的直管段，管道内壁面要光滑平整。否则，即使静压孔的设计加工正确，也会引起1～3％的误差。壁面静压孔的设置原则孔径一般为0.5~1.0mm。若Ma数为0.8，引起的误差小于1.0％，工程上可接受；静压孔的轴线应与管道内壁面垂直；静压孔的边缘应尖锐、无毛刺、无倒角，孔的壁面应光滑；若静压孔的深度为l，直径为d，一般取l/d>3;连接静压孔与导压管的管接头要固定在流道壁上，在流道壁厚度允许情况下，优选螺纹连接，优于焊接，可以避免热应力使壁面变形后干扰流场。2．静压管静压管用于测量气流中某点的静压。为了降低静压管对气流的干扰，减少测量误差，在满足刚度前提下，几何尺寸尽量小。静压管也应对气流方向的变化尽量不敏感。静压孔轴线应垂直于气流方向。常用静压管L型静压管圆盘型静压管带导流管的静压管(1)L型静压管气流流过测压管头部获得加速，静压降低，支杆则对气流有阻碍作用，流速降低，静压升高。在静压管的头部和支杆之间选择适当的位置设置静压孔，即可以得到接近真实静压的测量值。气流方向与头部轴线的夹角为L型静压管的偏流角,的存在引起测量误差。为了减少此影响，一般在其表面沿圆周方向等距离设置2~8个静压孔。L型静压管的管径常取1~2mm。孔径常取0.3~0.4mm。实验数据表明，雷诺数在500~3×105的范围内对静压测量值没有影响。(2)圆盘型静压管工作位置：静压管与气流的流动方向垂直，圆盘平面平行于气流方向；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夹角(β角)的变化极敏感，一般要求β<(1°~2°)；测量的误差及对β角的敏感性常随圆盘直径的减小面增大，但直径过大又增加了对气流的干扰，圆盘直径常取15~20mm。加工精度要求高，特别要求支杆与圆盘平面垂直；使用时要避免损坏圆盘，即使轻微的损伤也会降低测量精度。(3)带导流管的静压管不敏感偏流角p可达±30°,βp可达±20°；可用于三元气流中测量静压；导流管的形状较复杂，加工较困难，头部尺寸难以做得很小，不适用于小尺寸流道。5.4压力检测仪表的使用与校准压力检测仪表的正确选择、安装和校准是保证其在生产过程中发挥应有作用及保证测量结果安全可靠的重要环节。1.压力仪表的选择与安装2.常用压力仪表的性能和用途3.压力检测仪表的校准1.压力仪表的选择与安装选择的原则——经济合理仪表类型;测量范围;精度仪表类型被测介质情况现场环境及生产过程对仪表的要求远传?控制?记录?各类压力仪表的特点：本章学习重点仪表的量程要根据被测压力的大小及其在测量过程中变化的情况来选取。被测压力的最大值稳定压力：不超过仪表测量上限值的2/3脉动压力：不超过仪表测量上限值的1/2高压时：不超过仪表测量上限值的3/5被测压力的最小值不应低于仪表测量上限值的1/3，以保证仪表的线性和测量结果的准确性。具体选择应在国家规定的标准系列中选取。弹簧管压力计的量程测量范围:

从真空到109Pa，我国的测压仪表按系列生产，其标尺上限的刻度值为

(1，1.6，2.5，4，6.3)×10nMPa (其中n为正、负整数)。仪表的精度单圈弹簧管压力表的精度等级普通型：1.0、1.6、2.5、4级；精密型：0.16、0.25、0.4级。根据工艺生产的要求在规定的精度等级中选择确定。所选精度等级应小于或至少等于工艺要求的仪表允许最大引用误差。压力测量系统的安装压力测量系统安装的正确与否直接影响测量结果的准确性被测介质测取压力的取压口传递压力的引压管路测量仪表2常用压力仪表的性能和用途仪表型式常用测量范围（Pa）精度等级用途与特点液柱式压力计U形管0～105或压差、负压高基准器、标准器、工程测量仪表单管0～105或压差、负压高基准器、标准器、工程测量仪表斜管0～2×103或压差、负压高基准器、标准器、工程测量仪表弹性压力计弹簧管0～109较高工程测量仪表精密测量仪表膜片式0～2×106或压差、负压一般工程测量仪表精密测量仪表膜盒式0～4×104或压差、负压一般工程测量仪表精密测量仪表波纹管0～4×156或压差、负压一般工程测量仪表精密测量仪表活塞式0～2.5×108或负压很高基准器、标准器电位计式0～6×107一般工程测量仪表电容式0～107或压差较高工程测量仪表电感式0～6×107较高工程测量仪表霍尔式0～6×107一般工程测量仪表振频式0～107或压差、负压较高工程测量仪表应变式0～108或压差、负压较高工程测量仪表压电式0～107或压差、负压较高工程测量仪表3.压力检测仪表的校准出厂前：压力检测仪表在出厂前均需经过校准，使之符合精度等级要求；安装使用前：新的仪表在安装使用前，为防止运输过程中由于振动或碰撞所造成的误差，也应对新仪表进行校准，以保证仪表示值的可靠性。使用中：使用中的仪表会因弹性元件疲劳、传动机构磨损及腐蚀、电子元器件的老化等造成误差，所以必须定期进行校准，以保证测量结果有足够的准确度；(1)

静态校准静态校准的环境条件：温度20±5℃湿度≤80％大气压力为760±80mmHg无振动冲击的环境；静态校准：在静态标准条件下采用一定标准等级(被校仪表的3~5倍)的校准设备，对仪表重复(不少于3次)进行全量程逐级加载和卸载测试，获得各次校准数据，以确定仪表的静态基本性能指标和精度的过程。①校准方法校准方法：将被校表与标准表的示值在相同条件下进行比较；将被校表的示值与标准压力比较。校验点的选择在被校表的测量范围内，均匀地选择至少5个校验点，其中应包括起始点和终点。标准仪表的选择原则标准表的允许绝对误差：应小于被校表的允许绝对误差的1/3～1/5，这样可忽略标准表的误差，将其示值作为真实压力。将被校表示值与标准压力比较的方法主要用于校验0.25级以上的精密压力表，亦可用于校验各种工业用压力表。②压力校准仪器常用的压力校准仪器液柱式压力计；活塞式压力计；配有高精度标准表的压力校验泵。活塞压力计（YS-60型）精度等级：0.05；0.02测量范围：0.1～6MPa活塞面积：0.5cm2底盘活塞：0.5kg

所产生的标准压力值为0.1MPa重量：65kg工作介质：变压器油活塞式压力真空计（YS-2.5型）测量范围：

-0.1～0.25

MPa精度等级：

0.02;0.05工作介质：洁净的压缩空气或瓶装氮气压力发生部分测量部分活塞式压力校准系统的结构原理测量活塞及砝码的重力与螺旋压力发生器共同作用于密闭系统内的工作液体(变压器油)，当系统内工作液体的压力与此重力相平衡时，测量活塞1将被顶起而稳定在活塞筒3内的任一平衡位置。在承重托盘换不同的砝码，由螺旋压力发生器推动工作活塞，工作液体就可处于不同的平衡压力；压力p＝砝码＋活塞活塞式压力校准系统的结构原理a、b、c—切断阀；d—进油阀；1—测量活塞；2—砝码；3—活塞筒；4—螺旋压力发生器；5—工作液；6—压力表；7—手轮；8—丝杠；9—工作活塞；10—油杯；11—进油阀压力校验器YJY-6型校验压力范围：YJY-6型：

-0.08～6MPa

YJY-60型

-0.08～60MPa工作介质： 变压器油压力真空校验器YZY-2.5型校验压力范围：YZY-2.5型:-0.01～0.25MPa[YZY-25型:-0.01～2.4MPa

精度等级(%)：取决于配用的标准器精度正压工作介质：洁净的压缩空气或瓶装氮气负压源：真空泵(2)动态校准压力传感器的频率响应特性决定了传感器对动态压力测量的适用范围和测量精度。用于动态压力测量的传感器或测压系统必须进行动态校准，以确定其动态特性参数（如频率响应函数、固有频率、阻尼比）。标准动态压力信号动态校准的关键：标准动态压力信号源。根据其所提供的标准动态压力信号，产生标准动态压力信号的装置可分为两类：稳态周期性压力信号源，如机械正弦压力发生器、凸轮控制喷嘴、电磁谐振器；稳态压力信号源，如激波管、闭式爆炸器、快速卸载阀及落锤液压动校装置。①

稳态校准电磁式正弦压力发生器机械式正弦压力发生器 可提供的压力源频率为300Hz，常用来标定谐振频率低的压力测量设备。稳态校准的特点主要适用于将未知特性的被校传感器与已知特性的标准传感器进行比较；可以通过改变压力源频率，同时监测被校仪表或传感器输出的方法求出被校仪表的频率特性。主要优点 结构简单，易于实现。不足之处 由于难以提供高频高振幅的压力信号，仅适用于低压和低频的压力校准，不能用于压力检测仪表的高频动态特性校准。

②非稳态校准激波管测定压力传感器频率响应特性的最常用的设备。计量部门校准压力传感器动态性能的标准装置。激波管校准传感器动态特性的基本原理1激波管是一个具有恒等截面(圆形或方形)的内壁非常光滑的两头封闭的长管。管中间被一膜片分成两个密封的腔室，左边较短的是高压腔，右边较长的是低压腔。当高、低压腔室的压力差达到一定值时，膜片突然破裂(自然破裂或人工控制破裂)，于是高压室的气体向低压室迅速膨胀，形成激波并以超音速的常值速度在低压腔的静止气体中运动。激波阵面厚度极薄，激波阵面之后是一个能持续一定时间的压力平台，压力上升时间极短，约为10-9s，且压力幅度可以方便地改变和控制；激波阵面到达低压腔端面后将反射回来，且其后压力将再次升高，因而激波管是一个理想的压力阶跃发生器。激波管校准传感器动态特性的基本原理2用激波管产生的阶跃压力激励被校压力传感器，并用适当的设备记录在这一阶跃压力激励下被校传感器所产生的瞬时响应。根据其过渡过程曲线，运用适当的计算方法，可以得到被校压力传感器的频率响应特性。激波管校准系统图整个试验装置包括激波管、气源、测量和记录部分。图中A1,A2,A3为压电式压力传感器，装在激波管的侧面，其中A1和A2特性相同，用于测量激波速度；Ax和Ay为被校压力传感器；B1，B2，B3为电荷放大器。气源用于供给激波管压缩空气或其他气体。膜片一般选用纯铝膜片，其厚度根据校准压力值的大小而定，为达到瞬时破裂的目的，要在铝片上预先压纹。根据压力的大小也可用赛璐珞或描图纸等作膜片。根据传感器实际