第五章压力测量32726.ppt
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1、热工仪表及测量技术孟献丰主讲第五章第五章 压力测量压力测量 第一节第一节 概述概述 压压力力是是重重要要的的热热工工参参数数之之一一,正正确确测测量量和和控控制制压压力力对对保保证证生生产产工工艺艺过过程程的的安安全全性性和和经经济济性性有有重重要要意意义义。压压力力及及差差压压的的测量还广泛地应用在流量和液位的测量中。测量还广泛地应用在流量和液位的测量中。垂垂直直作作用用在在单单位位面面积积上上的的力力称称压压力力。在在国国际际单单位位制制(SI)和和我我国国法法定定计计量量单单位位中中,压压力力的的单单位位是是“帕帕斯斯卡卡”,简称简称“帕帕”,符号为,符号为“Pa”。即即1N力垂直均匀作
2、用在力垂直均匀作用在1m2的面积上所形成的压力值为的面积上所形成的压力值为1Pa。第五章第五章 压力测量压力测量 过过去去采采用用的的压压力力单单位位“工工程程大大气气压压力力”(kgf/cm2)、“毫毫米米汞汞柱柱”(mmHg)、“毫毫米米水水柱柱”(mmH2O)、“物物理理大大气气压压”(atm)、“巴巴”(bar)、“PSI”等等均均应应改改成成法法定定计计量单位帕。量单位帕。1 kgf/cm2=0.9807105Pa1mmH2O=0.980710Pa1 mmHg=1.332102Pa1atm=1.01325105Pa1bar=105Pa 1PSI=6.89103Pa第五章第五章 压力测
3、量压力测量 一、压力几种不同表示方法:一、压力几种不同表示方法:(1)绝绝对对压压力力 指指作作用用于于物物体体表表面面积积上上的的全全部部压压力力,其其零零点点以以绝绝对对真真空空为为基准基准,又称总压力又称总压力,一般用大写符号一般用大写符号P表示。表示。(2)大气压力大气压力 指地球表面上的空气柱重量所产生的压力指地球表面上的空气柱重量所产生的压力,以以P0表示。表示。(3)表表压压力力 绝绝对对压压力力与与大大气气压压力力之之差差,一一般般用用p表表示示。测测压压仪仪表表一一般般指指示的压力都是表压力示的压力都是表压力,表压力又称相对压力。表压力又称相对压力。当当绝绝对对压压力力小小于
4、于大大气气压压力力,则则表表压压力力为为负负压压,负负压压又又可可用用真真空空度度表表示示,负压的绝对值称为真空度。如测炉膛和烟道气的压力均是负压。负压的绝对值称为真空度。如测炉膛和烟道气的压力均是负压。(4)差差压压 任任意意两两个个压压力力之之差差称称为为差差压压。如如静静压压式式液液位位计计和和差差压压式式流流量量计就是利用测量差压的大小知道液位和流体流量的大小。计就是利用测量差压的大小知道液位和流体流量的大小。第五章第五章 压力测量压力测量 二、压力检测方法二、压力检测方法1.平平衡衡法法:通通过过仪仪表表使使液液柱柱高高度度的的重重力力或或砝砝码码的的重重量量与与被被测压力相平衡的原
5、理测量压力测压力相平衡的原理测量压力2.弹弹性性法法:利利用用各各种种形形式式的的弹弹性性元元件件,在在被被测测介介质质的的表表压压力或负压力作用下产生的弹性变形来反映被测压力的大小力或负压力作用下产生的弹性变形来反映被测压力的大小3.电电气气式式:用用压压力力敏敏感感元元件件直直接接将将压压力力转转换换成成电电阻阻、电电荷荷量等电量的变化量等电量的变化第五章第五章 压力测量压力测量 三、压力测量仪表的分类三、压力测量仪表的分类u压力传感器从其原理及结构可分为:压力传感器从其原理及结构可分为:液柱式、机械式及电气式液柱式、机械式及电气式u测量压力的仪表,按信号原理不同,大致可分为四类:测量压力
6、的仪表,按信号原理不同,大致可分为四类:液柱式液柱式:根据流体静力学原理,把被测压力转换成液柱高度;:根据流体静力学原理,把被测压力转换成液柱高度;机械式机械式:根据弹性元件受力变形的原理,将被测压力转换成位移;:根据弹性元件受力变形的原理,将被测压力转换成位移;电气式电气式:将被测压力转换成各种电量,如电感、电容、电阻、电:将被测压力转换成各种电量,如电感、电容、电阻、电位差等,依据电量的大小实现压力的间接测量;位差等,依据电量的大小实现压力的间接测量;活塞式活塞式:根据水压机液体传送压力的原理,将被测压力转换成活:根据水压机液体传送压力的原理,将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量。
7、塞面积上所加平衡砝码的质量。第五章第五章 压力测量压力测量 第二节第二节 液柱式压力计液柱式压力计 u利用液柱对液柱底面产生的静压力与被测压力相平衡的利用液柱对液柱底面产生的静压力与被测压力相平衡的原理原理,通过液柱高度来反映被测压力的大小。通过液柱高度来反映被测压力的大小。u采用水银或水为工作液,用采用水银或水为工作液,用U形管或单管进行测量,常用于低形管或单管进行测量,常用于低压、负压或压力差的检测。压、负压或压力差的检测。u被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、风道各段压力、通被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、风道各段压力、通风空调系统各段压力的测量。风空调系统各段压力的测量。u优点
8、:优点:结构简单,使用方便,有相当高的准确度,在本专业中结构简单,使用方便,有相当高的准确度,在本专业中应用很广泛。应用很广泛。u缺点:缺点:量程受液柱高度的限制,体积大,玻璃管容易损坏及读量程受液柱高度的限制,体积大,玻璃管容易损坏及读数不方便。数不方便。第五章第五章 压力测量压力测量 一、一、U形管压力计形管压力计P=P1P2=g(h1+h2)提提高高工工作作液液密密度度将将增增加加压压力力的的测测量量范范围围,但但灵灵敏敏度度要要降降低。低。第五章第五章 压力测量压力测量 图所示的U形管内装有一定数量的液体,U形管一侧通压力p1,另一侧通压力p2。当p1=p2时,左右两管液体高度相等。当
9、p1大于p2时,两边管内液面便会产生高度差。根据液体静力学原理可知:p=p1-p2=gh 式中为U形管内液体的密度。当P2=B时,P1=B+gh h反映了被测压力的大小。第五章第五章 压力测量压力测量 二、单管压力计二、单管压力计 由于由于U形管压力计需两次读取液面形管压力计需两次读取液面高度,为使用方便,设计出一次高度,为使用方便,设计出一次读取液面高度的单管压力计。读取液面高度的单管压力计。因因则则故故由于由于 Dd,所以,所以 P=gh2第五章第五章 压力测量压力测量 三、斜管微压计三、斜管微压计 主要用于测量微小压力、负压和压差,它将单管液柱主要用于测量微小压力、负压和压差,它将单管液
10、柱压力计的测量管倾斜放置,这样可以提高灵敏度,减少读压力计的测量管倾斜放置,这样可以提高灵敏度,减少读数相对误差。数相对误差。第五章第五章 压力测量压力测量 倾倾斜斜角角度度越越小小,l越越长长,测测量量灵灵敏敏度度就就越越高高;但但不不可可太太小小,否否则则液液柱柱易易冲冲散散,读读数数较较困困难难,误误差增大,不能小于差增大,不能小于15。这这种种倾倾斜斜管管液液柱柱式式压压力力计计可可以以测测量量到到0.98Pa的的微微压压。为为了了进进一一步步提提高高微微压压计计的的精精确确度度,应应选选用密度小的酒精作为工作液体。用密度小的酒精作为工作液体。第五章第五章 压力测量压力测量 四、液柱式
11、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.环境温度变化环境温度变化2.重力加速度变化重力加速度变化3.毛细管现象毛细管现象第五章第五章 压力测量压力测量 第三节第三节 弹性式压力计弹性式压力计 用用弹弹性性传传感感器器(又又称称弹弹性性元元件件)组组成成的的压压力力测测量量仪仪表表称称为为弹弹性性式式压压力力计计。弹弹性性元元件件受受压压后后产产生生的的形形变变输输出出(力力或或位位移移),可可以以通通过过传传动动机机构构直直接接带带动动指指针针指指示示压压力力(或或压压差差),也也可可以以通通过过某某种种电电气气元件组成变送器,实现压力(或压差)信号的远传。元件组成变送器
12、,实现压力(或压差)信号的远传。第五章第五章 压力测量压力测量 1 弹性元件弹性元件 采采用用不不同同材材料料、不不同同形形状状的的弹弹性性元元件件作作为为感感压压元元件件,可可以以适适用用于于不不同同场场合合、不不同同范范围围的的压压力力测测量量。目目前前广广泛泛使使用用的的弹弹性性元元件件有有弹弹簧簧管管、波波纹纹管管和和膜膜片片等等。图图给给出出了了一一些些常常用用弹弹性性元元件件的的示示意意图。图。第五章第五章 压力测量压力测量 第五章第五章 压力测量压力测量 测压原理:测压原理:弹性元件在弹性限度内受压后会产生弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形,变形大小与被测压力成正比关系。变形,
13、变形大小与被测压力成正比关系。F:轴向外力;轴向外力;A:弹性元件承受压力的有效面积;弹性元件承受压力的有效面积;P:被测压力;被测压力;C:弹性元件的刚度系数;弹性元件的刚度系数;X:弹性元件的形变位移。弹性元件的形变位移。第五章第五章 压力测量压力测量 1).膜片膜片u按剖面形状分为平膜片和波纹膜片按剖面形状分为平膜片和波纹膜片u可与其他转换元件合用可与其他转换元件合用u电容式压力传感器电容式压力传感器u光纤式压力传感器光纤式压力传感器u力矩平衡式压力变送器力矩平衡式压力变送器2).波纹管波纹管u优点:灵敏高,可测较低压力优点:灵敏高,可测较低压力u缺点:迟滞误差较大,精度一般只有缺点:迟
14、滞误差较大,精度一般只有1.5级级第五章第五章 压力测量压力测量 第五章第五章 压力测量压力测量 3).弹簧管弹簧管 截面为非圆形(椭圆形截面为非圆形(椭圆形或扁圆形),并弯成圆弧或扁圆形),并弯成圆弧状的空心管子状的空心管子 一端为封闭(自由端),一端为封闭(自由端),一端为开口(固定端)一端为开口(固定端)第五章第五章 压力测量压力测量 2.弹簧管压力表弹簧管压力表 弹簧管压力表在弹性式压力表中历史悠久,应用广泛。1)测测压压原原理理:当开口端通入被测压力后,非圆横截面在压力p作用下将趋向圆形,并使弹簧管有伸直的趋势而产生力矩,其结果使弹簧管的自由端产生位移,同时改变中心角。中心角的相对变
15、化量与被测压力有如下的函数关系:第五章第五章 压力测量压力测量 式中-为弹簧管中心角的初始角;-为受压后中心角的改变量;R为弹簧管弯曲圆弧的外半径;h-为管壁厚度;a、b-为弹簧管椭圆形截面的长、短半轴;为几何常数(=RH/a2);、-为与比值a/b有关的参数;为弹簧管材料的泊松系数;E为弹性模数。由由上上式式可可知知,如如果果a=b,则则=0,这这说说明明具具有有均均匀匀壁壁厚厚的的圆圆形形弹弹簧簧管管不不能能用用作作测测压压敏敏感感元元件件。对对于于单单圈圈弹弹簧簧管管,中中心心角角变变化量化量比比较较小小,要提高要提高,可采用多圈可采用多圈弹弹簧管。簧管。第五章第五章 压力测量压力测量
16、2)弹簧管压力表弹簧管压力表 弹弹簧簧管管压压力力表表结结构构如如图图所所示示。被被测测压压力力由由接接头头9通通入入,迫迫使使弹弹簧簧管管1的的自自由由端端产产生生位位移移,通通过过拉拉杆杆2使使扇扇形形齿齿轮轮3作作逆逆时时针针偏偏转转,于于是是指指针针5通通过过同同轴轴的的中中心心齿齿轮轮4的的带带动动而而作作顺顺时时针针偏偏转转,在在面面板板6的的刻刻度标尺上显示出被测压力的数值。度标尺上显示出被测压力的数值。第五章第五章 压力测量压力测量 u 结结构构简简单单,使使用用方方便便,价价格格低低廉廉,使使用用范范围围广,测量范围宽广,测量范围宽;u 可测负压、微压、低压、中压和高压可测负
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