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在工業(yè)生產(chǎn)、科研等各個(gè)領(lǐng)域，壓力、差壓始終是直接測量和控制的重要參數(shù)，如電廠鍋爐主汽壓、再熱汽壓、爐膛負(fù)壓等。 另外，還有液面水平和流量等難以直接測量的參數(shù)，通過壓力和差壓的測量間接得到的情況較多。 因?yàn)檫@些參數(shù)都是力的現(xiàn)象，所以測量方法和使用機(jī)器有很多相同點(diǎn)。 介紹壓力、差壓的測量方法、測量中使用的設(shè)備和使用的代表性傳感器的基本原理和結(jié)構(gòu)。
1 .壓力和差壓的基本概念
1.1基本概念
壓力和壓差是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的工藝參數(shù)之一，正確測量和控制壓力是保證工業(yè)生產(chǎn)過程良好運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)低耗和安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。 壓力是垂直且均勻地作用于單位面積的力，即物理學(xué)上的壓力，差壓是兩個(gè)測量壓力之間的差，即壓力差。
在壓力測量中，有根據(jù)參照點(diǎn)不同工程上的壓力不同的表示方法。
(1)壓力。 被測定介質(zhì)作用于物體表面的所有壓力稱為壓力。
(2)大氣壓。 地球表面空氣質(zhì)量產(chǎn)生的壓力叫做大氣壓力。 隨地理緯度、海拔和氣象條件而變化。
(3)鐘表的壓力。 壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮褐罘Q為表壓力，工程上需要測量的是大氣壓以外的壓力大小，因此壓力表的指示值為表壓力(即人的表壓力為壓力，表示表壓力)。
(4)真空度(負(fù)壓)。 壓力小于大氣壓時(shí)，表壓力為負(fù)值(負(fù)壓力)，其值稱為真空度。
(5)差壓。 任意兩個(gè)壓力的差稱為壓差。
壓力=表壓力+大氣壓力
這些表達(dá)的關(guān)系如圖3-1所示。 另外，工程上按壓力的時(shí)間變化關(guān)系有靜態(tài)壓力(時(shí)間變化或變化緩慢的壓力)和動(dòng)態(tài)壓力(時(shí)間急速變化的壓力)。
1.1.2壓力單位
壓力是力和面積的導(dǎo)出量。 在國際單位制中，施力單位稱為牛頓，面積單位稱為平方米，壓力單位稱為牛頓/平方米，用符號(hào)N/m2表示的壓力單位稱為帕斯卡或帕斯卡，符號(hào)為Pa。 1Pa=1N/m2。 由于pa單位過小，因此在工序中用kPa(103Pa )和MPa(106Pa )來表示。 帕斯卡是壓力的法定單位。 現(xiàn)在，使用工程大氣壓kgf/cm2、mmH20、mmHg等也有成為習(xí)慣的情況。
1.1.3壓力的常用測量方法
壓力測量方法根據(jù)不同的工作原理，可以分為重力平衡方法、彈力平衡方法、物性測量方法和機(jī)械力平衡方法等。
重力平衡方法利用從一定高度的工作液產(chǎn)生的重力和重物的重量與被檢測壓力平衡的原理，將被檢測壓力轉(zhuǎn)換為液柱的高度和重物的重量進(jìn)行測量。 例如，液柱壓力表或活塞式壓力表； 彈性力平衡方法利用彈性元件受到壓力而彈性變形，產(chǎn)生的彈性力與被檢測壓力平衡的原理，將壓力轉(zhuǎn)換為位移，通過測量彈性元件的位移變形的大小來測量被檢測壓力。 這種壓力表有多種類型，能夠測量壓力、負(fù)壓、壓力和壓差，應(yīng)用zui的廣泛物性測量方法是利用傳感器在壓力的作用下，某種物理特性隨壓力的關(guān)系而變化的原理，將被測壓力直接轉(zhuǎn)換為各種電量進(jìn)行測量。 例如應(yīng)變式、壓電式、靜電電容式壓力傳感器等； 機(jī)械力平衡方法通過轉(zhuǎn)換元件將被檢測壓力轉(zhuǎn)換為集中力，使其與外力平衡，通過測量平衡時(shí)的外力來檢測被檢測壓力，力平衡式儀表能夠達(dá)到高精度，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 稱重傳感器分為機(jī)械式和電氣式，機(jī)械式為液體柱、活塞式、彈性元件式等，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。 電氣式例如壓電式、壓電電阻式、壓電式具有動(dòng)態(tài)性能好、靈敏度高、容易小型化、容易長距離傳輸?shù)忍卣鳌?目前，這兩種傳感器被廣泛應(yīng)用。
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