壓力及溫度測量儀表

關(guān)于壓力及溫度測量儀表第1頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)壓力及差壓測量儀表一、基本概念1、壓力及其單位壓力的定義：介質(zhì)垂直均勻作用于單位面積上的力。式中：P——壓力；F——作用力S——作用面積

第2頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

我國的法定計(jì)量單位中規(guī)定壓力的基本單位是帕斯卡（簡稱帕），符號為Pa。它的定義是：1牛頓力垂直作用在1平方米面積上所形成的壓力。壓力的導(dǎo)出單位有：千帕，kPa；兆帕，MPa。1MPa＝103kPa＝106Pa。 以前工程中經(jīng)常使用的單位有kgf/cm2，mmH2O，mmHg是非法定計(jì)量單位，已不許使用。但在工作中常見到。

第3頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三第4頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三2、壓力的表示方法：在壓力測量中，常用的壓力的表示方法有絕對壓力、表壓力、差壓、大氣壓力、負(fù)壓或真空度。絕對壓力：指作用于物體表面積上的全部壓力，其零點(diǎn)以絕對真空為基準(zhǔn)。又叫總壓力或全壓力。常用符號pa來表示。

第5頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

大氣壓力：指地球表面空氣柱重力所產(chǎn)生的平均壓力值。它隨時(shí)間、地點(diǎn)而變化。用符號pb表示。表壓力：高于大氣壓力的絕對壓力與大氣壓力之差，或者是相對將大氣壓力作為零的壓力叫表壓力。一般壓力表的讀數(shù)就是在當(dāng)?shù)卮髿鈮毫ο碌谋韷毫?。用符號pg表示。絕對壓力、表壓力和大氣壓力的關(guān)系如下：第6頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

負(fù)壓（或真空表壓力）：指比大氣壓力第的表壓力，用符號pv表示。真空度V：當(dāng)絕對壓力低于大氣壓力時(shí)的絕對壓力成為真空度。差壓pd

：指兩個(gè)壓力之間的差值，或者以大氣壓力以外的任意壓力作為零點(diǎn)所表示的壓力，用符號pd或Δp表示。第7頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三Pa

絕對壓力完全真空Pb

大氣壓力Pd

差壓Pd

差壓Pv負(fù)壓Pg

表壓力代表規(guī)定基準(zhǔn)點(diǎn)代表任選的基準(zhǔn)點(diǎn)各種壓力表示方法的關(guān)系圖V第8頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三3、壓力等級的劃分在工業(yè)生產(chǎn)中，按照介質(zhì)各種壓力的大小不同將壓力劃分為以下幾個(gè)等級：微壓：p＜0.01MPa低壓：0.01MPa≤p＜0.25MPa中壓：0.25MPa≤p＜100MPa高壓：100MPa≤p＜1000MPa超高壓：p≥1000MPa第9頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三4、測壓儀表的分類：測壓儀表根據(jù)轉(zhuǎn)換原理的不同，大致可分為四大類：

1)液柱式壓力計(jì)：將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱的高度進(jìn)行測量；

2)彈性式壓力計(jì)：將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件的彈性形變的位移進(jìn)行測量；

第10頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三3)活塞式壓力計(jì)：將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加的平衡砝碼的重量進(jìn)行測量；

4)電氣式壓力計(jì)：將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電量進(jìn)行測量。

5、壓力計(jì)的準(zhǔn)確度等級

1）活塞式：國家基準(zhǔn)：±0.002%；工作基準(zhǔn)：±0.005%一等標(biāo)準(zhǔn)：±0.02％；二等標(biāo)準(zhǔn)：±0.05％；三等標(biāo)準(zhǔn)：±0.2％

第11頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三2）液柱式：國家基準(zhǔn)：±0.002%～±0.005%標(biāo)準(zhǔn)器：±0.05％～±0.2％；工業(yè)用：±0.5％，±1.0%，±2.5％

3）彈簧管式壓力表：精密壓力表：±0.1％，±0.16%，±0.25％， ±0.4％一般壓力表：±1.0％，±1.6%，±2.5％， ±4.0％第12頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

二、液柱式壓力計(jì)：液柱式壓力計(jì)是以液體靜力學(xué)原理為基礎(chǔ)的，一般采用水銀或水作為工作液，主要用于測量低壓、負(fù)壓和壓力差。液柱式壓力計(jì)的結(jié)構(gòu)形式有三種：U形管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)和斜管壓力計(jì)。

第13頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三1.

U形管壓力計(jì)

U形管壓力計(jì)是將一根內(nèi)徑為6-10mm的玻璃管彎成U形或用橡皮管將兩根平行的玻璃管連通起來固定在平板上，兩管之間裝有刻度標(biāo)尺，刻度零點(diǎn)在標(biāo)尺中央。測量時(shí)，U形管一端接被測介質(zhì)，一端通大氣。這樣高壓側(cè)液面下降，低壓側(cè)液面上升，分別讀出兩管液柱從零點(diǎn)位置上升和下降的高度，兩個(gè)高度之和即為被測壓力（以液柱高度表示）。第14頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

壓力單位以Pa，則可用下式換算：P＝ρ·g·hP——被測介質(zhì)的壓力（表壓），Paρ——壓力計(jì)工作液體的密度，Kg/m3g——重力加速度，m/s2h——液柱高度cmpbp001122334411223344hh2h1…………………U形管壓力計(jì)原理圖第15頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

若通大氣一側(cè)的管子不通大氣，而與另一被測介質(zhì)相接，此時(shí)液柱高度差代表兩處介質(zhì)的壓力差，即差壓。

U形管壓力計(jì)的缺點(diǎn)：

U形管壓力計(jì)的兩管內(nèi)徑很難保證做到完全一致，所以測量時(shí)必須讀出兩管中液面的高度。兩次讀數(shù)也較麻煩，容易造成誤差。第16頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三2、

單管壓力計(jì)（杯形）壓力計(jì)：單管壓力計(jì)實(shí)際上是U形管壓力計(jì)的變形，將U形管的一根管子改成直徑較大的杯形容器。被測介質(zhì)的壓力加在杯形容器上，玻璃管一端通大氣。當(dāng)被測壓力變化時(shí)，玻璃管的液面也隨著移動(dòng)，待穩(wěn)定后只需一次讀出玻璃管中的液面高度，就可測出被測介質(zhì)的壓力。第17頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

pbh1ph0phL單管壓力計(jì)斜管微壓計(jì)α第18頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三3

斜管壓力計(jì)將杯形壓力計(jì)的玻璃管做成傾斜的形式，就是斜管壓力計(jì)。測量壓力時(shí)，由于玻璃管傾斜，使液面的位移距離加長，也就使按壓力單位刻度的標(biāo)尺刻度實(shí)際長度加大，即h（被測壓力值）＝l·sinα，因而提高了儀表的讀數(shù)精度。斜管壓力計(jì)主要用來測量2000Pa以下的各種氣體的微小壓力、負(fù)壓或差壓。一般玻璃管的傾斜角不小于15°。第19頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三 4、液柱式壓力計(jì)的使用注意事項(xiàng)：

1)液柱式壓力計(jì)應(yīng)避免安裝在過熱、過冷、有腐蝕或有振動(dòng)的地方。

2)液柱式壓力計(jì)通常垂直安裝在測壓點(diǎn)附近的支架上。需要水平放置的斜管壓力計(jì)應(yīng)用水平校準(zhǔn)儀將其放平。從測壓點(diǎn)到壓力計(jì)之間的距離應(yīng)盡量短，一般應(yīng)在3－5m之間。

3)工作液的密度必須與制作儀表刻度標(biāo)尺時(shí)的液體密度一致。應(yīng)使液面對準(zhǔn)標(biāo)尺零點(diǎn)。第20頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三 4)

對有毒的工作液應(yīng)加裝收集瓶。

5)被測介質(zhì)不能與工作液混合或起化學(xué)反應(yīng)。如能混合或起反應(yīng)則應(yīng)更換工作液或加裝隔離罐。

6)為了減小讀數(shù)誤差，必須正確讀取液面的位置，一般按照工作液彎月面頂點(diǎn)的位置在標(biāo)尺上讀取。第21頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

三、彈性式壓力計(jì)彈性式壓力表是利用各種不同形狀的彈性感壓元件在被測壓力的作用下，產(chǎn)生彈性變形的原理制成的測壓儀表。彈性式壓力表根據(jù)測壓范圍的大小，有著不同的彈性元件。按彈性元件的形狀結(jié)構(gòu)，彈性壓力計(jì)有四種主要的形式：彈簧管壓力表、膜片壓力表、膜盒壓力表和波紋管壓力表。

第22頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三各種不同的彈性元件第23頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三1.

彈簧管壓力表彈簧管壓力表的彈性感壓元件是彈簧管。彈簧管有單圈彈簧管和多圈彈簧管。與之相應(yīng)的壓力表有單圈彈簧管壓力表（簡稱彈簧管壓力表）和多圈彈簧管壓力表（又稱螺旋管壓力表）。彈簧管壓力表是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種測壓儀表，其中以單圈彈簧的應(yīng)用最多。第24頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

彈簧管壓力計(jì)可以直接測量蒸汽、油、水和氣體等介質(zhì)的表壓力、負(fù)壓和絕壓，測量范圍可以是－0.1～1500MPa。具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、操作安全可靠。缺點(diǎn)是準(zhǔn)確度不高，不適用于動(dòng)態(tài)測量。第25頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

彈簧管壓力計(jì)的結(jié)構(gòu)圖拉桿調(diào)整螺釘扇形齒輪彈簧管油絲中心齒輪儀表接頭接儀表指針第26頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

彈簧管壓力計(jì)的工作原理：測量壓力時(shí)，被測壓力的介質(zhì)通過管接頭進(jìn)入彈簧管的內(nèi)腔中。呈橢圓形的彈簧管截面在介質(zhì)壓力的作用下有變圓的趨勢，彎成圓弧形的彈簧管隨之產(chǎn)生向外挺直的擴(kuò)張變形，從而使彈簧管的自由端產(chǎn)生位移。但自由端的位移量很小，必須用一傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)將位移量放大，以提高儀表的靈敏度。自由端位移的放大是借助于拉桿、扇形齒輪和中心齒輪來實(shí)現(xiàn)的。自由端位移帶動(dòng)拉桿，拉桿使扇形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)中心齒輪，從而指針指示出相應(yīng)的被測壓力。第27頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三2、多圈彈簧管壓力表

1）單圈彈簧管壓力表的自由端位移較?。?～15mm），靈敏度較低，只能直接指示用，為了提高壓力表的靈敏度，使彈簧管獲得最大位移，將彈性元件做成螺旋狀的多圈彈簧管。第28頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三 3、工業(yè)壓力表的選用壓力檢測儀表的正確選用主要包括確定儀表的型式、量程、范圍、準(zhǔn)確度和靈敏度、外形尺寸以及是否需要遠(yuǎn)傳和具有其他功能，如指示、記錄、調(diào)節(jié)、報(bào)警等。在符合工藝生產(chǎn)過程所提出的技術(shù)要求條件下，本著節(jié)約的原則合理地選用壓力表，選用的依據(jù)主要有：

1）工藝生產(chǎn)過程對測量的要求，包括量程和準(zhǔn)確度。在靜態(tài)測試（或變化緩慢）的情況下，規(guī)定被測壓力的最大值選用壓力表滿刻度值的三分之二；在脈動(dòng)（波動(dòng)）壓力的情況下，被測壓力的最大值選用壓力表滿刻度值的二分之一。第29頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

常用壓力檢測儀表的準(zhǔn)確度等級有0.4級、1.0級、1.5級和2.5級4個(gè)級等，應(yīng)從生產(chǎn)工藝準(zhǔn)確度要求和最經(jīng)濟(jì)角度選用。儀表的最大允許誤差是儀表的量程與準(zhǔn)確度等級百分比的乘積，如果誤差值超過工藝要求準(zhǔn)確度，則需更換準(zhǔn)確度高一級的壓力儀表。

2）被測介質(zhì)的性質(zhì)，如狀態(tài)（氣體、液體）、溫度、粘度、腐蝕性、法污程度、易燃和易爆程度等。如氧氣表、乙炔表，帶有“禁油”標(biāo)志，專用于特殊介質(zhì)的耐腐蝕壓力表、耐高溫壓力表、隔膜壓力表等。第30頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

3）現(xiàn)場的環(huán)境條件，如環(huán)境溫度、腐蝕情況、振動(dòng)、潮濕程度等。如用于振動(dòng)環(huán)境條件的防震壓力表。

4）適于工作人員的觀測。根據(jù)檢測儀表所處位置和照明情況選用表徑（外形尺寸）不等的儀表。

第31頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

四、活塞式壓力計(jì)：

第32頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

活塞式壓力計(jì)是根據(jù)靜力學(xué)的原理和帕斯卡定律，對于封閉的體系，作用于系統(tǒng)中各處的壓力相等。封閉的系統(tǒng)中引入被測壓力，用在已知面積上加重的方法與未知的壓力相平衡時(shí)，被測壓力就可由有效作用面積與作用重力直接計(jì)算出來。計(jì)算公式為p＝G/S式中：S——活塞的有效面積

G——砝碼重量加活塞桿及承重盤的自重。1、活塞式壓力計(jì)的工作原理和分類第33頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

從公式中可以看出，活塞有效面積愈小，所加的砝碼產(chǎn)生的重力愈大則被測的壓力就愈大。活塞壓力即主要用于標(biāo)準(zhǔn)壓力的量值傳遞。根據(jù)使用的工作介質(zhì)的不同活塞式壓力計(jì)可以分為油壓式和氣動(dòng)式。在活塞和活塞筒間隙中用油的叫油壓式，使用氣體的叫氣動(dòng)式。氣動(dòng)式中以浮球式壓力為常見。活塞式壓力計(jì)的測量范圍有：0.01～0.25MPa，0.04～0.6MPa，0.1～6MPa，1.0～60MPa，5.0～250MPa。第34頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三 2、油壓活塞式壓力計(jì)：第35頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三 3、浮球壓力計(jì)第36頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三 4、活塞式壓力計(jì)的使用：

1)要先調(diào)水平，檢查油量和清潔程度，校驗(yàn)器排氣。

2)在使用時(shí)工作介質(zhì)不足時(shí)，可先關(guān)閉各接頭處的閥門。打開油杯閥門，手輪反時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)抽油，然后關(guān)閉油杯閥門，現(xiàn)將手輪轉(zhuǎn)幾圈后再打開接頭閥門。

3)使用時(shí)活塞應(yīng)升至工作位置，活塞帶動(dòng)專用砝碼按每分鐘30～60轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。第37頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三 4）加減砝碼時(shí)，應(yīng)避免突升突降，關(guān)閉活塞閥門，確認(rèn)砝碼加好后再打開活塞閥門。

5）活塞表面嚴(yán)禁用手撫摸。

6）專用閥門應(yīng)配套使用。

7）不使用時(shí)應(yīng)防止塵土、腐蝕和臟物堵塞。第38頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三五、電氣式壓力計(jì) 電氣式壓力計(jì)將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電量進(jìn)行測量。電氣式壓力測量儀表種類很多，國產(chǎn)的電氣式壓力計(jì)中最常見的是DDZ－Ⅱ和DDZ－Ⅲ型壓力傳感器。DDZ－Ⅱ壓力傳感器是將被測壓力轉(zhuǎn)換成0～10mA的電流信號，DDZ－Ⅲ是將被測壓力轉(zhuǎn)換成4－20mA或1～5mA的直流電信號輸出。現(xiàn)在日常生產(chǎn)中用的較多的是DDZ－Ⅲ型（壓力）差壓變送器。第39頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

第二節(jié)溫度測量儀表 一、基本概念

1、溫度和溫標(biāo) 溫度是表征物體冷熱程度的物理量。 用來衡量溫度高低的標(biāo)尺叫溫度標(biāo)尺簡稱溫標(biāo)。它規(guī)定溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測量溫度的基本單位。各種溫度計(jì)的刻度尺均由溫標(biāo)確定。國際上溫標(biāo)的種類很多，如攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)等。熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)是我國的法定溫度計(jì)量單位。第40頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

熱力學(xué)溫標(biāo)用開爾文表示，單位符號為K。它規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對零度。攝氏溫標(biāo)用攝氏度表示，單位符號為℃。它規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)為零攝氏度（0℃），水的沸點(diǎn)為100攝氏度（100℃）在0℃和100℃之間分為100等分，每等分為1攝氏度。熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)的換算關(guān)系是：T＝273.15＋t第41頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三 2、測溫儀表的分類 溫度是一個(gè)重要的物理量，但它不能直接進(jìn)行測量，而是借助于物質(zhì)的一些隨溫度變化的而變化的性質(zhì)來間接測量。根據(jù)測量的方法不同測溫儀表通常分為接觸式和非接觸式兩種。溫度測量儀表的分類見下圖：第42頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

第43頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

二、膨脹式溫度計(jì) 根據(jù)物體熱脹冷縮的原理制成的溫度計(jì)統(tǒng)稱為膨脹式溫度計(jì)。常見的膨脹式溫度計(jì)有玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)和雙金屬溫度計(jì)等。

1、玻璃液體溫度計(jì)

1）結(jié)構(gòu)及工作原理 玻璃液體溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)如下圖示：由液體玻璃溫包（1）、毛細(xì)管（2）和刻度尺（3）三部分構(gòu)成。第44頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

常用的玻璃溫度計(jì)按內(nèi)裝的液體的不同可分為水銀和有機(jī)液體玻璃溫度計(jì)。按照結(jié)構(gòu)不同分為：透明棒式溫度計(jì)、內(nèi)標(biāo)尺溫度計(jì)和外標(biāo)尺溫度計(jì)三種。按照用途分為：工業(yè)用、實(shí)驗(yàn)用、標(biāo)準(zhǔn)玻璃液體溫度計(jì)和電接點(diǎn)玻璃液體溫度計(jì)。第45頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三 2)液體膨脹式溫度計(jì)的分度值和測量范圍

3）玻璃液體溫度計(jì)使用時(shí)應(yīng)注意的問題：1)零點(diǎn)位移；2)標(biāo)尺位移；3）液柱斷裂4）浸沒深度變化；5）讀數(shù)的方法。第46頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三 2、壓力式溫度計(jì)

1）壓力式溫度計(jì)是基于液體受熱膨脹和氣體受熱壓力變化的原理制成的測溫儀表，由于其檢測部分均采用彈簧管壓力計(jì)所以叫壓力表式溫度計(jì)。 壓力表式溫度計(jì)由感溫包、傳壓元件毛細(xì)管和變形元件彈簧管等組成的封閉系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)充填的工作物質(zhì)可以是氣體、液體或低沸點(diǎn)液體的飽和蒸氣等。測溫時(shí)置于被測介質(zhì)中，溫包內(nèi)的工作物質(zhì)因溫度的升高體積膨脹而導(dǎo)致壓力增大，壓力變化轉(zhuǎn)換成指針的位移指示出相應(yīng)的溫度。第47頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三2）壓力表式溫度計(jì)使用中的注意問題：A。溫包插入的深度；B。環(huán)境溫度變化的影響；C。安裝的高度；D。大氣壓力的變化的影響。第48頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三 3、雙金屬溫度計(jì) 雙金屬溫度計(jì)是根據(jù)金屬的長度是隨溫度的變化而變化的性質(zhì)制成的。雙金屬溫度計(jì)的感溫元件是兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬疊焊在一起制成的。雙金屬片受熱后，由于兩種金屬的膨脹長度不同而產(chǎn)生彎曲，溫度越高產(chǎn)生的線膨脹長度差越大，彎曲的角度越大。t0t>t0第49頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三

為了使變形顯著，常將雙金屬片做成螺旋形。如下圖示：第50頁，