压力计量仪器仪表讲座.ppt

压力计量仪器仪表,甘肃省计量研究院,前 言,在工农业生产、国防建设、科学研究、医疗卫生、安全防护以及人民日常生活的各个领域中，凡是利用液体、气体、蒸汽等介质作为动力、加热、密封试验等，都反应有“压力”这个物理量。压力如同其它的状态参数一样，是工业生产过程及自动化过程中极为重要的控制参数。因此，需要使用各种能显示压力的仪器仪表来计量压力的大小和变化。,目 录,压力的基本概念压力的计量单位压力计量仪器仪表的分类弹性式压力仪表其它压力仪器计量和计量法的基础知识,压力的基本概念,一、压力的概念 压力又称压强，但在工程上都习惯称之为压力。1653年，法国科学家帕斯卡首先发现液体压力规律，从而有了著名的帕斯卡定律：当外力作用在密闭容器的流体上所产生的压力，垂直作用在密闭容器的内表面，并且传到流体的任何方向，其强度不变。因此压力的定义：指流体垂直且均匀的作用在物体单位面积上的力。P=F/A 式中:P 压力量值（Pa）F 作用力（N）A 单位面积（）,二、压力的分类：1、大气压力：大气自重所产生的对地球表面的单位面积上的力，也称气压，以P0表示。大气压力量值随海拔高度、地理纬度和气象情况不同而改变。2、绝对压力：是以零作为参考点的压力的差压，又称全压力或总压力，以Pb表示。3、表压力：即压力仪器仪表指示的压力，是以环境大气压为零参考点的压力，以P表示。习惯上指高于大气压的压力。,4、疏空：即负表压，也称疏空压力或真空压力，以Pv表示。习惯上指低于大气压的压力。5、真空度：低于大气压的绝对压力。6、差压：两个相关压力之差。7、静态压力：压力稳定不变或有变化但可以不考虑随时间变化的压力。8、动态压力：随时间变化的压力。,压力计量单位,一、法定压力单位为帕斯卡 1969年国际计量委员会通过一项决议，以1牛顿每平方米作为压力单位，1971年第14届国际计量大会批准采用，并以法国科学家的名字命名为帕斯卡（符号a），是具有专门名称的导出单位。帕斯卡，是我国法定压力计量单位，也是国际单位制（SI）压力单位，其物理意义是：1牛顿的力垂直作用在1平方米的面积上的分布力，所以1Pa=1N/1或1Pa=1kg/ms2。,二、非法定压力单位根据国务院规定，从1991年月日起全国一律执行法定计量单位，非国家法定计量单位应当废除。但考虑到医生的使用习惯，国家有关部门决定生产双刻度（a和mmHg）标尺的新型血压计，即在1991年后，mmHg仍然允许存在；再如我国实行开放、搞活的经济政策，在国际贸易中要扩大贸易范围，而世界各国推行国际单位制的进度快慢不一，进出口贸易中可能存在旧制单位，以上是可能存在的问题，不是主流，不,影响法定计量单位的贯彻执行和废除非法定计量单位。但随着中国加入世贸组织后，这种现象将逐步消失。现介绍几种主要的压力单位：、公斤力厘米（kgf/cm2）：它的定义是公斤力垂直作用在平方厘米的单位面积上所产生的压力，公斤力厘米与工程大气压（符号at）是相等的两个压力单位。、毫米水柱（mmH2O）：它的定义是当纯水温度值为4，密度值为1g/cm3,重力加速度为980.665 cm/s2的条件下，水柱高度（mm）所表示的压力量值。,、毫米汞柱（mmHg）：它的定义是汞在0时密度为13.5951g/cm3,重力加速度为980.665cm/s2的条件下，汞柱高度（mm）所表示的压力。、标准大气压（符号atm），又称物理大气压，1954年第十届国际计量大会定义为1atm=1013250达因/厘米2，1atm=101325Pa。、托（符号torr），是以一物理大气压的1/760所表示的压力。1torr=101325/760=133.3224Pa。、巴（bar）:是以百万微巴表示的压力量值。即1bar=1106byn/cm2=1106Pa，在气象工作中常用毫巴（mbar）为压力单位。,压力计量仪器仪表的分类,由于工农业生产、国防、科研和计量部门使用的压力计量仪器仪表品种繁多，测量范围广泛，又由于仪表使用环境条件及要求的多样性，所以压力计量仪器仪表分类的方法也多种多样。一般情况下，可以根据仪表的工作原理、准确度等级、测量范围和显示方法来分类。,一、按照仪表工作原理分类 1、液体式压力计 液体式压力计又称液柱式压力计，它是基于流体静力学原理，利用液柱自重产生的压力去平衡未知压力的方法来测量压力的仪表。常用的液体压力计有：U形压力计（双管），单管（杯形）压力计、倾斜式微压计、补偿式微压计、水银气压计和钟罩式压力计。2、活塞式压力计 它使基于帕斯卡定律和流体静力学原理，由专用砝码的重力作用在活塞有效面积上所产生的压力与被测压力相平衡来测量压力的仪表。,3、弹性式压力仪表 由于弹性元件受压后产生的变形，把被测压力变换为弹性变形位移，通过传动机构的放大，变成压力表指针的偏转，在刻有压力单位的刻度盘上指示出所测压力量值。因其使用的弹性元件形状不同，有单圈（C形）弹簧管压力表、多圈（螺旋）弹簧管压力表、膜片压力表、膜盒压力表、波纹管压力表等，因被测介质的不同，有氧气压力表、乙炔表、氨压表、氩气表、二氧化碳、氯气等类型。4、电测式压力仪器仪表（压力传感器）能感受（或响应）规定的被测量压力并按一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。压力传感器主要以转换元件如应变转换元件、电容转换元件、电位器转换元件等，将感受的压力转换成可用信号如电容、电压、电阻等电参量输出。为些分为应变式、电容式、电位器式压力传感器等。同时，有测量压力的传感器，测量差夺的传感器，测量绝对压力的传感器，测量绝对压力的传感器等。,二、按准确度等级分,即根据压力仪表准确度大小所划分的等别或级别，具体分类是：活塞式压力计：国家基准（0.002%)，工作基准（0.005%），一等标准（0.02%），二等标准（0.05%），三等标准（0.2%）。液体压力计、基准、标准器用等表示，工作用仪器用级表示。有国家基准器、工作基准器、一等标准器、二等标准器、三等标准器；工作用压力计有0.5级、1级、1.6级、2.5级。弹簧管压力表按准确度等级分，有弹簧管式精密压力表和弹簧管式一般压力表二种。精密压力表的级有0.25级、0.4级、0.6级；工作用压力表的级有1级、1.6级、2.5级和4级。压力传感器是发展中的新型压力计，各厂家的产品中有准确度等级，因无国家标准，准确度等级没有系列化。,三、按测量范围分类,为了表示压力的大小，经常划分为个范围。习惯上我国压力计量人员将压力范围划分为五类。微压:1104Pa;低压:(1 1042.5 105)Pa;中压:(2.5 105 1108)Pa;高压:(11081109)Pa;将真空划分为四类:粗真空:(1.01325105103)Pa;低真空(110310-1)Pa;高真空:(10-110-6)Pa;超高真空:10-6Pa;国际计量委员会质量及其相关量咨询委员会1981年召开的第一届会议上,将压力与真空的范围划分为四类:,低压：11041Pa，处于低真空到高真空范围；低压：1Pa 1kPa，处于微压到低真空范围；中压（气压）：1kPa 1MPa,处于微、低到中压范围；高压：1MPa，处于中压到高压范围。国际上的这种分类，主要是为了便于压力与真空量值的国际比对。四、按被测压力量值的特点、用途、种类分 压力计（表）：测量表压力的；气压计：测量大气压力的；真空计：测量负表压（疏空）的；微压计：用于测量10kPa以下压力的；差压计：测量两处压力差的。五、按显示方法分类 模拟显示型、数字显示型、现场显示型、远距离传输显示型。,弹性式压力仪表一、弹性式压力表的工作原理 弹性式压力表是根据虎克定律F=Kx,即弹性元件在外力作用下产生形变，在弹性极限范围内，其形变与外力成正比关系。因此，常见的压力表的表盘都制成均匀分度。二、弹性式压力表的分类（一）按弹性敏感元件的形状：1、单圈（C形）弹簧管压力表：一般测量上限为（0.1 6）MPa,材料为紫铜；2、多圈（螺旋）弹簧管压力表：一般测量上限为(10 60）MPa,材料为紫铜；,测量上限为（1001000）的弹簧管压力表无论单圈还是多圈，材料都为不锈钢。3、膜片压力表：微压 4、膜盒压力表：微压 5、波纹管压力表：微压（二）按仪表准确度等级分类（国家计量检定规程）1、弹簧管式一般压力表、压力真空表和真空表：1级、1.6级、2.5级和4级；2、弹簧管式精密压力表和真空表：常见0.25级和0.4级。（三）按仪表用途分类 1、普通型压力表；2、耐振动与抗振动型压力表；3、耐颠振与抗颠振型压力表；4、抗冲击型压力表。,三、压力表的其它参数 圆盘形轴向有边、径向有边等压力表（矩形、台式压力表除外）根据安装固定方法、表边位置和接头位置与表壳公称直径的关系 1、一般压力表、真空表、压力真空表的情况见表4.1,2、压力表准确度等级与表壳直径的关系,3、压力表的接头（机座）螺纹尺寸 精密表的接头螺纹尺寸采用M201.5（mm）。一般表的表壳直径是100250的均为M201.5，60的接规定为M141.5（mm）。四、簧管式压力表 弹簧式一般压力表、压力真空表和真空表（通称为工作压力表），在压力计量上有着极为广泛的应用，并且用量又极大，称为工业的“粮食”。因其对压力计量的准确程度关系到安全防护和贸易结算，所以又被国家列为强制检定的计量器具。单圈弹簧管是法国机械师波登在1847年制造出来的，在1849年取得专利后，首先用来测量压力，一百多年,来，弹簧管压力表始终是主要的测压仪表，这主要是由于其显示直观，体积小，结构简单，价格低廉，维修方便河测量范围较宽的特点。（一）工作原理：压力表主要用于液体、气体与蒸气压力和真空的测量。压力的工作原理是弹簧管在压力和真空作用下，产生弹性变形引起管端位移，其位移通过机械传动机构进行放大，传递给指示装置，再由指针在刻有法定计量单位的分度盘上指出被测压力或真空量值。二、压力表的组成 一般压力表由弹簧体、传动放大机构、指示机构、外壳四大部分组成。,五、特殊用途的压力表 一、氧气压力表 与一般压力表的结构完全一样，不同的是该类压力表接触的工作介质是氧气。因此，在工作（和检定）过程中应该保证不接触油液（除甘油外），否则，可能引起爆炸事故。这种压力表的表壳上涂以天蓝色，表盘上标有红色“禁油”字样，以示警戒。二、双针双管压力表 是在一个表体内组装两个单圈弹簧管、有两个压力通道、在一个表盘上有两根指针指示两个压力示值的压力表。两管的两通道不应该互通，两指针也不应该互相影响而分别测量两个压力值。如飞机式汽车上的左右轮胎的压力测量就用这类压力表。三、耐振压力表 仪表的结构特征是采用密封结构，表腔内充灌阻尼液（可根据环境温度选择不同粘度的油液，常用硅油或甘油），使仪表指针和传动机构均浸在油液内，这样可以减小,环境中因激烈振动引起的指针的摆动，同时可润滑传动部件，延长使用期限。仪表附有阻尼器部件，使用它可减小介质由于脉动压力所引起的仪表指针的摆动。主要适用于液体、气体和蒸气的脉动压力或冲击压力，或用于振动环境中测量压力。在使用时，在环境只有振动的条件下，只需采用充有阻尼液的耐振压力表，不必带阻尼器，否则，反而会增加指针的摆动。在伴有介质脉动压力的条件下才带阻尼器，这样指针的摆动明显减小。但必须考虑因阻尼引起的误差，必要时应作修正。四、耐腐蚀压力表 仪表的特点是弹性敏感元件采用材料是不锈钢，适用于露天安装，能在相对湿度95%的条件下正常工作。广泛用于石油、天燃气、化工等工业部门。,五、耐高温压力表 测量压力介质的温度高于80时使用耐高温压力表。六、热带型压力表 热带型压力表的特点是结构密封性能好，能在相对湿度大于95%的环境中正常工作。七、隔膜压力表 隔膜压力表的结构特点是由两个部分组成：一个是感压部分，包括隔膜、法兰盘等；另一个是测量部分，与一般压力表相同，包括弹簧管、传动机构等。在隔膜与弹簧管之间的容腔和管道中充有传压的液体，常用的液体有甘油水溶液、乙二醇水溶液、甲基硅油等。制作隔膜常选用耐强腐蚀性介质的材料。隔膜压力表主要用于化工部门，如合成氨和化纤等设备上，测量强腐蚀性介质或高粘度、易结晶介质的压力。,八、带校验指针的压力表 这类表的内部结构与单圈弹簧管压力表相同，只是表盘与指针有所不同。例如在压力表上用一条比一般刻度线稍长的红线，标示出相应于该设备的极限压力，便于工作人员辨别。但是，如果在同一台设备上需要不同的数种极限压力，上而的方法就不太适用了，必须采取可以在刻度表盘上移动的红线，即安装校验指针。九、电接点压力表 电接点压力表能够在设备达到极限压力时自动发出报警信号。压力表指示指针和设定指针上分别装有触头，使用时首先将上限和下限设定指针调节到要求的压力范围。当所测压力变化时，指示压力值的指针就转动，指示出,瞬时的压力大小。当压力达到下限或上限设定值时，指针带动的可动电触头与下限或上限设定指针上的电触头相接触，通过电气线路使压力低或高的指示灯（或电铃）发出警告信号。电接点压力表也可带继电器及接触器的电气线路而获得自动控制的信号，通过控制机构使被测介质的压力变化自动保持在上下限给定值范围内。由于触头在接触（或断开）的瞬间容易产生火花和电弧现象，所以电接点压力表不宜用于有激烈振动或有爆炸性混合物的场所，否则，容易引起爆炸。如果要在易燃易爆混合物的情况下使用，必须采用防爆电接点压力表。防爆电接点压力表的作用原理与一般电接点压力表,相同，只是外壳结构有所不同。在使用时，如果内部的爆炸混合物因受到火花和电弧的影响要发生爆炸时，所产生的热量不能顺利地向外扩散传爆，而只能沿外壳上具有足够长度的微小缝隙处缓慢地传到壳体外部，这时传到壳外的瞬间温度已不能点燃外界的爆炸性混合物，所以不致于爆炸。八、远传压力表 既能在现场指示压力，又能在远距离外进行压力的显示与控制的仪表，称为远传压力表。在工业生产过程中，由于工作现场的特定条件限制，例如在高动态负荷下的测量点，或有爆炸危险的操纵室，或远离被测压力的测量点等，不可能由工作人员照应时，就需要由远传压力表来实施保证。常用的有电位器式与差动式远传压力表。,1、电位器式远传压力表 它由弹簧管和电位器组成为一种压力传感器。电位器固定在壳体上，而电刷与弹簧管的传动机构相连接。当被测压力变化时，弹簧管的自由端产生位移，通过传动机构，一面带动压力表指针转动，一面带动电刷在线绕电位器上滑动，从而将被测压力成正比的电压信号。这种除用指针就地指示压力外，还能把被测压力以电量方式远传给显示仪表，而实现集中检测和远距离控制。2、差动远传压力表 它工作原理是：被测压力进入弹簧管产生变形而位移，再通过齿轮传动机构使指针指示出压力值来。弹簧管末端同时带动铁芯移动，使差动变压器输出一个跟输入压力成正比的电压，此电压传送给动圈仪表，作以远距离指示。,六、对压力表的选用、安装等注意事项,（一）压力表的选用通用原则 从工作条件要求来选择最经济的准确度等级。在压力稳定的情况下，规定被测压力值是选用压力表满刻度的2/3，最大也不允许超过3/4,在脉动（波动）的压力情况下，应选用压力表满刻度的1/2。无论是稳定或脉动压力，规定被测压力值都不能小于压力表满量程的1/3。（二）压力表的安装 对于有腐蚀性介质的、或有高温介质的、或压力变化有剧烈的情况测压，首先选择合适的压力表，还应采取一定的保护措施。压力表的安装位置应符合安装状态的要求。表盘一般不应该呈水平状态，不然游丝将失去对齿轮间隙的控制作用。位置的高低和光线，应适合工作人员的观测。介质为液体时仪表测定点与仪表安装尽可能在同一水平位置，否则应考虑,附加高度误差的修正。仪表安装处与测试点之间的距离应尽量短，以免指示迟缓。同时要保证密封，不应有泄漏现象出现。（三）使用保管与运输时的注意事项 1、仪表工作时，应该处于正常的工作状态，即对被测压力（或疏空）均匀缓慢变化时的测量，以保证不超过允许基本误差；2、仪表在下列情况使用时，因加附加装置而不应产生附加误差，否则应考虑修正：为保证仪表不受被测介质侵蚀（污染）或粘度过大、结晶的影响，加装隔离装置；为保证仪表不受被测介质的急剧变化或脉动压力的影响，加装缓冲器；为保证仪表不受震动的影响，加装减震装置及固定装置；,为保证仪表不受被测介质高温的影响，加装充满冷却液体的弯管装置等。3、专用的特殊仪表，严禁作其他使用。也严禁在没有特殊可靠的装置上进行测量。更严禁用一般的压力表作特殊介质的压力测量。4、压力表必须经过计量检定并在其规定的有效期内使用；必须完整无损的检定封印。5、仪表表壳应能保护内部机件不受污秽机械损伤。若不将封印取掉，不能触及仪表内部机件。6、仪表 的储存环境温度以2010为宜，空气相对湿度不大于80%。室内空气中不应含有能引起仪表腐蚀的有害物质。7、仪表运输时，应将专用木盒或纸盒装入垫有干燥、洁净的纸条的木箱内，以保证在运输途中不致损伤。,七、压力表的基本误差和读数方法,1、压力表的基本误差 压力表的基本误差（测量上限测量下限）级别 了解压力表的基本误差，我们在使用中即可知道每一测压点的误差的最大值。2、压力表的读数方法 正确读取处理压力表的数据，是压力表使用中最为核心的内容。JJG521999规程条规定“压力表的示值应按分度值的1/5估读”。既然压力表的计量检定作了上述法定的规定，我们在使用中也必须延续这一规定。什么是压力表的分度值？,简单的说就是压力表表盘刻线相邻两条线的间隔所指示的压力值。规程4.1.5 分度值规定“分度值应符合如下系列中之一：（1、2、5）10n,式中：n是正整数、负整数或零”。例如：一块压力表的分度值为0.01MPa,其1/5即为0.002MPa,也就是当被检表的指针走到一个分度1/5,尾数的估读为0.002MPa，到2/5时，即0.004MPa,以此类推到0.010MPa；,同样，一块压力表的分度值为0.2MPa,其1/5即为0.04MPa,也就是当被检表的指针走到一个分度1/5,尾数的估读为0.04MPa，到2/5时，即0.08MPa,以此类推到0.20MPa。对于分度值5MPa，其1/5即为1MPa,也就是当被检表的指针走到一个分度1/5,尾数的估读为1MPa，到2/5时，即2MPa,以此类推到5MPa。值得注意是这样读取每一块压力表数据的有效位数是确定的。,其它压力仪器,工业生产、自动控制、安全防护等方面还有一些与压力量值有关的压力仪器，下面简单介绍：一、压力开关二、安全阀 1、弹簧式安全阀 2、先导式安全阀三、压力调节器,计量和计量法的基础知识,一、计量：JJF1001-1998通用计量术语及定义将计量定义为”为实现量值准确可靠，保证单位制统一的活动”。二、计量检定1、概念：检定是计量领域中的一个专门术语。计量检定是指为评定计量器具的计量性能，确定其是否合格所进行的全部工作。但作为计量检定的主体必须合法。计量器具只有在准确可靠的基础上才有使用价值。不难看出，如果使用不准确的计量器具，产品质量就难以得到保证，安全生产就没有保障，经济核算,和经营管理就会受到影响，科学研究就得不到准确的数据，在商业活动中就不能公平交易。而要各种计量器具准确可靠，其手段之一就是对其进行计量检定。按计量法规定，制造、修理计量器具要进行出厂检定，使用计量器具要进行周期检定，进口计量器具要检定合格后方可销售和使用。,三、强制检定：1、概念：是指由县级以上人民政府计量行政部门指定的法定计量机构或授权的计量机构，对社会公用计量标准，部门和企业、事业单位使用的最高计量标准，以及用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测方面的列入强制检定目录的工作计量器具实行的定点、定期检定。定点就是固定实施强制检定的单位，即强制检定的工作计量器具其首次强制检定或随后检定的检定单位均必须是县（市）级以上政府计量行政部门指定的,所属或者授权的计量检定机构。定期是指执行强制检定的计量检定机构对强制检定的工作计量器具根据计量检定规程规定的检定有效期进行周期检定。2、特征：1）必须由县级以上人民政府计量行政部门指定的法定计量机构或授权的计量机构来执行；如甘肃省计量研究院为国家法定计量检定机构授权单位：国家质量监督检验检疫总局授权证书号：（国）法计（2002）01015号 2）强制检定的工作计量器具其检定的最大特点就是定点定期进行检定，同时定点定期检定也是强制检定工作的基本要求。,3）这种检定所涉及的法律规定，不允许任何人以任何方式加以改变和违反，必须按照规定去办。就规范所表现的强制性而言，这种强制检定属于强行规范或命令规范。四、强制检定工作计量器具：1、概念：是指根据中华人民共和国计量法的规定，凡用于贸易结算、医疗卫生、安全防护、环境监测四个方面的列入强制检定目录的工作计量器具均称为强制检定计量器具。2、强制检定工作计量器具的检定形式：根据强制检定计量器具的结构特点和使用状况，按规定强制检定采用以下两种形式：,（1）只作首次强制检定。只作首次强制检定的含义是指强制检定的工作计量器具，只作第一次强制检定，而不作随后检定。按实施方式由分为两类：只作首次强制检定，失准报废。其含义是指该强制检定工作计量器具经首次强制检定后，不再作随后检定，可无限期地使用，直至目测失准，自行报废。只作首次强制检定，限期使用，到期轮换。其含义是指该强制检定工作计量器具经首次强制检定后，投入使用，到规定的使用期限时。用另一个经首次强制检定合格的计量器具进行更换。,（2）进行周期检定。周期检定的含义是指强制检定工作计量器具首次检定后，根据检定规程规定的检定周期，对计量器具所进行的随后检定。五、计量检定证书：是指由县级以上人民政府计量行政部门指定的法定计量机构或授权的计量机构按照有关规定出具的、判定某一计量器具合格或符合规定的准确度的、具有法律效力的技术证明文书。,