壓力和差壓的基本概念

在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究等各個領(lǐng)域中，壓力、差壓經(jīng)常是需要直接檢測和控制的重要參數(shù)，如電廠鍋爐的主蒸汽壓力、再熱汽壓力、爐膛負(fù)壓等等。此外還有些不易直接測量的參數(shù)，如液位、流量等往往也可以通過對壓力、差壓的測量來間接獲得。這些參數(shù)都是力的現(xiàn)象，因此在測量方法和所用儀器設(shè)備上有很多相同的地方。下面介紹壓力、差壓的測量方法，測量中所用的儀器設(shè)備及所用典型傳感器的基本原理及結(jié)構(gòu)。

1.壓力和差壓的基本概念

1.1基本概念

壓力和差壓是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的工藝參數(shù)之一，正確地測量和控制壓力是保證工業(yè)生產(chǎn)過程良好地運行，達到高產(chǎn)低耗及安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。所謂壓力就是垂直而均勻地作用在單位面積上的力，即物理學(xué)中的壓強，而差壓是指兩個測量壓力之間的差值，也就是壓力差。

在壓力測量中，由于參照點的不同，在工程上壓力有不同表示方法。

(1) 壓力。被測介質(zhì)作用于物體表面上的全部壓力稱為壓力。

(2) 大氣壓力。由地球表面空氣質(zhì)量所形成的壓力，稱為大氣壓力。它隨地理緯度、海拔高度及氣象條件而變化。

(3) 表壓力。壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮褐罘Q為表壓力，工程上需要測量的往往是物體超出大氣壓以外的壓力大小，因此壓力計的指示值都是表壓力（即通人儀表的壓力是壓力，顯示的是表壓力）。

(4) 真空度（負(fù)壓)。當(dāng)壓力小于大氣壓力時，表壓力為負(fù)值（負(fù)壓力），其值稱為真空度。

(5) 差壓。任意兩個壓力之差稱為差壓。

壓力=表壓力+大氣壓力

這幾種表示法的關(guān)系如圖3-1所示。此外，工程上按壓力隨時間的變化關(guān)系還有靜態(tài)壓力（不隨時間變化或變化緩慢的壓力）和動態(tài)壓力（隨時間做快速變化的壓力）之分。

1.1.2壓力單位

壓力是力和面積的導(dǎo)出量。在單位制中，取力的單位為牛頓，面積單位為平方米，則壓力單位為牛頓/平方米，用符號N/m2表示；壓力單位又稱為帕斯卡或簡稱帕，符號為Pa。1Pa=1N/m2。因帕單位太小，工程上常用kPa(103Pa)和MPa(106Pa)表示。帕斯卡為壓力的法定單位。目前有些場合習(xí)慣上還用工程大氣壓kgf/cm2、mmH20、mmHg等。

1.1.3壓力的常用測量方法

壓力的測量方法可根據(jù)不同的工作原理劃分為重力平衡方法、彈性力平衡方法、物性測量方法和機械力平衡方法等。

重力平衡方法是利用一定高度的工作液體產(chǎn)生的重力或砝碼的重量與被測壓力相平衡的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換為液柱高度或平衡砝碼的重量來測量。例如液柱式壓力計和活塞式壓力計；彈性力平衡方法是利用彈性元件受壓力作用發(fā)生彈性變形，而產(chǎn)生的彈性力與被測壓力相平衡的原理，將壓力轉(zhuǎn)換成位移，通過測量彈性元件位移變形的大小測出被測壓力。此類壓力計有多種類型，可以測量壓力、負(fù)壓、壓力和壓差，應(yīng)用；物性測量方法是利用敏感元件在壓力的作用下，其某些物理特性發(fā)生與壓力成確定關(guān)系變化的原理，將被測壓力直接轉(zhuǎn)換為各種電量來測量。如應(yīng)變式、壓電式、電容式壓力傳感器等等；機械力平衡方法則是將被測壓力經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)換成一個集中力，用外力與之平衡，通過測量平衡時的外力測知被測壓力，力平衡式儀表可以達到較高精度，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。測壓傳感器分為機械式和電氣式，機械式如液柱式、活塞式、彈性元件式等，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格低廉等特點。電氣式如壓電式、壓阻式、壓磁式，具有動態(tài)性能好，靈敏度高，易于小型化，便于遠(yuǎn)傳等特點。目前這兩類傳感器均得到了廣泛的使用。