压力和差压的基本概念

在工业生产、科学研究等各个领域中，压力、差压经常是需要直接检测和控制的重要参数，如电厂锅炉的主蒸汽压力、再热汽压力、炉膛负压等等。此外还有些不易直接测量的参数，如液位、流量等往往也可以通过对压力、差压的测量来间接获得。这些参数都是力的现象，因此在测量方法和所用仪器设备上有很多相同的地方。下面介绍压力、差压的测量方法，测量中所用的仪器设备及所用典型传感器的基本原理及结构。

1.压力和差压的基本概念

1.1基本概念

压力和差压是工业生产过程中重要的工艺参数之一，正确地测量和控制压力是保证工业生产过程良好地运行，达到高产低耗及安全生产的重要环节。所谓压力就是垂直而均匀地作用在单位面积上的力，即物理学中的压强，而差压是指两个测量压力之间的差值，也就是压力差。

在压力测量中，由于参照点的不同，在工程上压力有不同表示方法。

(1) 压力。被测介质作用于物体表面上的全部压力称为压力。

(2) 大气压力。由地球表面空气质量所形成的压力，称为大气压力。它随地理纬度、海拔高度及气象条件而变化。

(3) 表压力。压力与当地大气压之差称为表压力，工程上需要测量的往往是物体超出大气压以外的压力大小，因此压力计的指示值都是表压力（即通人仪表的压力是压力，显示的是表压力）。

(4) 真空度（负压)。当压力小于大气压力时，表压力为负值（负压力），其值称为真空度。

(5) 差压。任意两个压力之差称为差压。

压力=表压力+大气压力

这几种表示法的关系如图3-1所示。此外，工程上按压力随时间的变化关系还有静态压力（不随时间变化或变化缓慢的压力）和动态压力（随时间做快速变化的压力）之分。

1.1.2压力单位

压力是力和面积的导出量。在单位制中，取力的单位为牛顿，面积单位为平方米，则压力单位为牛顿/平方米，用符号N/m2表示；压力单位又称为帕斯卡或简称帕，符号为Pa。1Pa=1N/m2。因帕单位太小，工程上常用kPa(103Pa)和MPa(106Pa)表示。帕斯卡为压力的法定单位。目前有些场合习惯上还用工程大气压kgf/cm2、mmH20、mmHg等。

1.1.3压力的常用测量方法

压力的测量方法可根据不同的工作原理划分为重力平衡方法、弹性力平衡方法、物性测量方法和机械力平衡方法等。

重力平衡方法是利用一定高度的工作液体产生的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理，将被测压力转换为液柱高度或平衡砝码的重量来测量。例如液柱式压力计和活塞式压力计；弹性力平衡方法是利用弹性元件受压力作用发生弹性变形，而产生的弹性力与被测压力相平衡的原理，将压力转换成位移，通过测量弹性元件位移变形的大小测出被测压力。此类压力计有多种类型，可以测量压力、负压、压力和压差，应用；物性测量方法是利用敏感元件在压力的作用下，其某些物理特性发生与压力成确定关系变化的原理，将被测压力直接转换为各种电量来测量。如应变式、压电式、电容式压力传感器等等；机械力平衡方法则是将被测压力经变换元件转换成一个集中力，用外力与之平衡，通过测量平衡时的外力测知被测压力，力平衡式仪表可以达到较高精度，但是结构复杂。测压传感器分为机械式和电气式，机械式如液柱式、活塞式、弹性元件式等，具有结构简单，使用方便，价格低廉等特点。电气式如压电式、压阻式、压磁式，具有动态性能好，灵敏度高，易于小型化，便于远传等特点。目前这两类传感器均得到了广泛的使用。