压力及差压测量

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表中mmH2O值是按水温4摄氏度和重力加速度9.80665m/s^2为计算，mmHg值 是按水银温度0摄氏度为和重力加速度为9.80665m/s^2计算
压力测量中的常用概念
计示压力（表压力）：工程上压力计的指示值， 是被测绝对压力与当地大气压力之差。
绝对压力：真实压力 相对压力（压差） 正压：压力测量与差压测量 负压：压力测量与差压测量 真空：表压低于大气压力的表压力的绝对值。
2.3 金属膜片、膜盒压力计
膜片是将两种压力不等的流体隔开而具有挠性的圆形薄板或薄 膜。它的周边与壳体或基座相固接（夹紧、焊接等），如下图 所示。当膜片两边的流体压力不等时，膜片产生位移、力或者 频率信号；由此得到被测流体的压力。所以膜片是一种简单可 靠的压力测量（或传感）元件。
图8 膜片 (a) 平膜片; (b) 波纹膜片 1-平膜片; 2-夹紧环; 3-壳体
2.4 波纹管压力计
波纹管是一种轴对称的管状波纹薄壳，当它受 轴向力作用时，或者在其内腔与周围介质的压 力差的作用下在其线性特性不变的情况下，能 产生较大的位移；当它受横向力作用时，将在 轴向平面内弯曲。利用上述特性，波纹管可作 为把压力或力转换成位移的感压元件。也可作 为特殊的联接或密封隔离元件。
2.2 弹性元件的材料
1、高弹性合金——受温度变化影响大 2、恒弹性合金——受温度变化影响小 上述的各种金属弹性材料，总存在一定
数值的弹性滞后和弹性后效，它们妨碍 了传感器测量准确度的进一步提高。用 石英材料制作弹性敏感元件最理想，它 的弹性滞后只有最好弹性合金的最小滞 后的1/100，线膨胀系数则为它的1/30。 因而可以制造高准确度的弹性元件
P P1 P2 (h1 h2)(1 2)g
由于微压计一般用于测量气体，故 2 可略去，另外 考虑到封液在倾斜肘管中的长度l和h1的关系，以及表中 封液体积一定，即
1.3 斜管式压力计（续）
h2 l sin;h1源自lf Fl
d2 D2
式中f，d为斜管面积和内径；F，D为大截面容器截面
积和内径。所以：
1.1 U型管压力计
图1 U型管液柱式压力计 1,2 肘管; 3 封液
1.1 U型管压力计(续)
用Ｕ形管测压的原理如图８－１所示。根据流体静力学，通 入Ｕ形管的差压或液柱高度差h有如下关系：
P P1 P2 h(1 2) g (h1 h2)(1 2) g
式中
1, 2 －－－Ｕ形管中所充封液密度和封液上面的介
1.4 液柱式压力计的测量误差及修正
参看清华版 138－139页 1 环境温度变化的影响——修正 2 重力加速度变化的影响——修正 3 毛细现象造成的误差——加大管径 4 刻度、读数、安装等方面的误差——正
确读数及安装
二、弹性式压力计
弹性式压力计是根据弹性元件受压后产 生的变形与压力大小有确定关系的原理 制成的。它适用的压力范围广（0～ 1000MPa），结构简单，故获得广泛应 用。
压力测量的分类
依据测压原理不同，分为： 1利用重力与被测压力平衡测压力：如液
柱式压力计和活塞式压力计 2利用弹性力和被测压力平衡测压力：如
弹性式压力计 3利用物质其它与压力有关的物理性质测
压力：如半导体压阻式传感器和压电式 传感器。
第一部分
常规测压方法和仪表
一、液柱式压力计
液柱式压力计是用一定高度的液柱所产生的静 压力平衡被测压力的方法来测量压力的。由于 其价格低廉，而且在0.1MPa范围内测量值准 确度比较高，所以常用于测量低压、负压和差 压。例如锅炉烟、风道各段压力及热力实验中 节流式流量计所产生的差压等。
图6 弹性元件的弹性滞后
2.1 弹性元件的特性（续）
弹性后效：当负荷（压力、力或力矩）停止变化或完 成卸负荷后，弹性元件不是立刻完成相应的变形，而 是在一段时间内继续变形，这种现象称为弹性后效。
图7 弹性元件的弹性后效现象
2.1 弹性元件的特性（续）
弹性元件的弹性滞后和弹性后效现象在工作 过程中是同时产生的，它是造成仪表指示误 差（回差和零位误差）的主要因素。弹性滞 后及弹性后效与材料的极限强度，弹性元件 的结构设计、负荷大小、特性以及工作温度 等因素有关。使用压力越接近材料的比例极 限或强度系数越低，弹性后效就越大。为了 减小弹性滞后和弹性后效值，在设计时应选 用较大的强度系数，合理选择材料，采取适 当的加工和热处理方法等。
图9 膜盒 (a) 单模盒; (b) 膜盒组
2.3 金属膜片、膜盒压力计（续）
图10 膜片和膜盒 (a) 弹性膜片; (b) 挠性膜片; (c) 膜盒
膜片可分为弹性膜片和挠性膜片。弹性膜片一般由金 属制成，常用的弹性波纹膜片是一种压有环状同心波 纹的圆形薄片，其挠度与压力的关系，主要由波纹的 形状、数目、深度和膜片的厚度、直径决定，而边缘 部分的波纹情况则基本决定了膜片的特性，中部波纹 的影响很小。挠性膜片只起隔离被测介质的作用，它 本身几乎 没有弹性，是由固定在膜片上的弹簧的弹性 力来平衡被测压力的。
2.3 金属膜片、膜盒压力计（续）
膜片按工作面形状可分为两类：平膜片和波纹膜片。 多数波纹膜片上有一波形或复合波形的同心的周向波 纹，也有少数的横向波纹。波纹膜片的最大特点是： 对波纹的结构形式加以合理的选择，可以得到较大的 位移并保持较好的线性度。将纹膜片成对地沿周边密 封焊接成膜盒，或由单膜盒串联成膜盒组，可以获得 更大的位移。
波纹管种类很多，但大体可分为有缝和无缝两 类。
图12波纹管压力计
1高压引入口；2高压室波纹管；3冲液温度补偿波纹管；4阻尼环；5连接轴；6单向 保护管；7填充液；8高压测量室；9阻尼旁路；10阻尼阀；11低压引入口； 12低压 室波纹管；13单向保护阀；14微调量程螺母；15螺杆；16量程弹簧；17量程弹簧支 承板；18中心基座；19低压测量室；20排液（气）针阀；21阻尼保护室；22低压室
1.3 斜管式压力计
图3 斜管式压力计实物图
1.3 斜管式压力计（续）
图4 斜管式微压计原理图
1-宽容器;
2-倾斜肘管
1.3 斜管式压力计（续）
在热力试验中，常用斜管式微压计来测量微小的正压、 负压和差压。图4为斜管式微压计原理图．测量正压时被 测压力通入大容器，测量负压时，被测压力通入肘 管．测量差压时将较高的压力通入大容器而将较低的压 力通入肘管．在差压的作用下，倾斜角微a的斜管中的封 液液面升高了h2,大容器内液面下降了h1,所以
直径为５mm，大容器内径为１５０mm时，f/A＝（５／１５０）＾２＝ １／９００，此时h1可以忽略．被测介质为气体时2 亦可忽略．
1.2 单管式压力计（续）
如将数根肘管连至同一个大截面容器， 则连成多管式压力计。电厂常用它来测 量炉膛和烟道各处的负压。大容器通大 气，各肘管连至各段烟道测点，此时各 肘管中的液柱高度即代表负压。
所测差压 P 可表示为
P P1 P2 (h1 h2)(1 2)g
h2(1 f / A)(1 2)g
当f,A一定时，系数(1+f/A)为常数。选定封液后,封液密度 1 和封液上面 的介质密度 2为定值，因此只要读取肘管中液面上升高度h2就可以测的
差压值 P 。一般将f/A值定的很小，使(1+f/A)值近于１。例如，当肘管
热工测量仪表
压力及差压测量
压力测量的意义
压力是工质热力状态的主要参数之一。 热力发电厂中需要测量压力和差压的地 方很多，待测压力范围很宽，约从1KP a 到24MPa。保证压力测量的准确性对于 机组安全、经济运行具有重要意义。例 如：给水压力、气包压力、主蒸汽压力、 凝汽器真空、各处的油压和烟风道压力 等，都是运行中需要经常监视的重要参 数。此外，差压测量还用于液位和流量 的测量中。
所用液体叫做封液，常用的有水、酒精、水银 和四氯化碳等。常用的液柱式压力计有U型管 压力计、单管式压力计和斜管式压力计。
常用封液在不同温度下的密度
封液名 化学式 化学封液不同温度下的密度
称
10 15 20 25 30 35
酒精 Ｃ2H5OH 0.817 0.813 0.809 0.804 0.800 0.976
质密度
h －－－两肘管中封液的高度差，h=h1+h2
g －－－重力加速度
Ｕ形管内径一般为５－－２０mm，为了减少毛细现象对测 量准确度的影响，内径最好不小于１０mm
1.1 U型管压力计(续)
当标尺分格值为1mm时，两次液面高度读数的 总绝对误差可估计为2mm，因此当被测差值很 低时，液柱高度差很小，读数的相对误差就很 大，此时应选择密度更小的封液，以增大肘管 中的液柱高度差，或者使用斜管式微压计。
p
l s in
a
d2 D2
1g
Kl
式中K为系数，
K
1 g s in
d2 D2
与单管式相比，因为l比h1放大了1/sinα，故读数的相 对误差减小。改变α就能改变K值，以适应不同的测量 范围。但α不得小于5度， α太小斜管内液面拉长，且
易冲散，反而影响读数的准确性。斜管式微压计的使
用范围一般为100到2500Pa。
atm
1Pa
1
1.02*10^( 0.102 -5)
7.501*10 10^(-2) 9.87*10^(
^(-3)
-6)
1kgf/cm^ 9.806*10 1
2
^4
10^4
735.56 980.6
0.9678
1mmH2O 9.806 10^(-4) 1
7.3556*1 9.806*10 0.9678*1
0^(-2) ^(-2)
0^(-4)
1mmHg 1mbar 1atm
133.3
100
10.13*10 ^4
13.6*10^( 13.6 -4)
0.102*10 10.2 ^(-2)