壓力和差壓的概念及表示方法

在工業自動化生產過程中，壓力和差壓的檢測使用相當廣泛，正確測量和控制壓力是保 證生產良好運行，達到高產、低功耗的重要環節^例如，在化工生產合成氨時氮和氫 必須在一定的壓力下合成，壓力太低，反應不充分，產量低I另外，壓力的測量和控制也是 安全生產所必需的。例如發電廠的高溫高壓鼓形鍋爐，若爐內水位過低，就會迅速蒸發出大 量的水蒸氣，使壓力突增，就會造成鍋爐的爆炸。此外，在一定的條件下，通過測量壓力或 差壓還可間接測得溫度、流量和液位等其他物理量。、因此，壓力和差壓的測量在石油、化工 及冶金等各類工業生產中都占有重要的地位。

本章討論了幾種在實驗和工業生產中使用較多的壓力檢測儀表的檢測原理、組成結構和 使用方法等。本章教學內容緊密生產實際，介紹了常用壓力檢測儀表及壓力、差壓變送 器的實際應用，zui后還介紹了壓力檢測儀表的安裝、使用及校驗方法.概述

壓力和差壓的概念及表示方法在工程技術上，壓力定義為垂直均勻地作用在單位面積上的力，即為物理概念中的壓 強。表達式為

式中，P表示壓力；F表示垂直均勻的作用力；4表示受力面積。

在工程上，'壓力有幾種不同的表示方法：

1. 大氣壓Pfl

大氣壓表示地球表面空氣因I重在物體單位面積上產生的壓力，它隨地理緯度、海拔高 度及氣象情況的變化而變化。可&用.門的大氣壓力表（簡稱氣壓表）測量。

2. 壓力

壓力以零壓力為基準，表示被測介質作用在物體表面上的全部壓力，又稱總壓 力或全壓力

3. 表壓力p

表壓力以大氣壓為基準，表示超出|地大氣壓P。的壓力它們之間的關系可表示為

Pa =P +Po 

P =P, -Po 

由于在工業生產過程中，各種工藝設備和檢測儀表通常都是處于大氣壓中，因此壓力檢. 則儀表的指示值均是指超出大氣壓的壓力值，即表壓力本文后面所述各種壓力檢測儀表 奸指示的壓力，若無特殊說明，均指表壓力表壓力根據數值的正負又分別稱為正壓力和負 五力。

4. 真空度pv

壓力小于大氣壓，即表壓力為負值（負壓力）時，在工程上，經常用真空度來 g示，真空度的數值為負壓力的值數，即

P, =Po -P^)S差壓Ap

工程上的差壓是指任意兩點壓力的差，即=Pl -h。-#差壓在各種熱工量、機械量的

測量中應用很多，差壓用差壓計進行測量，在差 壓計中通常將較大的壓力稱為正壓，較小的壓力 稱為負壓。注意這個負壓是相對正壓而言的，不 一定低于大氣壓，不要和上面說的負壓力混渚

圖3-1表示了上述各壓力概念間的相‘互關系

3.1.2壓力的度量單位

根據壓力的定義式可知，壓力由作用力與受 力面積的比值所決定因此，在任何一種單位制 中，壓力的度量單位都是一個導出單位。由于表

示面積與力的單位很多，在不同的單位制中可以導出不同的壓力度量單位。目前常用的壓力 度鮮位有以下幾種

1.帕斯卡

帕斯卡簡稱帕（Pa),這是壓力的制導出單位。

1帕（Pa) =1牛頓/平方米（N/m2)

表示1N的力垂直均勻地作用在lm2面積上所產生的壓力。

此單位被規定為單位制中計量壓力量值的單位，它已代替其他所有單位在上通 用_我國規定，從1986年起律用帕斯卡作為壓力的度量單位工程上，因Pa單位太小，常用其倍數單位kPa (千帕）、MPa (兆帕）來表示，lkPa = lOOOPa、lMPa = l xl06Pao 2.其他常用壓力度量單誶

目前我國壓力測量儀表^生產和使用中，由于習慣的原因，還在采用的非法定壓力度量 單位有：

(1) 工程大氣壓表親1千克力垂直均勻地作用于1平方厘米面積上所產生的壓力， 用符號kgf/cm2表7

t程大氣壓=1千克力/厘米2 (或公斤力/厘米2 )

(2) 毫米汞柱1毫米汞柱表示在重力加速度為9. 80665米/秒2時，1mm高的汞柱在. 01時（汞密度為13.5951克/厘米3 )所產生的壓力，用符號mmHg表示。

(3) 毫米水柱1毫米水柱表示在重力加速度為9.80665米/秒2時，1mm高的水柱在 4T時（水密度為1.0克/厘米3 )所產生的壓力，用符號mmH20表示。

各壓力度量單位的換算關系如表3-1所示。

3.2液柱式壓力計

液柱式壓力計的測壓是基于液體靜力學原理，利用已知密度的液柱高度對底面產生的靜 壓力來平衡被測壓力，根據液柱高度來確定被測壓力的大小。液柱式壓力計是zui早用來測量 壓力的一種儀表，具有結構簡單，制造容易，測量可靠、直觀，準確度高，使用方便及價格 低廉等優點，所以目前還在廣泛地使用。但是這種壓力計的量程受到液柱高度的限制，只能 測量微小的正壓、負壓或差壓，測壓范圍為10_6 ~0.3MPa。而且玻璃管易損壞，用汞作工 作介質時存在污染和有毒等問題，只能就地指示，不能遠傳和記錄，所以它的應用范圍也受 到限制，一般可用于實驗室檢定和校驗其他形式的壓力表。

3.2.1 U形管壓力計

1. U形管壓力計的結構

U形管壓力計是液柱式壓力計中zui常用、結構zui簡單的測壓儀表。如圖3-2所示，它是 一根彎成U形、內截面積相同的玻璃管，被固定在底板上，在U形管中間設一個刻度標尺，

零點在標尺的中央。在U形玻璃管內充人水銀或水等工作 液，液體到零點處。

2. U形管壓力計的工作原理

測量時，U形管壓力;十的兩個管口分別通入壓力Pl、 p2c當巧二巧時，兩管中自由液面同處于標尺中央零刻度 處。當/>2>九時，右邊管中液面下降，左邊管中液面上升， 一直到液面的高度差H產生的壓力與被測差壓平衡為止。 根據流體靜力學原理，有

Ap -p2 -px -pgH (3-5)

式中，p為U形管壓力計的工作液密度；g為U形管壓力計 所在地的重力加速度；為U形管左右兩管液面的高度差。

如果兩管分別通大氣壓凡和被測壓力p”則測得的壓力為表壓力：

P =P, ~Po =PgH

由此可見：

1) U形管壓力計可以測量兩個被測壓力之間的差值（即差壓），或測量某個表壓力。

2) 當工作液密度p—定時，不同的液面高度差//就對應著不同的被測壓力（或差壓）: 這樣壓力（或差壓）測量就轉換成對應的液面高度的測量。被測壓力（或差壓）可以直接 用液面高度差來表示，其單位采用毫米水柱mmH20 (填充工作液為水）或毫米汞欄 mmHg (填充工作液為隸）。

3) 若減小U形管內工作液的密度p，在相同壓力的作用下，//值變大，即儀表靈敏虔 提高，但同時量程范圍變小（受玻璃管高度的限制）；相反，為了擴大儀表的量程，可提肩 p,但靈敏度降低。因此，當測量較大的壓力時，可采用密度比較大的工作液，如汞；當泖 量較小的壓力時，為了提高靈敏度，可采用密度比較小的工作液，如水、酒精。

另外，為了滿足不同要求的測量，工作液要求物理、化學性能穩定，不易揮發，密度不 變，與工作介質不相混，并有清楚的液面，另外不與玻璃吸附，以保證讀數準確。

由于U形管壓力計很難保證兩管的內徑一致，因而在確定液面高度差丹時，必須同N 讀出兩管的液面高度變化/h和否則就可能造成較大的讀數誤差。