第三章压力和差压测量PPT讲稿.ppt
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1、第三章压力和差压测量第1页,共96页,编辑于2022年,星期二压力和差压测量压力和差压测量3.1 3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 3.2 液柱式压力计液柱式压力计 3.3 3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 3.4 3.4 活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用3.5 压力检测系统设计压力检测系统设计第第3章章第2页,共96页,编辑于2022年,星期二 垂直作用在单位面积上的力称压力。在
2、国际单位制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)和我国法定计量单位中,压力的单位是“帕斯卡帕斯卡”,简称,简称“帕帕”,符号为,符号为“Pa”。即即1N的力垂直均匀作用在的力垂直均匀作用在1m2的面积上所形成的压的面积上所形成的压力值为力值为1Pa。3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 3.1.1 3.1.1 3.1.1 3.1.1 压力的概念及单位压力的概念及单位第3页,共96页,编辑于2022年,星期二 过去采用的压力单位过去采用的压力单位“工程大气压力工程大气压力”(kgf/cm2)、)、“毫米汞柱毫米汞柱”(mmHg)、
3、)、“毫米水柱毫米水柱”(mmH2O)、)、“物理大气压物理大气压”(atm)、)、“巴巴”(bar)、)、“PSI”等均等均应改成法定计量单位帕。应改成法定计量单位帕。3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 第4页,共96页,编辑于2022年,星期二3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 压力单位换算表压力单位换算表压力单位换算表压力单位换算表第5页,共96页,编辑于2022年,星期二 绝对压力绝对压力PA3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 3.1.2 3.1.2 压力表示方式压力表示方式 大气压力大气压力PO 表压力表压力PI PI=PAPO
4、真空度(负压)真空度(负压)差压差压 第6页,共96页,编辑于2022年,星期二3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 第7页,共96页,编辑于2022年,星期二 平衡法:通过仪表使液柱高度的重力或砝码的重平衡法:通过仪表使液柱高度的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理测量压力。量与被测压力相平衡的原理测量压力。3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 3.1.3 3.1.3 压力检测方法压力检测方法 弹性法:利用各种形式的弹性元件,在被测介质弹性法:利用各种形式的弹性元件,在被测介质的表压力或负压力作用下产生的弹性的表压力或负压力作用下产生的弹性变形来反映被测压力
5、的大小。变形来反映被测压力的大小。电气式:用压力敏感元件直接将压力转换成电阻、电气式:用压力敏感元件直接将压力转换成电阻、电荷量等电量的变化。电荷量等电量的变化。第8页,共96页,编辑于2022年,星期二液柱式:根据流体静力学原理,把被测压力转换成液柱高液柱式:根据流体静力学原理,把被测压力转换成液柱高度。度。3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 3.1.4 3.1.4 压力测量仪表分类压力测量仪表分类按信号原理不同,大致可分为四类:按信号原理不同,大致可分为四类:机械式:根据弹性元件受力变形的原理,将被测压力转换机械式:根据弹性元件受力变形的原理,将被测压力转换成位移。成位移
6、。电气式:将被测压力转换成各种电量,如电感、电容、电阻、电电气式:将被测压力转换成各种电量,如电感、电容、电阻、电位差等,实现压力的间接测量。位差等,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质量。活塞面积上所加平衡砝码的质量。第9页,共96页,编辑于2022年,星期二压力和差压测量压力和差压测量3.1 3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 3.2 3.2 液柱式压力计液柱式压力计液柱式压力计液柱式压力计 3.3 3.3 弹性
7、元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 3.4 3.4 活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用3.5 压力检测系统设计压力检测系统设计第第3章章第10页,共96页,编辑于2022年,星期二 原理: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: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,通过液柱高度反映被测压力的大小。原理,通过液柱高度反映被测压力的大小。3.2 液柱式压力计液柱式压力计 3.2.1 3.2.1 概述概述 优点:结构简单,使用方便,有相
8、当高的准确度,应用很广优点:结构简单,使用方便,有相当高的准确度,应用很广泛。泛。缺点:量程受液柱高度的限制,体积大,玻璃管容易损坏缺点: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。及读数不方便。介质:采用水银或水为工作液,用介质:采用水银或水为工作液,用U形管或单管进行测量,常用形管或单管进行测量,常用于低压、负压或压力差的检测。于低压、负压或压力差的检测。应用:被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、风道各段应用: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。压力、通风空调系统各段压力的测量。第11页,共96页,编辑于2022年,星期二P=P1
9、P2 =g(h1+h2)3.2 液柱式压力计液柱式压力计 3.2.2 U3.2.2 U形管压力计形管压力计误差来源:误差来源:标尺刻度精度标尺刻度精度温度变化温度变化安装位置误差安装位置误差第12页,共96页,编辑于2022年,星期二3.2 液柱式压力计液柱式压力计 U型管压力计的安装可悬挂在墙壁和安放在工作台上型管压力计的安装可悬挂在墙壁和安放在工作台上,再用再用橡胶软胶管将被测介质接口与橡胶软胶管将被测介质接口与U形管的一个或二个管口连接;形管的一个或二个管口连接;读数时眼睛应与液面平齐读数时眼睛应与液面平齐,以工作液弯月面顶部切线为准以工作液弯月面顶部切线为准读取液面高度读取液面高度,工
10、作液注入量为标尺刻度的工作液注入量为标尺刻度的1/2处为好;处为好;常用的常用的U型管压力计工作液有型管压力计工作液有:水、水银、酒精、四氯化碳、水、水银、酒精、四氯化碳、三溴甲烷等三溴甲烷等.;使用中还应注意被测压力必须小于或等于使用中还应注意被测压力必须小于或等于U型管压力计的测量范型管压力计的测量范围的上限值围的上限值,并注意保持并注意保持U型管压力计管内壁及工作液的清洁纯净型管压力计管内壁及工作液的清洁纯净,不不用时应将橡胶软胶管口扎紧或用纱布或者棉花堵住管口用时应将橡胶软胶管口扎紧或用纱布或者棉花堵住管口,以保持以保持U型管型管压力计的测量精度。压力计的测量精度。第13页,共96页,
11、编辑于2022年,星期二3.2 液柱式压力计液柱式压力计 3.2.3 3.2.3 单管压力计单管压力计由于由于 Dd Dd,所以,所以 P=gh P=gh2 2 第14页,共96页,编辑于2022年,星期二例:例:U U形管压力计两肘管的内径分别为形管压力计两肘管的内径分别为d d1 1=6mm=6mm,d d2 2=6.5mm=6.5mm,管内,管内封液为水,被测压力作用于较细肘管,使水柱从零位下降封液为水,被测压力作用于较细肘管,使水柱从零位下降195mm195mm。如果以该值的。如果以该值的2 2倍作为被测压力值,试确定由于没有倍作为被测压力值,试确定由于没有读取较粗肘管的水柱从零位的升
12、高值而造成的测量误差。读取较粗肘管的水柱从零位的升高值而造成的测量误差。3.2 液柱式压力计液柱式压力计 解:解:第15页,共96页,编辑于2022年,星期二3.2 液柱式压力计液柱式压力计 3.2.4 3.2.4 斜管微压计斜管微压计第16页,共96页,编辑于2022年,星期二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。差增大。3.2 液柱式压力计液柱式压力计 这这种种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
13、度,应应选选用用密密度度小小的的酒酒精精作作为为工工作液体。作液体。第17页,共96页,编辑于2022年,星期二3.2 液柱式压力计液柱式压力计 3.2.5 3.2.5 液柱式压力计的测量误差及其修正液柱式压力计的测量误差及其修正 环境温度变化的影响环境温度变化的影响环环境境温温度度偏偏离离规规定定温温度度20C20C后后,封封液液密密度度改改变变对对压压力力计计读读数数影影响响的修正公式为的修正公式为 式中:式中:h h2020为为20 C20 C时封液液柱高度;时封液液柱高度;h h为为t Ct C时封液液柱高度;时封液液柱高度;为封液的体膨胀系数;为封液的体膨胀系数;t t为测量时的实际
14、温度。为测量时的实际温度。第18页,共96页,编辑于2022年,星期二3.2 液柱式压力计液柱式压力计 重力加速度变化的修正重力加速度变化的修正仪器使用地点的重力加速度仪器使用地点的重力加速度g g由下式计算由下式计算 式中:式中:H,H,为使用地点海拔高度(为使用地点海拔高度(m m)和纬度)和纬度()();g gN N为为9.80665m/s9.80665m/s2 2,标准重力加速度;,标准重力加速度;R R为为6356766m6356766m,地球的公称半径。,地球的公称半径。式中:式中:h hN N为标准地点封液液柱高度;为标准地点封液液柱高度;h h为测量地点封液液柱高度。为测量地点
15、封液液柱高度。第19页,共96页,编辑于2022年,星期二3.2 液柱式压力计液柱式压力计 毛细现象造成的误差毛细现象造成的误差毛毛细细现现象象使使封封液液表表面面形形成成弯弯月月面面,这这不不仅仅会会引引起起读读数数误误差差,而而且且会会引引起起液液柱柱的的升升高高或或降降低低。这这种种误误差差与与封封液液的的表表面面张张力力、管管径径、管管内内壁壁的的洁洁净净度度等等因因素素有有关关,难难以以精精确确得得到到。实实际际应应用用时时,常常常常通通过过加加大大管管径径来来减减少少毛毛细细现现象象的的影影响。响。当封液为酒精时,管子内径当封液为酒精时,管子内径d3mmd3mm;水、水银作封液,;
16、水、水银作封液,d8mm d8mm。此此外外液液柱柱式式压压力力计计还还存存在在刻刻度度、读读数数、安安装装等等方方面面的的误误差差。读读数数时时,眼眼睛睛应应与与封封液液弯弯月月面面的的最最高高点点或或最最低低点点持持平平,并并沿沿切切线线方方向向读读数数。U U型管压力计和单管压力计都要求垂直安装,否则将带来较大误差。型管压力计和单管压力计都要求垂直安装,否则将带来较大误差。第20页,共96页,编辑于2022年,星期二压力和差压测量压力和差压测量3.1 3.1 压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位压力、压差的概念及单位 3.2 3.2 液柱式压力计液柱式压力计
17、液柱式压力计液柱式压力计 3.3 3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 3.4 活塞式压力计及压力计的校验和使用活塞式压力计及压力计的校验和使用3.5 压力检测系统设计压力检测系统设计第第3章章第21页,共96页,编辑于2022年,星期二 用弹性传感器(又称弹性元件)组用弹性传感器(又称弹性元件)组成的压力测量仪表称为弹性式压力计。成的压力测量仪表称为弹性式压力计。弹性元件受压后产生的形变输出(力或弹性元件受压后产生的形变输出(力或位移),可以通过传动机构直接带动指位移),可以通过传动机构直接带动指针指示压力(或压差),也可以通过某针指示压力
18、(或压差),也可以通过某种电气元件组成变送器,实现压力(或种电气元件组成变送器,实现压力(或压差)信号的远传。压差)信号的远传。3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第22页,共96页,编辑于2022年,星期二3.3.1 3.3.1 弹性元件弹性元件测压原理:是利用弹性元件在被测压力作用下产生弹性变测压原理:是利用弹性元件在被测压力作用下产生弹性变形的原理来度量被测压力的形的原理来度量被测压力的 。当弹性元件受压力作用时会产生变形,于是输出位移当弹性元件受压力作用时会产生变形,于是输出位移或力;再把位移或力通过一定的元件转换成电量信号。或力;再把位移或力通过一定的元件转换成电量信号
19、。弹性元件的特点:构造简单,价格便宜,测压范围宽,弹性元件的特点:构造简单,价格便宜,测压范围宽,被测压力低至几帕,高达数百兆帕都可使用,测量精被测压力低至几帕,高达数百兆帕都可使用,测量精度也较高,在目前的测压仪表中占有统治地位。度也较高,在目前的测压仪表中占有统治地位。3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第23页,共96页,编辑于2022年,星期二 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1.膜片膜片 常用材料:金属膜片,也有橡胶膜片常用材料:金属膜片,也有橡胶膜片 可测微压和粘滞性介质压力可测微压和粘滞性介质压力 可与其他转换元件合用可与其他转换元件合用
20、 电容式压力传感器电容式压力传感器 光纤式压力传感器光纤式压力传感器 力矩平衡式压力变送器力矩平衡式压力变送器3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第24页,共96页,编辑于2022年,星期二 广泛应用于测量差压广泛应用于测量差压2.膜盒膜盒 硬芯:用于实现输出机硬芯:用于实现输出机械位移或力械位移或力 硅油:用于传递压力和硅油:用于传递压力和对膜片起过载保对膜片起过载保护作用护作用3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第25页,共96页,编辑于2022年,星期二 灵敏,可测较低压力灵敏,可测较低压力 迟滞误差较大,精度一般迟滞误差较大,精度一般只有只有1.51.5级级
21、3.波纹管波纹管3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第26页,共96页,编辑于2022年,星期二3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第27页,共96页,编辑于2022年,星期二截面为非圆形(椭圆形截面为非圆形(椭圆形或扁圆形),并弯成圆或扁圆形),并弯成圆弧状的空心管子弧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,一端为开口(固定端)端)4.弹簧管弹簧管3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第28页,共96页,编辑于2022年,星期二第29页,共96页,编辑于2022年,星期二结构简单,使用方便,价结构简单,使用方便,价格低廉
22、,使用范围广,测格低廉,使用范围广,测量范围宽量范围宽可测负压、微压、低压、可测负压、微压、低压、中压和高压中压和高压精度有精度有0.5、1.0、1.5、2.5等等3.3.2 3.3.2 弹簧管压力表弹簧管压力表3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第30页,共96页,编辑于2022年,星期二3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 电接点压力计可用电接点压力计可用作电气发讯设备联作电气发讯设备联锁装置和自动操纵锁装置和自动操纵装置装置 高低压给定指针指示指针电接点 第31页,共96页,编辑于2022年,星期二3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 弹性式压力计的
23、误差弹性式压力计的误差1 1迟迟滞滞误误差差 相相同同压压力力下下,同同一一弹弹性性元元件件正正反反行行程程的的变变形形量量不不一样,产生迟滞误差。一样,产生迟滞误差。2 2后后效效误误差差 弹弹性性元元件件的的变变形形落落后后于于被被测测压压力力的的变变化化,引引起起弹弹性性后后效效误差。误差。3 3间间隙隙误误差差 仪仪表表的的各各种种活活动动部部件件之之间间有有间间隙隙,示示值值与与弹弹性性元元件件的的变变形不可能完全对应,引起间隙误差。形不可能完全对应,引起间隙误差。4 4摩摩擦擦误误差差 仪仪表表的的活活动动部部件件运运动动时时,相相互互间间存存在在摩摩擦擦力力,产产生生摩摩擦误差。
24、擦误差。5 5温温度度误误差差 环环境境温温度度的的变变化化会会引引起起金金属属材材料料弹弹性性模模量量的的变变化化,造成温度误差。造成温度误差。第32页,共96页,编辑于2022年,星期二3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 弹性式压力计误差的改善途径弹性式压力计误差的改善途径 1 1用用无无迟迟滞滞误误差差或或迟迟滞滞误误差差极极小小的的“全全弹弹性性”材材料料和和温温度度误误差很小的差很小的“恒弹性恒弹性”材料制造弹性元件。材料制造弹性元件。2 2采采用用新新的的转转换换技技术术,减减少少或或取取消消中中间间传传动动机机构构,以以减减少少间隙误差和磨擦误差。间隙误差和磨擦误差
25、。3 3限限制制弹弹性性元元件件的的位位移移量量,采采用用无无干干磨磨擦擦的的弹弹性性支支承承或或磁磁悬悬浮浮支承等。支承等。4 4采用合适的制造工艺,使材料的优良性能得到充分的发挥。采用合适的制造工艺,使材料的优良性能得到充分的发挥。第33页,共96页,编辑于2022年,星期二 霍尔压力传感器霍尔压力传感器3.3.3 3.3.3 远传式弹性压力仪表远传式弹性压力仪表 电容式压力传感器电容式压力传感器 电感式压力传感器电感式压力传感器3.3 弹性元件及弹性压力表弹性元件及弹性压力表 第34页,共96页,编辑于2022年,星期二1.霍尔压力传感器霍尔压力传感器 霍尔效应及霍尔元件霍尔效应及霍尔元
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