壓力是指均勻而垂直作用于單位面積上的力,用符號p表示,單位為帕斯卡(Pa)。
壓力的表示方式有四種,即絕對壓力()、表壓力(
)、真空度或負(fù)壓(
)和差壓(兩個壓力之差),其中
為大氣壓力。
1. 液體壓力計
如圖3.1所示,當(dāng)時,
;當(dāng)
時,液面高度差
與差壓
之間有以下關(guān)系

式中,為工作液的密度;g為重力加速度。

影響液體壓力計測量準(zhǔn)確度的主要因素有:工作液密度受環(huán)境溫度等的影響,安裝的垂直度,讀數(shù)誤差,傳壓介質(zhì)和重力加速度等。
2. 彈性式壓力檢測儀表
根據(jù)所用的敏感元件的不同,常見的彈性式壓力表有彈簧管壓力表、波紋管壓力表、膜盒(片)壓力表等,其中彈簧管壓力表是最常用的一種指示式壓力檢測儀表,其結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。
彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉、測量范圍寬,可以測量負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓,因此應(yīng)用十分廣泛。根據(jù)使用的要求,儀表有各種系列的準(zhǔn)確度等級,其中最高可達(dá)0.1級。

波紋管壓力表不僅可測壓力,也可測差壓。這種壓力表的測量范圍較小,一般為0~0.4MPa,儀表準(zhǔn)確度等級為1.5~2.5級。
膜盒壓力表主要用于測量較低壓力或負(fù)壓的氣體壓力,壓力測量范圍為-20~40kPa,儀表準(zhǔn)確度等級為1.5~2.5級。
膜片壓力表的工作原理與膜盒壓力表相近,但膜片壓力表的可測壓力范圍較寬,最高可達(dá)2.5MPa。作為彈性元件的膜片常常和其他轉(zhuǎn)換元件一起使用構(gòu)成電遠(yuǎn)傳式壓力檢測儀表。
電遠(yuǎn)傳式壓力儀表一般是利用彈性元件作為敏感元件,并配上適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電信號輸出,實(shí)現(xiàn)信號的遠(yuǎn)傳。
(1)力平衡式壓力變送器
力平衡式壓力變送器是基于杠桿原理力矩平衡工作的。彈性元件(一般是膜片)的位移帶動杠桿的一端,使裝在杠桿的另一端的位移-電信號轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生電流輸出,輸出信號正比于壓力的大小,并同時通過電磁反饋裝置對杠桿施加反饋力,最后達(dá)到力矩平衡。
電容式差壓變送器由檢測部分和信號變換部分構(gòu)成。檢測部分是一對差動電容器,其中作為彈性元件的測量膜片為電容器的可動電極;信號變換部分是將電容的變化量轉(zhuǎn)換成電流輸出,輸出電流的大小正比于被測壓力的大小。
力平衡式壓力(差壓)變送器和電容式差壓變送器具有穩(wěn)定性好、量程范圍寬、適用范圍廣等特點(diǎn),在工業(yè)過程的壓力(差壓)測量中應(yīng)用十分廣泛。
除此之外,常見的電遠(yuǎn)傳壓力檢測儀表還有霍爾壓力傳感器,電感式壓力傳感器,諧振式壓力傳感器等。
4. 物性型壓力傳感器
物性型壓力傳感器是基于物質(zhì)定律基礎(chǔ),敏感元件感受被測壓力,并將壓力的大小轉(zhuǎn)換成敏感元件的某個物理量輸出。常見的物性型壓力傳感器有:應(yīng)變式壓力傳感器和壓阻式壓力傳感器(將所感受的應(yīng)力轉(zhuǎn)換成電阻的變化)以及壓電式壓力傳感器(壓電元件為敏感元件,將所感受的作用力轉(zhuǎn)換成壓電元件的表面電荷)。
應(yīng)變式壓力傳感器是由彈性元件、應(yīng)變片以及相應(yīng)的測量電路組成。圖3.3是一種典型的粘貼式的應(yīng)變片分布結(jié)構(gòu)及應(yīng)力曲線圖。在被測壓力作用下膜片變形向上凸起,膜片上任一點(diǎn)的徑向應(yīng)變和切向應(yīng)變
分別為

壓電式壓力傳感器中,壓電元件被夾在兩塊彈性膜片之間。當(dāng)壓力作用于膜片,使壓電元件受力而產(chǎn)生電荷。電荷量經(jīng)放大可轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出。壓電式壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡單、小巧輕便,工作可靠,具有線性度好,頻率響應(yīng)高,量程范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。但由于在晶體邊界上存在漏電現(xiàn)象,易產(chǎn)生零點(diǎn)漂移,所以不能用于穩(wěn)態(tài)壓力測量。
5. 壓力檢測儀表的使用
(1)壓力儀表的選用
壓力檢測儀表在選用時,應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝對壓力檢測的要求、被測介質(zhì)的特性和現(xiàn)場使用的環(huán)境等條件,本著節(jié)約的原則合理地考慮儀表的量程、準(zhǔn)確度等級和類型。其中在量程選擇時,一般應(yīng)使工作壓力在儀表滿量程的1/3~2/3范圍;在準(zhǔn)確度等級選擇時,應(yīng)滿足儀表的基本誤差小于實(shí)際被測壓力允許的最大絕對誤差。
(2)壓力儀表的應(yīng)用
由于壓力儀表都是接觸式的,被測介質(zhì)直接與敏感元件接觸,并通過被測介質(zhì)來傳遞壓力,所以在壓力儀表使用時應(yīng)注意取壓口位置的選??;引壓管路的設(shè)計和敷設(shè)。對于特殊介質(zhì)(如腐蝕介質(zhì)、易結(jié)塊或顆粒性易堵介質(zhì)和兩相流介質(zhì))還須采取特殊的方式以保證壓力的傳遞和壓力的準(zhǔn)確測量。當(dāng)壓力表與被測對象不在同一水平面上時,必須考慮由于壓力表到被測對象間液柱高度引起的附加壓力,并進(jìn)行相應(yīng)的修正。

