壓力和差壓的基本概念

在工業生產、科學研究等各個領域中，壓力、差壓經常是需要直接檢測和控制的重要參數，如電廠鍋爐的主蒸汽壓力、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對壓力、差壓的測量來間接獲得。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

壓力和差壓是工業生產過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生產過程良好地運行，達到高產低耗及安全生產的重要環節。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。壓力與當地大氣壓之差稱為表壓力，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，表壓力為負值（負壓力），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

這幾種表示法的關系如圖3-1所示。此外，工程上按壓力隨時間的變化關系還有靜態壓力（不隨時間變化或變化緩慢的壓力）和動態壓力（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生彈性變形，而產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，其某些物理特性發生與壓力成確定關系變化的原理，將被測壓力直接轉換為各種電量來測量。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變換元件轉換成一個集中力，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，具有動態性能好，靈敏度高，易于小型化，便于遠傳等特點。目前這兩類傳感器均得到了廣泛的使用。