六章压力测试课件.ppt
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1、第六章压力测试,第六章压力测试,本章主要内容,压力测试及测试方法应变式测压法压电式测压法测压系统的静态标定与动态标定膛压测试,本章主要内容压力测试及测试方法,压力测试,压力的定义,流体或固体垂直作用在单位面积A上的力F称为压力,也称压强。,压力是工业生产过程中常见的一个重要参数,在动力机械、冶金、造船、航空航天、化工、石油、纺织、原子能、电子、轻工、食品、医药、农业和气象等工农业部门中是经常用到的,此外,如物位、流量等参数的测量,有时常通过测量压力或压差的方法来达到的。,压力测试压力的定义流体或固体垂直作用在单位面积A上的力F称为,压力测试,工程中常采用的压力有绝对压力,表压力、大气压力、真空
2、和差压等几种。,压力名称定 义计算公式,压力测试,工程大气压:1kgf/cm2=0.9807105 Pa毫米水柱:1 mmH2O=0.980710 Pa毫米汞柱:1 mmHg=1.333102 Pa物理大气压:1 atm=1.01325105 Pa,压力测试工程大气压:,压力的分类,压力:静态压力和动态压力,静态压力:不随时间变化或变化非常缓慢的压力。,动态压力:随时间变化的压力。如爆炸冲击波压力。,压力测试,压力的分类压力:静态压力和动态压力静态压力:不随时间变化或变,压力的测试方法,压力测试方法,压力测量根据传感器原理可以分为液体式、弹簧式、活塞式、电测式,根据测试系统对信号的处理方式又分
3、为模拟式和数字式。,液体式,基于流体静力学原理,利用液柱的高度差来测试压力的仪器。被测的液柱高度差可以直接读出、显示或通过计算的方法来确定。,水银气压计、U型(双管)和杯型(单管)压力计、环天平式压力计、钟罩式压力计、补偿式微压计和斜管微压计等。,常用的液体式压力仪器,液体式压力仪工作原理,压力的测试方法压力测试方法 压力测量根据传感器原,压力测试方法,U型管压力计原理图,P=P1P2=g(h1+h2),单管压力计原理图,P =gh2,压力测试方法U型管压力计原理图P=P1P2=g(h1+,弹簧式,压力测试方法,利用弹性敏感元件(如弹簧管)在压力作用下产生弹性形变,其形变的大小与作用的压力成一
4、定的线性关系,通过传动放大机构或其他显示装置表示出被测的压力。,根据弹性敏感元件不同,弹簧式压力仪表有弹簧管式、膜片式、膜盒式、波纹管式等多种。,作用原理,常用的弹簧式压力计,弹簧式压力测试方法 利用弹性敏感元件(如弹簧管),压力测试方法,压力测试方法,活塞式,利用流体静压原理和帕斯卡原理,由作用于已知活塞有效面积上的专用砝码来进行压力测量。这种压力计有时又称为砝码式压力计,主要用于标准压力量值的传递。,压力测试方法,活塞式压力计有直接加负荷压力计、双活塞压力真空计、通过传动装置向活塞加负荷的压力计等几种。,工作原理,常用的活塞式压力计,活塞式 利用流体静压原理和帕斯卡原理,由作用于已,压力测
5、试方法,电测式,利用某些材料的电气特性在压力的作用下发生一定的变化,将被测的压力转换成与压力成一定关系的电信号来求得压力值的 。,常用的有应变式、固态压阻式、压电式、电感式、电容式、振频式等多种压力计等几种。,工作原理,常用的电测式压力计,压力测试方法电测式 利用某些材料的电气特性在压力,高压侧进气口,低压侧进气口,电子线路位置,内部不锈钢膜片的位置,电容式差压变送器,高压侧低压侧电子线内部不锈钢膜片的位置电容式差压变送器,压阻式固态压力传感器,压阻式固态压力传感器,小型压阻式固态压力传感器,高压进气口,绝对压力传感器,低压进气口,小型压阻式固态压力传感器高压进气口绝对压力传感器低压进气口,表
6、压压力传感器,1进气管,表压压力传感器p1进气管,压力测试方法,数字式,数字式压力计是可以直接以压力单位用数字显示压力量值的仪器。这类压力计大部分是以压力传感器为感压元件,然后将信号放大,经模/数和数/模转换器转换后显示压力数值的压力计。数字式压力计既可以显示生产工艺流程中的压力参数,又可将压力信号输出供数据分析和处理,因此在自动控制系统中被广泛应用 。,工作原理,压力测试方法数字式 数字式压力计是可以直接以压力,电容式压力变送器,电容式压力变送器,电测式测压方法中应用最普遍的是应变测压法和压电测压法。利用这两种方法进行测量时,应尽量满足下列要求: 频响要适应被测参数的频率特性,使频率误差具有
7、足够小的数值。 测压传感器及其附件夹具等,应具有足够的强度 。 测压传感器的灵敏度要适中 。 测压传感器的信号输出应该是线性的。 测压传感器的外形尺寸应尽量小。,压力测试方法,电测式测压方法中应用最普遍的是应变测压法和压电,应变式测压法,应变式测压法采用应变式压力传感器作为转换器件,主要用来测量流动介质的动态或静态压力, 如动力管道设备的进出口气体或液体的压力、发动机内部的压力、枪管及炮管内部的压力、内燃机管道的压力等。,应变式测压法的测试原理,应变式测压传感器是基于弹性变形的原理,被测压力作用在传感器的弹性元件上,使弹性元件产生变形,并用弹性应变的大小来表示压力的大小。由于去载时弹性变形是可
8、以恢复的,所以它不仅能测试压力的上升段,也可测其下降段,从而反映压力变化的全过程。,应变式测压法 应变式测压法采用应变式压力传感器,应变式测压法,应变式测量系统,应变式压力传感器将压力信号转变成应变信号,再通过应变仪将其转换成电信号并放大输出给记录仪器记录。 应变式测压法适合于在压力作用时间较长的条件下使用。,应变式测压法被测压力应变式压力传感器动态电阻应变仪测量记录仪,膜片式测压传感器 弹性薄壁圆筒式测压传感器 柱形圆筒式测压传感器,应变式测压传感器,应变式测压法,膜片式测压传感器 应变式测压传感器应变式测压法,工作原理: 膜片式应变测压传感器的弹性敏感元件是周边固定的圆膜片,由贴在膜片上的
9、应变片感受应变的大小,并通过后级的电桥输出信号。,膜片式测压传感器,应变式测压法,工作原理: 膜片式应变测压传感器的弹性敏感元件是,应变式测压法,径向应力,切向应力,径向应变,切向应变,平膜片受力情况,应变式测压法径向应力切向应力 径向应变切向应变 平膜片受力,应变式测压法,在圆板中心(r = 0)处,切向应力与径向应力相等,切向应变与径向应变相等,而且具有正的最大值 。,应变式测压法 在圆板中心(r = 0)处,切向应,在圆板的边缘(r = a)处,切向应力、径向应力和径向应变都达到负的最大值,而径向应变为零。,应变式测压法,平膜片的挠度:,在圆板的边缘(r = a)处,切向应力、径向应,应
10、变式测压法,中心(r=0)处的挠度有最大值:,平膜片的固有频率,应变式测压法中心(r=0)处的挠度有最大值:平膜片的固有频率,应变式测压法,平膜片的应力分布曲线,径向应变的曲线,在中心附近是正值,在板的边缘则为负值。,应变式测压法 平膜片的应力分布曲线 径向应变的曲线,在中心,应变式测压法,半桥布置,全桥布置,膜片式用力传感器的应变片布置方式,应变式测压法半桥布置 全桥布置 膜片式用力传感器的应变片,弹性薄壁圆筒式测压传感器,应变式测压法,该传感器主要用来测量液体的压力。弹性元件是个钻了盲孔的薄壁圆筒,即应变筒。,测试时把传感器拧到测试位置的测试孔中,压力作用在油脂上,油脂受压后,把压力传送到
11、应变筒的内壁,使应变筒向外膨胀,发生弹性变形。,弹性薄壁圆筒式测压传感器应变式测压法 该传感器主,应变式测压法,受力情况,轴向应力,切向应力,当筒壁很薄时,有,应变式测压法 受力情况轴向应力切向应力 当筒壁很薄时,有,应变片的粘贴位置,应变式测压法,在盲孔的外端部有一个实心部分,制作传感器时,在筒壁和端部沿环向各贴一片应变片,端部在筒内有压力时不产生变形,只作温度补偿用。为提高传感器的灵敏度,还可利用两片应变片工作,另选两片应变片在端部作温度补偿。,应变片的粘贴位置应变式测压法 在盲孔的外端部有,应变式测压法,由于应变管内需注入油液,油柱体的弹性模量较低,因此,注入的液柱限制了传感器固有频率。
12、当液柱的柱长L0大于柱半径的1.7倍时,应变管的固有频率可由下式替代,环向粘贴应变片时,传感器应变管的固有振荡频率有:,应变管的频率范围,在向空腔中灌注油脂时,必须防止混入气泡,因为气泡会严重地降低传感器的固有频率。可以把油脂加热熔化后用医用注射器注入空腔底部,以保证排除空气。,应变式测压法 由于应变管内需注入油液,油柱体的弹,柱形圆筒式测压传感器,应变式测压法,柱形圆筒式测压传感器的弹性元件是柱形圆筒,如活塞式应变测压传感器,它的弹性元件是应变管。使用时把传感器拧在测压孔内,压力作用在活塞阶一端,活塞把压力转化为集中力作用在应变管上,使应变管产生轴向压缩弹性变形,工作应变片(一片或两片)沿轴
13、向贴在应变管的中部。,柱形圆筒式测压传感器应变式测压法 柱形圆筒式测压,应变式测压法,活塞式应变测压传感器主要是通过活塞杆,而不是通过油脂传递压力的,所以它的固有频率比较高,一般可达10或15kHz。活塞的质量愈轻,活塞杆的刚度愈大,则固有频率愈高。,柱形圆筒式测压传感器,应变式测压法 活塞式应变测压传感器主要是通过活塞,柱形圆筒式测压传感器,应变式测压法,柱形圆筒式测压传感器测量原理图,柱形圆筒式测压传感器应变式测压法柱形圆筒式测压传感器测量原理,柱形圆筒式测压传感器,应变式测压法,应变片粘贴方式,电桥连接方式,柱形圆筒式测压传感器应变式测压法应变片粘贴方式电桥连接方式,压电式测压法,压电效
14、应,压电式测压法适合于压力作用时间在20ms以下,压力值在200MPa以上的情况下使用,除了用其测试火药气体压力以外,也可用来测试液体和气体的压力。,某些电介质的晶体,当它们受到机械力的作用而发生变形时,会发生极化,导致晶体表面上出现束缚电荷,所产生的电荷和外力成正比。这种由于机械力的作用而使得晶体表面带电的现象称为压电效应。,压电式测压法压电效应 压电式测压法适合于压力作用,通常把沿电轴(X轴)方向的作用力(一般利用压力)产生的压电效应称为“纵向压电效应”,把沿机械轴(Y轴)方向的作用力产生的压电效应称为“横向压电效应”,沿光轴(Z轴)方向的作用力不产生压电效应。沿相对两棱加力时,则产生切向
15、效应。压电式传感器主要是利用纵向压电效应。,压电式测压法,通常把沿电轴(X轴)方向的作用力(一般利用压力)产,压电测压传感器的结构,压电式测压法,膜片压电式压力传感器,膜片常用材料有石英晶体和压电陶瓷,尤其石英晶体稳定性好。,这种传感器结构紧凑,具有较高的谐振频率。主要组成部分是弹性敏感器件(膜片)、压电转换器件(晶片)和本体(外壳及芯体)组成。,压电测压传感器的结构压电式测压法膜片压电式压力传感器,压电式测压法,压电晶体(主要是单晶体) 石英、天然晶体,除压电常数不大外,特性优越,可作为标准传感器。,压电陶瓷(多晶体) 属于人工制造的多晶体,仍以Q=dF表示,较大的压电系数,介电常数,机械强
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