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(gè)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，如電廠(chǎng)鍋爐的主蒸汽壓力、再熱汽壓力、爐膛負壓等等。此外還有些不易直接測量的參數，如液位、流量等往往也可以通過(guò)對壓力、差壓的測量來(lái)間接獲得。這些參數都是力的現象，因此在測量方法和所用儀器設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備及所用典型傳感器的基本原理及結構。

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(guò)程中重要的工藝參數之一，正確地測量和控制壓力是保證工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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。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(gè)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(diǎn)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(chēng)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(chēng)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。壓力與當地大氣壓之差稱(chēng)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（負壓)。當壓力小于大氣壓力時(shí)，表壓力為負值（負壓力），其值稱(chēng)為真空度。

(5) 差壓。任意兩個(gè)壓力之差稱(chēng)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(shí)間的變化關(guān)系還有靜態(tài)壓力（不隨時(shí)間變化或變化緩慢的壓力）和動(dòng)態(tài)壓力（隨時(shí)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(chēng)為帕斯卡或簡(jiǎn)稱(chēng)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(chǎng)合習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，將被測壓力轉換為液柱高度或平衡砝碼的重量來(lái)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，將壓力轉換成位移，通過(guò)測量彈性元件位移變形的大小測出被測壓力。此類(lèi)壓力計有多種類(lèi)型，可以測量壓力、負壓、壓力和壓差，應用；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，將被測壓力直接轉換為各種電量來(lái)測量。如應變式、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)變換元件轉換成一個(gè)集中力，用外力與之平衡，通過(guò)測量平衡時(shí)的外力測知被測壓力，力平衡式儀表可以達到較高精度，但是結構復雜。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，具有結構簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格低廉等特點(diǎn)。電氣式如壓電式、壓阻式、壓磁式，具有動(dòng)態(tài)性能好，靈敏度高，易于小型化，便于遠傳等特點(diǎn)。目前這兩類(lèi)傳感器均得到了廣泛的使用。