1、,核工程检测技术,2020/4/3,核工程检测技术,2,第三章 压 力 检 测(1),2020/4/3,核工程检测技术,3,一、压力的基本概念,定义：流体垂直作用于单位面积上的力，在工程上称为压力，而在物理学中称为压强。 表示：压力可用绝对压力、大气压力和表压力表示。在工程上所说的压力一般都是指表压力，即用压力仪表测压时仪表的示值压力。 表压力绝对压力大气压力,第一节 概 述,2020/4/3,核工程检测技术,4,当绝对压力高于大气压力时，表压力为正压力，简称正压或压力； 当绝对压力低于大气压力时，表压力为负压力，简称负压或真空(度)。,2020/4/3,核工程检测技术,5,单位：在国际单位制
2、中，压力的单位是牛顿米2（N），称为帕斯卡或简称帕（Pa）；,工程大气压（at）：定义：1工程大气压1公斤力厘米2 （kgf/cm2）； 标准大气压(atm)：定义：在标准状态下， 760mmHg对底面 积的静压； 毫米汞柱:定义：温度为0的纯汞，汞柱高1mm对底面积的 静压力； 毫米水柱：定义：温度为4的纯水，水柱高1mm时对底面积 的静压力； 沿用的CGS制：压力：单位是达因厘米2（dyn/2），简 称巴（bar）； 欧美常用磅力英寸2（psi）作为压力单位。,2020/4/3,核工程检测技术,6,压力单位的换算：,1mmHg=1mm0g=10-313595.1kg/m39.80665m/
3、s2 =10-313595.19.80665kgf/m2 =10-313595.19.80665104kgf/cm2 =1.3610-3kgf/cm2,2020/4/3,核工程检测技术,7,二、测量压力仪表的分类,（1）液柱式压力计 它是依据重力与被测压力平衡的原理制成的，可将被测压力转换为液柱的高度差进行测量，例如：U型管压力计、单管压力计以及斜管压力计等。,2020/4/3,核工程检测技术,8,（2）弹性式压力计 它是依据弹性力与被测压力平衡的原理制成，弹性元件感受压力后会产生弹性变形，形成弹性力，当弹性力与被测压力相平衡时，弹性元件变形的多少反映了被测压力的大小。据此原理工作的各种弹性式
4、压力计在工业上得到了广泛的应用。如：弹簧管压力计、波纹管压力计以及膜盒式压力计等。,2020/4/3,核工程检测技术,9,（3）电气式压力计 它是利用一些物质与压力有关的物理性质进行测压。一些物质受压后，它的某些物理性质会发生变化，通过测量这种变化就能测量出压力。据此原理制造出的各种压力传感器，往往具有精度高、体积小、动态特性好等优点，成为近年来压力测量的一个主要发展方向。常用的压力传感器有电阻应变片式、电容式、压电式、电感式、霍尔式等。,2020/4/3,核工程检测技术,10,（4）活塞式压力计 它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量。它普遍地被作为标
5、准仪器用来校验或刻度弹性式压力计。,压力表的精度等级： 实验室用：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2 一般： 0.35，0.5 生 产 用：1.0，1.5，2.5，4.0,2020/4/3,核工程检测技术,11,第二节 液柱式压力计,原理：液柱式测压仪表是根据流体静力学原理，利用液 柱所产生的压力与被测压力平衡，并根据液柱高 度来确定被测压力大小的压力计。 用途：液柱式压力计多用于测量低压、负压和压力差。,2020/4/3,核工程检测技术,12,2020/4/3,核工程检测技术,13,结构：U型管压力计、单管压力计和斜管微压计。,2020/4/3,核工程检测技术,14,一、U型管压
6、力计,已知：,P1，P2与封液液柱高度h间有如下关系:,2020/4/3,核工程检测技术,15,若 12 则,由式(33)可知，当U型管内封液密度一定并已知时，液柱高度差h反映了压力的大小。这就是液柱式压力计测量压力的基本工作原理。 根据被测压力的大小及要求，其封液可采用水或水银，有时为了避免细玻璃管中的毛细管作用，其封液也可选用酒精或苯。U型管压力计的侧压范围最大不超过0.2MPa,2020/4/3,核工程检测技术,16,二、单管压力计,2020/4/3,核工程检测技术,17,其两侧压力差：,若F1F2,且1 则：,（3 4）,（3 5）,2020/4/3,核工程检测技术,18,贝兹(Bat
7、es)微压计就是利用单管压力计的原理 相邻两刻线相差为1mm，用游标尺读数的方法可精确读出1Pa的压力,2020/4/3,核工程检测技术,19,三、斜管压力计,斜管压力计的刻度比U型管压力计的刻度放大了1/sin倍。若采用酒精作为封液，则更便于测量微压，一般这种斜管压力计适于测量(22000)Pa范围的压力。,2020/4/3,核工程检测技术,20,四、液柱式压力计的测量误差及其修正,（一）环境温度变化的影响 环境温度偏离规定温度后，封液密度改变对压力计读数影响的修正公式为:,（二）重力加速度变化的修正,2020/4/3,核工程检测技术,21,（三）毛细现象造成的误差 毛细现象使封液表面实际应
8、形成弯月面，这不仅会引起读数误差而且会引起液柱的升高或降低。这种误差与封液的表面张力、管径、管内壁的洁净度等因素有关，难以精确得到。实际应用时，常常通过加大管径来减少毛细现象的影响。 封液为酒精，管子内径d3mm；水、水银作封液，d8mm。,(四) 其它 存在刻度、读数、安装等方面的误差。,2020/4/3,核工程检测技术,22,第三节 弹性式压力计,工作原理： 利用各种弹性元件弹性变形产生的弹性力与被测压力产生的力相平衡，通过测量弹性元件的弹性变形量来测量压力。,2020/4/3,核工程检测技术,23,弹性元件结构和特点,2020/4/3,核工程检测技术,24,根据感受压力的弹性元件不同，弹
9、性式压力计可分为：,常用的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管。相应的压力测量工具有弹簧管压力计、膜式压力计和波纹管式压差计等。弹性元件变形产生的位移较小，往往需要把它变换为指针的角位移或电信号、气信号，以便显示压力的大小。,2020/4/3,核工程检测技术,25,一、弹簧管压力计,2020/4/3,核工程检测技术,26,弹簧管的结构,弹簧管是弹簧管压力汁的主要测压元件。弯曲的弹簧管是一根空心的管子，其自由端是封闭的，固定端焊在仪表的外壳上，并与管接头相通。弹簧管的横截面呈椭圆形或扁圆形。,2020/4/3,核工程检测技术,27,工作原理,当它的内部通入被测压力后，在压力作用下它会发生变形。短轴方向
10、的内表面积比长轴方向的大，因而受力也大。当管内压力比管外大时，短轴要变长些，长轴要变短些，管子截面趋于更圆，产生弹性变形。由于短轴方向与弹簧管圆弧形的径向一致，变形使自由端向管子伸直的方向移动，产生管端位移量，通过拉杆带动齿轮传动机构，使指针相对于刻度盘转动。当变形引起的弹性力与被测压力产生的作用力平衡时，变形停止，指针指示出被测压力值。,2020/4/3,核工程检测技术,28,弹簧管压力表,2020/4/3,核工程检测技术,29,单圈弹簧管压力表的精度：普通的是14级，精密的是0.l0.5级。船用弹簧管压力表精度为1.5级。 测量范围从真空到109Pa。,2020/4/3,核工程检测技术,3
11、0,注意：,为了保证弹簧管压力表的指示正确和能长期使用，应使仪表工作在正常允许的压力范围内。对于波动较大的压力，仪表的示值应经常处于量程范围的12附近；被测压力波动小时，仪表示值可在量程范围的23左右，但被测压力值一般不应低于量程范围的13。另外，还要注意仪表的防振、防爆、防腐等问题，并要定期校验。,2020/4/3,核工程检测技术,31,生产中为了工艺需要或设备安全常希望把压力控制在一定的范围之内。当压力高于或低于规定范围时，能发出灯光或声音信号，提醒操作者予以注意。因此可采用电接点压力计，它是在弹簧管压力计的基础上增加两对电触点而制成。,2020/4/3,核工程检测技术,32,电接点式压力
12、表,2020/4/3,核工程检测技术,33,二、膜式压力计,膜片压力计： 用于测量腐蚀性介质或非凝固、非结晶的粘性介质的压力；敏感元件是膜片。 膜盒压力计： 用于测量气体的微压或负压。敏感元件是膜盒。,2020/4/3,核工程检测技术,34,（一）膜片压力计,膜片可分为弹性膜片和挠性膜片两种。膜片呈圆形，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，它的四周被固定起来。,膜片压力计适用于真空或(06106)Pa的压力测量,2020/4/3,核工程检测技术,35,（二）膜盒压力计,为了增大膜片的位移量以提高灵敏度，可以把两片金属膜片的周边焊接在一起，形成膜盒。也可以把多个膜
13、盒串接在一起，形成膜盒组。,膜盒压力计适用于(04104)Pa的压力测量,2020/4/3,核工程检测技术,36,三、波纹管式压差计,波纹管是外周沿轴向有深槽形波纹状皱褶，可沿轴向伸缩的薄壁管子，其外形如图36所示。它受压时的线性输出范围比受拉时的大，故常在压缩状态下使用。,2020/4/3,核工程检测技术,37,双波纹管压差计结构图,2020/4/3,核工程检测技术,38,四、弹性式压力计的误差及改善途径,弹性式压力计的误差主要来源于以下几个方面：,1迟滞误差 相同压力下，同一弹性元件正反行程的变 形量不一样，产生迟滞误差。 2后效误差 弹性元件的变形落后于被测压力的变化， 引起弹性后效误差
14、。 3间隙误差 仪表的各种活动部件之间有间隙，示值与 弹性元件的变形不可能完全对应，引起间 隙误差。 4摩擦误差 仪表的活动部件运动时，相互间存在摩擦 力，产生摩擦误差。 5温度误差 环境温度的变化会引起金属材料弹性模量 的变化，造成温度误差。,2020/4/3,核工程检测技术,39,提高弹性压力计精度的主要途径有：,1用无迟滞误差或迟滞误差极小的“全弹性”材料和 温度误差很小的“恒弹性”材料制造弹性元件。 2采用新的转换技术，减少或取消中间传动机构， 以减少间隙误差和磨擦误差。 3限制弹性元件的位移量，采用无干磨擦的弹性支 承或磁悬浮支承等。 4采用合适的制造工艺，使材料的优良性能得到充 分的发挥。,
