第三章压力与力值测量

流量压力与温度测试设计与制作南航力学中心苏小光第三章压力与力的测量流量压力与温度测试第三章压力与力的测量压力与力是工业、科研、国防、医学、等各个领域经常需要测量的重要参数。是人们最熟悉、最基本、最重要的性能参数。例如,机械设备:锅炉中的压力,液压水压机的压力,交通运输：汽车、火车、轮船、飞机使用的发动机动力、液压气压管道的压力测试。石化冶金：管道压力，各化学物理反应参数的监控。医学：人体血压、血液系统流动分布压力、抢救设备等智能建筑：结构受力、水、燃气、桥梁受力监测流量压力与温度测试第三章压力与力的测量航空航天：飞机：1.飞行器大气数据系统（高度、空速），2.表面压力分布、阻力，3.发动机燃油、滑油，进气、喷气压力4.操纵系统液压系统的压力和监控。5.压力占所有测试点的40%6.环境系统7.飞机地面试验航天：航天器高度、速度，表面压力分布、阻力，发动机燃料、滑油，液压气压系统的监控。压力占所有测试点的40%流量压力与温度测试第三章压力与力的测量本章主要介绍压力和力的测量方法、所用的仪器设备、一些压力标准装置、校准方法、常规的传感器及测试系统军工：热核反应堆的测控，潜艇的运行、枪炮的开火压力，炸弹爆炸压力近年来：重点研究对动态压力，远距离连续测试，低、微压力和超高压力，高、低温和冲击、磁场等特殊环境的压力测试流量压力与温度测试第三章压力与力的测量§3-1概述3.1.1研究压力的历史现在被人们认为理所当然的基本概念,却是经过多年的时间才慢慢建立起来的.压力理论的发展是与一些伟大的自然科学家联系起来的。流量压力与温度测试第三章压力与力的测量1.伽里略的学生托里切利在1643年进行了压力试验发现了大气压力2.帕斯卡在1647年通过实验发现大气压力随高度变化1.压力的定义P=F／S3.1.2压力的基本概念流量压力与温度测试第三章压力与力的测量2.压力的名词术语a.绝对压力b.大气压力c.表压力d.负压（真空表压力）e.真空度f.差压g.静压h.动压流量压力与温度测试第三章压力与力的测量3.大气压力大气压力—纬度为45°海平面,温度为0℃,重力加速度水银密度为,760mmHg所产生的压力为1个大气压绝对压力—全部压力(相对于真空)表压力=绝对压力－大气压力3.1.3压力的单位1Pa=1N/MKPaMPabarmbaratmpsi=mmHOmmHg常用单位换算表帕斯卡千克力每平方厘米巴毫巴标准大气压英寸水柱毫米汞柱磅每平方英寸Pa(N/m2)Kgf/cm2barmbaratminH2OmmHgPSI(lb/in2)Pa11.02×10-51×10-50.019.87×10-64.01×10-37.5×10-31.45×10-4Kgf/cm29.8×10410.98980.670.967393735.5614.2bar1×1051.02110000.987401750.0614.5mbar1001.02×10-30.00119.87×10-40.4010.751.45×10-2atm1013251.031.011013.25140676014.7inH2O249.092.54×10-32.49×10-32.492.46×10-311.873.61×10-2mmHg133.321.36×10-31.33×10-31.331.32×10-30.53511.93×10-2PSI68957.03×10-26.90×10-268.956.81×10-227.651.715第三章压力与力的测量流量压力与温度测试第三章压力与力的测量流量压力与温度测试3.1.4压力量值的传递标准流量压力与温度测试第三章压力与力的测量3.1.4压力检测的基本方法a.液压式国家基准器基本误差±(0.005～0.002)%a.液压式（液体压力平衡原理）b.弹簧式（弹性变形原理）c.活塞式d.电测式(压力传感器)e.数字式2.按压力计类型和精度等级1.按测试原理流量压力与温度测试第三章压力与力的测量一等标准器:±0.02%二等标准器:±0.05%三等标准器:±0.2%普通工作仪器:±0.5%、1％、1.5％、2.5%b.活塞式国家基准器基本误差±0.002%一等标准器:±0.02%二等标准器:±0.05%三等标准器:±0.2%流量压力与温度测试第三章压力与力的测量3.2.液体式压力仪器1.工作原理流体静力平衡原理,采用液柱高度差来进行测量液体式压力计是计量测试中最早使用的压力计流量压力与温度测试第三章压力与力的测量2.使用的液体水银(汞)，水，酒精3.U型管压力计装有工作液体（介质）比重为的U型玻璃管可以测表压、负压和差压。ghp流量压力与温度测试第三章压力与力的测量4.杯型(单管)式液体式压力计采用单管式,改进了必须读两次数的缺点。实际就是托里切利试验的气压计流量压力与温度测试第三章压力与力的测量5.带有特殊装置的液体压力计a.伺服型b.双槽型C.带补偿装置的精密压力计6.液体式微压计a.斜管式微压计)(sin22Ddgnp流量压力与温度测试第三章压力与力的测量b.补偿式微压计流量压力与温度测试第三章压力与力的测量§3-2.常规机械式压力计3.2.1机械式压力表简介1.工作原理:机械压力表是用弹性敏感元件随着压力的变化而产生弹性变形带动指针显示压力值的仪表。机械压力表的弹性敏感元件采用弹簧管（波登管），膜片，膜盒及波纹管等敏感元件并按此进行分类。2.构造敏感元件:弹簧管（波登管），膜片，膜盒及波纹管溢流孔：若发生波登管爆裂的紧急情况的时候，内部压力将通过溢流孔向流量压力与温度测试第三章压力与力的测量外界释放，防止玻璃面板的爆裂。注：为了保持溢流孔的正常性能，请在表后面留出至少10mm的空间，不要改造或塞住溢流孔。指针：除标准指针外，其他指针也是可选的。（零调指针最大值指针或设定指针）请在选型表中列出。外壳及玻璃面板：外壳为金属材料,钢或不锈钢玻璃面板除标准玻璃外，其他特殊材质玻璃，如强化玻璃，无反射玻璃也是可选的。流量压力与温度测试第三章压力与力的测量3.敏感元件:波登管敏感元件是弯成圆形，截面积显椭圆形的弹性C形管。测量介质的压力作用在波动管的内侧，这样波登管椭圆截面会趋于圆形截面。由于波登管微小变形，形成一定的环应力。此环应力会使波登管向外延伸。由于弹性波登管头部没有固定，其就会产生小小变形，其变形的大小取决于测量介质的压力大小。波登管的变形通过机芯间接地由指针显示测量介质的压力。流量压力与温度测试第三章压力与力的测量'0'22'11,,RRRR流量压力与温度测试第三章压力与力的测量第三章压力与力的测量流量压力与温度测试3.2.2.普通压力表图3-1流量压力与温度测试第三章压力与力的测量第三章压力与力的测量流量压力与温度测试图3-2流量压力与温度测试第三章压力与力的测量工作原理:波登管敏感元件是弯成圆形，截面积显椭圆形的弹性C形管。测量介质的压力作用在波动管的内侧，这样波登管椭圆截面会趋于圆形截面。由于波登管微小变形，形成一定的环应力。此环应力会使波登管向外延伸。由于弹性波登管头部没有固定，其就会产生小小变形，其变形的大小取决于测量介质的压力大小。波登管的变形通过机芯间接地由指针显示测量介质的压力流量压力与温度测试第三章压力与力的测量3.2.3.膜盒压力表图3-4图3-3流量压力与温度测试第三章压力与力的测量膜片和膜盒是一种可以在垂直于它的挠性面方向移动的力敏元件。它在仪表中的作用是将压力或压差转换成膜片、膜盒的中心位移或中心集中力输出，传给指示器或执行机构。也用来把仪表和被测介质进行隔离，达到保护仪表和提高精度、减小脉动的作用。具有重量轻、体积小、结构简单、性能可靠、输出位移范围大、价格低廉的优点流量压力与温度测试第三章压力与力的测量金属波纹管是一种具有一定波纹形状的薄壁弹性元件。它具有受轴向力、径向力（或弯矩）作用下，产生相应位移的特点。主要用于实现测控、隔离、密封、补偿、感压、联接等诸多功能。流量压力与温度测试第三章压力与力的测量图3-5图3-6流量压力与温度测试第三章压力与力的测量膜盒压力表工作原理:膜盒敏感元件由两块连接在一起的显圆形波浪的膜片组成。测量介质的压力作用在膜盒腔内侧，由此所产生的变形可用来间接测量介质的压力。压力值的大小由指针显示。膜盒压力表一般用来测量气体的微小压力，并能测量微压、过压保护在一定程度上也是可以的。当几个膜盒敏感元件叠在一起后会产生较大的传递力来测量极微小的压力。流量压力与温度测试第三章压力与力的测量3.2.4压力表的种类1室内型压力表：A□□□2室外型压力表：B□□□3高压表：GH□□700MPa4差压表：DG□□5双指针压力表：GD1□6耐震型压力表：GV□□7带接点压力表：JM□□*电接点压力表是带有电接点控制开关的压力表。带有远传机构的压力表可以提供工业工程中所需要的电信号（比如电阻信号或标准直流电流信号）。流量压力与温度测试第三章压力与力的测量3.2.5.特殊压力表1.隔膜表所使用的隔离器（化学密封）能通过隔离膜片，将被测介质与仪表隔离，以便测量强腐蚀、高温、易结晶介质的压力。2.耐振表用于强烈振动的场合3.卫生型压力表用于食品、化妆品、制药等行业4.防爆型带接点压力表用于煤矿化工军工等行业流量压力与温度测试第三章压力与力的测量图3-7电接点压力表图3-8电接点远传压力表流量压力与温度测试第三章压力与力的测量§3-3压力标准装置3.3.1.活塞式压力计3.3.22.液体压力计3.3.3.气压计3.3.4.微压计流量压力与温度测试第三章压力与力的测量3.3.1.活塞式压力计图3-9所谓活塞式压力计是一种最基础的压力标准器。主要由手摇压力发生器、标准活塞测量头、标准砝码组、液压系统以及各种操控阀门组成。流量压力与温度测试第三章压力与力的测量图3-10流量压力与温度测试第三章压力与力的测量图3-11图3-12流量压力与温度测试第三章压力与力的测量图3-11流量压力与温度测试第三章压力与力的测量流量压力与温度测试第三章压力与力的测量图3-12流量压力与温度测试第三章压力与力的测量活塞式压力计的工作原理如图所示，当油杯阀处于开启状态下，可通过手摇压力发生器（或称压力校验器）为系统填充介质；当油杯阀处于关闭状态下，活塞式压力计便成为一个密闭的压力系统。再通过手摇压力发生器为这一密闭的系统进行压力操控。在整个工作进程中，活塞式压力计将遵循流体静力学平衡原理稳定工作。当您在活塞底盘上添加或减少砝码后，系统的压力会随之发生变化。要使系统的压力与活塞底盘及其连接件和当时所承载的标准砝码的质量总和的作用力平衡，还需通过手摇压力发生器为系统升压（降压）操控，使活塞底盘升（降）到指定位置。处于这种状态下的系统压力就是一个标准的压力值流量压力与温度测试第三章压力与力的测量砝码和活塞系统的重力作用于工作介质（油或气），产生的压力按帕斯卡原理（见流体静力学）传至压力计各处，其值等于砝码和活塞系统的重力除以活塞有效面积。调整砝码即可获得不同的压力值。由于活塞和砝码均可精确加工和测量，这类压力计误差很小，主要作为压力基准仪表使用，测量范围从数十帕至2500兆帕。提供的标准压力值为断续值，故操作较复杂。当活塞式压力计的精确度在0.05级以上时，则需要对测量结果进行修正。修正的内容有环境温度变化引起的活塞有效面积变化的影响、空气浮力的影响、活塞底部和被校仪表中心的高度差的影响等。流量压力与温度测试第三章压力与力的测量压力高于25兆帕时，尚须考虑高压时活塞杆变形造成的误差的修正。显然，这就是压力概念定义的实践，这一压力量值的准确程度将完全取决于活塞系统的有效面积和专用砝码的质量精度。如果需要解除系统的密闭状态，只要通过手摇压力发生器将系统压力下调到活塞底盘的初始位置后，缓慢开启油杯针阀即可。流量压力与温度测试第三章压力与力的测量3.3.3.气压计图3-13流量压力与温度测试第三章压力与力的测量§3-4.压力传感器和压力变送器3.4.1电阻式压力传感器变送器3.4.2电容式压力传感器变送器3.4.3压电式传感器3.4.4电感式传