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压力测量仪表

测量气体或液体压力的仪表

压力测量仪表是用来测量气体或液体压力的工业自动化仪表，又称压力表或压力计。压力测量仪表按工作原理分为液柱式、弹性式、负荷式和电测式等类型。

定义
垂直均匀地作用于单位面积上的力称为压力，又称压强。压力测量仪表是用来测量气体或液体压力的工业自动化仪表，又称压力表或压力计。
用途
压力表可以指示、记录压力值，并可附加报警或控制装置。仪表所测压力包括绝对压力、大气压力、正压力(习惯上称表压)、负压(习惯上称真空)和差压。工程技术上所测量的多为表压。压力的国际单位为帕，其他单位还有：工程大气压、巴、毫米水柱、毫米汞柱等。
压力是工业生产中的重要参数，如高压容器的压力超过额定值时便是不安全的，必须进行测量和控制。在某些工业生产过程中，压力还直接影响产品的质量和生产效率，如生产合成氨时，氮和氢不仅须在一定的压力下合成，而且压力的大小直接影响产量高低。此外，在一定的条件下，测量压力还可间接得出温度、流量和液位等参数。
历史
1643年，意大利人托里拆利首先测定标准的大气压力值为760毫米汞柱，奠定了液柱式压力测量仪表的基础。1847年，法国人波登制成波登管压力表，由于结构简单、实用，很快在工业中获得广泛应用，一直是常用的压力测量仪表。
二十世纪上半叶出现了远传压力表和电接点压力表，从而解决了压力测量值的远距离传送和压力的报警、控制等问题。60年代以后，为适应工业控制、航空工业和医学测试等方面的要求，压力测量仪表日益向体积轻巧、耐高温、耐冲击、耐振动和数字显示等方向发展。
平衡砝码的质量。
常用压力测量仪表的结构组成
U形管压力计
U形管压力计实物如下图a所示，其结构原理如下图b所示。
它是一根U型的玻璃管1和2，在U形管中间装有刻度标尺3，读数的零点在标尺的中央，管内充液体到零点处。管l通过接头与被测介质相接通，管2则通大气。当被测介质的压力Px大于大气压Pd时，管1中的工作液体液面下降，而管2中的工作液体液面上升，一直到两液面差的高度h产生的压力与被测压力相平衡时为止。
在U形管压力计中很难保证两管的直径完全一致，因而在确定液柱高度h时，必须同时读出两管的液面高度，否则就可能造成较大的测量误差。
U形管压力计的测量范围一般为0～±800毫米水柱或毫米汞柱，精度为1级，可测表压、真空度、差压以及作校验流量计的标准差压计。其特点是零位刻度在刻度板中间，使用前无须调零，液柱高度须两次读数。
波纹管压力计
用波纹管作为感受压力的敏感元件的压力计叫做波纹管压力计。
波纹管又称皱纹箱，它是一种表面上有许多同心环状波形皱纹的薄壁圆管，如下图所示。
波纹管可以分成单层的和多层的。在总的厚度相同的条件下，多层波纹管的内部应力小，能承受更高的压力，耐久性也有所增加。由于各层间的摩擦，使多层波纹管的滞后误差加大。
在压力或轴向力的作用下，波纹管将伸长或缩短，由于它在轴向容易变形，所以灵敏度较高。当波纹管作为压力敏感元件时，将波纹管开口的一个端面焊接于固定的基座上，压力由此传至管内，在压力差的作用下，波纹管伸长或压缩一直到压力为弹性力平衡时为止，这时管的自由端就产生一定位移，通过传动放大机构后，使指针转动。管的自由端的位移与所测压力成正比。
波纹管对于低压力比弹簧管和膜片灵敏得多，而且所能产生用以转动指针或记录笔的力也有增大，其缺点是迟滞值太大（5～6%），因而在用作压力敏感元件时，常和刚度比它大五～六倍的弹簧一起使用，这样可使迟滞值减少至1%，其结构示意如下图所示。
霍尔式压力计
霍尔式压力计是利用霍尔效应制成的压力测量仪器。霍尔式压力计的原理如下图所示。
被测压力由弹簧管1的固定端引入，弹簧管自由端与霍尔片3相连接，在霍尔片的上下垂直安放着两对磁极，使霍尔片处于两对磁极所形成的非均匀线性磁场中，霍尔片的四个端面引出四根导线，其中与磁钢2相平行的两根导线与直流稳压电源相连接，另两根用来输出信号。当被测压力引入后，弹簧管自由端产生位移，从而带动霍尔片移动，改变了施加在霍尔片上的磁感应强度，依据霍尔效应进而转换成霍尔电势的变化，达到了压力一位移一霍尔电势的转换。
（1）压力——霍尔片位移转换
将霍尔片固定在弹簧管自由端。当被测压力作用于弹簧管时，把压力转换成霍尔片线性位移。
（2）非均匀线性磁场的产生
为了达到不同的霍尔片位移，施加在霍尔片的磁感应强度B不同，又保证霍尔片位移一磁感应强度B线性转换，就需要一个非均匀线性磁场。非均匀线性磁场是靠极靴的特殊几何形状形成的。
（3）霍尔片位移一霍尔电势转换
当霍尔片处于两对极靴问的中央平衡位置时，由于霍尔片左右两半所通过的磁通方向相反、大小相等，互相对称，故在霍尔片左右两半上产生的霍尔电势也大小相等、极性相反，因此，从整块霍尔片两端导出的总电势为零，当有压力作用，则霍尔片偏离极靴间的中央平衡位置，霍尔片两半所产生的两个极性相反的电势大小不相等，从整块霍尔片导出的总电势不为零。压力越大，输出电势越大。沿霍尔片偏离方向上的磁感应强度的分布呈线性状态，故霍尔片两端引出的电势与霍尔片的位移呈线性关系。即实现了霍尔片位移和霍尔电势的线性转换。
霍尔压力计应垂直安装在机械振动尽可能小的场所，且倾斜度小于3°。当介质易结晶或黏度较大时，应加装隔离器。通常情况下，以使用在测量上限值1/2左右为宜，且瞬间超负荷应不大于测量上限的二倍。由于霍尔片对温度变化比较敏感，当使用环境温度偏离仪表规定的使用温度时要考虑温度附加误差，采取恒温措施（或温度补偿措施）。此外还应保证直流稳压电源具有恒流特性，以保证电流的恒定。
压力测量仪表的选用
正确选择和使用压力测量仪表是实现对压力参数进行正确、有效测控的首要前提。下面是一些研究人员根据自己以往在计量第一线的设计、安装、调试经验。
量程的选择
（1）在测稳定压力时，一般压力表最大量程选择在接近或大于正常压力测量值的115倍。
（2）在测波动压力时，一般压力表最大量程选择在接近或大于正常压力测量值的2倍。
（3）在测机泵出口压力时，一般压力表最大量程选择接近机泵出口最大压力值。
（4）在测高压压力时，一般压力表最大量程选择应大于最大压力测量值的1.7倍。
（5）为了保证压力测量值的精度，最小压力测量值应高于压力测量量程的1/3处。
类型的选择
（1）指示压力表的选择
A、测压 > 0.4MPa时，可选用弹簧管压力表。
B、测压 < 0.04MPa时，可选用波纹管或膜盒压力表。
C、测粘稠、易结晶、腐蚀性、含固体颗粒的场合，可采用膜片压力表或附带化学密封装置。
D、测蒸汽或高于60℃的介质压力测量应选择不锈钢压力表或安装冷凝圈。
E、脉动压力测量应附加阻尼器或耐震压力表。
F、测含有粉尘气体时应设置除尘器。
G、测含有液体的气体压力时应设置气液分离器。
H、测某些化工介质应选用专用压力表:对含氨介质压力测量采用氨用压力表;对氧气压力测量采用氧气压力表;对乙炔压力测量采用乙炔压力表;对含硫介质压力测量采用抗硫压力表。
I、高压压力表（>10MPa）应有滞压安全措施。
（2）远距离压力传送仪表的选择
A、对需要远距离测量或测量精度较高的场合，应选择压力传感器或压力变送器;
B、在测量精度要求不高时，可选择电阻式或电感式、霍尔效应式远传压力表;
C、气动基地式压力指示调节器适宜作就地指示调节;
D、压力变送器、压力快关应根据安装场所防爆要求合理选择。
精度等级的选择
（1）一般用压力表、膜盒压力表和膜片压力表，应选用115级或215级。
（2）精密测量用压力表，应选用014级、0125级或0116级。
外形尺寸的选择
（1）在管道和设备上安装的压力表，表盘直径100mm或150mm。
（2）在仪表气动管路及其辅助设备上安装的压力表，表盘直径为60mm。
（3）安装在照明较低、位置较高或示值不易观测场合压力表，表盘直径为150或200mm。
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