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* 南昌大学机电工程学院 * 南昌大学机电工程学院 第六章、压力测量 热工测试技术 本章学习要求： 1.压力测量的基本概念 2.常规测压仪表及传感器测压原理 3.内燃机气缸动态压力的测量 4.了解测压仪表的标定和系统动态特性 第六章、压力测量 6.1 概述 一、法向压力 作用在一个点上的压力p是由垂直施加在以该点为中心的单位面积dA上的力dF确定的： 在连续介质中，任取一个平面将介质分为两部分，所分成的两部分介质相互推挤时产生的法向应力称为压力，整个作用在连续介质上的力称为全压力。 对于静止流体，在所有方向上压力大小相等，各向同性，称为流体静压力。在重力场中，在垂直方向存在压力梯度，则形成等压面。 6.1 概述 二、运动流体内的压力 在运动流体中，当所取平面的法向与流动方向一致时，所得压力最大，称为该点的总压力。作用在与流动方向平行的面上的压力称为流体的静压力。两者之差称为动压力。 不可压缩、无粘理想流体沿流线的能量守恒方程 静压力 ＋ 动压力 总压力 (若h＝0，流线保持水平，则总压力保持不变) 6.1 概述 三、压力分类 按测量方法及参考零点的不同，可分为三类： 1、绝对压力：以绝对真空作为零点压力，abs 2、表压力：相对压力，以大气压作为零点压力，G 3、差压力：以大气压以外的压力作为零点压力 绝对压力＝表压力＋大气压力 6.1 概述 四、压力单位 1、国际单位：帕斯卡（Pa）＝N/m 2、工程单位： 工程大气压＝98066.5 Pa=100000(mmH2O) 标准大气压（Patm）＝101325 Pa 巴（bar）=100000 Pa 毫米汞柱（mmHg）=133.322 Pa MPa＝1000000 Pa 2 6.1 概述 五、压力测量方法分类 1、重力与被测压力平衡法 液柱式压力计、活塞式压力计 2、弹性力与被测压力平衡法 弹簧管压力计、波纹管压力计 3、利用与压力有关的物理性质进行测压 压阻效应、压电效应 第六章、压力测量 6.2 常规测压仪表和传感器 一、液柱式测压仪表 利用工作液的液柱重力与被测压力平衡。 常用水、水银。 1. U形管压力计 6.2 常规测压仪表和传感器 2. 单管压力计 6.2 常规测压仪表和传感器 3. 斜管微压计 6.2 常规测压仪表和传感器 4. 液柱式压力计的测量误差及修正 A）环境变化的影响 温度对封液和标尺的体膨胀系数影响、重力加速度的影响 B）毛细现象的影响（管径有最小限制） C）其它误差 安装误差、读数位置（水、酒精为凹面；水银为凸面） 6.2 常规测压仪表和传感器 二、弹性测压仪表 弹性元件受压后产生的弹性变形与压力大小有确定的关系。 1. 弹簧管压力计（bourdon tube） 充压扁管有变圆的趋势，产生弹性变形，使弯成圆弧状的弹簧管向外伸张，在自由端产生位移，通过传动机构带动指针转动。 为提高敏感度，可做成螺旋形弹簧管。 测压范围0～1GPa 6.2 常规测压仪表和传感器 2.膜式压力计 有弹性 无弹性，另加弹簧 增大位移提高灵敏度 6.2 常规测压仪表和传感器 3. 波纹管压力计 薄壁管外周沿轴向有深槽形波纹状皱褶，可沿轴向伸缩。 一般在压缩状态下使用。 6.2 常规测压仪表和传感器 双波纹管差压表 6.2 常规测压仪表和传感器 4. 弹性压力计的误差分析 A）迟滞误差：相同压力下正反行程的变形量不一样 弹性体要消耗能量 采用“全弹性”材料 B）温度误差 弹性模量随温度有微小变化 采用“恒弹性”材料 C）间隙和摩擦误差 采用电阻应变转换技术，无干摩擦弹性支承 6.2 常规测压仪表和传感器 三、最高压力表 常用来测量内燃机气缸内的最高燃烧压力 6.2 常规测压仪表和传感器 四、典型测压传感器 常用压阻式、压电式、电容式传感器 1. 石英晶体压电式传感器 6.2 常规测压仪表和传感器 2. 电容式差压传感器 第六章、压力测量 6.3 气流压力测量 一、气流总压的测量 总压管 stagnation pressure tube L型总压管 制造容易，使用安装方便。 它对流动偏斜角的灵敏性取决于压力孔直径与管子外径之比以及总压管头部的形状 6.3 气流压力测量 可