测试技术压力测量.pdf

11/65第三章第三章第三章 压力的测量第三章 压力的测量2/65第三章第三章学习要求:学习要求: 掌握掌握流体流体稳态压力稳态压力测量的基本原理 、稳态压力传感器的测量的基本原理 、稳态压力传感器的形式及构成形式及构成，，测量 误差产生的原因及解决方法；测量 误差产生的原因及解决方法；动态压力动态压力 测量传感器的测量传感器的原理、基本结构原理、基本结构；压力计 及压力测量系统的标定；；压力计 及压力测量系统的标定；真空测量真空测量技术3/65第三章第三章一、压力的定义一、压力的定义1、法向压力1、法向压力流体中某点压力与在该点所取的面的方 向无关，即某点各方向上的压力相等流体中某点压力与在该点所取的面的方 向无关，即某点各方向上的压力相等)/(lim 0dAdFp dA→=3－－1. 压力的基本概念. 压力的基本概念4/65第三章第三章2、流动流体内的压力 单位体积流体，在不可压、 忽略粘性的条件下，有、流动流体内的压力 单位体积流体，在不可压、 忽略粘性的条件下，有constcphgs=++2 21ρρconstcggphs=++2 21 ρ5/65第三章第三章二、压力分类1. 按测量的不同基准分：绝对压力、表压力、差压力2. 按压力特性分：静定压力、变动压力、脉动压力二、压力分类1. 按测量的不同基准分：绝对压力、表压力、差压力2. 按压力特性分：静定压力、变动压力、脉动压力6/65第三章第三章3－－2. 流体静定压力的测量流体静定压力的测量一、稳态流体压力测量的基本原理一、稳态流体压力测量的基本原理1、基本公式式中、基本公式式中 p0 流体测点的全压力流体测点的全压力ps流体的静压力流体的静压力(静压静压)流体的动压力流体的动压力(动压动压)constcpps=+=2 021ρ2 21cρ27/65第三章第三章2、压力系数、压力系数Kp 在进行压力分布分析时，为了消除流体速度对压力分布的影响，常采用引入 压力系数此式为压力的无量纲参数。

在进行压力分布分析时，为了消除流体速度对压力分布的影响，常采用引入 压力系数此式为压力的无量纲参数22 ∞∞−=cppKpρ8/65第三章第三章9/65第三章第三章10/65第三章第三章11/65第三章第三章二.流体静压的测量及静压探针1. 流道壁面的静压直接在管道壁上开孔用压力仪表测量孔径大小视管径大小而定二.流体静压的测量及静压探针1. 流道壁面的静压直接在管道壁上开孔用压力仪表测量孔径大小视管径大小而定constcpps=+=2 021ρ12/65第三章第三章2. 流体中的某点的静压2. 流体中的某点的静压L ≥ ≥ 3dconstcpps=+=2 021ρL313/65第三章第三章14/65第三章第三章三三.驻点压力驻点压力(全压全压)的测量及全压探针的测量及全压探针M点流体速度点流体速度C = 0则：则：p0 = ps= pMconstcpps=+=2 021ρ15/65第三章第三章16/65第三章第三章几种全压探针的结构及性能比较几种全压探针的结构及性能比较17/65第三章第三章18/65第三章第三章419/65第三章第三章20/65第三章第三章21/65第三章第三章四四. 压力探针测量误差的原因分析压力探针测量误差的原因分析 1、探针对流场的扰动：、探针对流场的扰动： 对测点附近流场的扰动对测点附近流场的扰动 2、测孔对测量值的影响：、测孔对测量值的影响： 孔径太小，易堵塞、粘性大的流体测量灵 敏性较低；孔径太大，流速对测压值带来误差孔径太小，易堵塞、粘性大的流体测量灵 敏性较低；孔径太大，流速对测压值带来误差 3、、Ma数对测量值的影响：数对测量值的影响： 当当Ma ≥ ≥ 1，在探针上会产生局部冲波，冲 波是非等熵的，改变了测点局部的流体压力， ，给压力测量带来误差。

在探针上会产生局部冲波，冲 波是非等熵的，改变了测点局部的流体压力， ，给压力测量带来误差在亚音速流体中，测 量值与在亚音速流体中，测 量值与Ma数无关22/65第三章第三章4、、Re对测量值的影响：对测量值的影响：探针表面压力分布与雷诺数有关，当探针表面压力分布与雷诺数有关，当Re>30，粘性力影响只在很薄的边界层内，主流影响 不大，可忽略，粘性力影响只在很薄的边界层内，主流影响 不大，可忽略Re的影响；当的影响；当Re305、速度梯度对测量值的影响：、速度梯度对测量值的影响：在探针前缘驻点区域及支杆前缘的区域，会产生一速度梯度，该速度梯度对测孔压力有一定的影响因此，对测孔和支杆的位置有具体的要求在探针前缘驻点区域及支杆前缘的区域，会产生一速度梯度，该速度梯度对测孔压力有一定的影响因此，对测孔和支杆的位置有具体的要求23/65第三章第三章3－－3.流体静定压力指示式仪表.流体静定压力指示式仪表一、液柱式压力计应用流体静力学知识，通过液柱高 与压力的关系设计而成，基本原理比较 简单自学：p.64-66）一、液柱式压力计应用流体静力学知识，通过液柱高 与压力的关系设计而成，基本原理比较 简单。

自学：p.64-66）问题：与直管式比较，斜管式微压计的优点是什么？问题：与直管式比较，斜管式微压计的优点是什么？24/65第三章第三章二、弹性式压力计二、弹性式压力计利用材料在弹性范围内变形与外力 为线性关系的原理，制成不同形式及满 足不同要求的压力计利用材料在弹性范围内变形与外力 为线性关系的原理，制成不同形式及满 足不同要求的压力计1、弹簧管式压力表、弹簧管式压力表525/65第三章第三章26/65第三章第三章标准压力表标准压力表27/65第三章第三章28/65第三章第三章弹簧管式压力表的型号表示方法及精度 标准压力表:(YB型) 标准真空表:(ZB型) 普通压力表:(Y 型) 普通真空表:(Z 型) 压力真空表:(YZ型)弹簧管式压力表的型号表示方法及精度 标准压力表:(YB型) 标准真空表:(ZB型) 普通压力表:(Y 型) 普通真空表:(Z 型) 压力真空表:(YZ型) 标准的精度:0.16-0.5级；普通的精 度:10.-2.5级标准的精度:0.16-0.5级；普通的精 度:10.-2.5级选取什么样的精度表， 行业有试验规范规定选取什么样的精度表， 行业有试验规范规定29/65第三章第三章3－－4流体变动压力测量流体变动压力测量• 通过压力传感器将变动的压力信号转换为电信号进行测量通过压力传感器将变动的压力信号转换为电信号进行测量.• 常用的压力传感器有：应变式、压电式、压阻式、电感式和电容式等型式常用的压力传感器有：应变式、压电式、压阻式、电感式和电容式等型式30/65第三章第三章一. 应变式压力传感器一. 应变式压力传感器1、基本思路：压力作用、基本思路：压力作用电阻材料与受 力材料同时变 形电阻材料与受 力材料同时变 形电阻阻值变化电阻阻值变化电桥失衡电桥失衡比较得压力值输出电压变化比较得压力值输出电压变化关键在于: 材料变形与压力的关系关键在于: 材料变形与压力的关系631/65第三章第三章 2、基本原理：、基本原理：• 应变片应用电桥电路,将微小的电阻变化转 换为电压或电流的变化,通过放大进 行测量,由测得的应变推算出应力值.应变片应用电桥电路,将微小的电阻变化转 换为电压或电流的变化,通过放大进 行测量,由测得的应变推算出应力值.LL RRΔ∝ΔεKRR=ΔK—应变片的灵敏系数应变片的灵敏系数32/65第三章第三章 3、应变片类型、应变片类型33/65第三章第三章4、应变片的选用、应变片的选用•静态测量时,选用静态测量时,选用标准标准电阻应变片电阻应变片•动态测量时,选用动态测量时,选用电阻值较大电阻值较大的应 变片的应 变片•材质不均匀或测量时间较长时,选 用材质不均匀或测量时间较长时,选 用较大基长较大基长的应变片的应变片•测量时,必须选用测量时,必须选用同一批次同一批次生产的 应变片生产的 应变片34/65第三章第三章 5、应变测量中的电桥电路、应变测量中的电桥电路• 将应变片作为将应变片作为R1接在 电路中接在 电路中,调整其他电阻 阻值调整其他电阻 阻值,使电桥平衡使电桥平衡.• 当应变片阻值变化时当应变片阻值变化时, 电桥失衡，输出电桥失衡，输出E⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛Δ−Δ ++⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛Δ−Δ +=Δ4433 2 43432211 2 2121 )()(RR RR RRRuR RR RR RRRuREuRRRRRRRRE))((41323142 ++−=35/65第三章第三章• 半桥接法:半桥接法:R R1 1= =R R2 2 , R3、R4无变化，有：, R3、R4无变化，有：⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛Δ−Δ ++⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛Δ−Δ +=Δ4433 2 43432211 2 2121 )()(RR RR RRRuR RR RR RRRuRE)(4421 2211εε−=⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛Δ−Δ=ΔKu RR RRuE•全桥接法:全桥接法:R R1 1= =R R2 2＝＝R R3 3＝＝R R4 4，都是等值应变片，都是等值应变片εεεεε4)(444321 44332211KuKu RR RR RR RRuE=−+−=⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛Δ−Δ+Δ−Δ=Δ36/65第三章第三章桥臂系数桥臂系数A的物理意义的物理意义:εεεεε4)(44321KuKuE=−+−=Δ•桥臂系数桥臂系数A：令 *εε=A*εε=Aε当试件的应变值相同测量电路的分辨率、灵敏度高，实 际测量中希望得到大的桥臂系数当试件的应变值相同测量电路的分辨率、灵敏度高，实 际测量中希望得到大的桥臂系数*ε试件的实际应变值试件的实际应变值737/65第三章第三章6、应变片的温度误差及补偿、应变片的温度误差及补偿• 应变片的温度误差应变片材料与试件的 温度特性不一样，导 致应变片阻值产生误 差应变片的温度误差应变片材料与试件的 温度特性不一样，导 致应变片阻值产生误 差38/65第三章第三章• 应变片的温度补偿应变片的温度补偿εεεεε4)(44321KuKuE=−+−=Δεεεεε4)(443KuKuEba=−+−=Δ39/65第三章第三章拉、压产生的应变 在同一桥臂上可相互 抵消拉、压产生的应变 在同一桥臂上可相互 抵消7、荷载误差及补偿、荷载误差及补偿εεεεε4)(44321KuKuE=−+−=ΔA=2A=4• 补偿补偿40/65第三章第三章 8、应变式压力传感器、应变式压力传感器应用特性：动态压力频率响应特性应用特性：动态压力频率响应特性41/65第三章第三章 二. 压电式压力传感器二. 压电式压力传感器1、基本原理压力作用、基本原理压力作用晶体产生电荷晶体产生电荷产生电压或电流产生电压或电流应用特性：频率响应特性好，电荷不持久应用特性：频率响应特性好，电荷不持久 42/65第三章第三章2、压电式压力传感 器结构、压电式压力传感 器结构843/65第三章第三章 三. 电感式压力传感器三. 电感式压力传感器1、差动式电感传感器、差动式电感传感器44/65第三章第三章45/65第三章第三章 2. 差动式变压器应用举例差动式变压器应用举例46/65第三章第三章 四. 电容式压力传感器四. 电容式压力传感器dAkC⋅=ε47/65第三章第三章 电容式压力 －差压－流 量变送器优点：灵敏 度高、动态 响应快。

缺点：导线 的电容影响 较大电容式压力 －差压－流 量变送器优点：灵敏 度高、动态 响应快缺点：导线 的电容影响 较大接流体接流体接输出信号接输出信号48/65第三章第三章 1. 电容式传感器的基本原理电容式传感器的基本原理dAkC⋅=ε平行板电容量:平行板电容量:2. 电容式传感器的测量方法电容式传感器的测量方法949/65第三章第三章 五. 压阻式压力传感器五. 压阻式压力传感器1. 基本原理:材料的电阻值随压 力变化而变化.如:半导体、 铂、锰、康铜和钨等材料基本原理:材料。