自动检测技术压力测量.pptx
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和压强。通常所说的压力实际上是指压强压强。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，缺省情况下，所说的压力值即指表压力所说的压力值即指表压力 表压力表压力可正可负，为负时其绝对值称为可正可负，为负时其绝对值称为真空度真空度。第一节 概述PJPBPZ一、基本概念第1页/共40页帕(Pa)N/m2，国际单位兆帕(MPa)106Pa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)，“自来水压头是自来水压头是5公斤公斤”，用的，用的就是这个单位。就是这个单位。mmH2O，9.81 PammHg，133 Pa压力单位第2页/共40页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3页/共40页第二节 液柱式压力计v分类U型管压力计单管压力计斜管式微压计v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。v缺点：体积大，读数不方便，玻璃管易损坏。第4页/共40页一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第5页/共40页二单管式压力计 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第6页/共40页三、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。第7页/共40页第8页/共40页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第9页/共40页3 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10mm10mm。问题？1.斜管式微压计用水作介质，可以吗？2.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？3.斜管式微压计，测量时看不到液柱，是怎么回事？第10页/共40页第三节 弹性式压力计1 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）式波纹管式第11页/共40页第12页/共40页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平薄片波纹片膜盒第13页/共40页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第14页/共40页 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第15页/共40页 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。弹簧管压力计第16页/共40页弹簧管压力计第17页/共40页弹簧管压力计第18页/共40页电接点压力表：不仅可实现压力的测量，而且可实现压力的报警和控制。第19页/共40页第四节 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d7.575，0.050.2，maxd=0.1mm。第20页/共40页特点：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p作用下的位移d，d=k1p。1电容式压力压差变送器第21页/共40页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。灵敏度常数第22页/共40页(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。第23页/共40页注意：RH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。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。霍尔电势第24页/共40页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。第25页/共40页v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。v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第26页/共40页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：应变片：受压时，电阻的尺寸L、S发生变化，引起电阻的变化。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100100倍。公式：第27页/共40页2 2膜片的应力分析 其膜片受到从下向上的压力时，中心区受拉应力（假设应力为正），周边区受压应力（应力为负），在R=0处应力达到正的最大值，而在大约距中心60%的地方应力为0。第28页/共40页注意：供给桥路的电流要恒定，即为一恒流源。输出电压为10-10010-100多毫伏，后续一般要加电压放大电路。3电阻分布及测量桥路优点：温度补偿，使输出信号加倍。第29页/共40页第五节 压力检测仪表的选择与校验一压力检测仪表的选择 测压范围，被测介质的物理化学性质，测试精度要求。1.仪表量程选用为保证安全性，压力较稳定时，最大工作压力不超过仪表量程的3/4，压力波动较大时，最大工作压力不超过仪表量程的2/3。为保证准确度，最小工作压力不低于满量程的1/3。第30页/共40页2仪表精度的选择v 根据在测量时允许的最大测量误差选择仪表，可根据仪表的精度等级算出用该仪表测量可能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，只要满足测量精度要求即可。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，精密表精度系列，精密表 0.1,0.16,0.25,0.4 工业表工业表 1.0,1.5,2.5第31页/共40页例题：有一压力容器，压力范围有一压力容器，压力范围0.40.6MPa，压力，压力变化速度较缓，不要求远传。试选择压力仪表变化速度较缓，不要求远传。试选择压力仪表（给出量程和精度等级）测量该压力，测量误（给出量程和精度等级）测量该压力，测量误差不大于被测压力的差不大于被测压力的4%。根据最大工作压力根据最小工作压力被测压力的最大示值绝对误差所选仪表的基本误差所以可选择量程范围为01.0MPa弹簧管压力表可选择1.5级的压力表第32页/共40页3仪表类型选择被测介质压力大小，被测介质的性质，例如，氧气、乙炔都有专门的测量仪表，对腐蚀性介质要采用不锈钢或其他耐腐蚀的材料，对仪表输出信号的要求，例如是否需要为电信号，使用环境。第33页/共40页二压力表的安装气气上部上部 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，防汽气汽液1取压口的选择第34页/共40页取压口位置 稳定无涡流区（直线管段，避开拐弯、分叉等直线管段，避开拐弯、分叉等）。除了被测介质以处，不接触其它物质不易堵塞取压孔形状 孔径要小要与壁面垂直孔口应无毛刺1取压口的选择第35页/共40页2导压管的敷设为了使导压管正确传递压力或压差，应作到：导压管长度小于50m50m，内径为6-10mm6-10mm。对于水平敷设，导压管要有1:101:101:201:20的坡度，测量液体介质时下坡，测量气体介质时上坡。3 3当被测介质易冷凝或冻结，必须加装伴热管后再行保温；当测量腐蚀性介质时，应加装隔离罐；当测量高温蒸气压力时，应加装冷凝盘管；测量含尘气体时，应加装灰尘捕集器；测量高于6060度的介质时，应加装环行圈；二压力表的安装第36页/共40页4 4当测量液体压力时，在导压管系统最高处应安装集气瓶；当测量气体压力有可能有液体冷凝时，在导压管系统最低处应加装水分离器；当被测介质有可能产生沉淀时，应在仪表前安装沉降器。5 5取压口与压力表之间应加装隔离阀。6 6在测量较小压力时，若仪表与取压口不在同一水平高度，则应对测压进行校正。二压力表的安装第37页/共40页三压力表的校验活塞式静重压力计第38页/共40页 1 1工作原理：加压泵压缩活塞内的介质，使其具有压力P P，这个压力作用到活塞的有效面积F F上形成向上的作用力FPFP，当此力与活塞、承重盘、砝码的总重量G G平衡时，那么介质的压力P=G/FP=G/F，F F为有效面积，计算公式为：v其中，R R为活塞半径，h h为活塞与活塞缸之间的径向间隙。活塞压力计的有效面积在铭牌或检定书上给出，一般为1cm1cm2 2、0.1cm0.1cm2 2。注意：活塞与活塞缸、承重盘、砝码必须配套使用，不能与其他压力计互换。三压力表的校验第39页/共40页感谢您的观看！第40页/共40页
