熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)課件

熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)2023/7/15熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第1節(jié)壓力的基本概念壓力是指垂直作用在單位面積上的力。對(duì)于運(yùn)動(dòng)流體，根據(jù)測(cè)量所取的面不同，可分為總壓力、靜壓力、動(dòng)壓力根據(jù)測(cè)量要求，按零標(biāo)準(zhǔn)的方法，可分為絕對(duì)壓力、表壓力、差壓力等。絕對(duì)壓力是以完全真空作為零標(biāo)準(zhǔn)的壓力。在用絕對(duì)壓力表示低于大氣壓時(shí)，把該絕對(duì)壓力稱為真空度。表壓力是以當(dāng)?shù)卮髿鈮鹤鳛榱銟?biāo)準(zhǔn)的壓力。通常，所謂壓力就是指表壓力。差壓是用兩個(gè)壓力之差表示的壓力，也就是以大氣壓以外的任意壓力作零標(biāo)準(zhǔn)的壓力。2熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第1節(jié)壓力的基本概念3熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第1節(jié)壓力的基本概念

過去采用的壓力單位“工程大氣壓力”（kgf/cm2）、“毫米汞柱”（mmHg）、“毫米水柱”（mmH2O）、“標(biāo)準(zhǔn)大氣壓”（atm）、“巴”（bar）、“PSI”等均應(yīng)改成法定計(jì)量單位帕。1kgf/cm2=0.9807×105Pa1mmH2O=0.9807×10Pa1mmHg=1.332×102Pa1atm=1.01325×105Pa1bar=105Pa

1PSI=6.89×103Pa4熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第1節(jié)壓力的基本概念5熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量1.基本原理

流體穩(wěn)態(tài)壓力測(cè)量的基本原理流體沿水平方向穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，其靜壓與動(dòng)壓之和沿流線不變，即引入壓力系數(shù)由流體力學(xué)可知，在任何被流體繞流的物體上，都存在流體速度為零的一些點(diǎn)，稱為臨界點(diǎn)。臨界點(diǎn)的壓力系數(shù)為1。在被繞流物體表面上也存在流體的壓力等于流體靜壓力的點(diǎn)，這些點(diǎn)的壓力系數(shù)等于零。6熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量2.被繞流物體表面上流體的壓力分布(1)圓柱體(2)球體7熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量(1)半球形注意半球形位置，穩(wěn)態(tài)流體內(nèi)壓力測(cè)量探針就是基于這個(gè)原理設(shè)計(jì)的8熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量

3、流體靜壓的測(cè)量及靜壓探針流道壁面上的靜壓力測(cè)壓孔應(yīng)開在直線型管壁上；測(cè)壓孔的軸線應(yīng)與壁面垂直；測(cè)壓孔的直徑為0.5mm左右，最大不應(yīng)超過1.5mm；測(cè)壓孔的邊緣應(yīng)整齊、光潔。9熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)流道中一點(diǎn)的靜壓力可用靜壓探針測(cè)量；探針必須與流線平行。第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量10熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量感受部分傳送部分顯示部分測(cè)壓管，在其表面根據(jù)測(cè)量要求開以若干個(gè)小孔以感受氣流中的壓力；連接管所起的作用是將感受到的壓力信號(hào)傳送到顯示或記錄部分；而二次儀表可以是所有測(cè)壓儀表中任一種。11熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)L形靜壓探針

第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量靜壓管頭部呈半球體，氣流在此獲得加速，靜壓降低；又因?yàn)橹U對(duì)氣流有滯止作用，流速降低，靜壓升高，所以在L型靜壓管的頭部和支桿之間選擇適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置靜壓孔，可以得到接近真實(shí)靜壓的測(cè)量值。12熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量圓柱形靜壓探針是由一根圓柱形的細(xì)管做成的。測(cè)壓孔開在管子背向流體流動(dòng)方向的一面。當(dāng)速度系數(shù)一定時(shí)，在的范圍內(nèi)，由它測(cè)出的靜壓保持不變，因此可用于二元流動(dòng)中測(cè)量流體某一點(diǎn)的靜壓。由于這種探針的軸線是與流線垂直的，因此流場擾動(dòng)較大，從繞流物體上壓力分布曲線可見，其表面上沒有穩(wěn)定的壓力系數(shù)為零的點(diǎn)，只有壓力系數(shù)近似等于零的點(diǎn)，所以測(cè)出的靜壓值誤差較大。圓柱形靜壓探針

13熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量碟形靜壓探針

測(cè)量時(shí)，應(yīng)和氣流的流動(dòng)方向垂直，使圓盤平面平行于氣流方向，其靜壓孔感受到的就是氣流的靜壓。14熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量導(dǎo)管式靜壓探針

一般靜壓管的不敏感偏流角都較小，在靜壓孔外加了導(dǎo)流管后，這種狀況得到了明顯的改善。15熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量

4、滯止壓力的測(cè)量及總壓探針感受部分傳送部分顯示部分16熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量總壓的測(cè)量方法及不敏感偏流角用于總壓測(cè)量的測(cè)壓管稱為總壓管?？倝汗艿囊欢斯芸谳S線對(duì)準(zhǔn)氣流方向，另一端管口與二次儀表相連，這樣便可測(cè)出被測(cè)點(diǎn)的氣流總壓與大氣壓之差。要求管口無毛刺，壁面光潔；并要求管口軸線對(duì)準(zhǔn)來流方向。習(xí)慣上取使測(cè)量誤差占速度頭1%的偏流角αp作為總壓管的不敏感偏流角，αp的范圍越大，對(duì)測(cè)量越有利。17熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)不同型式總壓管對(duì)氣流偏斜的敏感性第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量18熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量常用總壓管單點(diǎn)L型總壓管制造方便，使用、安裝簡單，支桿對(duì)測(cè)量結(jié)果影響小，其缺點(diǎn)是不敏感偏流角較小，一般為10°～15°，如果將孔口加一個(gè)擴(kuò)張角，則可加大至25°～30°。19熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量套管式總壓管導(dǎo)流套進(jìn)口處的錐面為收斂段，氣流經(jīng)過導(dǎo)流套后被整流，使總壓管的不敏感偏流角大大提高，可達(dá)40°～45°。它的缺點(diǎn)是αp隨M數(shù)的變化較明顯；頭部尺寸較大，對(duì)氣流流動(dòng)有較大的影響。20熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量多點(diǎn)總壓管多點(diǎn)梳狀總壓管多點(diǎn)耙狀總壓管多點(diǎn)總壓管能同時(shí)測(cè)出多點(diǎn)的總壓，但制造較復(fù)雜，對(duì)流場干擾大。梳狀凸嘴型總壓管和耙狀總壓管的不敏感偏流角αp較??；凹窩型的αp較大，但測(cè)量精度受氣流擾動(dòng)的影響較大；帶套型的αp最大，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。在實(shí)際使用時(shí)要根據(jù)具體情況選用。21熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量附面層總壓管一般取h=0.03～0.1mmH=0.1～0.18mm。22熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量總壓探針的選用原則1).在δ≤15°的三元流體中，可選用結(jié)構(gòu)簡單的“L”形探針，其結(jié)構(gòu)尺寸的最佳值為l/d≥2～3，=0.7；2).在δ≤35°～45°的三元流體中，應(yīng)采用套管式總壓探針；3).在δ≤±4°～6°的平面流體中，可選用結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小的圓柱形探針，其最佳尺寸應(yīng)是l/d≥1.5,=0.7。23熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量5、壓力探針的測(cè)量誤差分析探針對(duì)流場的擾動(dòng)使用探針測(cè)量總壓和靜壓時(shí)，探針必然會(huì)對(duì)原來的流動(dòng)狀態(tài)帶來擾動(dòng)，使探針附近的流線發(fā)生彎曲，從而改變了局部流體的壓力。為了減小它對(duì)氣流的擾動(dòng)，應(yīng)將探針的尺寸做得足夠小。測(cè)壓孔對(duì)測(cè)量值的影響測(cè)壓孔的不規(guī)則、孔的軸線與流線不垂直，以及孔徑過大等都會(huì)導(dǎo)致靜壓測(cè)量誤差。主要原因是流體經(jīng)過測(cè)壓孔時(shí)，流線要發(fā)生彎曲，流線沉到孔里產(chǎn)生離心力場，并增加了孔的壓力使所測(cè)得的壓力超過流體的靜壓力。超過值的大小決定于流體的速度和孔的形狀、尺寸及方向。通常靜壓孔的直徑為0.5～1mm，孔徑太小了易堵塞，孔徑大了又會(huì)增加由速度頭引起的誤差。24熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量Ma數(shù)對(duì)測(cè)量值的影響

在氣流壓力測(cè)量中，Ma數(shù)的增大會(huì)引起氣流密度的變化，當(dāng)Ma≥1時(shí)，探針上就產(chǎn)生了局部沖波，這個(gè)沖波是非等熵的，它改變了局部的氣流壓力，從而給靜壓和總壓的測(cè)量帶來誤差。頭部為半球形的“L”形探針，當(dāng)=0.3，α角較小時(shí)，在亞音速氣流中，測(cè)量值與Ma數(shù)無關(guān)。25熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)Re數(shù)對(duì)測(cè)量值的影響在臨界點(diǎn)的無因次壓力系數(shù)與Re數(shù)的關(guān)系可用下式表示：式中，是常數(shù)，對(duì)不同形狀的物體具體數(shù)據(jù)如下：對(duì)于半球形，=2.0,=0.398；對(duì)于球形，=1.5，=0.455；對(duì)于圓柱形，=1.0，=0.457。第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量26熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)6、速度梯度對(duì)測(cè)量值的影響第2節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力的測(cè)量27熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表測(cè)壓儀表液柱式壓力計(jì)依據(jù)重力與被測(cè)壓力平衡的原理制成的，可將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為液柱的高度差進(jìn)行測(cè)量U型管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)以及斜管壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)依據(jù)彈性力與被測(cè)壓力平衡的原理制成，彈性元件變形的多少反映了被測(cè)壓力的大小。彈簧管壓力計(jì)、波紋管壓力計(jì)以及膜盒式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)利用一些物質(zhì)與壓力有關(guān)的物理性質(zhì)進(jìn)行測(cè)壓。電阻應(yīng)變片式、電容式、壓電式、電感式、霍爾式活塞式壓力計(jì)根據(jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞面積上所加平衡砝碼的質(zhì)量。它普遍地被作為標(biāo)準(zhǔn)儀器用來校驗(yàn)或刻度彈性式壓力計(jì)。28熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表1、液柱式壓力計(jì)利用液柱對(duì)液柱底面產(chǎn)生的靜壓力與被測(cè)壓力相平衡的原理，通過液柱高度來反映被測(cè)壓力的大小優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，有相當(dāng)高的準(zhǔn)確度缺點(diǎn)：量程受液柱高度的限制，體積大，玻璃管容易損壞及讀數(shù)不方便；測(cè)量范圍不大采用水銀或水為工作液，用U形管或單管進(jìn)行測(cè)量，常用于低壓、負(fù)壓或壓力差的檢測(cè)被廣泛用于實(shí)驗(yàn)室壓力測(cè)量或現(xiàn)場鍋爐煙、風(fēng)道各段壓力、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)各段壓力的測(cè)量29熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表30熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表U形管壓力計(jì)測(cè)氣體△P=P1－P2=ρg(h1+h2)提高工作液密度將增加壓力的測(cè)量范圍，但靈敏度要降低。31熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)問：U形管壓力計(jì)兩肘管的內(nèi)徑分別為d1=6mm，d2=6.5mm，管內(nèi)封液為水，被測(cè)壓力作用于較細(xì)肘管，使水柱從零位下降195mm。如果以該值的2倍作為被測(cè)壓力值，試確定由于沒有讀取較粗肘管的水柱從零位的升高值而造成的測(cè)量誤差。第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表解：32熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表單管式壓力計(jì)

由于U形管壓力計(jì)需兩次讀取液面高度，為使用方便，設(shè)計(jì)出一次讀取液面高度的單管壓力計(jì)。33熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表因

故由于D>>d，所以P=ρgh2

34熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表

主要用于測(cè)量微小壓力、負(fù)壓和壓差，它將單管液柱壓力計(jì)的測(cè)量管傾斜放置，這樣可以提高靈敏度，減少讀數(shù)相對(duì)誤差。斜管式壓力計(jì)P1P2斜管h1h2L35熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表傾斜角度越小，l越長，測(cè)量靈敏度就越高；但不可太小，否則液柱易沖散，讀數(shù)較困難，誤差增大。這種傾斜管液柱式壓力計(jì)可以測(cè)量到0.98Pa的微壓。為了進(jìn)一步提高微壓計(jì)的精確度，應(yīng)選用密度小的酒精作為工作液體。36熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表37熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表測(cè)量范圍:0-500,750,1000,1500,2000(Pa)精度:1.0級(jí)液體介質(zhì):(20℃時(shí))密度為810kg/m3的酒精重量:5kg外形尺寸:330*175*20038熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表液柱式壓力計(jì)的測(cè)量誤差及其修正環(huán)境溫度變化的影響環(huán)境溫度偏離規(guī)定溫度20℃后，封液密度改變對(duì)壓力計(jì)讀數(shù)影響的修正公式為

式中：h20為20℃時(shí)封液液柱高度；

h為t℃時(shí)封液液柱高度；

β為封液的體膨脹系數(shù)；t為測(cè)量時(shí)的實(shí)際溫度。39熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)重力加速度變化的修正儀器使用地點(diǎn)的重力加速度gφ由下式計(jì)算

式中：H,φ為使用地點(diǎn)海拔高度（m）和緯度(°)；gN為9.80665m/s2，標(biāo)準(zhǔn)重力加速度；R為6356766m，地球的公稱半徑。

式中：hN為標(biāo)準(zhǔn)地點(diǎn)封液液柱高度；

hφ為測(cè)量地點(diǎn)封液液柱高度。第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表40熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表毛細(xì)現(xiàn)象造成的誤差毛細(xì)現(xiàn)象使封液表面形成彎月面，這不僅會(huì)引起讀數(shù)誤差，而且會(huì)引起液柱的升高或降低。這種誤差與封液的表面張力、管徑、管內(nèi)壁的潔凈度等因素有關(guān)，難以精確得到。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常常通過加大管徑來減少毛細(xì)現(xiàn)象的影響。當(dāng)封液為酒精時(shí)，管子內(nèi)徑d≥3mm；水、水銀作封液，d≥8mm。此外液柱式壓力計(jì)還存在刻度、讀數(shù)、安裝等方面的誤差。讀數(shù)時(shí)，眼睛應(yīng)與封液彎月面的最高點(diǎn)或最低點(diǎn)持平，并沿切線方向讀數(shù)。U型管壓力計(jì)和單管壓力計(jì)都要求垂直安裝，否則將帶來較大誤差。41熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表2、彈性式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)是以各種形式的彈性元件受壓后產(chǎn)生的彈性變形作為測(cè)量的基礎(chǔ)。常用的彈性元件有彈簧管、膜片和波紋管，相應(yīng)的有彈簧管壓力計(jì)、膜式壓力計(jì)和波紋管式壓差計(jì)。優(yōu)點(diǎn)：量程范圍廣（4mmH2O~109Pa）結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)實(shí)耐用，價(jià)格低國產(chǎn)壓力表型號(hào)頭字母用Y42熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表彈簧管壓力計(jì)43熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表44熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表45熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表46熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表膜式壓力計(jì)膜式壓力計(jì)分為膜片壓力計(jì)和膜盒壓力計(jì)兩種。前者主要用于測(cè)量腐蝕性介質(zhì)或非凝固、非結(jié)晶的粘性介質(zhì)的壓力；后者常用于測(cè)量氣體的微壓或負(fù)壓。它們的敏感元件分別是膜片和膜盒。47熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)膜片壓力計(jì)膜片壓力計(jì)的膜片可分為彈性膜片和撓性膜片兩種。膜片呈圓形，一般由金屬制成，常用的彈性波紋膜片是一種壓有環(huán)狀同心波紋的圓形薄片，它的四周被固定起來。通入壓力后，膜片將向壓力低的一面彎曲，其中心產(chǎn)生一定的位移（即撓度），通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)，指示出被測(cè)壓力。（a）彈性膜片（b）撓性膜片第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表48熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表膜盒壓力計(jì)為了增大膜片的位移量以提高靈敏度，可以把兩片金屬膜片的周邊焊接在一起，形成膜盒。1-調(diào)零螺桿；2-機(jī)座；3-刻度板；4-膜盒；5-指針；6-調(diào)零板；7-限位螺釘；8-弧形連桿；9-雙金屬片；10-軸；11-杠桿架；12-連桿；13-指針軸；14-杠桿；15-游絲；16-管接頭；17-導(dǎo)壓管49熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表膜盒式微壓計(jì)常用于火電廠鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的風(fēng)、煙壓力測(cè)量及鍋爐爐膛負(fù)壓測(cè)量。當(dāng)幾個(gè)膜盒敏感元件疊放在一起后量測(cè)極微小的壓力（毫巴級(jí)）50熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表51熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)彈性式壓力計(jì)的誤差1．遲滯誤差相同壓力下，同一彈性元件正反行程的變形量不一樣，產(chǎn)生遲滯誤差。2．后效誤差彈性元件的變形落后于被測(cè)壓力的變化，引起彈性后效誤差。3．間隙誤差儀表的各種活動(dòng)部件之間有間隙，示值與彈性元件的變形不可能完全對(duì)應(yīng)，引起間隙誤差。4．摩擦誤差儀表的活動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，相互間存在摩擦力，產(chǎn)生摩擦誤差。5．溫度誤差環(huán)境溫度的變化會(huì)引起金屬材料彈性模量的變化，造成溫度誤差。第3節(jié)穩(wěn)態(tài)壓力指示儀表52熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量1、應(yīng)變式壓力傳感器工作原理：金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體在發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值均會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫“應(yīng)變效應(yīng)”。稱為應(yīng)變絲的靈敏度系數(shù)對(duì)于一般金屬絲k=1~2，對(duì)于半導(dǎo)體材料通常在60~170之間被測(cè)壓力作用于彈性敏感元件上，使它產(chǎn)生變形，在其變形的部位粘貼有電阻應(yīng)變片，電阻應(yīng)變片感受被測(cè)壓力的變化，按這種原理設(shè)計(jì)的傳感器稱為電阻應(yīng)變片式壓力傳感器。53熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)應(yīng)變片由應(yīng)變敏感元件、基片和覆蓋層、引出線三部分組成。應(yīng)變敏感元件是應(yīng)變片的核心部分，一般由金屬絲、金屬箔或半導(dǎo)體材料組成，由它將機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)為電阻的變化，基片和覆蓋層起固定和保護(hù)應(yīng)變敏感元件、傳遞應(yīng)變和電氣絕緣的作用。（a）絲繞式（b）箔式（c）半導(dǎo)體應(yīng)變片及其性能：第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量54熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量應(yīng)變片的測(cè)量誤差及其補(bǔ)償方法

應(yīng)變片電阻的變化受溫度影響很大。造成溫度誤差的原因：1）敏感柵的金屬絲電阻本身隨溫度變化發(fā)生變化；2）應(yīng)變片材料和試件材料的線膨脹系數(shù)不一樣，使應(yīng)變片產(chǎn)生附加變形，從而造成電阻變化。應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法：1）電橋補(bǔ)償法2）應(yīng)變片自補(bǔ)償法。55熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量電阻應(yīng)變片式壓力傳感器測(cè)量系統(tǒng)電阻應(yīng)變片式壓力傳感器通過不平衡電橋把電阻的變化轉(zhuǎn)換為電流或電壓的信號(hào)輸出。由于信號(hào)很微弱，要經(jīng)過多級(jí)放大才能驅(qū)動(dòng)各種顯示或記錄儀表，常用的配套儀表是動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀。典型測(cè)量系統(tǒng)由傳感器、電橋盒、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和光線示波器組成。傳感器電橋盒動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀光線示波器傳感器感受壓力信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出；電橋盒用于半橋形式輸出的傳感器，若傳感器為全橋形式，則可省去電橋盒；動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀為一個(gè)多級(jí)阻容耦合放大電路，帶有較大負(fù)反饋以改善線性，放大后調(diào)幅載波信號(hào)加于相敏檢波器進(jìn)行檢波，經(jīng)濾波器濾掉載波后，即可得到正比于壓力信號(hào)的電壓輸出；光線示波器作為測(cè)量系統(tǒng)的記錄儀表。56熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)光線示波器57熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量固態(tài)應(yīng)變式壓力傳感器優(yōu)點(diǎn)：精度高，靈敏度高，重復(fù)性好，遲滯小，尺寸小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示與運(yùn)算。其輸出有兩種形式：一是輸出模擬電壓；二是輸出頻率信號(hào)，利用壓力為零和有壓力時(shí)的頻率差來反映壓力的變化。缺點(diǎn)：對(duì)溫度敏感，需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。固態(tài)應(yīng)變式壓力傳感器的核心部件是單晶硅膜片，它既是壓敏元件又是變換元件。58熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量2、壓電式壓力傳感器壓電效應(yīng)，一些物質(zhì)在一定方向上受外力作用而產(chǎn)生變形時(shí)，在它們的表面上會(huì)產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉后，它們又重新回到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。產(chǎn)生壓電效應(yīng)的材料可分為兩類，一類是天然或人造的單晶體，如石英等。另一類是人造多晶體壓電陶瓷，如鈦酸鋇等。理想石英晶體是六邊體系，在晶體學(xué)中以三個(gè)互相垂直的軸來表示它們的特性，縱向的Z軸稱為光學(xué)軸，過棱線而垂直于光軸的X軸稱為電氣軸，垂直于XZ平面的Y軸稱為機(jī)械軸或中性軸。59熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量如果從石英晶體切出一個(gè)平行六面體，使它的結(jié)晶面分別平行于電軸、光軸和機(jī)械軸，把沿電軸X方向力Fx的作用下產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為“縱向壓電效應(yīng)”，而把沿機(jī)械軸Y方向力Fy的作用下產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為“橫向壓電效應(yīng)”，而沿光軸Z方向的作用力，石英不會(huì)產(chǎn)生電荷。60熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量壓電式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)由感壓彈性膜片、支持片、壓電晶體及引出線、絕緣套管等組成。被測(cè)壓力通過感壓膜片，支持片加到壓電晶體上，壓電晶體產(chǎn)生的電荷由壓在壓電晶體間的金屬箔導(dǎo)出。

1—鋼墊塊；2—壓電晶體；3—銅墊塊；4—壓電晶體；5—鋼墊塊；6—壓蓋；7—絕緣體8—引出線；9—膜片；10—壓力接頭；61熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量壓電式壓力傳感器的測(cè)量電路62熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)3、電感式壓力傳感器第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量電感式壓力傳感器以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)，利用磁性材料和空氣的導(dǎo)磁率不同，把彈性元件的位移量轉(zhuǎn)換為電路中電感量的變化或互感量的變化，再通過測(cè)量線路轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電流或電壓信號(hào)。工作原理1—銜鐵2—線圈3—鐵芯線圈的電感量W為線圈的匝數(shù)；μ0為空氣的磁導(dǎo)率；S為氣隙的截面積；δ為氣隙的寬度。彈性元件與銜鐵相連，彈性元件感受壓力產(chǎn)生位移，使氣隙寬度產(chǎn)生變化，從而使電感量發(fā)生變化。63熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)差動(dòng)式電感傳感器：結(jié)構(gòu)：由一個(gè)公共銜鐵和兩個(gè)相同的鐵心線圈結(jié)合在一起構(gòu)成。輸出特性式中K----靈敏度系數(shù)第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量64熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)上兩式可以看出，它們的電感是一增一減，將這樣的變化接入電橋，此為差動(dòng)式電感傳感器電橋電路。兩個(gè)線圈Z1、Z2接成交流電橋的相鄰兩臂，即半橋輸入，另外兩個(gè)橋臂由阻抗Z3、Z4組成。根據(jù)電橋平衡原理，在初始條件時(shí)，輸出電壓為，當(dāng)Z3=Z4=Z時(shí)，有：由于在工作中L1與L2是一增一減，Z1與Z2之和變化甚微，故可以認(rèn)為輸出電壓正比于L1-L2，即65熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量將代入若略去式中的Δδ2項(xiàng)，上式成為66熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量差動(dòng)式電感傳感器：由感壓彈性元件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和差動(dòng)電感傳感器等部分組成。變隙式差動(dòng)電感壓力傳感器67熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量差動(dòng)電感的測(cè)量：通常采用交流電橋電路，傳感器的兩個(gè)線圈分別接入電橋的相鄰兩臂。當(dāng)沒有壓力信號(hào)時(shí)，電橋平衡，輸出電壓為零；當(dāng)感受壓力時(shí)，電橋失去平衡，輸出端有電壓輸出。輸出電壓與被測(cè)壓力成正比。68熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量4、電容式壓力傳感器電容器的電容量由它的兩個(gè)極板的大小、形狀、相對(duì)位置和電介質(zhì)的介電常數(shù)決定。如果一個(gè)極板固定不動(dòng)，另一個(gè)極板感受壓力，并隨著壓力的變化而改變極板間的相對(duì)位置，電容量的變化就反映了被測(cè)壓力的變化。平板電容器的電容量C為若電容的動(dòng)極板感受壓力產(chǎn)生位移Δδ，則電容量將隨之改變，其變化量ΔC為當(dāng)ε、S確定之后，可以通過測(cè)量電容量的變化得到動(dòng)極板的位移量，進(jìn)而求得被測(cè)壓力的變化。69熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量結(jié)構(gòu)：它以感壓彈性元件——金屬膜片為電容器的活動(dòng)極板，與固定在傳感器殼體上的另一極板形成一電容器。當(dāng)感受被測(cè)壓力時(shí)，彈性膜片的變形就使得電容器極板之間的距離發(fā)生變化，從而導(dǎo)致了電容C的變化1—支座；2—固定螺釘；3—膜片；4—定極片支座；5—定極片陶瓷支架；6—定極片；7—定極片固定螺母；8—陶瓷支架的固定螺釘；9—標(biāo)準(zhǔn)墊片；10—墊片70熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)輸入能量小而靈敏度高。極距變化型電容式傳感器只需要很小的能量就能改變電容極板的位置。如一對(duì)直徑為1.27cm的圓形電容極板上施加10V電壓，極板間隙為2.54*10-3cm，只需3*10-5N的力就能使極板產(chǎn)生位移。因此電容傳感器可以測(cè)量很小的力、振動(dòng)加速度，而且很靈敏。電參量相對(duì)變化大。電容式壓力傳感器電容的相對(duì)變化dC/C>100%，有的甚至可達(dá)到200%，說明傳感器的信噪比大，穩(wěn)定性好。動(dòng)態(tài)特性好。電容傳感器活動(dòng)零件少，而且質(zhì)量很好，本身具有很高的自振頻率，所以動(dòng)態(tài)特性好。71熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)能量損耗小。電容式傳感器的工作是變化極板的間距，而電容變化并不產(chǎn)生熱量。結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性好。電容式傳感器的主要結(jié)構(gòu)是兩塊金屬極板和絕緣層，結(jié)構(gòu)很簡單，在振動(dòng)、輻射環(huán)境下仍能正常工作。72熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)主要缺點(diǎn)非線性大。對(duì)于極距變化型電容式傳感器，從位移變?yōu)殡娙葑兓欠蔷€性的，利用測(cè)量電路電容轉(zhuǎn)換為電壓變化也是非線性的，采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)非線性可以得到改善，但不能完全消除。除非采用專門的測(cè)量電路，如運(yùn)算放大器等。電纜分布電容影響大。傳感器兩極板間的電容很小，僅幾十個(gè)pF，小的甚至只有幾個(gè)pF。而傳感器與電子儀器之間的連接電纜卻具有很大的電容。如屏蔽線的電容，最小的1米也有幾個(gè)pF，最大的可達(dá)上百個(gè)pF，這不僅使傳感器的電容相對(duì)變化大大降低，靈敏度也降低。解決方法：1，利用集成電路，加前置放大器，使傳感器的輸出直接變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào)，再經(jīng)過傳輸導(dǎo)線傳送，不受導(dǎo)線分布電容的影響。2，采用雙屏蔽傳輸線，可降低分布電容的影響。73熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量電容式差壓變送器高壓側(cè)進(jìn)氣口低壓側(cè)進(jìn)氣口電子線路位置內(nèi)部不銹鋼膜片的位置74熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)電容式差壓變送器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1—高壓側(cè)進(jìn)氣口2—低壓側(cè)進(jìn)氣口3—過濾片4—空腔5—柔性不銹鋼波紋隔離膜片6—導(dǎo)壓硅油7—凹形玻璃圓片8—鍍金凹形電極9—彈性平膜片10—

腔75熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量各種電容式差壓變送器外形

76熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)各種電容式壓力變送器外形（續(xù)）（參考丹東長隆自控有限公司資料）77熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)各種電容式壓力變送器外形（續(xù)）78熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)利用電容差壓變送器測(cè)量液體的液位

差壓變送器施加在高壓側(cè)腔體內(nèi)的壓力與液位成正比：

p=gh第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量79熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量電容差壓變送器用于測(cè)量液體的液位

投入式水位計(jì)80熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)5、壓阻式壓力傳感器(1)工作原理:壓阻式壓力傳感器是基于某些材料的電阻值隨壓力的變化而變化的原理制成的。其中錳最適于制作壓阻式壓力傳感器，它的阻值隨壓力變化呈線性關(guān)系。

式中，ΔR是電阻的增量；K是錳的壓阻系數(shù)，；是錳電阻的阻值；是被測(cè)壓力。

(2)結(jié)構(gòu)：由錳銅絲繞制的電阻、金屬支架、絕緣密封螺絲和傳感器壓力腔等組成。

(3)測(cè)量電路:通常采用電橋電路第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量81熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第4節(jié)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量6、霍爾壓力變送器（1）霍爾效應(yīng)：把半導(dǎo)體單晶薄片置于磁場B中，如果在它的兩個(gè)縱向面上通以一定大小的電流，則在晶體的兩個(gè)橫向端面之間出現(xiàn)電勢(shì)UH，叫霍爾效應(yīng)，產(chǎn)生的電勢(shì)稱為霍爾電勢(shì)。電流I稱為控制電流；能產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的片子稱為霍爾元件。靈敏度常數(shù)82熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)霍爾壓力傳感器結(jié)構(gòu)1-彈簧管；2-磁鐵；3-霍爾元件當(dāng)被測(cè)壓力為零時(shí)，霍爾元件處于非均勻磁場的正中，其輸出電勢(shì)為零；當(dāng)被測(cè)壓力不為零的時(shí)候，霍爾元件被彈性元件帶動(dòng)偏離中間位置，則有正比于位移的電勢(shì)輸出。若彈性元件的位移與被測(cè)壓力成正比，則傳感器的輸出電勢(shì)也與被測(cè)壓力成正比。磁極間磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布83熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第5節(jié)壓力表的選擇與標(biāo)定一．壓力檢測(cè)儀表的選擇①測(cè)壓范圍，②被測(cè)介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)，③測(cè)試精度要求。1.儀表量程選用為保證安全性，壓力較穩(wěn)定時(shí)，最大工作壓力不超過儀表量程的3/4，壓力波動(dòng)較大時(shí)，最大工作壓力不超過儀表量程的2/3。為保證準(zhǔn)確度，最小工作壓力不低于滿量程的1/3。

84熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第5節(jié)壓力表的選擇與標(biāo)定2．儀表精度的選擇根據(jù)在測(cè)量時(shí)允許的最大測(cè)量誤差選擇儀表，可根據(jù)儀表的精度等級(jí)算出用該儀表測(cè)量可能引起的最大示值絕對(duì)誤差。另外在選擇儀表時(shí)不需一味追求高精度，只要滿足測(cè)量精度要求即可。我國目前彈簧管壓力表量程系列，1,1.6,2.5,4.0,6.0kPa以及10n倍精度系列，精密表0.1,0.16,0.25,0.4工業(yè)表1.0,1.5,2.585熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第5節(jié)壓力表的選擇與標(biāo)定例題：有一壓力容器，壓力范圍0.4~0.6MPa，壓力變化速度較緩，不要求遠(yuǎn)傳。試選擇壓力儀表（給出量程和精度等級(jí)）測(cè)量該壓力，測(cè)量誤差不大于被測(cè)壓力的4%。根據(jù)最大工作壓力根據(jù)最小工作壓力被測(cè)壓力的最大示值絕對(duì)誤差所選儀表的基本誤差所以可選擇量程范圍為0—1.0MPa彈簧管壓力表可選擇1.5級(jí)的壓力表86熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)第5節(jié)壓力表的選擇與標(biāo)定3．儀表類型選擇①被測(cè)介質(zhì)壓力大小，②被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)，例如，氧氣、乙炔都有專門的測(cè)量儀表，對(duì)腐蝕性介質(zhì)要采用不銹鋼或其他耐腐蝕的材料，③對(duì)儀表輸出信號(hào)的要求，例如是否需要為電信號(hào)，④使用環(huán)境。

87熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)二．壓力表的安裝氣上部防堵汽側(cè)上部防堵，防液，防氣液側(cè)下部防堵，防汽氣汽液1．取壓口的選擇第5節(jié)壓力表的選擇與標(biāo)定88熱工測(cè)試技術(shù)第3章壓力測(cè)試技術(shù)取壓口位置

穩(wěn)定無渦流區(qū)（直線管段，避開拐彎、分叉等）。除了被測(cè)介質(zhì)以處，不接觸其它物質(zhì)不易堵塞取壓孔形狀

孔徑要小要與壁面垂直孔口應(yīng)無毛刺第5節(jié)壓力表的