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1、压力仪表培训office一、 压力的基本概念垂直而均匀作用在物体单位面积上的力称为压力。在物理学中，将液体、气体、（或蒸气）介质垂直作用于单位面积上的压力称国“压强”，因而，在物理学中压力是作用力概念。所以工程技术中的压力与物理学中的压强概念相同。根据压力的定义，压力P基本公式是： _P_压力（Pa）F_作用力（N）S 作用面积（m2）从上式可知，压力与所承受力的面积成反比，而与所受的作用力成正比。因此，在同一作用力的情况下，当作用面积大时压力小，而作用面积小时压力大；相反，当作用面积一定时，压力随作用力的增大而增加，随作用力的减小而减小。当施力于物体上时，其体积和形状就发生变化，而当力停止作

2、用后，物体又能恢复其原来的体积和形状的现象称为弹性。所以，一般都可以用物体的弹性来表示压力的量值。在固体中，当力作用于任何固定不动的物体上时，就会产生一种由物体体积改变所引起的应力；而在液体 中，如将液体装在用活塞密闭的容器看。当在活塞上施力时，那么容器中产生的压力会均匀分布到液体的所有质点（液体所占体积的各点），同时液体又将压力垂直地传到它周围的器壁。在气体中，压力也是传播到气体所占体积的所有各点。气体的体积随压力不同而改变。同时，气体的弹力，即恢复其原来体积的能力也随压力成比例地改变。气体和液体一样，也能将压力传到器壁，而且一般是向限制它的表面传递。在工程技术中，压力的量值都是根据物体如上

3、述的一些性质所制造的压力仪器仪表来测量的。因此，用压力仪器仪表来对目的物进行比较或测量压力量值的过程叫压力计量。二、 压力名词术语1 绝对压力PA绝对压力是相对于绝对真空所测得压力，即从完全真空的零压力开始所测得的压力。2 大气压力Pb大气压力就是地球表面上的空气柱重量所产生的压力。即围绕大气层，由于它本身的重力对地球表面单位面积上所产生的压力。3 表压力Pg表压力是高于大气压力的绝对压力与大气压力之差，或者相对将大气压力作为零压力就称为表压力。4 负压（疏空或真空表压力）PV当绝对压力小于大气压力时，大气压力与绝对压力之差，即比大气压力低的表压力称为负压力。5 真空度（V）当绝对压力低于大气

4、压力时的绝对压力称为真空度。6 差压Pd两个压力之间的差值称为差压，或者以大气压力以外的任意压力作为零点所表示的压力。7 静压不随时间变化的压力叫做静压。8 动压压力随时间的变化超过静压所规定的限度的变化叫动压。从下图可以清楚地看出前述几个压力之间的关系。压力术语间的关系图 压力的单位Pa(帕)、kgf/cm2（千克力/厘米2）、mmHg（毫米汞柱）、mmH2O（毫米水柱）、b(微巴)等。工程大气压等于1千克力作用于1 cm2面积上产生的压力，而1千克力是1千克质量的物体在重力加速度为9.80665米/秒2时所表现的重力。因此1kgf=9.80665N。所以有：1kgf/cm2=9.80665

5、104N/m2=0.980665105Pa三、 压力仪器仪表的分类由于测试目的，要求和条件的不同，而设计了多种压力仪器仪表以适应需要。可根据仪器仪表的作用原理、精度等级、压力量值的大小和被测量种类分类。以下是根据仪器仪表的作用原理分类。 液体式：液体压力仪器是基于流休静力学原理，利用液柱的高度差来测试压力的仪器。被测的液柱差可以直接判读、显示或通过计算方法来确定。常用的液体式压力仪器有：水银气压计，U型（双管）和杯型（单管）压力计，补偿式微压力计等等。 弹簧式：弹簧式压力仪表的作用原理是利用弹性敏感元件（如弹簧管）在压力的作用下产生弹性形变、其形变的大小与作用的压力成一定的线性关系，通过传动放

6、大机构（机芯）用指针或其它显示装置表示出被测的压力。因使用的弹性敏感元件不同，有弹簧管式，膜片式，膜盒式和波纹管式等多种。 活塞式：活塞式压力计的作用原理是利用流体静压原理和帕斯卡原理，由作用于已知活塞有效面积上的专用砝码来进行压力测量的仪器。所谓有效面积，常常做成柱状活塞的形式，并经精密加工与活塞筒配合组成活塞系统，用压力计专用砝码作为作用力作用于活塞有效面积上产生的压力。活塞式压力计主要用于标准压力量值的传递。 电测式：电测式压力计，目前主要指压力传感器。压力传感器是利用物质的某种规律和原理、将被测的压力转换成与压力成一定关系的电信号输出装置。常见的有：应变式、固态压阻式、压电式、电感式、

7、电容式等多种类型。电测式压力计特别适合于自动控制和记录。 数字式：数字式压力计是可以直接以压力单位用数字显示的压力仪器、或者显示某一标准数值，可根据其与压力的关系来确定压力量值的压力计。这类压力计大部分是以压力传感器为感压元件，然后将压力放大，经模/数转换成具有显示压力单位数值的压力计。尤其是在现代工程技术中，要求自动控制，这就要求既要能显示生产工艺流程中压力参数，又要将压力信号输出供数据分析和处理，所以随着科学技术的发展，将会有更多、更好的数字式压力计得到应用。四、 弹簧式压力仪表（一）特点、作用原理和分类 特点：优点：结构简单、使用方便、便于携带、操作和使用安全可靠，不需要很复杂的保养，而

8、且价格也较便宜。弹簧压力仪表可以直接测蒸汽、油、水和气体等介质的表压力、气压、负压和绝压；测量范围可几十帕到吉帕的超高压。指示清楚、直观，可由操作者直接判读。缺点：有弹性后效等缺陷、精度不高。由于内部有齿轮等到传动机构，因此内部机件易磨损；反映速度较慢，不适于动态测试。操作者的直接判读会带来视差。 作用原理：弹簧式压力仪表是根据虎克定律，利用弹性敏感元件受压后产生的弹性形变，并将形变转换成位移放大后，用指针指示出被测的压力。 分类根据弹性敏感元件种类分为：弹簧管式、螺旋弹簧管式，薄膜式、膜盒和膜盒组式，波纹管式等多种。根据测压种类分为：压力表、真空表、压力真空表（联程表）、绝压表和其它专用仪表

9、根据耐抗和防护性能分为：普通型、抗振动型、抗冲击型等。普通型、防水型、密封型、充油型、防尘型等。精度等级：精密压力表的精度等级有0.06、0.1、0.16、0.25、0.4、0.6级。普通压力表的精度等级有1、1.6、2.5、4级。测量上限量值数字：110n、1.610n、2.510n、410n、610n。式中n为正整数、负整数或零。（二）弹性敏感元件及特性弹性敏感元件（弹簧管等）应有足够的延伸性、强度极限、材料结构组织均匀、具有防锈性，材料易于焊接，具有良好的可塑性及弹性性能好等特点。1 一般特性 弹性极限作用压力与弹性敏感元件成直线关系的上限值称为弹性极限，又叫比例极限。 弹性形变在弹性极

10、限范围内，当作用力取消后，弹性敏感元件能恢复到初始的形状和尺寸的现象。 残余形变当作用力取消后，弹性敏感元件不能恢复到初始形状和尺寸的现象。 强度系数弹性敏感元件的弹性极限压力P0与工作压力Pmax之比。也称强度系数或安全系数。 弹性后效在弹性极限范围内，当作用力取消后，弹性敏感元件不能立即恢复到原来的形状和尺寸，而需经过一定的时间后才能恢复到初始的形状和尺寸的现象。 迟滞在同一压力作用下，正反行程弹性形变的不重合性称为迟滞，或叫来回差。 疲劳形变弹性敏感元件在交变负荷作用下，作用力取消后不能恢复原来形状和尺寸的现象。 蠕变当弹性敏感元件持续承受负荷，在作用力取消后不能恢复原来形状和尺寸的现象

11、。 灵敏度弹簧压力表对被测压力变化的反应能力。灵敏度S等于被观察值位移增量与相应被测量增量之比值，即S=L/P。 稳定性在规定工作条件下，性能随时间保持不变的能力。2 弹簧管及其特性弹簧管的形状如图：(a)单圈弹簧管(b)盘旋形弹簧管(c)螺旋形弹簧管(d)组合弹簧管插入P65图3-1管截面通常为椭圆、扁圆或卵形（哑铃形）等，而决不是圆形截面，当作用表压时，弹簧管的弯曲度将减小；在负压作用下管子将增加弯曲度。 弹簧管受压后作用原理如图：弹簧管受压作用原理图设管自由端为B，另一端为A，在受压后管子总长不变，即形变后弧长相等，即AB=AB。由于受压时同椭圆面向圆形截面变化，则椭圆短轴增长，长轴缩短

12、。设形变前O A=R，O A=r，AOB=，形变后相应为R，r，由于总长不变有：R= R r= r相减后有（R-r）=（R- r）而（R-r）和（R- r）分别表示形就变前后的短轴，用2b和2b表示后有 b=b根据假设短轴增加则2b2b，要使上式成立，必须，即管子弯曲减小。受压后角度减为=-，b= b-b。所以有：b=（b+b）（-） 变换后得： 由于b b，则上式可写成： 所以角度变化与原有角和短轴增量成正比，而与短轴成反比。一般希望变化要大，以提高仪表的灵敏度。在负压作用时，减小短轴b为负值，也为负，所以 故： 可见负压作用下管弯曲度增加。3 传动机构在弹簧管式压力仪表中，由于被测压力引起

13、弹性敏感元件的位移较小，为了扩大仪表的灵敏度，使用位移放大机构传动机构。它起着位移传递和位移放在两个作用。常用的有两类：扇形齿轮传动机构和杠杆传动机构。这样使位移变成指针在放大比例上的回转运动或前进运动。 扇形齿轮动机构扇形齿轮传动机构示意图1拉杆；2扇形齿轮；3中心小齿轮；4游丝；5下夹板；6扇形轮轴心 扇形轮以自己的轴心在上、下夹板中自由转动，而上、下夹板彼此平等行安装并用螺钉紧固在一起。小齿轮、游丝和拉杆也处于上、下夹板中间、并以下夹板牢固的安闭装在支持器上，整个传动机构又叫机芯。作用原理：在压力作用下管端位移使其与之连接的拉杆带动扇形轮绕其自身的轴心转动。从而使与扇形轮啮合连接的小齿轮

14、转动，从而使装在中心小齿轮的仪表指针在表盘上移动。位移放大原理：由于扇形轮臂上开有一个槽孔，这样拉杆下端就可以用螺钉使用其装在槽孔中的任何位置上、从而可以改变传动比。用以下两式说明： 利用扇形齿轮传动机构可以将表盘制成同心刻度。 杠杆传动机构：当压力表不需高灵敏度，或振动条件下工作，一般采用杠杆传动机构。杠杆传动机构示意图1指针轴；2杠杆；3连接片；4活动钉；5螺钉；6拨杆销钉；7拨杆；8与自由端连接销钉4 弹簧管式压力表的结构单圈弹簧管式压力表结构1弹簧管；2扇形轮；3下夹板；4拉杆和调整螺钉；5外壳；6游丝；7中心小齿轮；8表盘；9指钉；10上夹板；11支持器；12接头压力的动作原理：当管

15、接头与被测压力连接时，被测的工作介质就进入到弹簧管内，使弹簧管自由端向右方移动，从而带动拉杆向右上方移动，从而带动拉杆使扇形轮绕自己的轴心转动一定的角度，所以小齿轮也转动。这样装在小齿轮轴上的指针也同时转动一定的角度，按照指针在表盘上移动的位置，便可确定被测压力的大小。传动机构中各部件的作用：拉杆将弹簧管自由端的位移传给小齿轮扇形齿轮将线位移转换成角位移，并传给小齿轮小齿轮带动同轴的指钉转动，在刻度盘上指示出被测压力值游丝使扇形齿轮和小齿轮保持单向齿廓接触，消除两齿轮接触间隙，以减小来回差上下夹板将上述部件固定在一起，组成一套传动机构带杠杆传动机构的压力表结构图1表盘；2弹簧管；3曲臂杠杆；4

16、接头；5拉杆；6指钉采用杠杆式传动机构的弹簧管压力表其动作原理与扇形传动机构基本相同。5 弹簧管式真空表和压力真空表 真空表和压力真空表表盘刻度弹簧管式真空表和压力真空表的结构基本上与压力表相同，但仪表的指针指示的移动方向与压力表不同。（三）专用弹簧式压力仪表 精密压力表，又称为标准压力表结构与普通压力表基本相同，但选用的材料较优良，零件加工精度也较高。有的表盘带有镜面、双圈刻度盘。指针末端制成刀锋状以减少视差。 电接点压力表用作电气讯号设备、联锁装置和自动控制装置。 防爆电接点压力表 气体压力表为适应各种气体测试要求，某些零件需用特殊材料，并注明用途。一般在表盘上用文字说明，或在衬圈或外壳上

17、涂以所规定的颜色。氢气深绿色 乙炔白色 可燃性气体红色 氯气褐色 氨气黄色 氧气天蓝色，其它为黑色。 带有检验针的压力表为使设备不超过某一工艺要求，仪表盘上标有红线或检验指针，便于操作者观察。 自动记录式压力表大部分采用电机或钟表机构与弹簧压力表相结合。也可将压力表作为一次仪表，利用电阻、电感等测量原理进行远传带动二次仪表，一般为动圈显示仪表、电子自动平衡式显示记录仪表。这样可远距离连续记录和显示，适于中央控制室集中监测。 带有温度刻度的压力表根据饱和蒸汽压与温度间的关系，在压力表表盘上刻度出温度分度。除压力外，也可指示温度。 封液用耐振压力表表内充阻尼液，可减少环境振动、冲击引起指针的摆动，

18、同时也润滑传动机件。 露天用抗硫压力表采用特殊材料，表壳密封适用于露天。 单管双针和双针双管压力表 其它专用压力表如气压表、血压表、锅炉水位表等。（四）弹簧式压力仪表的主要误差 非线性误差 弹性缺陷引起的误差 机械磨擦误差 表盘分度误差 示值判读误差 温度变化引起的误差 安装位置引起的误差（五）弹簧管式压力仪表的检定 精密压力表和真空表的检定标准器：标准器的允许误差绝对值应不大于被检精密表允许误差绝对值的1/4。可选用的标准器有活塞式压力计、活塞式压力真空计、液体压力计、或其它符合标准仪器误差要求的压力计量标准器。检定用工作介质：测量上限不大于0.25MPa的精密表，工作介质为清洁的空气或无毒

19、、无害和化学性能稳定的气体。测量上限大于0.25MPa的精密表，工作介质可为无腐蚀性的液体。测量上限不大于0.25MPa，实际是用于测量气体压力的精密表，检定时也可用气体作工作介质。检定项目：包括外观检查，示值误差、回程误差、和轻敲位移检定。进行示值误差检定时检定点应不少于8个点（不包括零点）；检定点尽可能在测量范围内均匀分布。读数按分度值的1/10估读。检定周期：一般不超过1年。 一般压力表、压力真空表和真空表的检定标准器：标准器的允许误差绝对值应不大于被检精密表允许误差绝对值的1/4。可选用的标准器有弹簧管式压力表和真空表、活塞式压力计、活塞式压力真空计、液体压力计、或其它符合标准仪器误差

20、要求的压力计量标准器。检定用工作介质：测量上限不大于0.25MPa的精密表，工作介质为清洁的空气或无毒、无害和化学性能稳定的气体。测量上限大于（0.25250）MPa的精密表，工作介质可为无腐蚀性的液体。测量上限为（4001000）MPa的压力表，为药用甘油和乙二醇混合液或根据标准所要求使用的工作介质。 检定项目：包括外观检查，零位检查，示值误差、回程误差、和轻敲位移检定。进行示值检定时按标有数字的分度线进行；读数按分度值的1/5估读。 检定周期：一般不超过半年。（六）压力表的使用和维护 压力表的选择选择压力表时应根据被测压力量值大小，精度和测试环境条件。为了兼顾压力表的使用寿命和具有足够的测

21、量准确性，通常在测量较稳定的压力时，被测压力值应处压力表测量上限值2/3处。测量脉动压力时，被测压力值应处于压力表测量上限值1/2处。一般情况下被测压力值不应小于压力表测量上限的1/3。至于压力表的准确度等级，只要能满足工艺过程对测量的要求即可。不必选用过高的准确度等级。 压力表的安装现场安装压力仪表就注意的主要问题有（1）取压管中应与被测介质的流动方向垂直，与设备（管道）内壁平齐，不应有凸出物和毛刺，以保证正确测量被测介质的静压。（2）防止仪表的敏感元件与高温或腐蚀性介质直接接触。如测量高温蒸汽压力时，在压力表前须加装冷凝盘管（冷凝装置）；测量腐蚀性介质时，压力表前应加装隔离容器。（3）压力

22、仪表与取压管连接的丝扣不得缠麻，应加垫片。高压表应用特制金属垫片。（4）取压口的位置，测量气体介质时一般在工艺管道的上部；测量蒸汽压力时应在管道的两侧；测量液体压力时应在管道的下部。（5）取压点与压力表之间的距离应尽可能短，信号管路在取压中处应装有隔离阀。信号管路的敷设应有一定的坡度，测量液体或蒸汽压力时，信号管路的最低处就有排水装置。 使用与维护（1） 仪表应有封印，精密（标准）表应有证书。（2） 专用仪表严禁做其它用途使用。尤其对氧气压力表要严格禁油。（3） 在生产中应对设备和管结进行耐压试验。（4） 对记录仪表应检查记录机构和记录纸是否正常；对电接点等仪表应检查信号装置是否可靠。（5）

23、对装有隔离器的仪表、应装好规定的隔离液；对蒸汽和热水介质，最好先在冷凝器灌注清水后再接通压力计阀门。（6） 当仪表事管线有渗漏时，需及时切断取压装置，并进行处理。（七）应用实例例：两压力表安装位置如图所示，求A，B两压力表的示值？解： 1mH2O=9.80665103Pa 3米水柱所产生的液柱压力为：9.806651033= 29419.95Pa0.0294MPa0.03MPa2米水柱所产生的液柱压力为：9.806651032= 19613.3Pa0.0196MPa0.02MPaA表示值为：1MPa-0.03MPa-0.02MPa=0.95MPaB表示值为：1MPa-0.03MPa+0.03M

24、Pa=1.MPa例：被测压力值最大为16MPa，且较稳定，当被测压力为14MPa时，要求其相对误差不超过2%，试选用一只量程和准确度合适的弹簧管式一般压力表。解：当被测压力较稳定时，一般被测压力值处于压力表测量上限值的2/3即可，所以压力表的测量上限应为：163/2=24MPa 根据压力表产品系列，可选用（0-25）MPa的弹簧管式一般压力表。被测压力14MPa的绝对误差为：(142%)=0.28MPa，而压力表允许绝对误差= 25a%，因此，只要25a%0.28，即可求出所需准确度等级。所以： a0.28100/25=1.12（级）可以选用准确度为1级的弹簧管式一般压力表。五、 液体式压力计

25、（一）液体式压力计的作用原理及特点液体式压力计又称液柱式压力计，是最早用来进行压力计量的仪表。它是以流体静力学基本方程为基础，以已知液体的液柱高度产生的压力与被测压力相平衡，并用液体柱的高度来表示被测压力量值的压力测量表计。液柱高度值可以通过直接或间接的方法获得。如图所示，密度为的液体装入截面积为S的管子中，设液体的高度为h，由于重力的作用，液体柱将对管子横截面A-A产生一定的压力作用。设重力加速度为g，则液体柱h的重力G可表示为：m为液体的质量，v为液体的体积。根据压力的定义，液体柱h对管子横截面A-A的作用压力可表示为：即式中：P-液体柱压力（Pa） h-液体柱高度（m） -液体柱密度（k

26、g/m3）g-重力加速度为(m/s2)由上可知：在重力场中液体柱产生的压力P只与液体柱的高度h、液体柱的密度和重力加速度为g有关，而与液体柱的截面积无关。（二）U型管压力计如图所示，U型管压力计是将一根内径为610mm的管子（多为玻璃管）弯成U形，或将两根平行的玻璃管用橡皮管、塑料管等将它们连通起来，然后将其垂直固定在平板上，两管之间装有刻度标尺。刻度零点在标尺的中央。根据被测压力的大小，管子内充灌水、水银或其它有机液体。并使液面与刻度零点相一致。 测量压力时，U形 管一端接被测介质，一端通大气。这高压侧液面下降，低压侧液面上升，分别读出两管液柱从零点位置的上升高度和下降高度，两个高度之和即为

27、被测压力（以液柱高度表示）。如果管径一样，则上升和下降的高度应该相等，因此总液柱高度可以用上升侧或下降侧读数的2倍表示。即在上述的测量压力中，若通大气一侧的液面上升，则介质压力为正压；若液面下降，则所测压力为负压。（三）单管压力计结构如图一般测量时，杯形容器中液面的变值可忽略不计。即： 精确测量时，应进行修正。即： 例：有一单管压力计，玻璃管的内径d=5mm，园柱形正压容器的直径D=100mm，试计算由于不计正压容器液位下降而引起的误差。解；设输入压力为P，传压介质的密度为，玻璃管中液位上升的高度为h，正压容器液位下降为h，则： 玻璃管指示的压力为： 由于不计正压容器液位下降而引起的误差为：由

28、于液位上升和下降的体积相等，即： 所以： 得： （三）斜管式微压计由于玻璃管的倾斜，使液面的位移距离加大，即：,标尺刻度的加大，不仅可以用来测量微小压力（2000Pa以下），而且提高了仪表的读数精度。（四）液体压力计的主要误差来源 读数误差（读数位置的影响、读数时视线与视差的影响、估读引入的误差） 压力计安放位置的影响（仪器安装不垂直引入） 温度影响（工作介质受密度影响、标尺受温度影响） 重力加速度的影响 传压介质气柱的影响 毛细现象影响 零位稳定性影响（工作液体清洁程度和液体介质中的气泡引起仪表零位变化）（五）液体压力计的检定 工作用液体压力计的检定JJG540-1988工作用液体压力计标准

29、器：标准器可以是标准（或）精密液体压力计，精密弹簧管压力表、数字式压力计和工作介质为气体的活塞式压力计，根据被检表的量限及允许误差（准确度等级）要求选择合适的压力计作为标准器。标准器的允许误差的绝对值应小于被检表允许误差绝对值的1/3。检定点：选择包括下限及上限在内的5个以上（含5个）均匀分布的检定点。检定点应尽量选择在仪器上标有数字的主刻度线（点）上。 倾斜式微压计检定JJG172-1994倾斜式微压计标准器：一般可选择二等补偿式微压计作为标准器。标准器的允许误差的绝对值应小于被检表允许误差绝对值的1/3。例：某单位用（01500）Pa二等补偿式微压计，在20环境条件下检定（01500）Pa

30、微压表，试求1000Pa检定点上补偿式微压计的液柱高度？（此单位所在地区重力加速度=9.7944m/s2，20纯水密度=998.2kg/m3）由P=gh，得1000Pa时补偿式微压计的液柱高度： 六、 活塞式压力计（一） 测压原理：活塞式压力计是根据流体静力平衡原理和帕斯卡定律进行压力测量的。它主要由活塞系统和专用砝码组成，用加放在活塞上的已知作用力（专用砝码、承重盘及活塞杆产生的重力）来平衡作用于已知活塞有效面积上被测压力。是用加减放置在活塞承重盘上专用砝码来测量压力的仪器。如图为典型活塞式压力计原理图，由图可知，当活塞处于静力平衡状态时，活塞所测得的压力为： P-被测压力（Pa）m-活塞杆、承重盘及专用砝码的质量（kg）g-当地重力加速度(m/s2)se- 活塞有效面积（m2）由上式可知，活塞式压力计是用压力计自身产生的压力来测量被测压力的，属补偿式测量仪器；活塞有效面积se越小，加放的专用砝码质量越大，所产生的压力p也就越大；活塞系统加工精度越高，有效面积越准确，砝码质量越准确，仪器测量压力的准确度也就越高。 活塞式压力计的主要缺点是压力介质从活塞系统中有泄漏现象，测试时必须加减砝码，由于砝码的质量不能连续改变，故不能测量连续变化的压力，测量压力不连续。