压力和差压的概念及表示方法

在工业自动化生产过程中，压力和差压的检测使用相当广泛，正确测量和控制压力是保 证生产良好运行，达到高产、低功耗的重要环节^例如，在化工生产合成氨时氮和氢 必须在一定的压力下合成，压力太低，反应不充分，产量低I另外，压力的测量和控制也是 安全生产所必需的。例如发电厂的高温高压鼓形锅炉，若炉内水位过低，就会迅速蒸发出大 量的水蒸气，使压力突增，就会造成锅炉的爆炸。此外，在一定的条件下，通过测量压力或 差压还可间接测得温度、流量和液位等其他物理量。、因此，压力和差压的测量在石油、化工 及冶金等各类工业生产中都占有重要的地位。

本章讨论了几种在实验和工业生产中使用较多的压力检测仪表的检测原理、组成结构和 使用方法等。本章教学内容紧密生产实际，介绍了常用压力检测仪表及压力、差压变送 器的实际应用，zui后还介绍了压力检测仪表的安装、使用及校验方法.概述

压力和差压的概念及表示方法在工程技术上，压力定义为垂直均匀地作用在单位面积上的力，即为物理概念中的压 强。表达式为

式中，P表示压力；F表示垂直均勻的作用力；4表示受力面积。

在工程上，'压力有几种不同的表示方法：

1. 大气压Pfl

大气压表示地球表面空气因I重在物体单位面积上产生的压力，它随地理纬度、海拔高 度及气象情况的变化而变化。可&用.门的大气压力表（简称气压表）测量。

2. 压力

压力以零压力为基准，表示被测介质作用在物体表面上的全部压力，又称总压 力或全压力

3. 表压力p

表压力以大气压为基准，表示超出|地大气压P。的压力它们之间的关系可表示为

Pa =P +Po 

P =P, -Po 

由于在工业生产过程中，各种工艺设备和检测仪表通常都是处于大气压中，因此压力检. 则仪表的指示值均是指超出大气压的压力值，即表压力本文后面所述各种压力检测仪表 奸指示的压力，若无特殊说明，均指表压力表压力根据数值的正负又分别称为正压力和负 五力。

4. 真空度pv

压力小于大气压，即表压力为负值（负压力）时，在工程上，经常用真空度来 g示，真空度的数值为负压力的值数，即

P, =Po -P^)S差压Ap

工程上的差压是指任意两点压力的差，即=Pl -h。-#差压在各种热工量、机械量的

测量中应用很多，差压用差压计进行测量，在差 压计中通常将较大的压力称为正压，较小的压力 称为负压。注意这个负压是相对正压而言的，不 一定低于大气压，不要和上面说的负压力混渚

图3-1表示了上述各压力概念间的相‘互关系

3.1.2压力的度量单位

根据压力的定义式可知，压力由作用力与受 力面积的比值所决定因此，在任何一种单位制 中，压力的度量单位都是一个导出单位。由于表

示面积与力的单位很多，在不同的单位制中可以导出不同的压力度量单位。目前常用的压力 度鮮位有以下几种

1.帕斯卡

帕斯卡简称帕（Pa),这是压力的制导出单位。

1帕（Pa) =1牛顿/平方米（N/m2)

表示1N的力垂直均匀地作用在lm2面积上所产生的压力。

此单位被规定为单位制中计量压力量值的单位，它已代替其他所有单位在上通 用_我国规定，从1986年起律用帕斯卡作为压力的度量单位工程上，因Pa单位太小，常用其倍数单位kPa (千帕）、MPa (兆帕）来表示，lkPa = lOOOPa、lMPa = l xl06Pao 2.其他常用压力度量单谇

目前我国压力测量仪表^生产和使用中，由于习惯的原因，还在采用的非法定压力度量 单位有：

(1) 工程大气压表亲1千克力垂直均匀地作用于1平方厘米面积上所产生的压力， 用符号kgf/cm2表7

t程大气压=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为9. 80665米/秒2时，1mm高的汞柱在. 01时（汞密度为13.5951克/厘米3 )所产生的压力，用符号mmHg表示。

(3) 毫米水柱1毫米水柱表示在重力加速度为9.80665米/秒2时，1mm高的水柱在 4T时（水密度为1.0克/厘米3 )所产生的压力，用符号mmH20表示。

各压力度量单位的换算关系如表3-1所示。

3.2液柱式压力计

液柱式压力计的测压是基于液体静力学原理，利用已知密度的液柱高度对底面产生的静 压力来平衡被测压力，根据液柱高度来确定被测压力的大小。液柱式压力计是zui早用来测量 压力的一种仪表，具有结构简单，制造容易，测量可靠、直观，准确度高，使用方便及价格 低廉等优点，所以目前还在广泛地使用。但是这种压力计的量程受到液柱高度的限制，只能 测量微小的正压、负压或差压，测压范围为10_6 ~0.3MPa。而且玻璃管易损坏，用汞作工 作介质时存在污染和有毒等问题，只能就地指示，不能远传和记录，所以它的应用范围也受 到限制，一般可用于实验室检定和校验其他形式的压力表。

3.2.1 U形管压力计

1. U形管压力计的结构

U形管压力计是液柱式压力计中zui常用、结构zui简单的测压仪表。如图3-2所示，它是 一根弯成U形、内截面积相同的玻璃管，被固定在底板上，在U形管中间设一个刻度标尺，

零点在标尺的中央。在U形玻璃管内充人水银或水等工作 液，液体到零点处。

2. U形管压力计的工作原理

测量时，U形管压力;十的两个管口分别通入压力Pl、 p2c当巧二巧时，两管中自由液面同处于标尺中央零刻度 处。当/>2>九时，右边管中液面下降，左边管中液面上升， 一直到液面的高度差H产生的压力与被测差压平衡为止。 根据流体静力学原理，有

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

式中，p为U形管压力计的工作液密度；g为U形管压力计 所在地的重力加速度；为U形管左右两管液面的高度差。

如果两管分别通大气压凡和被测压力p”则测得的压力为表压力：

P =P, ~Po =PgH

由此可见：

1) U形管压力计可以测量两个被测压力之间的差值（即差压），或测量某个表压力。

2) 当工作液密度p—定时，不同的液面高度差//就对应着不同的被测压力（或差压）: 这样压力（或差压）测量就转换成对应的液面高度的测量。被测压力（或差压）可以直接 用液面高度差来表示，其单位采用毫米水柱mmH20 (填充工作液为水）或毫米汞栏 mmHg (填充工作液为隶）。

3) 若减小U形管内工作液的密度p，在相同压力的作用下，//值变大，即仪表灵敏虔 提高，但同时量程范围变小（受玻璃管高度的限制）；相反，为了扩大仪表的量程，可提肩 p,但灵敏度降低。因此，当测量较大的压力时，可采用密度比较大的工作液，如汞；当泖 量较小的压力时，为了提高灵敏度，可采用密度比较小的工作液，如水、酒精。

另外，为了满足不同要求的测量，工作液要求物理、化学性能稳定，不易挥发，密度不 变，与工作介质不相混，并有清楚的液面，另外不与玻璃吸附，以保证读数准确。

由于U形管压力计很难保证两管的内径一致，因而在确定液面高度差丹时，必须同N 读出两管的液面高度变化/h和否则就可能造成较大的读数误差。