测试技术压力测量

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第三章
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3－3.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） 问题：与直管式 比较，斜管式微 压计的优点是什 么？
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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。 1、弹簧管式压力表
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接输出信 号
压阻式压力变 送器
接流体
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可显示的压 阻式压力 变送器
微型压阻式压力变送器
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第三章
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3－5 压力测量系统的标定 • 原位标定法：在测量系统上，直接 改变待测物理量，标定压力仪表或 压力传感器。 • 标准压力标定法：用精度高一级的 标准压力计来标定压力仪表或压力 传感器。
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4、Re对测量值的影响： 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Re的影响；当Re<30，则要考虑 对公式的修正。一般Re>30。 5、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。
应变片
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R2 R4 − R1 R3 u ( R2 + R3 )( R1 + R4 )
uR1 R2 ⎛ ΔR1 ΔR2 ⎞ uR3 R4 ⎛ ΔR3 ΔR4 ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟+ − − 2 ⎜ ( R1 + R2 ) 2 ⎜ R2 ⎟ R4 ⎟ ⎝ R1 ⎠ ( R3 + R4 ) ⎝ R3 ⎠
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⑤ p< 10-10 Pa，
极高真空
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第三章
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二. 低真空测量仪 3. 真空测量方法 • 弹簧管式真空表测量； • 利用一些气体在低压下的某种特性（ 热传导、电离现象）作间接测量。 • 真空度较高的测量，一般用第二种方 法。 • 热偶真空计:气体导热 能力与压力有关 • 加热丝的温度与真空 度有关 • 热电偶测量加热丝温 度，间接测量真空值 • 测量范围： (102∼10-1)Pa
第三章
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第三章 压力的测量
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学习要求:
掌握流体稳态压力测量的基本原理 、稳态压力传感器的形式及构成，测量 误差产生的原因及解决方法；动态压力 测量传感器的原理、基本结构；压力计 及压力测量系统的标定；真空测量技术。
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第三章
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3－1. 压力的基本概念
一、压力的定义
1、法向压力
p = lim ( dF / dA )
第三章
4、应变片的选用 • 静态测量时,选用标准电阻应变片 • 动态测量时,选用电阻值较大的应
变片
5、应变测量中的电桥电路 • 将应变片作为R1接在 电路中,调整其他电阻 阻值,使电桥平衡. • 当应变片阻值变化时, 电桥失衡，输出E
E=
ΔE =
• 材质不均匀或测量时间较长时,选
用较大基长的应变片
• 测量时,必须选用同一批次生产的
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第三章作业
p.94 : 2、5、16
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1、基本原理 2、压电式压力传感 器结构
压力作用
晶体产生电荷
产生电压或电流
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应用特性：频率响应特性好，电荷不持久
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第三章
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三. 电感式压力传感器
1、差动式电感传感器
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2. 差动式变压器应用举例
四. 电容式压力传感器
C=k
ε⋅A
d
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输出电压变化
关键在于: 材料变形与压力的关系
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2、基本原理： • 应变片
ΔR ΔL ∝ R L ΔR = Kε R
3、应变片类型
K—应变片的灵敏系数
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.
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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。
1. 电容式传感器的基本原理
接输出信号
平行板电容量:
C=k
ε⋅A
d
2. 电容式传感器的测量方法
接流体
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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 2. 优点:结构简单、体积小、稳 定性好、动态响应快、耐振 耐冲击、精度高、线性度好 ，是传感器的主流产品。
M点流体速度C = 0 则：p0 = ps = pM
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几种全压探针的结构及性能比较
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四. 压力探针测量误差的原因分析 1、探针对流场的扰动： 对测点附近流场的扰动 2、测孔对测量值的影响： 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： 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。在亚音速流体中，测 量值与Ma数无关。
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3－4 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. • 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
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一.
应变式压力传感器
电阻材料与受 力材料同时变 形
1、基本思路： 压力作用 电阻阻值变化
电桥失衡 比较得压力值
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uR1 R2 ⎛ ΔR1 ΔR2 ⎞ uR3 R4 ⎛ ΔR3 ΔR4 ⎞ ⎟ ⎜ ⎜ ⎟+ ΔE = − − 2 ⎜ ( R1 + R2 ) 2 ⎜ R2 ⎟ R4 ⎟ ⎝ R1 ⎠ ( R3 + R4 ) ⎝ R3 ⎠
Ku Ku (ε 1 − ε 2 + ε 3 − ε 4 ) = ΔE = ε 4 4
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标准压力表
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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。选取什么样的精度表， 行业有试验规范规定。
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一. 静态标定 在被测压力稳定时， 确定测量系统的输出输 入量之间的关系。 1. 液柱式压力计的标定
水柱差压精度：0.5/1000=>0.05级
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Hale Waihona Puke Baidu
2. 普通活塞式压力计标定法
标定方法 标定精度达 0.2-0.05 级
二. 动态标定 采用标准的动态信号发生仪器对压力 仪表进行标定。在需对仪表的动态频率 响应特性进行标定时才用动态标定法进 行标定。一般只进行静态标定。
u ⎛ ΔR1 ΔR2 ΔR3 ΔR4 ⎞ Ku Ku ⎟= ΔE = ⎜ − + − (ε 1 − ε 2 + ε 3 − ε 4 ) = ε 4⎜ 4 R2 R3 R4 ⎟ ⎝ R1 ⎠ 4
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A=
ε ε*
ε
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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
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三. 高真空测量仪 • 电离真空计 • 气体产生电离的正离 子数目与气体的压力 有关。 • 离子流大小可由电流 表测量,间接测量真空 值。 • 测量范围： <10-1Pa
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小结: 掌握流体稳态压力测量的基本原理 、稳态压力传感器的形式及构成，测量 误差产生的原因及解决方法；动态压力 测量传感器的原理、基本结构；压力计 及压力测量系统的标定；真空测量技术。
6、应变片的温度误差及补偿
ΔE =
• 应变片的温度补偿
Ku Ku (ε 1 − ε 2 + ε 3 − ε 4 ) = ε 4 4
Ku Ku ε (ε a − ε b + ε 3 − ε 4 ) = 4 4
• 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
ΔE =
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• 半桥接法:
R1=R2 , R3、R4无变化，有：
u ⎛ ΔR1 ΔR2 ⎞ Ku ⎟= ΔE = ⎜ − (ε 1 − ε 2 ) 4⎜ R2 ⎟ ⎝ R1 ⎠ 4
• 桥臂系数A：
令
ε*
试件的实际应变值
A=
ε ε*
桥臂系数A的物理意义: 当试件的应变值相同
• 全桥接法:
R1=R2＝R3＝R4，都是等值应变片
传感器
信号发生器
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3－7. 真空测量
一、真空的概念及测量方法
3－6. 测压仪器的安装 及测压系统的组成
1. 真空—低于一个标准大气压的流体状态。其 度量名称“真空度”，单位：帕(Pa) 2. 真空度等级： ①p<(105∼103)Pa， 粗真空 ②p<(103∼103-1)Pa，低真空 ③p<(10-1∼10-6)Pa， 高真空 ④p<(10-6∼10-10)Pa，超高真空
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。
2. 流体中的某点的静压
1 p0 = p s + ρc 2 = const 2
L ≥ 3d
L
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三.驻点压力(全压)的测量及全压探针
1 p0 = p s + ρc 2 = const 2
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2、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 p − p∞
Kp =
2 ρc∞
2
此式为压力的无量纲参数。
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1 p0 = p s + ρc 2 = const 2
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8、应变式压力传感器 7、荷载误差及补偿
ΔE = Ku Ku ε (ε 1 − ε 2 + ε 3 − ε 4 ) = 4 4
拉、压产生的应变 在同一桥臂上可相互 抵消 • 补偿 A=2 A=4
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应用特性：动态压力频率响应特性
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二. 压电式压力传感器
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
一、稳态流体压力测量的基本原理 1、基本公式
1 p0 = p s + ρc 2 = const 2 式中 p0 流体测点的全压力 ps 流体的静压力(静压)
1 ρ c 2 流体的动压力(动压) 2
dA → 0
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
gρh + ps +
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。
1 2 ρc = const 2 p 1 2 h+ s + c = const gρ 2 g
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3－2. 流体静定压力的测量