第8章 压力检测技术（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学·2023）

第8章 压力检测技术 概述 1 压力检测技术 常用压力检测仪表 2 压力检测仪表的选择与安装 3 8.1.1压力的基本概念和计量单位 8.1.2压力检测方法 8.1概述 8.1.1压力的基本概念和计量单位 1. 压力名词与定义 1)压力——垂直而均匀地作用在单位面积上的力称为压力。压力可表示为 (8-1) 式中，p—压力；F—垂直作用力；S—受力面积。 2)绝对压力——以完全真空（绝对压力零位）作参考点的压力称为绝对压力，用符号pi表示。 3)大气压力——由地球表面大气层空气柱重力所产生的压力，称为大气压力，用符号p0表示。 8.1.1压力的基本概念和计量单位 4)表压力——以大气压力为参考点，大于或小于大气压力的压力称为表压力。工业上所用的压力仪表指示值多数为表压力。 5)差压(力) 任意两个相关压力之差称为差压(Δp)。 8.1.1压力的基本概念和计量单位 2. 压力的计量单位 在国际单位制中，压力的单位为牛顿/米2，用符号N/m2表示；压力单位又称为帕斯卡或简称帕，符号为Pa。1Pa＝1N/m2。因帕单位太小，工程上常用千帕(kPa)或兆帕(MPa)表示。我国已规定帕斯卡为压力的法定计量单位。 由于历史发展的原因、单位制的不同以及使用场合的差异，压力还有多种不同的单位。各种压力单位间的换算关系列于表8-1中。 8.1.1压力的基本概念和计量单位 表8-1压力单位换算表 单 位 帕 Pa(N/m2) 巴 (bar) 毫米水柱 (mmH2O) 标准大气压 (atm) 工程大气压 (kgf/cm2) 毫米汞柱 (mmHg) 帕 Pa(N/m2) 1 1×10-5 1.019716 ×10-1 0.9869236 ×10-5 1.019716 ×10-5 0.75006 ×10-2 巴 (bar) 1×105 1 1.019716 ×104 0.9869236 1.019716 0.75006 ×103 毫米水柱 (mmH2O) 0.980665 ×10 0.980665 ×10-4 1 0.9678 ×10-4 1×10-4 0.73556 ×10-1 标准大气压 (atm) 1.01325 ×105 1.01325 1.033227 ×104 1 1.0332 760 工程大气压 (kgf/cm2) 0.980665 ×105 0.980665 1×104 0.967841 1 735.56 毫米汞柱 (mmHg) 1.333224 ×102 1.333224 ×10-3 1.35951 ×10 1.316 ×10-3 1.35951 ×10-3 1 8.1.1压力的基本概念和计量单位 8.1.2压力检测方法 8.1概述 8.1.2压力检测方法 根据测压原理的不同，压力检测方法主要有以下几类： 这种方法是按照压力的定义，通过直接测量单位面积上所受力的大小来检测压力。如液柱式压力计和活塞式压力计。 弹性力平衡法利用弹性元件受压力作用发生弹性变形而产生的弹性力与被测压力相平衡的原理来检测压力。 2. 弹性力平衡法 1. 重力平衡法 8.1.2压力检测方法 弹性元件在压力作用下会因发生弹性变形而形成弹性力，当弹性力与被测压力相平衡时，其弹性变形的大小反映了被测压力的大小，因此可以通过测量弹性元件位移变形的大小测出被测压力。 这种方法根据压力作用于物体后所产生的各种物理效应来实现压力测量。 3. 物性测量法 8.2.1弹性压力计 8.2.2电测式压力计 8.2常用压力检测仪表 弹性压力计根据所用弹性元件的不同构成了多种型式的弹性压力计，其基本组成如图8-2所示。 8.2.1弹性压力计 8.2.1弹性压力计 1. 弹性元件 弹性压力计的测压性能主要取决于弹性元件的弹性特性，它与弹性元件的材料、加工和热处理质量有关，同时还与环境温度有关。 工业上常用的弹性元件结构和测压范围如表8-2所示。 弹簧管式 波纹管式 弹性膜式 单圈弹簧管 多圈弹簧管 波纹管 平薄膜 波纹膜 挠性膜 0～106kPa 0～105kPa 0～103kPa 0～105 kPa 0～103kPa 0～102kPa 表8-2 弹性元件的结构和压力测量范围 8.2.1弹性压力计 弹簧管 又称波登管(法国人波登发明)，是一根弯成圆弧状、管截面为扁圆形的空心金属管，其一端封闭并处于自由状态，另一端开口为固定端，被测压力由固定端引入弹簧管内腔。 特点：测量范围大，可用于高、中、低压或真空度的测量。 波纹管是一端封闭的薄壁圆管，壁面是环状波纹。被测压力从开口端引入，封闭端将产生位移。 特点：位移相对较大，灵敏度高，用于低压或差压测量。 8.2.1弹性压力计 弹性膜片是外缘固定的片状弹性元件，有平膜片、波纹膜片和挠性膜片几种形式，其弹