测控传感器第5章压力侧量

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1、11测控传感器SensorsforMeasurementandControl第5章压力侧量绪论压力是工业生产中重要的参数之一。在物理学中，流体介质垂直作用于单位面积上的压力称为压强，但在工程上习惯称为压力。压强测量被称为压力侧量。压力用下式表示：式中：F—流体介质垂直作用于物体表面的力，单位为N;A—承受力的面积，单位m2空气重力的作用，在地球上的任何物体都会受到它的压力作用，称之为大气压。大气压在海平面上的标准值为1.01325x105N/m2。大气压是不断变化的。天气预报的高压和低压的参考值是不同的大气压。大气压力随着海拔高度的不同而变化，离地面越高，空气

2、就越稀薄，大气压就越低。绝对大气压的侧量要求一个精确的大气压测量。在压力测量中，一个常用的术语是表压力，它是把大气压作为零压力，反映的是相对于大气的压力。绝对压力是表压力与大气压之和。表压是绝对压力与大气压之差，当物体仅在大气压作用下，其表压将为零。压强的国际单位是帕斯卡(Pa)，即为1N/m2。压强的其他非国际单位方式：巴(bar)、毫米汞柱(mHg)、PSI以及大气压等。传感器装置在测量液体压力时，其值通常会明显地高于大气压；当测量气体压力时，压力可能高于或低于大气压。测量范围的不同以及各种液体和气体的状态不同，很多压力表（传感器）可能仅适合测量一种压力。

3、压力传感器需要标定，高精度的传感器需对每一个传感器进行单独标定，并为用户提供专门的检定证书。使用时间超过有效标定期时，需要重新进行标定。为达到测量的最高精确度，很多压力传感器在每次使用之前都要先进行标定。5.1液体压力表压力表是一种用于测量流体压力的装置。通常是借助于管内液体检测其压力变化的。压力表是压差式传感器，其测量结果为当前测量的压力与参考压力(大气压)的差值。5.1.1U形管压力表U形管内装入部分液体，可以是水、酒精、水银等。液体的密度越低，压力表的灵敏度就越高。U形管压力表是以其基本形状命名的，其基本形式是由一个透明的被制作成“U”字形的玻璃或塑料管

4、组成。图示的U形管压力表，管子两端是开口的，大气压均等地作用在两端的液体上，U形管两端的液面高度是相同的。图示为一个未知压强P未知作用在U形管压力表的一端管口上，该管的另一端是开口的，受大气压P大气压的作用。未知压强P未知作用在管内的液体上，迫使液位向下移动一段距离，使另一端的液位升高，管内两端液体的高度不再相等.两端液体的高度差h与未知压强和大气压强的压差成正比。U形管压力表中，未知压强和大气压强的差就是表压。P表压=P未知－P大气压＝ρghP未知=P大气压+ρgh式中，ρ－－U形管内液体的密度，单位为kg/m3;g－－重力加速度，即9.81m/s2;h－－

5、U形管内两端液位的高度差，单位为m。如果已知大气压，或者能容许采用标准大气压代替大气压所产生的误差，则可对上式重新进行整理得到:U形管压力表的结构简单，可用于标定其他的压力仪表，在工业上的应用并不是很广泛。主要用于测量流体(液体或气体)的压力，但其缺点是不能用于远程侧量。被侧压力的波动频率很高时，应用U形管压力表测量的结果可能是会很不准确，且读数也很困难。5.1.2倾斜管压力表倾斜管压力表是一种比U形管压力表更灵敏的压差式压力表它更适合于更低压力的测量，或要求测量精确度更高的场合。图示为它的一种基本设计形式。倾斜管压力表管柱的一端连接到储液池中，另一端与水平面

6、倾斜一个角度θ。倾斜端管柱由玻璃或塑料等透明材料制成。储液池通常由塑料制成，但不必是透明的。表压由下式给出:P表压=P未知－P大气压＝ρgd.sinθ式中，ρ－－储液池内液体的的密度，单位为kg/m3;g－－重力加速度，即9.81m/s2;d－－液体沿倾斜管上升的距离，单位为m。θ－－倾斜管对水平面的倾斜角，单位为rad。用大气压的标准值代替实际值所引起的误差，则有：P未知=P大气压+ρgd.sinθU形管-倾斜式压力计用倾斜管压力表侧定未知压强的计算实例:例题：倾斜管压力表内装有酒精，有一个作用于储液池末端的未知压强，倾斜管的管柱端部是开口的，并仅受大气压的

7、作用，它与水平面的倾斜角为300。当受未知压强作用时，液体沿倾斜管移动距离为25mm，设酒精的密度为800kg/m3，重力加速度为9.81m/s2，作用在压力表上的大气压为1.01325×105N/m2，试确定未知压强。解:从题意得d=25mmρ=800kg/m3，g=9.81m/s2，P大气压=1.01325×105N/m2P未知=P大气压+ρgd.sinθ未知压强为：=1.01325×105Pa+(800×9.81×0.025×sin300)Pa=101423Pa所以，未知压强为101.423ka倾斜管压力表的精确度与U形管压力表相比，受人为读数技巧的影响

8、更小，而且更灵敏。除非倾斜管相对很长，