压力基础知识（PPT82页)

压力测量技术2005-5-11BeiJingConST,Co.,Ltd.压力测量技术•压力和压力单位•压力测量•压力测量仪表•压力计•数字压力计•压力测量仪表的检定与校准•现场校准•1643年托里拆利试验——充满水银玻璃管倒置,产生水银柱——大气对地球有压力作用和抽真空试验；•1647年帕斯卡定律——证实大气压力随高度变化的普遍规律；密闭容器内压力均匀传导；——测量大气压力的水银-真空仪表命名气压计；•1660年波意耳定律——温度不变，气体压力与体积的乘积为常数；•1663年胡克定律——封闭容器内气体压力是自由粒子对器壁不断剧烈碰撞的结果；•1738年伯努利定律——将气体压力的碰撞理论发展到解析法推导波意耳定律；气体体积不变时，温度与气体压力成正比；——预示了查理—盖吕萨克定律；压力定律•1811年阿伏伽德罗定律——相同温度和压力下，相同体积的纯净气体，含有相同分子数；•1847年至1859年焦耳、克劳修斯和麦克斯韦等研究了气体压力动力学理论。认为：压力是单位体积的分子动能式中ke——分子动能；N——单位体积的分子数目；V——体积；——流体速度；——流体密度R——适比气体常数•道而顿分压定律——动能可以相加，压力也可以相加混合气体压力=各气体分压力之和压力定律NRT21ke32p2V流体压力•流体的伯努利方程•式中：p—静压力；—动压力；—势能压力；•对于流体场合的不同，引出了不同的压力概念和压力测量•压力测量：静压力、动压力（激波、风压、脉动压力）、液柱压力、、差压（流量测量、热能测量）、临界态压力（温度压力、渗透压、化学气体分压、蒸气压）ConSTgh21p2gh221流体静压力•静压力定义：压力随时间变化为p/S；p/minp/S≤（1%压力计分辨率）p/min≤（5%压力计分辨率）定义压力p为静压力。通常所称压力既指静压力。牛顿压力•（1N）牛顿外力F作用在某一物体，在（1m2）接触面积A上，产生帕斯卡压力P。•压力单位——帕斯卡PaAFP压力P作用力F受力面积A液体压力P=gh液柱高度hmm液柱压力1某一高度的液柱将在底面产生压力P1mm高度的水银产生1毫米汞柱（mmHg）的压力；压力单位——毫米汞柱（mmHg）1mm高度的水柱产生1毫米水柱（mmH2O）的压力；压力单位——毫米水柱（mmH2O）•托里拆利定理的压力——液柱在重力作用下产生压力P。P——压力——液体的密度；h——液柱的高度压力单位——毫米汞柱（mmHg）毫米水柱（mmH2O）压力P与面积无关；液柱h越高，压力P越大。液柱密度越大，压力P越大。引出了液体气压计、液体压力/真空计、微压计液柱压力2hgP差压压力2122212122221211ghgh21pppgh21pgh21p根据伯努利方程可得差压仅考虑静压，则差压为用于流量或流速测量引出了——差压开方器仪表差压流量积算仪表22212121ppp0ghgh21p22221dtp2SdtSQt0压力和压力单位•地球表面空气柱的作用也形成压力。•大气压力——地球表面空气柱所形成的压力。大气压力随海跋高度而改变，海跋越高，大气压力越小。•大气压力单位常用bar、mbar、mmHg或mmH2O表示。大气层海平面大气压力1bar海跋气压0.4bar外大气层气压0.01bar大气压力0.01bar1bar外空间外空间气压0bar大气层海平面海跋高度真空（度）大气压力外空间大气压力零位差压绝对压力零位表压力零位正压负压压力A压力B绝对压力外大气层压力之间的关系真空（度）大气压力零位差压绝对压力零位表压力零位正压负压压力A压力B绝对压力大气压力压力之间的关系绝对压力绝对压力——高于绝对压力零位的压力值。既相对于真空的压力一般认为，绝对压力=表压力+大气压力绝对压力零位绝对压力大气压力表压力表压力表压力——以大气压力为基准大于或小于大气压力的压力值（相对压力——相对于大气压力）。（正压与负压的统称）一般来说，表压力=绝对压力-大气压力大气压力零位表压力大气压力正压负压表压力表压力——以大气压力为基准大于或小于大气压力的压力值（相对压力——相对于大气压力）。（正压与负压的统称）表压力210大气压力压力hP=ρ•g•h正压正压——以大气压力为基准，高于大气压力的压力。（相对压力——相对于大气压力）大气压力零位大气压力正压负压210大气压力压力hP=ρ•g•h负压（真空）负压（真空）——以大气压力为基准，低于大气压力的压力值。（相对压力——相对于大气压力）大气压力零位大气压力正压负压210低压力高压力h差压P1-P2=ΔPΔP=ρ•g•h差压——两个压力之间的压力差值。高压力P1低压力P2差压ΔPΔP压力计量单位•压力单位名称——帕[斯卡]•压力单位符号Pa•帕[斯卡]也是国际单位制（SI）压力单位；是法定压力计量单位•帕[斯卡]——1牛顿（N）的力均匀而垂直作用在1平方米（m2）面积上所产生的压力1Pa=N/m2•Pa量值小，常用千帕[kPa]、兆帕[1MPa]表示1kPa=103Pa；1MPa=106Pa其它压力计量单位-工程大气压•压力单位名称——工程大气压•压力单位符号（kgf/cm2）•工程大气压曾是工程技术中应用广泛的压力单位•工程大气压——1公斤力（kgf/cm2）垂直作用在1平方厘米（cm2）的单位面积上所产生的压力1kgf/cm2=98066.5Pa1Pa=1.0197210-5kgf/cm21MPa=10.1972kgf/cm2压力单位名称——毫米水柱压力单位符号——（mmH2O）1毫米水柱——是温度为4℃，水的密度为1g/cm3，g=980.665cm/s2条件下，1毫米水柱高度所产生的压力值1mmH2O=9.80665Pa；1Pa=0.1097mmH2O其它压力计量单位-毫米水柱压力单位名称——毫米汞柱压力单位符号——（mmHg）1毫米汞柱——是温度为0℃，汞的密度为13.595g/cm3，g=980.665cm/s2条件下，1毫米汞柱高度所产生的压力值1mmHg=133.3224Pa；1Pa=0.0075mmHg其它压力计量单位-毫米汞柱压力单位名称——巴压力单位符号——（bar）巴是1948年国际计量大会通过的压力单位，西欧国家通用。在气象中常用毫巴作为气压的压力单位1bar=1000mbar=100kPa；其它压力计量单位-巴kgf/cm2MPabarkPambarpsimmH2ommHgatm10.09806650.98066598.0665980.66514.223110000735.5590.9678410.19716110100010000145.036101971.67500.619.86921.019720.11100100014.503610197.16750.0620.986920.0101970.0010.011100.145101.97167.500620.0098690.00101970.00010.0010.110.014510.197160.7500620.00098690.070310.0068950.068956.89568.951703.0851.71570.068050.00010.00000980.0000980.0098060.0980.001422310.07355590.00009670.00135950.00013320.00133320.133321.333210.019336413.595110.00131571.0332280.1013251.0132506101.3251013.250614.6957410332.287601常用压力计量单位换算表压力单位名称——磅力每平方英寸（psi或p.s.i）（poundforcepersquareinch）压力单位符号——(bf/in2)psi是英制压力计量单位，英美国家通用。有时用psig——表压单位psid——差压单位psia——绝压单位1bf/in2=6.894757kPa100kPa=14.5038bf/in2其它压力计量单位——psi压力的测量压力测量的条件•压力量的物理感受感压元件感压原理、•压力量的物理变换压力/机械位移/电信号/光信号/温度信号转换•压力量的指示读数物理变换信号的指示/刻划/显示/图示/记录压力量的物理感受感压元件活塞、U型管、单管、斜管、波登管、波纹管、膜合、膜片、钟罩、电容、电感、压敏电阻、压电晶体、光纤、光敏材料感压原理感压元件或感压元件组合的物理实现；压力量的物理变换压力/机械位移转换直线位移（法向位移）：活塞（圆柱、圆球）、U型管、单管、波纹管、膜合、膜片、钟罩、弧度位移：波登管、膜合、膜片压力/电信号转换频率信号：压电晶体、电容、电感、硅压敏电阻电压信号：应变电阻、硅压敏电阻、锰铜电阻压力/光信号转换电流信号：光纤、光敏材料压力/温度信号转换实用压力温标压力量的指示读数物理变换信号的压力量值的表达A.直接指示指针/液面的刻划线光柱显示/二次仪表/二次数显仪表B.物理变换信号的数字计算图示曲线记录仪、无纸记录仪表现场仪表、集散系统（DCS）、现场总线系统（FCS）分析决策、智能仪表大气压力测量托里拆利实验(EvagelistaTorricelli)----水银气压计----大气压力测量真空大气压力760mmHg760mm水银210大气压力压力测量静止时（静压力条件下）两边大气压力的作用应使两边液面相等当某一边压力大于或小于大气压力时，实现表压测量当某一边压力大于大气压力时，实现正压测量当某一边压力小于大气压力时，实现负压测量差压测量P1-P2=ΔP差压——在型管两边施加两个不同压力P1和P2当压力P1压力P2时，正差压（ΔP）当压力P1压力P2时，负差压（-ΔP）P1-P2=-ΔPPP1P2U型管压力计测量压力——在U型管的一端施加压力P，在U型管的另一端，U型管压力计测量该压力PU型管压力计读数为该压力测量值P压力的测量PPP=ρ•g•h压力表测量压力——在管的一端施加压力P，在管的另一端，压力表测量该压力P压力表读数M为该压力测量值P压力的测量PMP=M压力计测量压力——在管的一端施加压力P，在管的另一端，压力计测量该压力P压力计读数Dig为该压力测量值P压力的测量P=DigP1.0000kPa数字压力计PP/A压力变送器1.000kPa二次显示仪表4-20mA压力变送器测量压力——在压力管道中有压力P，在引压管的另一端，压力变送器测量该压力,将压力变送为4-20mA电流信号,电流信号经二次显示仪表读数Dig为该压力测量值P压力的测量P=DigPP/A压力变送器1.000kPa二次显示仪表4-20mA计算机集散控制系统DCS数据总线压力的测量集散控制系统测量压力——在压力管道引压管的压力变送器测量该压力P，将压力变送为4-20mA电流信号,电流信号经二次显示仪表或直接传输给集散控制系统读数Dig为该压力测量值PP=Dig•压力表——以大气压力为基准，用于测量大于大气压力的仪表压力测量仪表•真空表——以大气压力为基准，用于测量小于大气压力的仪表压力测量仪表•压力真空表——以大气压力为基准，用于测量大于和小于大气压力的仪表压力测量仪表•绝压表（绝对压力表的简称）——以绝对压力零位为基准，用于测量绝对压力的仪表。•同压力表相比：•绝压表的零位为压力真空表的-100kPa标度点•绝压表的100kPa标度点为压力表的零位压力测量仪表•差压表——有两个引压口，能指示出两个压力P1与P2差值的压力测量仪表压力测量仪表P1P2压力测量仪表压力变送器——将压力量变换为4~20mA\0~10mA电流量或变换为0~5V电压量的压力测量变换装置。电流信号、电压信号经二次显示仪表读数Dig指示为