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压力测量的原理方法及实践

【试验工程师·公益学习营】第五期第4讲

【试验工程师·公益学习营】总第24讲,于2020年6月19日如期举行,本期讲师是北京瑞风协同科技股份有限公司资深技术经理,拥有十年试验测试技术领域的从业经验,专注于数据采集与试验测试设备的选型应用及试验测试方案设计,曾参与多个行业的大型试验测试系统的建设实施和应用咨询。

讲师在本期课程中,重点围绕以下六个方面为大家进行讲解:压力测量概述、压力测量原理方法及仪表的分类、压力传感器类型及测量特点、电子压力扫描阀简介及特点、压力传感器组件的测量系统与扫描阀的对比和压力测量技术的发展。

压力测量的意义和基本概念——压力是工业生产过程中的重要参数之一。流体的输送、物质物理性质的变化均与压力有关。与此同时,压力又是生产设计过程的一个安全指标。任何设备装置只能承受设计所规定的压力,若超过允许的压力范围,可能会使设备损坏,甚至产生爆炸事故,导致巨大的损失。因此,压力测量在汽车、制造、航空、生物医学领域,甚至和我们生活息息相关的空调、电子设备等领域都是非常重要的。压力是指垂直作用在单位面积上的力,在压力测量中常有绝对压力、表压、差压、负压或真空度之分。压力的法定计量单位是帕(Pa),常用表示压力的单位还有千帕(KPa)、兆帕(MPa)、毫米水柱(mmH2O)、毫米汞柱(mmHg)、巴(Bar)、磅力/平方英寸(psi)等。

 

 

 

压力测量原理方法及仪表的分类——压力测量的方法主要有四种:平衡法(液柱式)、弹性法(机械式)、活塞式、电气式(数字式)。常见的电气式压力计有压力开关、压力传感器等。压力传感器是被大家所熟知的,由于它输出的是电量,便于信号远传,尤其是便于与计算机连接组成数据自动采集系统,所以得到了广泛的应用,极大地推进了试验技术的发展。

 

 

压力传感器的种类很多,分类方式也不尽相同。从压力转换成电量的途径来看,可分为电阻式、电容式、电感式、电磁效应、压阻效应、压电效应、光电效应等。

 

 

电子压力扫描阀简介及特点——在发动机的全流程各截面的参数测量过程中,参数众多,一个截面可达几十个测点,在整个流场中有很多个截面,没有足够的空间用于传感器的安装,而且传统的测量系统具有安装复杂、准备时间长、系统校准过程繁琐等特点,已不能满足通道多、测试条件复杂的试验需求。因此简单、高效的多路测试手段尤为重要,所以在发动机试验、汽车测试、风洞试验等领域引进了一种新的测量方式——电子压力扫描阀,并被广泛引进用于流场及试验件的压力测量。

 

 

电子压力扫描阀系统是九十年代以来在世界上应用比较广泛的测压设备。它是一个高度模块化的数据采集系统,集成了压力传感器和数据处理单元,配置和操作十分简单,尤其是可以满足涡轮动力机械(航发及燃气轮机等)压力测点众多、测量精度要求高的典型应用,也可以应用于更复杂的风洞和飞行测试。

电子压力扫描阀是一种高性能一体化气体压力测量装置,用于多通道干燥无腐蚀性气体的压力测量,其主要特点如下:

多通道,高集成度设计:集成了16个传感器及数据采集单元,通过气动接口与被测件端探针直接连接;

智能测量:扫描阀内部集成了压力传感器和气路校准阀。每个传感器组件包含一个温度传感器用于实时测量和温度补偿,也包含一个EEPROM,用于存储传感器信息如序列号、范围、校准日期,以及最重要的校准系数等数据;

高精度测量:它采集的数据是保证系统精度的EU(工程单位)数据,并且是经过自动温度补偿的,同时可以执行多点校准,保证系统精度达到±0.05%FS。

压力传感器测量方式与电子压力扫描阀对比——压力传感器与电子压力扫描阀主要可以从系统组成及构建方式、系统测量精度、系统维护和故障排查、系统校准和标定四个方面进行对比。

 

  

 

压力测量技术的发展——压力测量在不同的领域和应用中有不同的要求,但都占有重要的地位。压力传感器也由传统的机械量传感器发展到高精度、低成本的MEMS压力传感器,并逐步向小型化、集成化、智能化、广泛化、标准化方向发展。压力仪表的结构也由简单到复杂,从机械式发展到电气式,其测量范围由中、低压向微压和超高压发展,测量性质由静压测量发展到动压测量,压力的示值方式从指针、刻度显示发展到数字显示、应用微机控制的自动记录和打印、自动处理数据。

 

 

不同类型的传感器或不同的测试方法都是随着测试需求的不断升级和变化应运而生,并适应着不同领域、不同环境、不同应用的要求。每种传感器或测量方法都有各自的优势和弊端,不能应用于所有的行业领域,但是却在某个领域有着不可替代的优势。因此,合理的选择测试方案才能弱化劣势,充分利用优势能给试验带来更高的效率、更有保障的试验数据和更好的试验结果。

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