建筑环境测试技术之5压力测量教学内容.ppt
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1、建筑建筑环境境测试技技术之之5 5压力力测量量压力压力 垂直作用于物体表面上的力垂直作用于物体表面上的力压强压强 垂直作用于单位面积物体表面上的力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力和压强。通常所说的压力实际上是指压强压强。压差压差 测量两个压力之差称压差测量两个压力之差称压差表压力表压力 压力仪表指示的压力值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
2、一节第一节 概述概述PJPBPZ一、基本概念一、基本概念 表压、绝对压力、真空度、大气压力间的关系帕帕(Pa)N/m2,国际单位,国际单位兆帕兆帕(MPa)106Pa工程大气压,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),“自来水压自来水压头是头是5公斤公斤”,用的就是这个单位。,用的就是这个单位。mmH2O,9.81 PammHg,133 Papsi,6895Pa压力单位压力单位 压力测量方法平衡法平衡法 使用重力平衡压力,测量重力,推算压力。变形法变形法 在压力作用之下弹性元件发生变形,测量变形量,推算压力 电气法电气法 在压力作
3、用之下材料的某种电性质发生变化,测量 该电量,推算压力 第二节第二节 液柱式压力计液柱式压力计v分类分类U型管压力计型管压力计the U-shaped tube单管压力计单管压力计斜管式微压计斜管式微压计v特点特点:结构简单,使用方便,:结构简单,使用方便,准确度比较高,常用于测量低准确度比较高,常用于测量低压、负压、差压。压、负压、差压。v缺缺点点:体体积积大大,读读数数不不方方便便,玻璃管易损坏。玻璃管易损坏。常用的工作液:水银、水、酒精。当被常用的工作液:水银、水、酒精。当被测压强或压强差很小,且流体是水时,测压强或压强差很小,且流体是水时,还可用甲苯、氯苯、四氯化碳等作为指还可用甲苯、
4、氯苯、四氯化碳等作为指示液。示液。一一U型管压力计型管压力计假假设设被被测测的的介介质质为为气气体体,可可忽忽略略被被测测介介质质的的高高度度形形成成的的静静压压值。根据流体静力学原理可得:值。根据流体静力学原理可得:U U型管内径一般为型管内径一般为5-20mm5-20mm,为了减少毛细现象管子内径为了减少毛细现象管子内径一般不少于一般不少于10mm10mm,读数精度,读数精度1mm1mmP2P1U型管h1h20二二单管式压力计单管式压力计 因因为为A A1 1、A A2 2为为常常数数,这这样样可可通通过过一一次次读读数数进进行行压压差差测测量量。当当A A2 2/A/A1 1很很小小时时
5、,h h1 1可可忽忽略略,公公式式简化为:简化为:PdPx直管h1h2特点结构一定,且结构一定,且A A1 1,A A2 2一定时,可直接读一定时,可直接读h h2 2得出压力值得出压力值(无需两次读数无需两次读数)误差与误差与A A2 2/A/A1 1有关,有关,A A2 2/A/A1 1远小于远小于0.0010.001时,时,误差误差1%1%三、三、斜管式压力计斜管式压力计P1P2斜管h1h2L主要用于测量微小的压力、负压和压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,拉长差。为了减少读数的相对误差,拉长液柱,将测量管倾斜放置。液柱,将测量管倾斜放置。有关斜管微压计有关斜
6、管微压计u倾斜角度越小,倾斜角度越小,L越长,测量灵敏度就越长,测量灵敏度就越高;但不可太小,否则液柱易冲散,越高;但不可太小,否则液柱易冲散,读数较困难,误差增大,不能小于读数较困难,误差增大,不能小于15。u这种斜管液柱式压力计测量范围通常这种斜管液柱式压力计测量范围通常为为02000Pa,且可以测量到,且可以测量到0.98Pa的微的微压,为进一步提高微压计的精确度,应压,为进一步提高微压计的精确度,应选用密度小的酒精作为工作液体。选用密度小的酒精作为工作液体。微差压强计Micromanometer压差计内装有两种密度相近且不互压差计内装有两种密度相近且不互溶的指示液溶的指示液A A 和和
7、C C而指示液而指示液C C与被测与被测流体流体B B亦应不互溶。亦应不互溶。为了读数方便为了读数方便U U管的两侧臂顶端各装管的两侧臂顶端各装有扩大室,俗称有扩大室,俗称“水库水库”。扩大室。扩大室的截面积要比的截面积要比U U管的截面积大得多,管的截面积大得多,使使U U管内指示液管内指示液A A的液面差的液面差R R很大,但很大,但两扩大室内的指示液两扩大室内的指示液C C的液面变化却的液面变化却很微小,可以认为维持等高。很微小,可以认为维持等高。压差很小时,为扩大读数压差很小时,为扩大读数R R,减小相对误,减小相对误差,可通过减少差,可通过减少A A,B B液体密度差来实现。液体密度
8、差来实现。故可用此种方法来实现微小压差的测量。故可用此种方法来实现微小压差的测量。工业上采用石蜡油工业上采用石蜡油-工业酒精组对工业酒精组对实验室采用苄醇实验室采用苄醇-氯化钙溶液组对氯化钙溶液组对补偿式微压计补偿式微压计四液柱式压力计的测量误差及其修正四液柱式压力计的测量误差及其修正1 1环境温度变化的影响及修正环境温度变化的影响及修正 对对于于一一般般的的工工业业测测量量,主主要要考考虑虑工工作作液液密密度度变变化化对对压压力力测测量量的的影影响响。修修正正公公式式为:为:2.2.重力加速度变化的影响及修正重力加速度变化的影响及修正3毛细现象的影响表面弯月型,通过加大管径来消除 酒精:d3
9、mm,水银:d3mm 标准重力加速度标准重力加速度下的工作液柱高下的工作液柱高度度使用地点的工使用地点的工作液柱高度作液柱高度问题?问题?1.斜管式微压计用水作介质,可以吗?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?数,在水中加入红墨水,可以吗?3.斜管式微压计,调零时,总调不到,可能的斜管式微压计,调零时,总调不到,可能的原因是什么?原因是什么?4.斜管式微压计,测量时看不到液柱,是怎么斜管式微压计,测量时看不到液柱,是怎么回事?回事?五、液柱式压强计使用注意事项五、液柱式压强计使用注意事项
10、液柱式压强计虽然构造简单、使用方便、测量准确度高,但耐压程度差、测量范围小、容易耐压程度差、测量范围小、容易破碎,其示值与工作液体密度有关破碎,其示值与工作液体密度有关,因此在使用中必须注意以下几点:(1)若取压点不在同一水平面,用液柱式压强计测量压强差时,必须考虑取压点的位能。如图 设取压点1、2相对与某基准面的垂直距离分别为z1、z2,则有(2)被测压强不能超过仪表测量范(3)正确选择充液介质 测低压充低密度介质(可使h大)测高压充高密度介质(否则冒顶)要避免充液与被测介质有化学反应(4)液柱压强计安装位置应避开过热、过冷及有震动的地方。并应竖直安装,防止带来附加误差。一般,冬天常在水中加
11、入少许甘油或者采用酒精、甘油、水的混合物作为工作液以防冻结。(5)液体的毛细现象(6)保持测量管和刻度标尺的清晰,定期更换工作液。经常检查是否有泄漏现象。(7)测量瞬时值不得超过量程。液柱式压力计封液封液 水,酒精,四氯化碳,水银 优点优点 可测微压 简单可靠、准确度高 缺点缺点 不能测过高压力 测量结果难以转成电量,因而难以远传、自动记录和用于动态测量 第三节第三节 弹性式压力计弹性式压力计原理:原理:弹性压力表是利用各种不同形状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生弹性变形制成的测压仪表特点:特点:结构简单
12、、牢固可靠、测压范围结构简单、牢固可靠、测压范围广、使用方便、造价低廉、有足够的精广、使用方便、造价低廉、有足够的精度,可远传度,可远传常用弹性压力表:常用弹性压力表:弹簧管式弹簧管式膜片(盒)式膜片(盒)式波纹管式波纹管式二弹性元件及其特性二弹性元件及其特性1 1膜膜片片:使使用用时时周周边边夹夹紧紧,测测低低压压、微微压压。将将两两块块膜膜片片沿沿周周边边对对焊焊起起来来,形形成成一一膜膜盒盒,膜膜盒盒式式微微压压计计通通常常用用于于测测量量炉炉膛膛和和烟烟道道尾尾部部负负压压。精精度度等等级级为为2.52.5,最最高高可可达达1.51.5级。级。平膜片平膜片 波纹膜片波纹膜片 波纹管波纹
13、管2 2波波纹纹管管:开开口口端端固固定定,封封闭闭端端的的位位移移作作为为输输出出,由由于于波波纹纹管管的的位位移移相相对对较较大大,故故灵灵敏敏度度高高,常常用用于于测测量量较较低低的的压压力力(1.0-1.0-10106 6PaPa)精度等级)精度等级1.51.5级。级。Px3 3弹簧管弹簧管:单圈弹簧管单圈弹簧管 多圈弹簧管多圈弹簧管 假假设设被被测测压压力力大大于于外外界界大大气气压压力力,产产生生短短轴轴变变长长,长长轴轴变变短短的的弹弹性性形形变变,使使管管子子在在弯弯曲曲方方向向上上的的刚刚度度增增大大,自自由由端端向向管管子子伸伸直直的的方方向向运运动动。对对应的几何分析如下
14、:应的几何分析如下:弹簧管是怎样产生形变的呢?弹簧管是怎样产生形变的呢?两式相减两式相减:因为:因为:可得可得:R1R2均匀壁厚圆形弹簧管不可用均匀壁厚圆形弹簧管不可用 弹弹簧簧管管在在量量程程范范围围内内自自由由端端的的位位移移一一般般为为7-87-8o o,弹弹簧簧管管作作成成多多圈圈时时,自自由由端端的的位位移移可可达达4545o o。弹弹簧簧管管的的自自由由端端的的位位移移可可通通过过杠杠杆杆机机构构带带动动指指针针转转动动,这这种种机机构构的的指指针针最最大大转转角角为为180180o o,通通常常作作成成9090的的回回转转角角。最最常常用用的的传传动动机机构构为为杠杠杆杆扇扇形齿
15、轮机构形齿轮机构,可使指针转动,可使指针转动270270o o。特点特点弹簧管压力计结构简单,使用方便,测弹簧管压力计结构简单,使用方便,测压范围宽,目前工业测量中应用最广泛压范围宽,目前工业测量中应用最广泛可测负压、正压、高压可测负压、正压、高压一般弹簧管压力计的测压范围为一般弹簧管压力计的测压范围为105109Pa,精度度最高可达,精度度最高可达0.1%。滞后效应影响较大,选择弹性特性好的滞后效应影响较大,选择弹性特性好的材料材料温度变化直接影响弹性元件的特性温度变化直接影响弹性元件的特性第四节第四节 电气式压力检测电气式压力检测一位移式压力压差变送器:一位移式压力压差变送器:将弹性元件的
16、位移转变成将弹性元件的位移转变成电信号。电信号。1 1电电容容式式压压力力压压差差变变送送器器:采采取取差差动动电电容容方方式式。膜膜片片d7.5d7.575mm75mm,0.050.050.2mm0.2mm,maxd=0.1mmmaxd=0.1mm。特特点点:灵灵敏敏度度高高、精精度度高高,精精度度可可达达0.20.2、0.250.25,稳稳定定可可靠靠。尤尤适适用于测高静压微压差的场合。用于测高静压微压差的场合。2霍尔压力变送器霍尔压力变送器 (1 1)霍霍尔尔效效应应:把把半半导导体体单单晶晶薄薄片片置置于于磁磁场场B B中中,如如果果在在它它的的两两个个纵纵向向面面上上通通以以一一定定
17、大大小小的的电电流流,则则在在晶晶体体的的两两个个横横向向端端面面之之间间出出现现电电势势U UH H,叫叫霍霍尔尔效效应应,产产生生的的电电势势称称为霍尔电势。为霍尔电势。灵敏度常数灵敏度常数(2)(2)霍尔电势的产生霍尔电势的产生:将将固固定定在在弹弹性性元元件件上上的的霍霍尔尔片片放放置置在在一一非非均均匀匀磁磁场场中中,在在这这区区间间,磁磁场场强强度度具具有有均均匀匀的的梯梯度度,当当霍霍尔尔片片在在弹弹性性元元件件的的带带动动下下偏偏离离正正中中位位置置,通通过过霍霍尔尔片片的的磁磁场场强强度度发发生生变变化化,霍霍尔尔片片就就有有正正比比于于位位移移的的霍霍尔尔电电势产生。势产生
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