1、1第三章第三章 壓力測量壓力測量 第一節第一節 壓力測量概述壓力測量概述第二節第二節 液柱式壓力計液柱式壓力計第三節第三節 彈性式壓力計彈性式壓力計第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計第五節第五節 壓力儀表的選擇與校驗壓力儀表的選擇與校驗2一、壓力一、壓力( (壓強壓強) )的概念的概念u定義：氣體或液體均勻垂直定義：氣體或液體均勻垂直地作用于單位面積上的力。地作用于單位面積上的力。u單位：帕斯卡單位：帕斯卡/Pa/Pa第一節第一節 壓力測量概述壓力測量概述3單位帕斯卡/Pa標準大氣壓/atm毫米汞柱/mmHg毫米水柱/mmH2O工程大氣壓/kgf cm-2巴/bar磅/寸2/Psi帕斯卡/

2、Pa19.8710-67.510-30.11.0210-510-51.4510-4標準大氣壓/atm1.0110517601.031041.031.0314.71毫米汞柱/mmHg1.331021.3210-3113.601.3610-31.3310-31.9310-2毫米水柱/mmH2O9.90.9710-47.3610-21110-49.8010-51.4210-3工程大氣壓/kgf cm-29.811040.9773610410.9814.22巴/bar1050.997501.021041.02114.5磅/寸2/Psi6.91026.810-251.727.041027.0310-26

3、.910-21表1-1 常用壓力換算表第一節第一節 壓力測量概述壓力測量概述4二、壓力的表示方法二、壓力的表示方法u絕對壓力：絕對壓力：P PJ Ju大氣壓力：大氣壓力：P PD Du表表 壓壓 力：力：P PB Bu真真 空空 度：度：P PZ Z第一節第一節 壓力測量概述壓力測量概述5三、壓力的檢測方法三、壓力的檢測方法u彈性力平衡法：彈性力平衡法：u重力平衡法：重力平衡法：u機械力平衡法：機械力平衡法：u物性測量法：物性測量法：第一節第一節 壓力測量概述壓力測量概述6四、壓力測量儀表的分類四、壓力測量儀表的分類u液柱式液柱式：根據流體靜力學原理根據流體靜力學原理u機械式機械式：根據彈性元

4、件受力變根據彈性元件受力變形的原理形的原理u電氣式電氣式：依據電量的大小依據電量的大小u活塞式：活塞式：根據水壓機液體傳送根據水壓機液體傳送壓力的原理壓力的原理第一節第一節 壓力測量概述壓力測量概述7第三章第三章 壓力測量壓力測量 第一節第一節 壓力測量概述壓力測量概述第二節第二節 液柱式壓力計液柱式壓力計第三節第三節 彈性式壓力計彈性式壓力計第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計第五節第五節 壓力儀表的選擇與校驗壓力儀表的選擇與校驗8u原理：原理：根據流體靜力學原理根據流體靜力學原理u優點：優點：結構簡單，使用方便，價結構簡單，使用方便，價格低廉。格低廉。u缺點：缺點：量程受液柱高度的限制，

5、量程受液柱高度的限制，體積大，玻璃管容易損壞及讀數體積大，玻璃管容易損壞及讀數不方便，精度較低。不方便，精度較低。第二節第二節 液柱式壓力計液柱式壓力計9u采用水銀或水為工作液，用采用水銀或水為工作液，用U形形管或單管進行測量，常用于低壓、管或單管進行測量，常用于低壓、負壓或壓力差的檢測負壓或壓力差的檢測u被廣泛用于實驗室壓力測量或現被廣泛用于實驗室壓力測量或現場鍋爐煙、風道各段壓力、通風場鍋爐煙、風道各段壓力、通風空調系統各段壓力的測量空調系統各段壓力的測量第二節第二節 液柱式壓力計液柱式壓力計10一、一、U U型管壓力計型管壓力計第二節第二節 液柱式壓力計液柱式壓力計11二、單管壓力計二、

6、單管壓力計第二節第二節 液柱式壓力計液柱式壓力計12三、斜管壓力計三、斜管壓力計第二節第二節 液柱式壓力計液柱式壓力計13第三章第三章 壓力測量壓力測量 第一節第一節 壓力測量概述壓力測量概述第二節第二節 液柱式壓力計液柱式壓力計第三節第三節 彈性式壓力計彈性式壓力計第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計第五節第五節 壓力儀表的選擇與校驗壓力儀表的選擇與校驗14u原理：原理：利用彈性元件受力產生利用彈性元件受力產生彈性變形。彈性變形。u特點：特點：測量范圍寬，結構簡單，測量范圍寬，結構簡單，價格便宜，使用方便。價格便宜，使用方便。第三節第三節 彈性式壓力計彈性式壓力計15第三節第三節 彈性式壓

7、力計彈性式壓力計彈性壓力計組成框圖16第三節第三節 彈性式壓力計彈性式壓力計17第三節第三節 彈性式壓力計彈性式壓力計1. 膜片膜片u 按剖面形狀分為平膜片和波紋膜片按剖面形狀分為平膜片和波紋膜片u 常用材料常用材料u 可與其他轉換元件合用可與其他轉換元件合用u 電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器u 光纖式壓力傳感器光纖式壓力傳感器u 力矩平衡式壓力變送器力矩平衡式壓力變送器18第三節第三節 彈性式壓力計彈性式壓力計2. 波紋管波紋管u 優點優點：靈敏高，可測較低壓力：靈敏高，可測較低壓力u 缺點缺點：測量范圍窄，遲滯誤差較大，精度：測量范圍窄，遲滯誤差較大，精度一般只有一般只有1.5級級19第

8、三節第三節 彈性式壓力計彈性式壓力計3. 彈簧管彈簧管 截面為非圓形（橢截面為非圓形（橢圓形或扁圓形），圓形或扁圓形），并彎成圓弧狀的空并彎成圓弧狀的空心管子心管子 一端為封閉（自由一端為封閉（自由端），一端為開口端），一端為開口（固定端）（固定端）20第三節第三節 彈性式壓力計彈性式壓力計（1）彈簧管壓力表）彈簧管壓力表u 結構簡單，使用方結構簡單，使用方便，價格低廉，使便，價格低廉，使用范圍廣，測量范用范圍廣，測量范圍寬圍寬u 可測負壓、微壓、可測負壓、微壓、低壓、中壓和高壓低壓、中壓和高壓u 精度有精度有0.5、1.0、1.5、2.5等等21第三章第三章 壓力測量壓力測量 第一節第一節

9、壓力測量概述壓力測量概述第二節第二節 液柱式壓力計液柱式壓力計第三節第三節 彈性式壓力計彈性式壓力計第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計第五節第五節 壓力儀表的選擇與校驗壓力儀表的選擇與校驗22第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計u 電氣式壓力檢測方法一般是用壓力敏感電氣式壓力檢測方法一般是用壓力敏感元件直接將壓力轉換成電阻、電荷量等元件直接將壓力轉換成電阻、電荷量等電量的變化。電量的變化。u 能實現壓力電量轉換的壓敏元件主要能實現壓力電量轉換的壓敏元件主要有壓電材料、應變片和壓阻元件。有壓電材料、應變片和壓阻元件。23第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計1. 壓電式壓力傳感器壓電式壓力

10、傳感器u 壓電效應原理壓電效應原理：壓電材料受壓時會在其表面：壓電材料受壓時會在其表面產生電荷，其電荷量與所受的壓力成正比。產生電荷，其電荷量與所受的壓力成正比。u 壓電材料壓電材料：單晶體、多晶體：單晶體、多晶體u 特點特點：結構簡單、緊湊，小巧輕便，工作可：結構簡單、緊湊，小巧輕便，工作可靠，線性度好，頻率響應高，量程范圍廣靠，線性度好，頻率響應高，量程范圍廣24第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計25第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計2. 應變式壓力傳感器應變式壓力傳感器u 應變片應變片是基于應變效應工作的一種壓力敏感是基于應變效應工作的一種壓力敏感元件，當應變片受外力作用產生形變

11、時，應元件，當應變片受外力作用產生形變時，應變片的電阻值也將發生相應變化。變片的電阻值也將發生相應變化。u 應變式壓力傳感器應變式壓力傳感器是由彈性元件、應變片以是由彈性元件、應變片以及相應的橋路組成的。及相應的橋路組成的。26第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計(a) (a) 絲式應變片絲式應變片 (b) (b) 箔式應變片箔式應變片圖圖6 62 2 應變電阻片的結構應變電阻片的結構27第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計28第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計1) 1) 工作原理工作原理上述任何一個參數變化均會引起電阻變化上述任何一個參數變化均會引起電阻變化. .金屬應變片的電阻金屬

12、應變片的電阻R R為為AlR/dAldAAldlAdR229第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計金屬應變計金屬應變計30第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計3) 3) 應變片測量電路應變片測量電路VER1R2R3R4ERRRRRRRRV)(3241314231第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計ERRRRRRRRV)(32413142令：令：RR 1dRRR4RRR32ERRdRRRRRdRRRV)()(RdRE432第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計3. 壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器u 壓阻元件壓阻元件是基于壓阻效應工作的一種壓力敏是基于壓阻效應工作的一種壓力敏感元件，它指在半

13、導體材料的基片上用基成感元件，它指在半導體材料的基片上用基成電路工藝制成的擴散電阻，當它受外力作用電路工藝制成的擴散電阻，當它受外力作用時，其阻值由于電阻率的變化而改變。時，其阻值由于電阻率的變化而改變。u 擴散電阻正常工作需依附彈性元件，常用的擴散電阻正常工作需依附彈性元件，常用的是單晶體硅膜片。是單晶體硅膜片。33第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計34第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計u 優點優點：體積小，結構簡單，能直接反映微：體積小，結構簡單，能直接反映微小的壓力變化，動態響應好小的壓力變化，動態響應好u 缺點缺點：敏感元件易受溫度的影響，從而影：敏感元件易受溫度的影響，從而影

14、響壓阻系數的大小響壓阻系數的大小35第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器 電容式壓力變送器是通過彈性膜片的位移引起電容式壓力變送器是通過彈性膜片的位移引起電容量的變化從而測出壓力電容量的變化從而測出壓力( (或差壓或差壓) )的。的。電容變換器有變間隙式、變面積式和變介電常數式三種，電容變換器有變間隙式、變面積式和變介電常數式三種，電容式壓力（差壓）變送器常采用變間隙式。電容式壓力（差壓）變送器常采用變間隙式。 36第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計變換原理變換原理: :將被測量的變化轉化為電容量變化將被測量的變化轉化為電容量變化兩平行極板組成的電兩平行極

15、板組成的電容器容器, ,它的電容量為它的電容量為: :AC0+ A 、A A或或發生變發生變化時，都會引起化時，都會引起電容量的變化。電容量的變化。37第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計面積變化型面積變化型AC0角位移型角位移型+38第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計AC0平面線位移型平面線位移型39第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計柱面線位移型柱面線位移型. .AC040第四節第四節 電氣式壓力計電氣式壓力計特點p 壓差壓差PP與與CC成正比例，將電容的變化經過適當的轉換成正比例，將電容的變化經過適當的轉換電路，可將差動電容的變化量轉換成標準的電路，可將差動電容的變化量轉換成標準

16、的420mADC420mADC輸出信號。輸出信號。p 這種傳感器結構堅實，穩定可靠，靈敏度高；精度高，這種傳感器結構堅實，穩定可靠，靈敏度高；精度高，其精確度可達其精確度可達0.250.250.050.05。p 量程可調，量程范圍寬，由量程可調，量程范圍寬，由0 01270Pa1270Pa到到0 042MPa42MPa；過；過載能力強，應用廣泛，尤其適用測高靜壓下的微小壓差載能力強，應用廣泛，尤其適用測高靜壓下的微小壓差變化。變化。 41第三章第三章 壓力測量壓力測量 第一節第一節 壓力測量概述壓力測量概述第二節第二節 液柱式壓力計液柱式壓力計第三節第三節 彈性式壓力計彈性式壓力計第四節第四節

17、 電氣式壓力計電氣式壓力計第五節第五節 壓力儀表的選擇與校驗壓力儀表的選擇與校驗42一、壓力檢測儀表的選擇一、壓力檢測儀表的選擇1. 儀表量程的選擇儀表量程的選擇u 被測壓力較穩定：最大工作壓力不應超過儀被測壓力較穩定：最大工作壓力不應超過儀表滿量程的表滿量程的3/4u 被測壓力波動較大或測脈動壓力：最大工作被測壓力波動較大或測脈動壓力：最大工作壓力不應超過儀表滿量程的壓力不應超過儀表滿量程的2/3u 為保證測量準確度：最小工作壓力不應低于為保證測量準確度：最小工作壓力不應低于滿量程的滿量程的1/3u 優先滿足最大工作壓力條件優先滿足最大工作壓力條件第五節第五節 壓力計選擇與校驗壓力計選擇與校

18、驗432. 儀表精度的選擇儀表精度的選擇 壓力檢測儀表的精度主要根據生產允許的壓力檢測儀表的精度主要根據生產允許的最大誤差來確定，即要求實際被測壓力允許最大誤差來確定，即要求實際被測壓力允許的最大絕對誤差應小于儀表的基本誤差。的最大絕對誤差應小于儀表的基本誤差。第五節第五節 壓力計選擇與校驗壓力計選擇與校驗443. 儀表類型的選擇儀表類型的選擇u 從被測介質壓力大小來考慮從被測介質壓力大小來考慮u 被測介質的性質被測介質的性質u 對儀表輸出信號的要求對儀表輸出信號的要求u 使用的環境使用的環境第五節第五節 壓力計選擇與校驗壓力計選擇與校驗45u 校驗校驗就是將被校驗壓力表和標準壓力表通以就是將被校驗壓力表和標準壓力表通以相同壓力，比較它們的指示數值