压力及差压测量
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压力差压测量
压力差压测量3.1 压力差压的概念及单位3.1.1 概念1）压力、差压、绝对压力与表压●压力介质垂直作用在单位面积上的力，即物理学的压强。
●差压两个压力之差。
●绝对压力介质垂直作用在单位面积上的全部压力。
●表压力绝对压力与当时当地的大气压之差。
工程上需要测量的往往是物体超出大气压以外的压力大小，因此压力计的指示值都是表压力（即通入仪表的压力是绝对压力，显示的是表压力）。
绝对压力=表压力+大气压力表压力=绝对压力–大气压力2）正压、负压、真空度●正压（压力）：表压力为正时。
●负压（真空）：表压力为负时。
●真空度：负压的绝对值。
3）压力单位●国际单位：帕斯卡（帕、Pa）1Pa=1牛顿/米2（N／m2），工程上常用kPa，MPa。
●习惯常用：工程大气压kgf／cm2、mmH2O、mmHg等见P87，表3.13.1.2压力传感器的种类●机械式：液柱式、活塞式、弹性元件式；（结构简单，使用方便，价格低廉）●电气式：压电式、压阻式、压磁式。
（动态性能好，灵敏度高，易于小型化，便于远传，目前正在进展）3.2 液柱式压力计原理：流体静力学原理，流体内某一点的静压力，由这一点的高度，流体的密度与外加压力决定。
应用：0.1Pa下列的压力、差压与负压，也常作为校验低压与微压仪表的标准仪器。
特点：简单，使用方便，精度较高；体积大，读数不便，不能远方测量，易损坏。
3.2.1 U形管压力计1）数学模型：设P1—被测压力；P2—参比压力（多为大气压），当P1P2时，液柱的高度差（h1+h2）：由流体静力学知：在连续同一均质液体中，同一高度上的静压力相等。
以A—A面为基准高度，由压力平衡知：)h g(h )h -g(H P )h g(H P 21222111+++=++ρρρ展开整理得：)h )(h g()h -)(H g(P P 21121221+-+-+=ρρρρ这是普遍公式，给出了P 1与h 1，h 2的关系。
● 通常情况ρ1=ρ2则 P 1= P 2+ g(ρ-ρ1)(h 1+h 2)● 假如ρ1<<ρ则P 1= P 2+ g ρ (h 1+h 2)2）结论：● 只要已知H ，ρ1，ρ2，ρ，P 2，则只需测出h 1，h 2即可求出被测压力P 1。
压力和差压变送器详细使用说明
压力和差压变送器详细使用说明（一）差压变送器原理与使用本节根据实际使用中的差压变送器主要介绍电容式差压变送器。
1. 差压变送器原理压力和差压变送器作为过程控制系统的检测变换部分，将液体、气体或蒸汽的差压(压力)、流量、液位等工艺参数转换成统一的标准信号(如DC4mA～20mA 电流)，作为显示仪表、运算器和调节器的输入信号，以实现生产过程的连续检测和自动控制。
差动电容式压力变送器由测量部分和转换放大电路组成，如图1.1所示。
图1.1 测量转换电路图1.2 差动电容结构差动电容式压力变送器的测量部分常采用差动电容结构，如图1.2所示。
中心可动极板与两侧固定极板构成两个平面型电容H C和L C。
可动极板与两侧固定极板形成两个感压腔室，介质压力是通过两个腔室中的填充液作用到中心可动极板。
一般采用硅油等理想液体作为填充液，被测介质大多为气体或液体。
隔离膜片的作用既传递压力，又避免电容极板受损。
当正负压力(差压)由正负压导压口加到膜盒两边的隔离膜片上时，通过腔室内硅油液体传递到中心测量膜片上，中心感压膜片产生位移，使可动极板和左右两个极板之间的间距不相对，形成差动电容，若不考虑边缘电场影响，该差动电容可看作平板电容。
差动电容的相对变化值与被测压力成正比，与填充液的介电常数无关，从原理上消除了介电常数的变化给测量带来的误差。
2. 变送器的使用（1）表压压力变送器的方向低压侧压力口（大气压参考端）位于表压压力变送器的脖颈处，在电子外壳的后面。
此压力口的通道位于外壳和压力传感器之间，在变送器上360°环绕。
保持通道的畅通，包括但不限于由于安装变送器时产生的喷漆，灰尘和润滑脂，以至于保证过程通畅。
图1.3为低压侧压力口。
图1.3 低压侧压力口（2）电气接线①拆下标记“FIELD TERMINALS”电子外壳。
②将正极导线接到“PWR/COMN”接线端子上，负极导线接到“-”接线端子上。
注意不得将带电信号线与测试端子（test）相连，因通电将损坏测试线路中的测试二极管。
压力仪表的测量原理及种类介绍
三、压力单位
过去采用的压力单位“工程大气压力” （kgf/cm2）、“毫米汞柱”（mmHg）、 “毫米水柱”（mmH2O）、“物理大气 压”（atm）、“巴”（bar）、“PSI” 等均应改成法定计量单位帕。见教材p96表 5-1 1 kgf/cm2 = 0.9807×105Pa 1 mmH2O = 0.9807×10Pa 1 mmHg = 1.332×102Pa 1 atm = 1.01325×105Pa 1 bar=105Pa 1 PSI=6.89×103Pa
1
h1 h 2
t
(h
'
h2)
'
修正方法：
h1 h 2
g gn
(h
'
1
h2)
'
标准重力 加速度
4、安装误差 当U形管安装不垂直时将会产生安装误差。 例如U形管倾斜5°时，液面高度差h的读数相对于实 际值要偏大约0.38％。
5.3 弹性式压力计
根据弹性元件受压后产生变形和压力大小有确 定关系的原理制成。 适用范围（0-103Mpa),结构简单，广泛应用。 包括：金属膜片式（包括膜片式）、波纹管式 和弹簧管式。 一、弹性元件的特性 三、膜片和膜盒 四、波纹管 五、弹簧管
单圈弹簧管是弯成 270度圆弧的空心金
属管，其截面为扁
圆形或椭圆形等。
弹簧管的各种横截面图
扁圆形
椭圆形
半圆形 扁圆形
双圆形
八字形
厚壁扁圆形
弹簧管是弹簧管压力计的主要元件．各种形式的弹 簧管如图所示． 弹簧管及其横截面
扁圆 椭圆
单圈
平面螺旋型
空间螺旋形
工作原理：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，
压力(差压)检测仪表的安装
压力（差压）检测仪表的正确安装及有关事项进行压力检测，实际上需要一个测量系统来实现。
要做到准确测量，除对仪表进行正确选择和检定（校准）外，还必须注意整个系统的正确安装。
如果只是仪表本身准确，其示值并不能完全代表被测介质的实际参数，因为测量系统的误差并不等于仪表的误差。
系统的正确安装包括取压口位置选择、连接导管的合理铺设、仪表正确安装等。
1.测压点的选择：1.1要选在被测介质直线流动的管段部分,不要选在管路拐弯、分叉、死角或其它易形成漩涡的地方;1.2测量流动介质的压力时,应使取压点与流动方向垂直,清除钻孔毛刺;1.3测量液体压力时,取压点应在管道下部,使导压管内不积存气体;1.4测量气体时,取压点应在管道上方,使导压管内不积存液体，并且变送器也应安装在流程管道上部，以便积累的液体容易注入流程管道中；1.5当管路中有突出物体（如测温元件）时，取压口应取在其前1.6当必须在调节阀门附近取压时，若取压口在其前，则与阀门距离应不小于2倍管径；若取压口在其后，则与阀门距离应不小于3倍管径。
1.7对于宽广容器，取压口应处于流体流动平稳和无涡流的区域。
2.导压管辅设2.1导压管粗细合适,一般内径6～10mm,长度3～50m;2.2当被测介质易冷凝或冻结时,必须加保温伴热管线;2.3取压口到压力表之间应装切断阀,应靠近取压口。
2.4导压管应安装在温度波动小的地方；2.5连接导管的水平段应有一定的斜度，以利于排除冷凝液体或气体。
当被测介质为气体时，导管应向取压口方向低倾；2.6当被测介质为液体时，导管则应向测压仪表方向倾斜；当被测参数为较小的差压值时，倾斜度可再稍大一点。
2.7如导管在上下拐弯处，则应根据导管中的介质情况，在最低点安置排泄冷凝液体装置或在最高处安置排气装置，以保证在相当长的时间内不致因在导管中积存冷凝液体或气体而影响测量的准确度。
3．测压仪表的安装及使用注意事项3.1仪表安装（1）仪表应垂直于水平面安装；（2）仪表测定点与仪表安装处在同一水平位置，否则考虑附加高度误差的修正；（3）仪表安装处与测定点之间的距离应尽量短，以免指示迟缓；（4）压力表的连接处应加装密封垫片,保证密封性，不应有泄漏现象出现，尤其是易燃易爆气体介质和有毒有害介质。
压力和差压测量
帕斯卡或帕(Pa)（1Pa＝1N/m2）、工程大气压 (kgf/cm2)、毫米水柱(mmH2O)、毫米汞柱 (mmHg)
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检测技术及仪表
二、压力检测的常用方法 1.重力平衡法
原理： 基于重力平衡原理。将被测压力转换为液柱高 度或平衡重物的重量来测量。
特点：
如液柱式压力计、活塞式压力计。
当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮 转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。
弹簧管放大图
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检测技术及仪表
弹性膜片 弹性特性是中心位移与压力的关系。
平膜片
波纹膜片
压力p1后，如果p1大于p0，则U型 管两边管内的液面就会产生高度
差，这个液柱的高度差就反映了
U型管两端所受压力的差值。
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被测压力用表压p=p1-pd表达，则有：
h
1
g
( p1
pd )
1
g
p
检测技术及仪表
由于一旦U型管内的充入介质确定，则 、g均为
常数。所以h可以直接反映被测压力p的大小，此 即为U型管测压的基本原理。
4.机械力平衡法
原理：将被测压力经变换元件转换成一个集中力，用 外力与之平衡，通过测量外力得到被测压力。
特点：
(1) 多用于电动和气动组合仪表中； (2) 可达较高的精度； (3) 结构复杂，成本较高。
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检测技术及仪表
3.2 液柱式压力计
根据流体静力学原理，流体内的某一点的静压力， 由这一点的高度、流体的密度和外加压力决定。
理纬度、海拔高度及气象条件而变化 (3)表压力(pb): pb= pi-pd，压力测量仪表的指示值 (4)真空度(负压，pz)：绝对压力小于大气压力时，表压力为负
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检测技术及仪表
二、压力检测的常用方法 1.重力平衡法
原理： 基于重力平衡原理。将被测压力转换为液柱高 度或平衡重物的重量来测量。
特点：
如液柱式压力计、活塞式压力计。
当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮 转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。
弹簧管放大图
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检测技术及仪表
弹性膜片 弹性特性是中心位移与压力的关系。
平膜片
波纹膜片
压力p1后，如果p1大于p0，则U型 管两边管内的液面就会产生高度
差，这个液柱的高度差就反映了
U型管两端所受压力的差值。
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被测压力用表压p=p1-pd表达，则有：
h
1
g
( p1
pd )
1
g
p
检测技术及仪表
由于一旦U型管内的充入介质确定，则 、g均为
常数。所以h可以直接反映被测压力p的大小，此 即为U型管测压的基本原理。
4.机械力平衡法
原理：将被测压力经变换元件转换成一个集中力，用 外力与之平衡，通过测量外力得到被测压力。
特点：
(1) 多用于电动和气动组合仪表中； (2) 可达较高的精度； (3) 结构复杂，成本较高。
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3.2 液柱式压力计
根据流体静力学原理，流体内的某一点的静压力， 由这一点的高度、流体的密度和外加压力决定。
理纬度、海拔高度及气象条件而变化 (3)表压力(pb): pb= pi-pd，压力测量仪表的指示值 (4)真空度(负压，pz)：绝对压力小于大气压力时，表压力为负
差压测试原理
差压测试原理
差压测试是一种测量流体流动中压力差的方法，其原理基于流体力学中的差压原理。
差压原理指的是，在流体中，当流经狭窄通道或管道的速度增加时，压力会下降。
差压测试利用这个原理测量流体流动中的压力差。
差压测试通常使用差压传感器来测量流体中的压力差。
差压传感器包含两个相互连接的孔洞，其中一个孔洞暴露在管道中的高压侧，另一个孔洞暴露在低压侧。
当流体流经管道时，由于速度增加，高压侧的压力会下降，低压侧的压力会上升。
差压传感器会测量这两个孔洞之间的压力差，从而间接测量流体流动中的压力差。
为了准确测量差压，需要对差压传感器进行校准。
校准通常涉及在不同的流体流速和压力条件下，测量压力差和传感器输出之间的关系。
校准数据可以用于后续差压测试的精确计算。
差压测试可以用于各种流体系统中，包括液体管道、气体管道、空调系统等。
它可以帮助工程师监测和控制流体流动中的压力差，检测管道中的堵塞或损坏，并评估系统的性能和效率。
总之，差压测试利用差压原理来测量流体流动中的压力差，通过差压传感器来实现。
该方法广泛应用于各种流体系统中，能够提供重要的数据用于管道监测和系统性能评估。
第三章压力测量（ＰＤＦ）
二、单管压力计
单管压力计是U形管压力计的变形仪表，又称杯形压力计， 可测量小压力、真空及差压等。
1.结构与工作原理
单管压力计是由一个宽容器(杯形容器)、 一支肘管、标尺、封液等构成的。
其工作原理与U形管压力计是相同的。根据流体静力学： 读数是在肘管上读数，宽容器上不能读数，由于
所以 可得到：
由于肘管内径远小于宽容器的内径，所以
三、斜管微压计
斜管微压计是一种测量微小压力的测量仪表。
1.结构与工作原理
其工作原理与U形管压力计相同。当被测压力与封液 液柱产生的压力平衡时，有
式中 由于
h2 l sin
所以
得到：
p1
p2
g( d 2
D2
sin )l
肘管的倾斜角是可调节的，弧形支架板上设计了
一些固定肘管的孔。在每个孔处刻有一数字，使用时 读出液柱长度(mm)，则
二、压力的单位
压力的单位是一个导出单位。由压力的定义可知压力的单位 会有多种。
1.Pa: 1Pa=1N/m2 ,常用KPa,MPa. 2.工程大气压:1工程大气压=1千克力/厘米2 3. mmH2O 4. mmHg 5. bar 1毫巴=100Pa 6. 磅力/英寸2
三、压力测量仪表的分类
在生产过程中和实验室里使用的压力仪表种类很多。 对压力仪表可以从不同的角度进行分类。
膜片结构示意
（a）平面膜片；（b）波纹膜片； （c）挠性膜片
膜盒结构示意图
弹簧管结构示意图 (a)单圈弹簧管；(b)盘旋形弹簧 (c)螺旋形弹簧管；(d)组合弹簧管
波纹管(筒)结构示意图 (a)波纹筒结构示意； (b)与弹簧组合使用的波纹筒
膜盒
波纹管
弹簧管截面形状
差压、压力的检测及变送试题
差压、压力的检测和变送试题仪表工试题集1．压力的概念及单位之间的换算。
P9 2-1 2-32．绝对压力、大气压、表压及真空度的含义及相互关系。
P9 2-53．1151差压变送器测量范围的选取及迁移量的范围。
P11 2-13 2-144．如何校验一台测量范围为0-200KPa的绝对压力变送器？请画出校验设备及接线图。
P16 2-315．举例说明反向变送器的应用场合。
P19 2-426．什么是变送器的量程比，它有什么意义？P22 2-54 7．变送器小信号切除的原因。
P30 2-91 2-928．各型号智能变送器传感器的感压敏感元件。
P30 2-96 9．1151模拟变送器与1151S、3051C智能变送器之间的区别。
P31 2-97 2-9810．什么是法兰变送器，它和普通变送器有什么区别？P35 2-11411．法兰变送器的使用场合。
P35 2-11512．法兰变送器安装时为什么一定要选择周围环境温度比较恒定的地方？P37 2-12213．变送器膜盒内的填充液应具有那些特性？硅油氟油有什么区别？P38 2-12614．变送器的零点调整和零点正负迁移是否一回事？P39 2-13415．压力表中的弹簧管为什么要做成扁圆形的？P40 2-140 16．一些测量特殊介质的压力表，采用那些不同的颜色加以区别？P-40 2-14117．有的压力表表壳背面有个小圆孔，这是起什么作用的？P41 2-14718．如何检查氧气压力表内有无油脂？P41 2-14819．有人在校验压力表时常用手轻敲表壳，这时允许的吗？P42 2-15220．简述电接点压力表的工作原理。
P42 2-15421．安装压力表时，什么情况下要加装冷凝弯（圈）？什么情况下要采用介质隔离装置？P47 2-18022．安装压力表时，如何选用密封垫片？P47 2-182 23．仪表引压管路的长度有无规定，以多长为好？P49 2-190 24．什么情况下差压式流量计要加装冷凝器、集气器、沉降器和隔离器？P49 2-192测量仪表1.压力仪表的分类。
压力及压差测量
2
二、压力单位
帕(Pa) N/m2，国际单位 兆帕(MPa) 106Pa 工程大气压， kgf/cm2 ，98070 Pa，约等于一个 大气压（1.013×105 Pa) 1mmH2O= 9.81 Pa 1mmHg =133 Pa
3
过去采用的压力单位“工程大气压力” （kgf/cm2）、“毫米汞柱”（mmHg）、“毫米水 柱”（mmH2O）、“物理大气压”（atm）、“巴” （bar）、“PSI”等均应改成法定计量单位帕。见 教材p96表5-1 1 kgf/cm2 = 0.9807×105Pa 1 mmH2O = 0.9807×10Pa 1 mmHg = 1.332×102Pa 1 atm = 1.01325×105Pa 1 bar=105Pa 1 PSI=6.89×103Pa（Pounds per Square Inch ）
（4）仪表准确度等级的选择
压力检测仪表的准确度主要根据生产允许的最大误差 来确定，即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应 小于仪表的基本误差。
47
例题：
有一压力容器，压力范围0.40.6MPa，压力变化速度较缓，不要求 远传。试选择压力仪表（给出量程和精 度等级）测量该压力，测量误差不大于 被测压力的4%.
31
3.3.1 活塞式压力计 原理：
是根据流体静力平衡原理工作的，利 用压力作用在活塞上的力与砝码的重力 相平衡的原理设计而成的。如图所示。 主要由压力发生部分和测量部分组成。
32
测量 部分
压力发 生部分
33
常用校验压力表的标准仪器
－－活塞式压力计
34
超高压活塞压力计
35
3.3.2使用注意事项
二、压力单位
帕(Pa) N/m2，国际单位 兆帕(MPa) 106Pa 工程大气压， kgf/cm2 ，98070 Pa，约等于一个 大气压（1.013×105 Pa) 1mmH2O= 9.81 Pa 1mmHg =133 Pa
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过去采用的压力单位“工程大气压力” （kgf/cm2）、“毫米汞柱”（mmHg）、“毫米水 柱”（mmH2O）、“物理大气压”（atm）、“巴” （bar）、“PSI”等均应改成法定计量单位帕。见 教材p96表5-1 1 kgf/cm2 = 0.9807×105Pa 1 mmH2O = 0.9807×10Pa 1 mmHg = 1.332×102Pa 1 atm = 1.01325×105Pa 1 bar=105Pa 1 PSI=6.89×103Pa（Pounds per Square Inch ）
（4）仪表准确度等级的选择
压力检测仪表的准确度主要根据生产允许的最大误差 来确定，即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应 小于仪表的基本误差。
47
例题：
有一压力容器，压力范围0.40.6MPa，压力变化速度较缓，不要求 远传。试选择压力仪表（给出量程和精 度等级）测量该压力，测量误差不大于 被测压力的4%.
31
3.3.1 活塞式压力计 原理：
是根据流体静力平衡原理工作的，利 用压力作用在活塞上的力与砝码的重力 相平衡的原理设计而成的。如图所示。 主要由压力发生部分和测量部分组成。
32
测量 部分
压力发 生部分
33
常用校验压力表的标准仪器
－－活塞式压力计
34
超高压活塞压力计
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3.3.2使用注意事项
差压(压力)测量的原理和分类问答
差压（压力）测量的原理和分类问答1.压力（差压）测量的分类如何？答：按其信号转换原理不同大致可分为以下几种：⑴性式压力计。
包括弹簧管压力计、波纹管压力计、膜盒式压力计。
⑵液柱式压力计。
包括U形管压力计、单管压力计、斜管微压计。
⑶电气式压力计。
包括电容式变送器、力平衡式变送器、霍尔变送器、振弦式变送器、压敏电阻式变送器。
⑷活塞式压力计。
包括压力校验台。
2.弹出管式压力表的测量原理是什么？答：弹出管又称波登管，是一根弯成圆弧形、螺旋形或S形等形状的管子，成扁圆形或椭圆形。
截面的短轴方向与管子弯曲的径向方向一致。
当通入弹簧管内的压力较管外的压力高时，由于短轴方向的内表面积比长轴方向大，受力也大，使管子截面有变圆的趋势。
即短轴在变长，长轴要变短，产生弹性变形，这时自由端必然要向管子伸直的方向移动。
当变形引起的弹性力和压力产生的作用力平衡时，变形停止。
自由端产生的位移，通过杠杆带动放大机构，使指针偏转一定的角度，借助刻度盘指示出被测压力值的大小。
3.液柱式压力计的工作原理是什么？答：流体静力学原理指出：液体内某一点的静压力，由这一点的高度、液体的重度和外加压力决定。
液柱式压力计就是根据这一原理测压的，当封液的相对密度一定，外界压力一定时，被测压力只与液柱高度有关，读取液柱高度即可得知被测压力的大小。
4.活塞式压力计的工作原理是什么？答：活塞式压力计是根据流体静力学的力平衡原理和以帕斯卡定理为基础来进行压力测量的。
测量时，由加压泵产生的被测压力作用在活塞上，它与活塞、承重盘及加在承重盘上的砝码产生的力相平衡，使活塞压力计的活塞浮起来并处于平衡位置。
这时根据已知的活塞有效面积、活塞、承重盘及加放在承重盘上的砝码的总质量和当地的重力加速度，即可求出被测量的压力值。
5.电容式压力变送器的工作原理是什么？（其代表为1151型、罗斯蒙特的3051型）答：电容式变送器的敏感元件为电容，当有压力输入时，连在膜片上的电容与膜片一起产生微小位移，改变了电容的电容量。
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1
表中mmH2O值是按水温4摄氏度和重力加速度9.80665m/s^2为计算，mmHg值 是按水银温度0摄氏度为和重力加速度为9.80665m/s^2计算
压力测量中的常用概念
计示压力（表压力）：工程上压力计的指示值， 是被测绝对压力与当地大气压力之差。
绝对压力：真实压力 相对压力（压差） 正压：压力测量与差压测量 负压：压力测量与差压测量 真空：表压低于大气压力的表压力的绝对值。
2.3 金属膜片、膜盒压力计
膜片是将两种压力不等的流体隔开而具有挠性的圆形薄板或薄 膜。它的周边与壳体或基座相固接（夹紧、焊接等），如下图 所示。当膜片两边的流体压力不等时，膜片产生位移、力或者 频率信号；由此得到被测流体的压力。所以膜片是一种简单可 靠的压力测量（或传感）元件。
图8 膜片 (a) 平膜片; (b) 波纹膜片 1-平膜片; 2-夹紧环; 3-壳体
2.4 波纹管压力计
波纹管是一种轴对称的管状波纹薄壳，当它受 轴向力作用时，或者在其内腔与周围介质的压 力差的作用下在其线性特性不变的情况下，能 产生较大的位移；当它受横向力作用时，将在 轴向平面内弯曲。利用上述特性，波纹管可作 为把压力或力转换成位移的感压元件。也可作 为特殊的联接或密封隔离元件。
2.2 弹性元件的材料
1、高弹性合金——受温度变化影响大 2、恒弹性合金——受温度变化影响小 上述的各种金属弹性材料，总存在一定
数值的弹性滞后和弹性后效，它们妨碍 了传感器测量准确度的进一步提高。用 石英材料制作弹性敏感元件最理想，它 的弹性滞后只有最好弹性合金的最小滞 后的1/100，线膨胀系数则为它的1/30。 因而可以制造高准确度的弹性元件
P P1 P2 (h1 h2)(1 2)g
由于微压计一般用于测量气体，故 2 可略去，另外 考虑到封液在倾斜肘管中的长度l和h1的关系，以及表中 封液体积一定，即
1.3 斜管式压力计（续）
h2 l sin;h1源自lf Fl
d2 D2
式中f，d为斜管面积和内径；F，D为大截面容器截面
积和内径。所以：
1.1 U型管压力计
图1 U型管液柱式压力计 1,2 肘管; 3 封液
1.1 U型管压力计(续)
用Ｕ形管测压的原理如图８－１所示。根据流体静力学，通 入Ｕ形管的差压或液柱高度差h有如下关系：
P P1 P2 h(1 2) g (h1 h2)(1 2) g
式中
1, 2 －－－Ｕ形管中所充封液密度和封液上面的介
1.4 液柱式压力计的测量误差及修正
参看清华版 138－139页 1 环境温度变化的影响——修正 2 重力加速度变化的影响——修正 3 毛细现象造成的误差——加大管径 4 刻度、读数、安装等方面的误差——正
确读数及安装
二、弹性式压力计
弹性式压力计是根据弹性元件受压后产 生的变形与压力大小有确定关系的原理 制成的。它适用的压力范围广（0～ 1000MPa），结构简单，故获得广泛应 用。
压力测量的分类
依据测压原理不同，分为： 1利用重力与被测压力平衡测压力：如液
柱式压力计和活塞式压力计 2利用弹性力和被测压力平衡测压力：如
弹性式压力计 3利用物质其它与压力有关的物理性质测
压力：如半导体压阻式传感器和压电式 传感器。
第一部分
常规测压方法和仪表
一、液柱式压力计
液柱式压力计是用一定高度的液柱所产生的静 压力平衡被测压力的方法来测量压力的。由于 其价格低廉，而且在0.1MPa范围内测量值准 确度比较高，所以常用于测量低压、负压和差 压。例如锅炉烟、风道各段压力及热力实验中 节流式流量计所产生的差压等。
图6 弹性元件的弹性滞后
2.1 弹性元件的特性（续）
弹性后效：当负荷（压力、力或力矩）停止变化或完 成卸负荷后，弹性元件不是立刻完成相应的变形，而 是在一段时间内继续变形，这种现象称为弹性后效。
图7 弹性元件的弹性后效现象
2.1 弹性元件的特性（续）
弹性元件的弹性滞后和弹性后效现象在工作 过程中是同时产生的，它是造成仪表指示误 差（回差和零位误差）的主要因素。弹性滞 后及弹性后效与材料的极限强度，弹性元件 的结构设计、负荷大小、特性以及工作温度 等因素有关。使用压力越接近材料的比例极 限或强度系数越低，弹性后效就越大。为了 减小弹性滞后和弹性后效值，在设计时应选 用较大的强度系数，合理选择材料，采取适 当的加工和热处理方法等。
图9 膜盒 (a) 单模盒; (b) 膜盒组
2.3 金属膜片、膜盒压力计（续）
图10 膜片和膜盒 (a) 弹性膜片; (b) 挠性膜片; (c) 膜盒
膜片可分为弹性膜片和挠性膜片。弹性膜片一般由金 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，其挠度与压力的关系，主要由波纹的 形状、数目、深度和膜片的厚度、直径决定，而边缘 部分的波纹情况则基本决定了膜片的特性，中部波纹 的影响很小。挠性膜片只起隔离被测介质的作用，它 本身几乎 没有弹性，是由固定在膜片上的弹簧的弹性 力来平衡被测压力的。
2.3 金属膜片、膜盒压力计（续）
膜片按工作面形状可分为两类：平膜片和波纹膜片。 多数波纹膜片上有一波形或复合波形的同心的周向波 纹，也有少数的横向波纹。波纹膜片的最大特点是： 对波纹的结构形式加以合理的选择，可以得到较大的 位移并保持较好的线性度。将纹膜片成对地沿周边密 封焊接成膜盒，或由单膜盒串联成膜盒组，可以获得 更大的位移。
波纹管种类很多，但大体可分为有缝和无缝两 类。
图12波纹管压力计
1高压引入口；2高压室波纹管；3冲液温度补偿波纹管；4阻尼环；5连接轴；6单向 保护管；7填充液；8高压测量室；9阻尼旁路；10阻尼阀；11低压引入口； 12低压 室波纹管；13单向保护阀；14微调量程螺母；15螺杆；16量程弹簧；17量程弹簧支 承板；18中心基座；19低压测量室；20排液（气）针阀；21阻尼保护室；22低压室
1.3 斜管式压力计
图3 斜管式压力计实物图
1.3 斜管式压力计（续）
图4 斜管式微压计原理图
1-宽容器;
2-倾斜肘管
1.3 斜管式压力计（续）
在热力试验中，常用斜管式微压计来测量微小的正压、 负压和差压。图4为斜管式微压计原理图．测量正压时被 测压力通入大容器，测量负压时，被测压力通入肘 管．测量差压时将较高的压力通入大容器而将较低的压 力通入肘管．在差压的作用下，倾斜角微a的斜管中的封 液液面升高了h2,大容器内液面下降了h1,所以
直径为５mm，大容器内径为１５０mm时，f/A＝（５／１５０）＾２＝ １／９００，此时h1可以忽略．被测介质为气体时2 亦可忽略．
1.2 单管式压力计（续）
如将数根肘管连至同一个大截面容器， 则连成多管式压力计。电厂常用它来测 量炉膛和烟道各处的负压。大容器通大 气，各肘管连至各段烟道测点，此时各 肘管中的液柱高度即代表负压。
所测差压 P 可表示为
P P1 P2 (h1 h2)(1 2)g
h2(1 f / A)(1 2)g
当f,A一定时，系数(1+f/A)为常数。选定封液后,封液密度 1 和封液上面 的介质密度 2为定值，因此只要读取肘管中液面上升高度h2就可以测的
差压值 P 。一般将f/A值定的很小，使(1+f/A)值近于１。例如，当肘管
热工测量仪表
压力及差压测量
压力测量的意义
压力是工质热力状态的主要参数之一。 热力发电厂中需要测量压力和差压的地 方很多，待测压力范围很宽，约从1KP a 到24MPa。保证压力测量的准确性对于 机组安全、经济运行具有重要意义。例 如：给水压力、气包压力、主蒸汽压力、 凝汽器真空、各处的油压和烟风道压力 等，都是运行中需要经常监视的重要参 数。此外，差压测量还用于液位和流量 的测量中。
所用液体叫做封液，常用的有水、酒精、水银 和四氯化碳等。常用的液柱式压力计有U型管 压力计、单管式压力计和斜管式压力计。
常用封液在不同温度下的密度
封液名 化学式 化学封液不同温度下的密度
称
10 15 20 25 30 35
酒精 Ｃ2H5OH 0.817 0.813 0.809 0.804 0.800 0.976
质密度
h －－－两肘管中封液的高度差，h=h1+h2
g －－－重力加速度
Ｕ形管内径一般为５－－２０mm，为了减少毛细现象对测 量准确度的影响，内径最好不小于１０mm
1.1 U型管压力计(续)
当标尺分格值为1mm时，两次液面高度读数的 总绝对误差可估计为2mm，因此当被测差值很 低时，液柱高度差很小，读数的相对误差就很 大，此时应选择密度更小的封液，以增大肘管 中的液柱高度差，或者使用斜管式微压计。
p
l s in
a
d2 D2
1g
Kl
式中K为系数，
K
1 g s in
d2 D2
与单管式相比，因为l比h1放大了1/sinα，故读数的相 对误差减小。改变α就能改变K值，以适应不同的测量 范围。但α不得小于5度， α太小斜管内液面拉长，且
易冲散，反而影响读数的准确性。斜管式微压计的使
用范围一般为100到2500Pa。
atm
1Pa
1
1.02*10^( 0.102 -5)
7.501*10 10^(-2) 9.87*10^(
^(-3)
-6)
1kgf/cm^ 9.806*10 1
2
^4
10^4
735.56 980.6
0.9678
1mmH2O 9.806 10^(-4) 1
7.3556*1 9.806*10 0.9678*1
0^(-2) ^(-2)
0^(-4)
1mmHg 1mbar 1atm
133.3
100
10.13*10 ^4
13.6*10^( 13.6 -4)
0.102*10 10.2 ^(-2)
表中mmH2O值是按水温4摄氏度和重力加速度9.80665m/s^2为计算，mmHg值 是按水银温度0摄氏度为和重力加速度为9.80665m/s^2计算
压力测量中的常用概念
计示压力（表压力）：工程上压力计的指示值， 是被测绝对压力与当地大气压力之差。
绝对压力：真实压力 相对压力（压差） 正压：压力测量与差压测量 负压：压力测量与差压测量 真空：表压低于大气压力的表压力的绝对值。
2.3 金属膜片、膜盒压力计
膜片是将两种压力不等的流体隔开而具有挠性的圆形薄板或薄 膜。它的周边与壳体或基座相固接（夹紧、焊接等），如下图 所示。当膜片两边的流体压力不等时，膜片产生位移、力或者 频率信号；由此得到被测流体的压力。所以膜片是一种简单可 靠的压力测量（或传感）元件。
图8 膜片 (a) 平膜片; (b) 波纹膜片 1-平膜片; 2-夹紧环; 3-壳体
2.4 波纹管压力计
波纹管是一种轴对称的管状波纹薄壳，当它受 轴向力作用时，或者在其内腔与周围介质的压 力差的作用下在其线性特性不变的情况下，能 产生较大的位移；当它受横向力作用时，将在 轴向平面内弯曲。利用上述特性，波纹管可作 为把压力或力转换成位移的感压元件。也可作 为特殊的联接或密封隔离元件。
2.2 弹性元件的材料
1、高弹性合金——受温度变化影响大 2、恒弹性合金——受温度变化影响小 上述的各种金属弹性材料，总存在一定
数值的弹性滞后和弹性后效，它们妨碍 了传感器测量准确度的进一步提高。用 石英材料制作弹性敏感元件最理想，它 的弹性滞后只有最好弹性合金的最小滞 后的1/100，线膨胀系数则为它的1/30。 因而可以制造高准确度的弹性元件
P P1 P2 (h1 h2)(1 2)g
由于微压计一般用于测量气体，故 2 可略去，另外 考虑到封液在倾斜肘管中的长度l和h1的关系，以及表中 封液体积一定，即
1.3 斜管式压力计（续）
h2 l sin;h1源自lf Fl
d2 D2
式中f，d为斜管面积和内径；F，D为大截面容器截面
积和内径。所以：
1.1 U型管压力计
图1 U型管液柱式压力计 1,2 肘管; 3 封液
1.1 U型管压力计(续)
用Ｕ形管测压的原理如图８－１所示。根据流体静力学，通 入Ｕ形管的差压或液柱高度差h有如下关系：
P P1 P2 h(1 2) g (h1 h2)(1 2) g
式中
1, 2 －－－Ｕ形管中所充封液密度和封液上面的介
1.4 液柱式压力计的测量误差及修正
参看清华版 138－139页 1 环境温度变化的影响——修正 2 重力加速度变化的影响——修正 3 毛细现象造成的误差——加大管径 4 刻度、读数、安装等方面的误差——正
确读数及安装
二、弹性式压力计
弹性式压力计是根据弹性元件受压后产 生的变形与压力大小有确定关系的原理 制成的。它适用的压力范围广（0～ 1000MPa），结构简单，故获得广泛应 用。
压力测量的分类
依据测压原理不同，分为： 1利用重力与被测压力平衡测压力：如液
柱式压力计和活塞式压力计 2利用弹性力和被测压力平衡测压力：如
弹性式压力计 3利用物质其它与压力有关的物理性质测
压力：如半导体压阻式传感器和压电式 传感器。
第一部分
常规测压方法和仪表
一、液柱式压力计
液柱式压力计是用一定高度的液柱所产生的静 压力平衡被测压力的方法来测量压力的。由于 其价格低廉，而且在0.1MPa范围内测量值准 确度比较高，所以常用于测量低压、负压和差 压。例如锅炉烟、风道各段压力及热力实验中 节流式流量计所产生的差压等。
图6 弹性元件的弹性滞后
2.1 弹性元件的特性（续）
弹性后效：当负荷（压力、力或力矩）停止变化或完 成卸负荷后，弹性元件不是立刻完成相应的变形，而 是在一段时间内继续变形，这种现象称为弹性后效。
图7 弹性元件的弹性后效现象
2.1 弹性元件的特性（续）
弹性元件的弹性滞后和弹性后效现象在工作 过程中是同时产生的，它是造成仪表指示误 差（回差和零位误差）的主要因素。弹性滞 后及弹性后效与材料的极限强度，弹性元件 的结构设计、负荷大小、特性以及工作温度 等因素有关。使用压力越接近材料的比例极 限或强度系数越低，弹性后效就越大。为了 减小弹性滞后和弹性后效值，在设计时应选 用较大的强度系数，合理选择材料，采取适 当的加工和热处理方法等。
图9 膜盒 (a) 单模盒; (b) 膜盒组
2.3 金属膜片、膜盒压力计（续）
图10 膜片和膜盒 (a) 弹性膜片; (b) 挠性膜片; (c) 膜盒
膜片可分为弹性膜片和挠性膜片。弹性膜片一般由金 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，其挠度与压力的关系，主要由波纹的 形状、数目、深度和膜片的厚度、直径决定，而边缘 部分的波纹情况则基本决定了膜片的特性，中部波纹 的影响很小。挠性膜片只起隔离被测介质的作用，它 本身几乎 没有弹性，是由固定在膜片上的弹簧的弹性 力来平衡被测压力的。
2.3 金属膜片、膜盒压力计（续）
膜片按工作面形状可分为两类：平膜片和波纹膜片。 多数波纹膜片上有一波形或复合波形的同心的周向波 纹，也有少数的横向波纹。波纹膜片的最大特点是： 对波纹的结构形式加以合理的选择，可以得到较大的 位移并保持较好的线性度。将纹膜片成对地沿周边密 封焊接成膜盒，或由单膜盒串联成膜盒组，可以获得 更大的位移。
波纹管种类很多，但大体可分为有缝和无缝两 类。
图12波纹管压力计
1高压引入口；2高压室波纹管；3冲液温度补偿波纹管；4阻尼环；5连接轴；6单向 保护管；7填充液；8高压测量室；9阻尼旁路；10阻尼阀；11低压引入口； 12低压 室波纹管；13单向保护阀；14微调量程螺母；15螺杆；16量程弹簧；17量程弹簧支 承板；18中心基座；19低压测量室；20排液（气）针阀；21阻尼保护室；22低压室
1.3 斜管式压力计
图3 斜管式压力计实物图
1.3 斜管式压力计（续）
图4 斜管式微压计原理图
1-宽容器;
2-倾斜肘管
1.3 斜管式压力计（续）
在热力试验中，常用斜管式微压计来测量微小的正压、 负压和差压。图4为斜管式微压计原理图．测量正压时被 测压力通入大容器，测量负压时，被测压力通入肘 管．测量差压时将较高的压力通入大容器而将较低的压 力通入肘管．在差压的作用下，倾斜角微a的斜管中的封 液液面升高了h2,大容器内液面下降了h1,所以
直径为５mm，大容器内径为１５０mm时，f/A＝（５／１５０）＾２＝ １／９００，此时h1可以忽略．被测介质为气体时2 亦可忽略．
1.2 单管式压力计（续）
如将数根肘管连至同一个大截面容器， 则连成多管式压力计。电厂常用它来测 量炉膛和烟道各处的负压。大容器通大 气，各肘管连至各段烟道测点，此时各 肘管中的液柱高度即代表负压。
所测差压 P 可表示为
P P1 P2 (h1 h2)(1 2)g
h2(1 f / A)(1 2)g
当f,A一定时，系数(1+f/A)为常数。选定封液后,封液密度 1 和封液上面 的介质密度 2为定值，因此只要读取肘管中液面上升高度h2就可以测的
差压值 P 。一般将f/A值定的很小，使(1+f/A)值近于１。例如，当肘管
热工测量仪表
压力及差压测量
压力测量的意义
压力是工质热力状态的主要参数之一。 热力发电厂中需要测量压力和差压的地 方很多，待测压力范围很宽，约从1KP a 到24MPa。保证压力测量的准确性对于 机组安全、经济运行具有重要意义。例 如：给水压力、气包压力、主蒸汽压力、 凝汽器真空、各处的油压和烟风道压力 等，都是运行中需要经常监视的重要参 数。此外，差压测量还用于液位和流量 的测量中。
所用液体叫做封液，常用的有水、酒精、水银 和四氯化碳等。常用的液柱式压力计有U型管 压力计、单管式压力计和斜管式压力计。
常用封液在不同温度下的密度
封液名 化学式 化学封液不同温度下的密度
称
10 15 20 25 30 35
酒精 Ｃ2H5OH 0.817 0.813 0.809 0.804 0.800 0.976
质密度
h －－－两肘管中封液的高度差，h=h1+h2
g －－－重力加速度
Ｕ形管内径一般为５－－２０mm，为了减少毛细现象对测 量准确度的影响，内径最好不小于１０mm
1.1 U型管压力计(续)
当标尺分格值为1mm时，两次液面高度读数的 总绝对误差可估计为2mm，因此当被测差值很 低时，液柱高度差很小，读数的相对误差就很 大，此时应选择密度更小的封液，以增大肘管 中的液柱高度差，或者使用斜管式微压计。
p
l s in
a
d2 D2
1g
Kl
式中K为系数，
K
1 g s in
d2 D2
与单管式相比，因为l比h1放大了1/sinα，故读数的相 对误差减小。改变α就能改变K值，以适应不同的测量 范围。但α不得小于5度， α太小斜管内液面拉长，且
易冲散，反而影响读数的准确性。斜管式微压计的使
用范围一般为100到2500Pa。
atm
1Pa
1
1.02*10^( 0.102 -5)
7.501*10 10^(-2) 9.87*10^(
^(-3)
-6)
1kgf/cm^ 9.806*10 1
2
^4
10^4
735.56 980.6
0.9678
1mmH2O 9.806 10^(-4) 1
7.3556*1 9.806*10 0.9678*1
0^(-2) ^(-2)
0^(-4)
1mmHg 1mbar 1atm
133.3
100
10.13*10 ^4
13.6*10^( 13.6 -4)
0.102*10 10.2 ^(-2)