热工自动检测技术 教学课件 作者 刘正华 第5章.ppt

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1、第5章压力测量5.1压力测量概述垂直作用在单位面积上的力称压力。在国际单位制（SI）和我国法定计量单位中，压力的单位是“帕斯卡”，简称“帕”，符号为“Pa”。即1N的力垂直均匀作用在1m2的面积上所形成的压力值为1Pa。过去采用的压力单位“工程大气压力”（kgf/cm2）、“毫米汞柱”（mmHg）、“毫米水柱”（mmH2O）、“物理大气压”（atm）、“巴”（bar）等均应改成法定计量单位帕。1kgf/cm2=0.9807×105Pa1mmH2O=0.9807×10Pa1mmHg=1.332×1

2、02Pa1atm=1.01325×105Pa1bar=105Pa一、压力表示方式绝对压力PJ是相对于绝对真空(绝对零压力)所测得的压力大气压力PD：地球表面上的空气柱重量所产生的压力。其值由地理位置及气象情况所决定表压力PB：以大气压力为基准的压力PB=PJ－PD真空度PZ（负压）：低于大气压力的绝对压力PZ＝PD－PJ差压Pd――两个压力之间的差值三、压力测量仪表的分类测量压力的仪表称压力表，按作用原理不同，大致可分为四类：液柱式：根据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度。有U形管压力计、

3、单管压力计和斜管压力计。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电测式：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塞面积上所加平衡砝码的重量。它是一种标准型压力测量仪器，用来对其他一些压力计进行校验。5.2液柱式压力计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，通过液柱高度来反映被测压力的大小优点：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缺点：量程受液

4、柱高度的限制，体积大，玻璃管容易损坏及读数不方便采用水银或水为工作液，用U形管或单管进行测量，常用于低压、负压或压力差的检测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图5-2液柱式压力计（a）U形管压力计(b)单管压力计(c)斜管微压计一、U形管压力计△P=P1－P2=ρg(h1+h2)提高工作液密度将增加压力的测量范围，但灵敏度要降低。二、单管压力计由于U形管压力计需两次读取液面高度，为使用方便，设计出一次读取液面高度的单管压力计。因则故由于D>>d，所以P

5、=ρgh25.3弹性压力计一、弹性元件特性弹性特性弹性特性曲线线性（弹簧管）、非线性（膜片、膜盒）刚度和灵敏度刚度大的弹性元件，其灵敏度小，适用于大量程测压仪表；刚度小的弹性元件，适用于测微小波动压力。弹性滞后和弹性后效弹性滞后的存在使仪表产生变差；弹性后效的存在使得在压力瞬时变化时，仪表示值产生一定的动态误差。这两种现象与弹性元件材料及加工后的热处理有关，也与压力的最大值有关。二、弹性元件的形式膜片弹簧管波纹管三、膜片和膜盒膜片是用金属或非金属制成的圆形薄片。当膜片两边的流体压力不等时，膜片产

6、生位移、力或频率信号，可得到被测压力。ε＝kp膜片和膜盒按剖面形状分为平膜片和波纹膜片平膜片―－断面是平的波纹膜片―－断面呈波纹状两个膜片边缘对焊起来，构成膜盒几个膜盒连接起来，组成膜合组波纹膜片特点：可以提高膜片位移灵敏度和改善线性关系。其性能和膜片材料、厚度、直径、波纹形状、波纹深度及外缘波纹有关。膜盒的被测压力信号由其中一个膜片的中心开孔处引入，输出信号为另一个膜片中心的位移。膜盒的中心位移量在相同压力情况下比膜片大，因此灵敏度比膜片高。膜片和膜盒主要用来测量中低压力或差压可与其他转换元件

7、合用电容式压力传感器电感式压力传感器力矩平衡式压力变送器四、波纹管波纹管是一种带波纹的薄壁圆筒，一端开口并固定在仪表基座上，为固定端；另一端封闭，为自由端。使用时，压力信号引入筒内或筒外，使自由端产生轴向位移作为输出。当变形不大时，输出特性是线性的。y＝kp波纹管优点：易于变形，位移很大，常用于微压与低压的测量（一般不超过1MPa）。缺点：迟滞误差较大，精度一般只有1.5级五、弹簧管1、变形原理截面为椭圆形或扁圆形，并弯成圆弧状的空心管子一端为封闭（自由端），产生位移的一端一端为开口（固定端）,

8、引入压力的一端被测压力P通入固定端后，椭圆型截面的管子在压力的作用下将趋向于圆形，即长轴变短，短轴增长。即弯成圆弧形的弹簧管要随之产生向外挺直的扩张变形，使自由端B产生位移，由B移动到B’。弹簧管中心角的变化与压力成正比，位移与压力成正比。d＝kpC型弹簧管弹簧管能把压力的变化转换成其自由端位移量的变化。2、弹簧管压力表单圈弹簧管压力表主要由弹簧管、齿轮传动机构（俗称机芯，包括拉杆、扇形齿轮、中心齿轮）、指示机构及外壳组成。被测压力由接头引入，迫使弹簧管的自由端B向右上方扩张，此位移通过拉杆2带