第五章 压力测量1

第五章压力测量基本教学内容压力的基本概念液柱式压力计

U型管压力计、单管压力计、斜管式微压计弹性式压力计弹簧管式、膜片（盒）式、波纹管式电气式压力测量电容式压力压差变送器、霍尔压力变送器、压电式压力传感器、固体压阻式压力压差传感器压力检测仪表的选择与校验

压力

垂直作用于物体表面上的力压强

垂直作用于单位面积物体表面上的力在建筑环境与设备的测试中，并不严格区分压力和压强。通常所说的压力实际上是指压强。压差测量两个压力之差称压差表压力

压力仪表指示的压力值

缺省情况下，所说的压力值即指表压力表压力可正可负，为负时其绝对值称为真空度。第一节概述PJPBPZ一、基本概念帕(Pa)

N/m2，国际单位兆帕(MPa)106Pa工程大气压，kgf/cm2，98070Pa约等于一个大气压（1.013e+5Pa)，“自来水压头是5公斤”，用的就是这个单位。mmH2O，9.81PammHg

，133Pa压力单位二．压力测量仪表的分类1．液柱式压力计2．弹性式压力计3．电气式压力计4．活塞式压力计第二节液柱式压力计分类U型管压力计单管压力计斜管式微压计特点：结构简单，使用方便，准确度比较高，常用于测量低压、负压、差压。缺点：体积大，读数不方便，玻璃管易损坏。一．U型管压力计假设被测的介质为气体，可忽略被测介质的高度形成的静压值。根据流体静力学原理可得：U型管内径一般为5-20mm，为了减少毛细现象管子内径一般不少于10mm，P2P1U型管h1h20二．单管式压力计

因为A1、A2为常数，这样可通过一次读数进行压差测量。当A2/A1很小时，h1可忽略，公式简化为：

PdPx直管h1h2三、斜管式微压计P1P2斜管h1h2L主要用于测量微小的压力、负压和压差。为了减少读数的相对误差，拉长液柱，将测量管倾斜放置。

四．液柱式压力计的测量误差及其修正1．环境温度变化的影响及修正对于一般的工业测量，主要考虑工作液密度变化对压力测量的影响。修正公式为：2.

重力加速度变化的影响及修正标准重力加速度下的工作液柱高度使用地点的工作液柱高度3．毛细现象的影响为了减少该误差，通常要求测量管的内径一般不小于10mm。问题？斜管式微压计用水作介质，可以吗？液柱式压力计，水作工作介质，为了便于读数，在水中加入红墨水，可以吗？斜管式微压计，测量时看不到液柱，是怎么回事？第三节弹性式压力计

1、概述原理：弹性压力表是利用各种不同形状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特点：结构简单、牢固可靠、测压范围广、使用方便、造价低廉、有足够的精度，可远传常用弹性压力表：弹簧管式膜片（盒）式波纹管式二．弹性元件及其特性1．膜片：使用时周边夹紧，测低压、微压。将两块膜片沿周边对焊起来，形成一膜盒，膜盒式微压计通常用于测量炉膛和烟道尾部负压。精度等级为2.5，最高可达1.5级。PxPxPxPx平薄片波纹片膜盒2．波纹管：开口端固定，封闭端的位移作为输出，由于波纹管的位移相对较大，故灵敏度高，常用于测量较低的压力（1.0-106Pa）精度等级1.5级。Px3．弹簧管：单圈弹簧管多圈弹簧管二．弹性元件及其特性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度增大，自由端向管子伸直的方向运动。对应的几何分析如下：弹簧管是怎样产生形变的呢？两式相减:因为：可得:R1R2弹簧管在量程范围内自由端的位移一般为7-8o，弹簧管作成多圈时，自由端的位移可达45o。弹簧管的自由端的位移可通过杠杆机构带动指针转动，这种机构的指针最大转角为180o，通常作成90度的回转角。最常用的传动机构为杠杆—扇形齿轮机构，可使指针转动270o。弹簧管压力计弹簧管压力计弹簧管压力计电接点压力表：

不仅可实现压力的测量，而且可实现压力的报警和控制。第四节电气式压力检测一．位移式压力压差变送器：将弹性元件的位移转变成电信号。1．电容式压力压差变送器：采取差动电容方式。膜片d7.5—75，δ0.05—0.2，maxΔd=0.1mm。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合。由C1、C2可得设测量膜片在Δp作用下的位移Δd，Δd=k1Δp。1电容式压力压差变送器2．霍尔压力变送器（1）霍尔效应：把半导体单晶薄片置于磁场B中，如果在它的两个纵向面上通以一定大小的电流，则在晶体的两个横向端面之间出现电势UH，叫霍尔效应，产生的电势称为霍尔电势。灵敏度常数(2)霍尔电势的产生：将固定在弹性元件上的霍尔片放置在一非均匀磁场中，在这区间，磁场强度具有均匀的梯度，当霍尔片在弹性元件的带动下偏离正中位置，通过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产生。注意：①RH受温度影响较大，在实际当中常采用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。②要注意减少由于霍尔片两电极不对称焊接引起的不等位电势，因不等位电势的存在，使霍尔片处于正中时，电势输出不为0。

霍尔电势二．压电式压力传感器压电效应：压电材料在受压时会在其表面产生电荷，产生的电荷量与所受的压力成正比。压电材料：单晶体，例如石英、酒石酸钾钠等多晶体，例如压电陶瓷，在没有极化之前，因各单晶体的压电效应都互相抵消表现为电中性，为此必须对压电陶瓷先进行极化处理，经极化处理的压电陶瓷具有非常高的压电系数，为石英的几百倍。特点：结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可靠，具有线性度高量程范围大等优点。缺点：但是由于产生的电荷量少，因此后续需加高阻抗的直流放大器。由于晶体边缘上存在漏电现象，因此不能用于稳态测量。压电式压力传感器结构二．压电式压力传感器三．固体压阻式压力压差传感器1．原理：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。电阻的电阻率发生变化也将引起电阻阻值的变化。分类：①应变片：受压时，电阻的尺寸L、S发生变化，引起电阻的变化。

②半导体扩散硅：在压力的作用下，电阻率发生变化。通常半导体扩散硅电阻变化的灵敏度要远远高于应变片，大约为100倍。公式：2．膜片的应力分析其膜片受到从下向上的压力时，中