壓力計量基礎(chǔ)知識宣貫資料

1、壓力國家計量檢定規(guī)程宣貫材料 全國壓力計量技術(shù)委員會秘書處 屠立猛 （全國壓力計量技術(shù)委員會秘書長） 2012年9月1目 錄 第一部分 壓力計量基礎(chǔ)知識 第二部分 國家計量檢定規(guī)程的宣貫 第一部分壓力計量基礎(chǔ)知識 3壓力計量基礎(chǔ)知識一、概述二、壓力的基本概念三、壓力的單位 四、壓力儀器儀表的分類壓力計量基礎(chǔ)知識一、概述二、壓力的基本概念三、壓力的單位 四、壓力儀器儀表的分類壓力計量基礎(chǔ)知識 在國民經(jīng)濟(jì)各部門中，凡是利用液體、氣體或蒸汽作為動力、傳遞介質(zhì)、燃燒體等都要反映出壓力的作用。這樣就需要各種壓力儀器儀表來指示出壓力的有無、大小和變化等情況，以保證生產(chǎn)和科研能正確控制，工作順利進(jìn)行。所以，

2、壓力計量測試技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。概述壓力計量基礎(chǔ)知識在工業(yè)生產(chǎn)中，最普遍的是鍋爐中的蒸汽壓力和液壓機(jī)、水壓機(jī)等設(shè)備的壓力計量和測試；交通運(yùn)輸中的汽車、輪船、火車和飛機(jī)等使用的各類發(fā)動機(jī)動力、液壓、汽壓管道中的壓力測量；冶金工業(yè)上的冶煉，熱風(fēng)管道中的壓力參數(shù)的控制和測量；石油化工工業(yè)中各種物理、化學(xué)反應(yīng)的控制和監(jiān)測；電力工業(yè)中，保證壓力計量測試正確，對于機(jī)組安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義；概述壓力計量基礎(chǔ)知識在醫(yī)療衛(wèi)生中血壓測量準(zhǔn)確與否關(guān)系到醫(yī)生對病人的診斷和治療；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有關(guān)氣象分析也與壓力測量緊密相連；在航空和航天工業(yè)中，一些重要的飛行參數(shù)，如高度、空速等技術(shù)性能參數(shù)均以

3、壓力測試為基礎(chǔ)，據(jù)統(tǒng)計所有飛行器參數(shù)測試中，與壓力有關(guān)的參數(shù)測試占60%之多；在核工業(yè)和軍事工業(yè)中，許多重要場合均需壓力測量為基礎(chǔ)。概述壓力計量基礎(chǔ)知識在科學(xué)研究中，許多實(shí)驗(yàn)離不開壓力測量，如很多金屬和非金屬材料要經(jīng)過壓力加工，以改變其組織結(jié)構(gòu)和相態(tài)。絕大多數(shù)新型高強(qiáng)度材料和人造金剛石也是經(jīng)高壓處理而成。在特定條件下，經(jīng)高壓作用后氣態(tài)的氫可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的氫，它具有一切金屬的性質(zhì)。在超高壓下非金屬碳也可轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂薪饘傩阅艿奶?。另外，在超高壓研究物質(zhì)的相態(tài)和相變、溫度、磁場、電性能等都必須應(yīng)用超高壓力測量技術(shù)。 概述壓力計量基礎(chǔ)知識隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，目前對動態(tài)壓力的測量，在線壓力測量，對壓力

4、自動控制以及遠(yuǎn)距離連續(xù)測量；在高、低溫，沖擊加速度和磁場等特定條件下的壓力測量；微小壓力和超高壓測量都提出了新的要求。概述壓力計量基礎(chǔ)知識近年來，隨著集成電路，電子計算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，對壓力測量技術(shù)又提出了新的更高的要求。這就不是僅對生產(chǎn)、試驗(yàn)過程或其它運(yùn)動過程中的壓力參數(shù)進(jìn)行測試，收集和數(shù)據(jù)顯示，而且還要對其結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)分析、處理、轉(zhuǎn)換、反饋或通訊控制等。從而把生產(chǎn)、試驗(yàn)過程與被測參數(shù)的測試和數(shù)據(jù)處理構(gòu)成一個完整、統(tǒng)一的整體。過去需工作人員和儀器進(jìn)行測試，而現(xiàn)在則由計算機(jī)通過接口控制，測試系統(tǒng)中的各個單元管理和控制操作測試過程，在軟件和硬件的統(tǒng)一控制下協(xié)調(diào)工作。概述壓力計量基礎(chǔ)

5、知識壓力計量測試技術(shù)工作，不僅是控制和調(diào)節(jié)生產(chǎn)和試驗(yàn)過程，保證安全，測量數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確可靠。而且更主要的是從基準(zhǔn)器量值傳遞到標(biāo)準(zhǔn)器和工作計量器具；對各種基（標(biāo)）準(zhǔn)器的研制，對量值傳遞系統(tǒng)的研究；對檢定方法、校準(zhǔn)方法、檢測技術(shù)規(guī)范的試驗(yàn)研究、制定、宣貫實(shí)施等；如何選用基（標(biāo)）準(zhǔn)器、選用工作計量器具以及做好對基（標(biāo)）準(zhǔn)器和工作計量器具的維護(hù)、保養(yǎng)、修理以及周檢等工作。如果上述工作做不好，將會直接或間接影響生產(chǎn)產(chǎn)品，科研成果，人身安全以及國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的工作。由此可見搞好壓力計量測試工作是何等重要。概述壓力計量基礎(chǔ)知識一、概述二、壓力的基本概念三、壓力的單位 四、壓力儀器儀表的分類壓力計量基礎(chǔ)知

6、識1、壓力的定義及壓力計量2、靜止流體中的壓力3、壓力的名詞術(shù)語壓力的基本概念壓力計量基礎(chǔ)知識1、壓力的定義及壓力計量 壓力的基本概念 在物理學(xué)中，將液體、氣體（或蒸汽）介質(zhì)垂直作用于單位面積上的壓力稱為“壓強(qiáng)”。因此，在物理學(xué)中壓力是作用力的概念。工程技術(shù)上所用的壓力名詞與物理學(xué)中的壓強(qiáng)是同一概念。故我們現(xiàn)在所說的壓力均是指工程技術(shù)中使用的名詞。 壓力計量基礎(chǔ)知識 壓力的定義是：垂直作用于單位面積上，而且均勻分布此面積上的力。 根據(jù)壓力的定義，其基本公式是： P=F/S 式（1） 式中 P作用的壓力 F作用的力 S作用面積 從式（1）中可知，壓力與所承受力的面積成反比，而與作用力成正比，在同

7、一作用力的情況下，當(dāng)作用面積大時壓力小，作用面積小時壓力大；相反，當(dāng)作用面積一定時，壓力隨作用力的增大而增大，隨著作用力的減小而減小。壓力的基本概念1、壓力的定義及壓力計量 壓力計量基礎(chǔ)知識 在工程技術(shù)中，由于各種測試目的和要求不同，以及需要測試的環(huán)境條件也各不相同，所以，需要研究壓力測試的情況也不相同。 當(dāng)施力于物體上時，其體積和形狀就發(fā)生了變化。而當(dāng)力停止作用后，物體又能恢復(fù)其原來體積和形狀的現(xiàn)象稱為彈性。所以，一般可用物體的彈性來表示壓力的量值。壓力的基本概念1、壓力的定義及壓力計量 壓力計量基礎(chǔ)知識 在固體中，當(dāng)力作用于任何固定不動的物體上時，就會產(chǎn)生由物體體積改變所引起的應(yīng)力；而在液

8、體中，如將液體裝在用活塞密封的容器中。當(dāng)在活塞上施力時，那么容器中產(chǎn)生的壓力會均勻分布到液體的所有質(zhì)點(diǎn)（液體所占體積的各點(diǎn)），同時液體又將壓力垂直地傳到它周圍的器壁。壓力的基本概念1、壓力的定義及壓力計量 壓力計量基礎(chǔ)知識 在氣體中，壓力也是傳播到氣體所占體積的所有各點(diǎn)。氣體的體積隨壓力不同而改變。同時，氣體的彈力，即恢復(fù)其原來體積的能力也隨壓力成比例地改變。氣體和液體一樣，也能將壓力傳播到器壁，而且一般是向限制它的表面?zhèn)鬟f。壓力的基本概念1、壓力的定義及壓力計量 壓力計量基礎(chǔ)知識 在工程技術(shù)中，壓力的量值一般都是采用根據(jù)物體上述的一些性質(zhì)所制成的各類壓力儀器儀表來測量的。而用壓力儀器儀表來對

9、目的物進(jìn)行比較或測量壓力量值的過程叫壓力計量。 由于應(yīng)用壓力是多種多樣的，因此就產(chǎn)生了不同的壓力狀態(tài)。壓力的基本概念1、壓力的定義及壓力計量 壓力計量基礎(chǔ)知識流體靜壓力的方向永遠(yuǎn)沿著作用力的法線方向，流體中任一點(diǎn)上各方向的靜壓力均相等。流體對裝流體的容器底部和側(cè)壁均有壓力作用，其任一點(diǎn)的壓力與流體表面到該點(diǎn)深度成正比。在同一水平面的所有各點(diǎn)壓力是相等的，而且同一深度各方向壓力相等。如果不是這樣，那么流體在該點(diǎn)某些方向上有不平衡的力，會使流體在該點(diǎn)處于運(yùn)動中。流體的自由面處于靜止，而且保持與水平面平行。加在密封液體上壓力，能夠按照原來的大小由液體向各個方向傳遞。這就是著名的帕斯卡定律。壓力的基本

10、概念2、靜止流體中的壓力（靜壓力） 壓力計量基礎(chǔ)知識 在工程技術(shù)中，為了區(qū)別測試的目的的不同，常使用以下壓力名詞術(shù)語： (1) 絕對壓力PA (2) 大氣壓力P0 (3) 相對壓力P (4) 真空度（V） (5) 靜壓 (6) 動壓 (7) 大氣壓力、絕對壓力和相對壓力之間的關(guān)系壓力的基本概念3、壓力的名詞術(shù)語 壓力計量基礎(chǔ)知識(1) 絕對壓力PA 絕對壓力是相對于絕對真空所測得的壓力，即從完全的零壓力開始所測得的壓力。它是液體、氣體或蒸汽所處空間的全部壓力，也叫不帶條件起算的全壓力。當(dāng)然，得到完全真空是不可能的，因此一般說流體的絕對壓力應(yīng)是流體的壓力與真空中殘余壓力的差值。但是，隨著科學(xué)技術(shù)

11、的發(fā)展，已可能得到幾乎接近完全真空。對一般壓力計量測試而言，其真空度到（10-110-2）Pa（均10-310-4mmHg）則可認(rèn)為是完全真空，一般用PA或abs表示絕對壓力。壓力的基本概念3、壓力的名詞術(shù)語 壓力計量基礎(chǔ)知識(2) 大氣壓力P0 大氣壓力就是地球表面上的空氣柱重量所產(chǎn)生的壓力。即圍繞地球的大氣層，由于它本身的重力對地球表面單位面積上所產(chǎn)生的壓力。它隨某一地點(diǎn)離海平面的高度，所處緯度和氣象情況而變化。并且隨著時間、地點(diǎn)的不同而變化。用符號P0表示。壓力的基本概念3、壓力的名詞術(shù)語 壓力計量基礎(chǔ)知識 (3) 相對壓力Pa表壓力（正壓力）Pg 表壓力是高于大氣壓力的絕對壓力與大氣壓

12、力之差，或者相對將大氣壓力作為零壓力就稱為表壓力。一般壓力儀表，若無特殊裝置，其零點(diǎn)壓力實(shí)際就是當(dāng)時的大氣壓力，所以，當(dāng)PAP0時表壓力Pg為： Pg=PA-P0 式（2） 變換后得絕對壓力PA為： PA=Pg+P0 式（3） 一般情況下，直接用P表示相對壓力。有時將大于大氣壓力的表壓力稱為正壓力?？捎梅枴?”表示。壓力的基本概念3、壓力的名詞術(shù)語 壓力計量基礎(chǔ)知識(3) 相對壓力Pb負(fù)壓力（疏空或真空表壓力）Pv 當(dāng)絕對壓力小于大氣壓力時，大氣壓力與絕對壓力之差稱為負(fù)壓力（也稱疏空或真空表壓力），用Pv表示，或用符號“-”表示。所以，當(dāng)PAP0時，負(fù)壓Pv為： Pv=P0-PA 式（4）c

13、差壓Pd 兩個壓力之間的差值稱為差壓，或者以大氣壓力以外的任意壓力作為零點(diǎn)所表示的壓力，用Pd表示。壓力的基本概念3、壓力的名詞術(shù)語 壓力計量基礎(chǔ)知識(4) 真空度（V）當(dāng)絕對壓力低于大氣壓力稱為真空度。(5) 靜壓不隨時間變化的壓力叫靜壓。當(dāng)然，絕對不變化是不可能的，因而規(guī)定壓力隨時間的變化，每秒鐘為壓力計分度值的1%，或每分鐘在5%以下變化壓力均稱為靜壓。(6) 動壓壓力隨時間的變化超過靜壓所規(guī)定的限度的變化叫動壓。一般又將非周期變化的壓力叫變動壓；把不連續(xù)而變化大的叫沖擊壓；作周期變化的叫脈動壓。壓力的基本概念3、壓力的名詞術(shù)語 壓力計量基礎(chǔ)知識(7) 大氣壓力、絕對壓力和相對壓力之間的

14、關(guān)系壓力的基本概念3、壓力的名詞術(shù)語 壓力計量基礎(chǔ)知識(7) 大氣壓力、絕對壓力和相對壓力之間的關(guān)系從圖（1）中可見，各術(shù)語僅在所取的基準(zhǔn)零點(diǎn)不同而已。絕對壓力又稱絕壓是以完全真空即真正的零壓為基準(zhǔn)點(diǎn)。在工程技術(shù)中，如氣象用的氣壓計就是絕壓計；在指示飛行高度時也用絕壓計。壓力的基本概念3、壓力的名詞術(shù)語 壓力計量基礎(chǔ)知識(7) 大氣壓力、絕對壓力和相對壓力之間的關(guān)系從圖（1）中還可以看出，絕對壓力大于大氣壓力時，絕對壓力是表壓力與大氣壓力之和；當(dāng)絕對壓力小于大氣壓力時，絕對壓力是大氣壓力與負(fù)壓力之差，換句話，若負(fù)壓力取負(fù)值，則絕對壓力也是大氣壓力與負(fù)壓力之和即：PA= P0+P；當(dāng)絕對壓力與大

15、氣壓力相等時，只指示出大氣壓力。大氣壓力是絕對壓力的一種方式。從式（2）、式（3）可知，當(dāng)PA=PB時Pg=0，即表壓為零，負(fù)壓也為零。故表壓或負(fù)壓都是以大氣壓力為基準(zhǔn)零點(diǎn)進(jìn)行測量的。壓力的基本概念3、壓力的名詞術(shù)語 壓力計量基礎(chǔ)知識(7) 大氣壓力、絕對壓力和相對壓力之間的關(guān)系 差壓可以是某任意點(diǎn)作為基準(zhǔn)零點(diǎn)所求出兩壓力之差。實(shí)際上，表壓也是差壓，只不過此時將大氣壓力作為零對待而已。 壓力的基本概念3、壓力的名詞術(shù)語 壓力計量基礎(chǔ)知識一、概述二、壓力的基本概念三、壓力的單位 四、壓力儀器儀表的分類壓力計量基礎(chǔ)知識 國際單位制中的壓力單位是牛頓/米2，又稱帕斯卡，簡稱“帕”（以Pa表示）。它的

16、物理意義是：一牛頓的力垂直均勻地作用于一平方米面積上所產(chǎn)生的壓力。即Pa=N/m2 式中：Pa帕斯卡（壓力單位） N牛頓（力的單位） m米（長度單位） 1971年十四屆國際計量大會上決定給予壓力單位具有專門名稱的導(dǎo)出單位。 1984年我國也規(guī)定將帕斯卡作為法定的壓力計量單位。壓力的單位1 國際單位制中的壓力單位及其物理意義壓力計量基礎(chǔ)知識 從壓力的定義已知，壓力的單位不是基本單位，而是一個導(dǎo)出單位，它是由力的單位和長度單位組合成的一個單位。長度單位是長度基本單位m（米）導(dǎo)出即：m2（平方米）；力的單位是具有專門名稱的導(dǎo)出單位N（牛頓），其定義為：當(dāng)1kg（千克）質(zhì)量的物體產(chǎn)生1m/s2（米/秒

17、2）加速度的力為1N（牛頓），即： 1N=1kgm/s2 1牛=1千克米/秒2 式（5） 當(dāng)均以基本單位表示時為： 1Pa=(1kgm/s2)/1m2 =1m-1kgs-2 式（6）壓力的單位1 國際單位制中的壓力單位及其物理意義壓力計量基礎(chǔ)知識 由于歷史原因，過去使用的壓力單位比較多的。雖然我國已規(guī)定只能使用國際單位制單位帕斯卡，但隨著對外開放及技術(shù)引進(jìn)，我國有許多單位隨設(shè)備進(jìn)口的壓力儀表還有許多是我國法定計量單位以外的壓力單位制成的。為了便于換算在這里介紹幾種常見的壓力單位與帕斯卡的換算關(guān)系：1hPa(百帕)=100Pa（帕）1kPa（千帕）=1000Pa（帕）1MPa（兆帕）=10000

18、00Pa（帕）1bar（巴）=100000Pa（帕）1mbar（毫巴）=100Pa（帕）1psi（磅力/平方英寸）=6894.76Pa（帕）1kgf/cm2（公斤力/平方厘米）=98066.5Pa（帕）1mmHg（毫米汞柱）=133.322Pa（帕）1mmH2O（毫米水柱）=9.80665Pa（帕）壓力的單位2 帕斯卡與其它壓力單位間的換算關(guān)系壓力計量基礎(chǔ)知識一、概述二、壓力的基本概念三、壓力的單位 四、壓力儀器儀表的分類壓力計量基礎(chǔ)知識 由于測試目的、要求和條件的不同，人們設(shè)計了多種壓力儀器儀表以適應(yīng)需要。根據(jù)儀器儀表的作用原理可分為： 1 液體式 2 彈性式 3 活塞式 4 電測式 5 數(shù)字式壓力儀器儀表的分類壓力計量基礎(chǔ)知識1 液體式 液體式壓力計是基于流體靜力學(xué)原理，利用液柱高度產(chǎn)生的力去平衡未知力的方法來測量壓力的儀器。被測的液柱高度差可以直接判讀、顯示或通過計算方法來確定。常用的液體壓力計有：水銀氣壓計、U型管壓力計、杯型壓力計、鐘罩式壓力計、補(bǔ)償式微壓計和斜管微壓計等。壓力儀器儀表的分類壓力計量基礎(chǔ)知識2 彈性式 彈性式壓力計的作用原理是利用彈性敏感元件（如彈簧管）在壓力作用下產(chǎn)生彈性形變，其形變的大小與作用的壓力成一定的線性關(guān)系，通過傳動機(jī)構(gòu)（機(jī)芯）用指針或其它顯示裝置表示出被測的壓力的測量儀表。彈性式壓力計的彈性敏感元件有多種，可分為：彈簧管式，膜片式，