壓力測量儀表

垂直均勻地作用於單位面積上的力稱為壓力，又稱壓強。壓力測量儀表是用來測量氣體或液體壓力的工業自動化儀表，又稱壓力錶或壓力計。

壓力錶可以指示、記錄壓力值，並可附加報警或控制裝置。儀表所測壓力包括絕對壓力、大氣壓力、正壓力(習慣上稱表壓)、負壓(習慣上稱真空)和差壓。工程技術上所測量的多為表壓。壓力的國際單位為帕，其他單位還有：工程大氣壓、巴、毫米水柱、毫米汞柱等。

壓力是工業生產中的重要參數，如高壓容器的壓力超過額定值時便是不安全的，必須進行測量和控制。在某些工業生產過程中，壓力還直接影響產品的質量和生產效率，如生產合成氨時，氮和氫不僅須在一定的壓力下合成，而且壓力的大小直接影響產量高低。此外，在一定的條件下，測量壓力還可間接得出温度、流量和液位等參數。

1643年，意大利人托里拆利首先測定標準的大氣壓力值為760毫米汞柱，奠定了液柱式壓力測量儀表的基礎。1847年，法國人波登製成波登管壓力錶，由於結構簡單、實用，很快在工業中獲得廣泛應用，一直是常用的壓力測量儀表。

二十世紀上半葉出現了遠傳壓力錶和電接點壓力錶，從而解決了壓力測量值的遠距離傳送和壓力的報警、控制等問題。60年代以後，為適應工業控制、航空工業和醫學測試等方面的要求，壓力測量儀表日益向體積輕巧、耐高温、耐衝擊、耐振動和數字顯示等方向發展。

平衡砝碼的質量。

U形管壓力計實物如下圖a所示，其結構原理如下圖b所示。

它是一根U型的玻璃管1和2，在U形管中間裝有刻度標尺3，讀數的零點在標尺的中央，管內充液體到零點處。管l通過接頭與被測介質相接通，管2則通大氣。當被測介質的壓力P_x大於大氣壓P_d時，管1中的工作液體液麪下降，而管2中的工作液體液麪上升，一直到兩液麪差的高度h產生的壓力與被測壓力相平衡時為止。

在U形管壓力計中很難保證兩管的直徑完全一致，因而在確定液柱高度h時，必須同時讀出兩管的液麪高度，否則就可能造成較大的測量誤差。

U形管壓力計的測量範圍一般為0～±800毫米水柱或毫米汞柱，精度為1級，可測表壓、真空度、差壓以及作校驗流量計的標準差壓計。其特點是零位刻度在刻度板中間，使用前無須調零，液柱高度須兩次讀數。

用波紋管作為感受壓力的敏感元件的壓力計叫做波紋管壓力計。

波紋管又稱皺紋箱，它是一種表面上有許多同心環狀波形皺紋的薄壁圓管，如下圖所示。

波紋管可以分成單層的和多層的。在總的厚度相同的條件下，多層波紋管的內部應力小，能承受更高的壓力，耐久性也有所增加。由於各層間的摩擦，使多層波紋管的滯後誤差加大。

在壓力或軸向力的作用下，波紋管將伸長或縮短，由於它在軸向容易變形，所以靈敏度較高。當波紋管作為壓力敏感元件時，將波紋管開口的一個端面焊接於固定的基座上，壓力由此傳至管內，在壓力差的作用下，波紋管伸長或壓縮一直到壓力為彈性力平衡時為止，這時管的自由端就產生一定位移，通過傳動放大機構後，使指針轉動。管的自由端的位移與所測壓力成正比。

波紋管對於低壓力比彈簧管和膜片靈敏得多，而且所能產生用以轉動指針或記錄筆的力也有增大，其缺點是遲滯值太大（5～6%），因而在用作壓力敏感元件時，常和剛度比它大五～六倍的彈簧一起使用，這樣可使遲滯值減少至1%，其結構示意如下圖所示。

霍爾式壓力計是利用霍爾效應制成的壓力測量儀器。霍爾式壓力計的原理如下圖所示。

被測壓力由彈簧管1的固定端引入，彈簧管自由端與霍爾片3相連接，在霍爾片的上下垂直安放着兩對磁極，使霍爾片處於兩對磁極所形成的非均勻線性磁場中，霍爾片的四個端面引出四根導線，其中與磁鋼2相平行的兩根導線與直流穩壓電源相連接，另兩根用來輸出信號。當被測壓力引入後，彈簧管自由端產生位移，從而帶動霍爾片移動，改變了施加在霍爾片上的磁感應強度，依據霍爾效應進而轉換成霍爾電勢的變化，達到了壓力一位移一霍爾電勢的轉換。

（1）壓力——霍爾片位移轉換

將霍爾片固定在彈簧管自由端。當被測壓力作用於彈簧管時，把壓力轉換成霍爾片線性位移。

（2）非均勻線性磁場的產生

為了達到不同的霍爾片位移，施加在霍爾片的磁感應強度B不同，又保證霍爾片位移一磁感應強度B線性轉換，就需要一個非均勻線性磁場。非均勻線性磁場是靠極靴的特殊幾何形狀形成的。

（3）霍爾片位移一霍爾電勢轉換

當霍爾片處於兩對極靴問的中央平衡位置時，由於霍爾片左右兩半所通過的磁通方向相反、大小相等，互相對稱，故在霍爾片左右兩半上產生的霍爾電勢也大小相等、極性相反，因此，從整塊霍爾片兩端導出的總電勢為零，當有壓力作用，則霍爾片偏離極靴間的中央平衡位置，霍爾片兩半所產生的兩個極性相反的電勢大小不相等，從整塊霍爾片導出的總電勢不為零。壓力越大，輸出電勢越大。沿霍爾片偏離方向上的磁感應強度的分佈呈線性狀態，故霍爾片兩端引出的電勢與霍爾片的位移呈線性關係。即實現了霍爾片位移和霍爾電勢的線性轉換。

霍爾壓力計應垂直安裝在機械振動儘可能小的場所，且傾斜度小於3°。當介質易結晶或黏度較大時，應加裝隔離器。通常情況下，以使用在測量上限值1/2左右為宜，且瞬間超負荷應不大於測量上限的二倍。由於霍爾片對温度變化比較敏感，當使用環境温度偏離儀表規定的使用温度時要考慮温度附加誤差，採取恆温措施（或温度補償措施）。此外還應保證直流穩壓電源具有恆流特性，以保證電流的恆定。

正確選擇和使用壓力測量儀表是實現對壓力參數進行正確、有效測控的首要前提。下面是一些研究人員根據自己以往在計量第一線的設計、安裝、調試經驗。 ^[1] 

（1）在測穩定壓力時，一般壓力錶最大量程選擇在接近或大於正常壓力測量值的115倍。

（2）在測波動壓力時，一般壓力錶最大量程選擇在接近或大於正常壓力測量值的2倍。

（3）在測機泵出口壓力時，一般壓力錶最大量程選擇接近機泵出口最大壓力值。

（4）在測高壓壓力時，一般壓力錶最大量程選擇應大於最大壓力測量值的1.7倍。

（5）為了保證壓力測量值的精度，最小壓力測量值應高於壓力測量量程的1/3處。

（1）指示壓力錶的選擇

A、測壓 > 0.4MPa時，可選用彈簧管壓力錶。

B、測壓 < 0.04MPa時，可選用波紋管或膜盒壓力錶。

C、測粘稠、易結晶、腐蝕性、含固體顆粒的場合，可採用膜片壓力錶或附帶化學密封裝置。

D、測蒸汽或高於60℃的介質壓力測量應選擇不鏽鋼壓力錶或安裝冷凝圈。

E、脈動壓力測量應附加阻尼器或耐震壓力錶。

F、測含有粉塵氣體時應設置除塵器。

G、測含有液體的氣體壓力時應設置氣液分離器。

H、測某些化工介質應選用專用壓力錶:對含氨介質壓力測量採用氨用壓力錶;對氧氣壓力測量採用氧氣壓力錶;對乙炔壓力測量採用乙炔壓力錶;對含硫介質壓力測量採用抗硫壓力錶。

I、高壓壓力錶（>10MPa）應有滯壓安全措施。

（2）遠距離壓力傳送儀表的選擇

A、對需要遠距離測量或測量精度較高的場合，應選擇壓力傳感器或壓力變送器;

B、在測量精度要求不高時，可選擇電阻式或電感式、霍爾效應式遠傳壓力錶;

C、氣動基地式壓力指示調節器適宜作就地指示調節;

D、壓力變送器、壓力快關應根據安裝場所防爆要求合理選擇。

（1）一般用壓力錶、膜盒壓力錶和膜片壓力錶，應選用115級或215級。

（2）精密測量用壓力錶，應選用014級、0125級或0116級。

（1）在管道和設備上安裝的壓力錶，錶盤直徑100mm或150mm。

（2）在儀表氣動管路及其輔助設備上安裝的壓力錶，錶盤直徑為60mm。

（3）安裝在照明較低、位置較高或示值不易觀測場合壓力錶，錶盤直徑為150或200mm。 ^[2]