压力及温度测量仪表

关于压力及温度测量仪表第1页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三第一节压力及差压测量仪表一、基本概念1、压力及其单位压力的定义：介质垂直均匀作用于单位面积上的力。式中：P——压力；F——作用力S——作用面积

第2页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

我国的法定计量单位中规定压力的基本单位是帕斯卡（简称帕），符号为Pa。它的定义是：1牛顿力垂直作用在1平方米面积上所形成的压力。压力的导出单位有：千帕，kPa；兆帕，MPa。1MPa＝103kPa＝106Pa。 以前工程中经常使用的单位有kgf/cm2，mmH2O，mmHg是非法定计量单位，已不许使用。但在工作中常见到。

第3页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三第4页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三2、压力的表示方法：在压力测量中，常用的压力的表示方法有绝对压力、表压力、差压、大气压力、负压或真空度。绝对压力：指作用于物体表面积上的全部压力，其零点以绝对真空为基准。又叫总压力或全压力。常用符号pa来表示。

第5页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

大气压力：指地球表面空气柱重力所产生的平均压力值。它随时间、地点而变化。用符号pb表示。表压力：高于大气压力的绝对压力与大气压力之差，或者是相对将大气压力作为零的压力叫表压力。一般压力表的读数就是在当地大气压力下的表压力。用符号pg表示。绝对压力、表压力和大气压力的关系如下：第6页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

负压（或真空表压力）：指比大气压力第的表压力，用符号pv表示。真空度V：当绝对压力低于大气压力时的绝对压力成为真空度。差压pd

：指两个压力之间的差值，或者以大气压力以外的任意压力作为零点所表示的压力，用符号pd或Δp表示。第7页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三Pa

绝对压力完全真空Pb

大气压力Pd

差压Pd

差压Pv负压Pg

表压力代表规定基准点代表任选的基准点各种压力表示方法的关系图V第8页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三3、压力等级的划分在工业生产中，按照介质各种压力的大小不同将压力划分为以下几个等级：微压：p＜0.01MPa低压：0.01MPa≤p＜0.25MPa中压：0.25MPa≤p＜100MPa高压：100MPa≤p＜1000MPa超高压：p≥1000MPa第9页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三4、测压仪表的分类：测压仪表根据转换原理的不同，大致可分为四大类：

1)液柱式压力计：将被测压力转换成液柱的高度进行测量；

2)弹性式压力计：将被测压力转换成弹性元件的弹性形变的位移进行测量；

第10页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三3)活塞式压力计：将被测压力转换成活塞上所加的平衡砝码的重量进行测量；

4)电气式压力计：将被测压力转换成各种电量进行测量。

5、压力计的准确度等级

1）活塞式：国家基准：±0.002%；工作基准：±0.005%一等标准：±0.02％；二等标准：±0.05％；三等标准：±0.2％

第11页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三2）液柱式：国家基准：±0.002%～±0.005%标准器：±0.05％～±0.2％；工业用：±0.5％，±1.0%，±2.5％

3）弹簧管式压力表：精密压力表：±0.1％，±0.16%，±0.25％， ±0.4％一般压力表：±1.0％，±1.6%，±2.5％， ±4.0％第12页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

二、液柱式压力计：液柱式压力计是以液体静力学原理为基础的，一般采用水银或水作为工作液，主要用于测量低压、负压和压力差。液柱式压力计的结构形式有三种：U形管压力计、单管压力计和斜管压力计。

第13页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三1.

U形管压力计

U形管压力计是将一根内径为6-10mm的玻璃管弯成U形或用橡皮管将两根平行的玻璃管连通起来固定在平板上，两管之间装有刻度标尺，刻度零点在标尺中央。测量时，U形管一端接被测介质，一端通大气。这样高压侧液面下降，低压侧液面上升，分别读出两管液柱从零点位置上升和下降的高度，两个高度之和即为被测压力（以液柱高度表示）。第14页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

压力单位以Pa，则可用下式换算：P＝ρ·g·hP——被测介质的压力（表压），Paρ——压力计工作液体的密度，Kg/m3g——重力加速度，m/s2h——液柱高度cmpbp001122334411223344hh2h1…………………U形管压力计原理图第15页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

若通大气一侧的管子不通大气，而与另一被测介质相接，此时液柱高度差代表两处介质的压力差，即差压。

U形管压力计的缺点：

U形管压力计的两管内径很难保证做到完全一致，所以测量时必须读出两管中液面的高度。两次读数也较麻烦，容易造成误差。第16页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三2、

单管压力计（杯形）压力计：单管压力计实际上是U形管压力计的变形，将U形管的一根管子改成直径较大的杯形容器。被测介质的压力加在杯形容器上，玻璃管一端通大气。当被测压力变化时，玻璃管的液面也随着移动，待稳定后只需一次读出玻璃管中的液面高度，就可测出被测介质的压力。第17页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

pbh1ph0phL单管压力计斜管微压计α第18页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三3

斜管压力计将杯形压力计的玻璃管做成倾斜的形式，就是斜管压力计。测量压力时，由于玻璃管倾斜，使液面的位移距离加长，也就使按压力单位刻度的标尺刻度实际长度加大，即h（被测压力值）＝l·sinα，因而提高了仪表的读数精度。斜管压力计主要用来测量2000Pa以下的各种气体的微小压力、负压或差压。一般玻璃管的倾斜角不小于15°。第19页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三 4、液柱式压力计的使用注意事项：

1)液柱式压力计应避免安装在过热、过冷、有腐蚀或有振动的地方。

2)液柱式压力计通常垂直安装在测压点附近的支架上。需要水平放置的斜管压力计应用水平校准仪将其放平。从测压点到压力计之间的距离应尽量短，一般应在3－5m之间。

3)工作液的密度必须与制作仪表刻度标尺时的液体密度一致。应使液面对准标尺零点。第20页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三 4)

对有毒的工作液应加装收集瓶。

5)被测介质不能与工作液混合或起化学反应。如能混合或起反应则应更换工作液或加装隔离罐。

6)为了减小读数误差，必须正确读取液面的位置，一般按照工作液弯月面顶点的位置在标尺上读取。第21页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

三、弹性式压力计弹性式压力表是利用各种不同形状的弹性感压元件在被测压力的作用下，产生弹性变形的原理制成的测压仪表。弹性式压力表根据测压范围的大小，有着不同的弹性元件。按弹性元件的形状结构，弹性压力计有四种主要的形式：弹簧管压力表、膜片压力表、膜盒压力表和波纹管压力表。

第22页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三各种不同的弹性元件第23页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三1.

弹簧管压力表弹簧管压力表的弹性感压元件是弹簧管。弹簧管有单圈弹簧管和多圈弹簧管。与之相应的压力表有单圈弹簧管压力表（简称弹簧管压力表）和多圈弹簧管压力表（又称螺旋管压力表）。弹簧管压力表是工业上应用最广泛的一种测压仪表，其中以单圈弹簧的应用最多。第24页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

弹簧管压力计可以直接测量蒸汽、油、水和气体等介质的表压力、负压和绝压，测量范围可以是－0.1～1500MPa。具有结构简单、使用方便、操作安全可靠。缺点是准确度不高，不适用于动态测量。第25页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

弹簧管压力计的结构图拉杆调整螺钉扇形齿轮弹簧管油丝中心齿轮仪表接头接仪表指针第26页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

弹簧管压力计的工作原理：测量压力时，被测压力的介质通过管接头进入弹簧管的内腔中。呈椭圆形的弹簧管截面在介质压力的作用下有变圆的趋势，弯成圆弧形的弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形，从而使弹簧管的自由端产生位移。但自由端的位移量很小，必须用一传动放大机构将位移量放大，以提高仪表的灵敏度。自由端位移的放大是借助于拉杆、扇形齿轮和中心齿轮来实现的。自由端位移带动拉杆，拉杆使扇形齿轮转动，驱动中心齿轮，从而指针指示出相应的被测压力。第27页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三2、多圈弹簧管压力表

1）单圈弹簧管压力表的自由端位移较小（2～15mm），灵敏度较低，只能直接指示用，为了提高压力表的灵敏度，使弹簧管获得最大位移，将弹性元件做成螺旋状的多圈弹簧管。第28页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三 3、工业压力表的选用压力检测仪表的正确选用主要包括确定仪表的型式、量程、范围、准确度和灵敏度、外形尺寸以及是否需要远传和具有其他功能，如指示、记录、调节、报警等。在符合工艺生产过程所提出的技术要求条件下，本着节约的原则合理地选用压力表，选用的依据主要有：

1）工艺生产过程对测量的要求，包括量程和准确度。在静态测试（或变化缓慢）的情况下，规定被测压力的最大值选用压力表满刻度值的三分之二；在脉动（波动）压力的情况下，被测压力的最大值选用压力表满刻度值的二分之一。第29页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

常用压力检测仪表的准确度等级有0.4级、1.0级、1.5级和2.5级4个级等，应从生产工艺准确度要求和最经济角度选用。仪表的最大允许误差是仪表的量程与准确度等级百分比的乘积，如果误差值超过工艺要求准确度，则需更换准确度高一级的压力仪表。

2）被测介质的性质，如状态（气体、液体）、温度、粘度、腐蚀性、法污程度、易燃和易爆程度等。如氧气表、乙炔表，带有“禁油”标志，专用于特殊介质的耐腐蚀压力表、耐高温压力表、隔膜压力表等。第30页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

3）现场的环境条件，如环境温度、腐蚀情况、振动、潮湿程度等。如用于振动环境条件的防震压力表。

4）适于工作人员的观测。根据检测仪表所处位置和照明情况选用表径（外形尺寸）不等的仪表。

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四、活塞式压力计：

第32页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

活塞式压力计是根据静力学的原理和帕斯卡定律，对于封闭的体系，作用于系统中各处的压力相等。封闭的系统中引入被测压力，用在已知面积上加重的方法与未知的压力相平衡时，被测压力就可由有效作用面积与作用重力直接计算出来。计算公式为p＝G/S式中：S——活塞的有效面积

G——砝码重量加活塞杆及承重盘的自重。1、活塞式压力计的工作原理和分类第33页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

从公式中可以看出，活塞有效面积愈小，所加的砝码产生的重力愈大则被测的压力就愈大。活塞压力即主要用于标准压力的量值传递。根据使用的工作介质的不同活塞式压力计可以分为油压式和气动式。在活塞和活塞筒间隙中用油的叫油压式，使用气体的叫气动式。气动式中以浮球式压力为常见。活塞式压力计的测量范围有：0.01～0.25MPa，0.04～0.6MPa，0.1～6MPa，1.0～60MPa，5.0～250MPa。第34页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三 2、油压活塞式压力计：第35页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三 3、浮球压力计第36页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三 4、活塞式压力计的使用：

1)要先调水平，检查油量和清洁程度，校验器排气。

2)在使用时工作介质不足时，可先关闭各接头处的阀门。打开油杯阀门，手轮反时针方向转动抽油，然后关闭油杯阀门，现将手轮转几圈后再打开接头阀门。

3)使用时活塞应升至工作位置，活塞带动专用砝码按每分钟30～60转的转速顺时针方向转动。第37页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三 4）加减砝码时，应避免突升突降，关闭活塞阀门，确认砝码加好后再打开活塞阀门。

5）活塞表面严禁用手抚摸。

6）专用阀门应配套使用。

7）不使用时应防止尘土、腐蚀和脏物堵塞。第38页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三五、电气式压力计 电气式压力计将被测压力转换成各种电量进行测量。电气式压力测量仪表种类很多，国产的电气式压力计中最常见的是DDZ－Ⅱ和DDZ－Ⅲ型压力传感器。DDZ－Ⅱ压力传感器是将被测压力转换成0～10mA的电流信号，DDZ－Ⅲ是将被测压力转换成4－20mA或1～5mA的直流电信号输出。现在日常生产中用的较多的是DDZ－Ⅲ型（压力）差压变送器。第39页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

第二节温度测量仪表 一、基本概念

1、温度和温标 温度是表征物体冷热程度的物理量。 用来衡量温度高低的标尺叫温度标尺简称温标。它规定温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。各种温度计的刻度尺均由温标确定。国际上温标的种类很多，如摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。热力学温标和摄氏温标是我国的法定温度计量单位。第40页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

热力学温标用开尔文表示，单位符号为K。它规定分子运动停止时的温度为绝对零度。摄氏温标用摄氏度表示，单位符号为℃。它规定标准大气压下冰的融点为零摄氏度（0℃），水的沸点为100摄氏度（100℃）在0℃和100℃之间分为100等分，每等分为1摄氏度。热力学温标和摄氏温标的换算关系是：T＝273.15＋t第41页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三 2、测温仪表的分类 温度是一个重要的物理量，但它不能直接进行测量，而是借助于物质的一些随温度变化的而变化的性质来间接测量。根据测量的方法不同测温仪表通常分为接触式和非接触式两种。温度测量仪表的分类见下图：第42页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

第43页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

二、膨胀式温度计 根据物体热胀冷缩的原理制成的温度计统称为膨胀式温度计。常见的膨胀式温度计有玻璃液体温度计、压力式温度计和双金属温度计等。

1、玻璃液体温度计

1）结构及工作原理 玻璃液体温度计的结构如下图示：由液体玻璃温包（1）、毛细管（2）和刻度尺（3）三部分构成。第44页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

常用的玻璃温度计按内装的液体的不同可分为水银和有机液体玻璃温度计。按照结构不同分为：透明棒式温度计、内标尺温度计和外标尺温度计三种。按照用途分为：工业用、实验用、标准玻璃液体温度计和电接点玻璃液体温度计。第45页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三 2)液体膨胀式温度计的分度值和测量范围

3）玻璃液体温度计使用时应注意的问题：1)零点位移；2)标尺位移；3）液柱断裂4）浸没深度变化；5）读数的方法。第46页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三 2、压力式温度计

1）压力式温度计是基于液体受热膨胀和气体受热压力变化的原理制成的测温仪表，由于其检测部分均采用弹簧管压力计所以叫压力表式温度计。 压力表式温度计由感温包、传压元件毛细管和变形元件弹簧管等组成的封闭系统，系统内充填的工作物质可以是气体、液体或低沸点液体的饱和蒸气等。测温时置于被测介质中，温包内的工作物质因温度的升高体积膨胀而导致压力增大，压力变化转换成指针的位移指示出相应的温度。第47页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三2）压力表式温度计使用中的注意问题：A。温包插入的深度；B。环境温度变化的影响；C。安装的高度；D。大气压力的变化的影响。第48页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三 3、双金属温度计 双金属温度计是根据金属的长度是随温度的变化而变化的性质制成的。双金属温度计的感温元件是两片线膨胀系数不同的金属叠焊在一起制成的。双金属片受热后，由于两种金属的膨胀长度不同而产生弯曲，温度越高产生的线膨胀长度差越大，弯曲的角度越大。t0t>t0第49页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三

为了使变形显著，常将双金属片做成螺旋形。如下图示：第50页，