在生产过程中监视和控制压力，对保证工艺过程的安全和经济，具有重要意义。生产 过程中的所谓压力，是指垂直而均匀地作用在单位面积上的力，物理学中称之为压强。
在国际单位制中，压力的单位是“帕斯卡”(Pascal)，简称“帕”(Pa)。帕所代表的压力 单位比较小，工程上经常使用兆帕(MPa)。帕与兆帕之间的关系为：
1MPa=1×106Pa
表13-4列出了一些过去使用的压力单位及其与帕或兆帕之间的换算关系。
表13-4 各种压力单位换算表
| 单 位 | 帕
Pa |
工程大气压
kgf/cm2 |
标准大气压
atm |
巴
bar |
毫米水柱
mmH2O |
毫米汞柱
mmHg |
| 帕 | 1 | 1.0197×10-5 | 9.869×10-6 | 1×10-5 | 0.10197 | 7.501×10-3 |
| 工程大气压 | 9.8066×104 | 1 | 0.9678 | 0.9807 | 1×104 | 735.56 |
| 标准大气压 | 1.0133×105 | 1.03323 | 1 | 1.01325 | 1.033×104 | 760 |
| 巴 | 1×105 | 1.0197 | 0.9869 | 1 | 1.0197×104 | 750.1 |
| 毫米水柱 | 9.8066 | 1×10-4 | 9.678×10-5 | 9.806×10-5 | 1 | 7.355×10-2 |
| 毫米汞柱 | 133.322 | 1.3595×10-3 | 1. 3158×10-3 | 1.3332×10-3 | 13.5951 | 1 |
在压力测量中，常有表压、绝对压力、负 压(真空度)之分，它们之间的关系如图13- 11所示。绝对压力是指介质所承受的实际 压力。因为各种工艺设备和测量仪表是处于 大气之中，本身承受着大气压力，所以通常压 力表的指示值分别为表压和真空度。表压是 指高于大气压力的绝对压力与大气压力之 差，真空度是指大气压力与低于大气压力的 绝对压力之差，即
图13-11 绝对压力、表压、负压
(真空度)的关系
p表＝p绝-p大
p真＝p大-p绝
13.2.3.1 弹性式压力计
弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受 压后产生弹性变形的原理而制成的。这种仪表具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固 可靠、价格低廉、测量范围广以及有足够的精度等优点。若增加附加装置，如电气变换装 置、控制元件等，则可以实现压力信号的报警、自动控制等。弹性式压力计可以用来测量 几百帕到数千兆帕范围内的压力，因此在生产过程中是应用最为广泛的一种测压仪表。
常用的弹簧管压力表主要由测量元件和放大指示机构组成，如图13-12所示。
图13-12 弹簧管压力表
1—弹簧管 2—拉杆 3—扇形齿轮 4—中心齿轮
5—指针 6—面板 7—游丝 8—调整螺钉 9—接头
测量元件即单圈弹簧管。管子的自由端B封闭，管子的另一端固定在接头上。通入 被测压力p后，由于椭圆形截面在压力p的作用下将趋于圆形，弯成圆弧形的管子随之 产生向外挺直的扩张变形，从而使弹簧管的自由端B产生位移。此位移很小，通过放大 机构转换成指针位移。具体过程是：弹簧管自由端B的位移通过拉杆2使扇形齿轮3做 逆时针偏转，于是指针5通过同轴的中心齿轮4带动而逆时针偏转，在面板6的刻度尺上 指示出被测压力p的数值。由于弹簧管自由端位移与被测压力之间具有正比例关系，因 此，弹簧管压力表的刻度是线性的。
在工业生产过程中，常常需要把压力控制在某一范围内，即当压力低于或高于给定范 围时，就会破坏正常工艺条件，甚至可能发生危险，这时就应采用电接点信号压力表。它 能在压力偏高于给定范围时，及时发出信号，以提醒操作人员注意或通过中间继电器实现 压力的自动控制。
图13-13是电接点信号压力表的结构和工作原理示意图。压力表指针上有动触点 2，表盘6上另有两个可调节的指针，上面分别有静触点1和4。当压力超过上限给定数 值(此数值由静触点4的指针位置确定)时，动触点2和静触点4接触，红色信号灯5的电 路被接通，使红灯发亮。若压力低到下限给定数值时，动触点2与静触点1接触，接通了 绿色信号灯3的电路。静触点1、4的位置可根据需要灵活调节。
常用弹簧管压力表规格及型号见表13-5。
图13-13 电接点信号压力表
1—静触点 2—动触点 3—绿灯 4—静触点 5—红灯
表13-5 常用弹簧管压力表规格及型号
| 名称 | 型 号 | 测 量 范 围 /MPa | 精度等级 |
| 弹
簧 管 式 压 力 表 |
Y-60 | -0.1～0，0～0.1，0～0.16，0～0.25，0～0.4，
0～0.6，0～1，0～1.6，0～2.5，0～4，0～6 |
2.5 |
| Y-100 | -0.1～0，-0.1～0.06，-0.1～0.15，-0.1～0.3，
-0.1～0.5，-0.1～0.9，-0.1～1.5，-0.1～2.4， 0～0.1，0～0.16，0～0.25，0～0.4，0～0.6， 0～1，0～1.6，0～2.5，0～4，0～6 |
1.5
2.5 |
|
| Y-150 | -0.1～0，-0.1～0.06，-0.1～0.15，-0.1～0.3，
-0.1～0.5，-0.1～0.9，-0.1～1.5，-0.1～2.4， 0～0.1，0～0.16，0～0.25，0～0.4，0～0.6， 0～1，0～1.6，0～2.5，0～4，0～6 |
1.5
2.5 |
|
| Y-100 | 0～10，0～16，0～25，0～40，0～60 | 1.5
2.5 |
|
| Y-150 | 0～10，0～16，0～25，0～40，0～60 | 1.5
2.5 |
续表
| 名称 | 型 号 | 测 量 范 围 /MPa | 精度等级 |
| 电
接 点 式 压 力 表 |
YX-150 | -0.1～0，-0.1～0.1，-0.1～0.15，-0.1～0.3，
-0.1～0.5，-0.1～0.9，-0.1～1.5，-0.1～2.4， 0～0.1，0～0.16，0～0.25，0～0.4，0～0.6，0～1，0～1.6， 0～2.5，0～4，0～6 |
1.5
2.5 |
| YX-150 | 0～10，0～16，0～25，0～40，0～60 | 1.5
2.5 |
注： Y为压力，X为电接点，型号后面的数字表示表面尺寸(mm)，表面尺寸后面可加符号：T为径向带后边，TQ 为径向带前边，Z为轴向无边，ZQ为轴向带前边。
13.2.3.2 电气式压力计
电气式压力计是利用某些机械和电气元件把被测压力转换成电阻、电势或电容等电 量的变化，通过这些电量的测量而实现压力的间接测量。由于可以远距离传送信号，所以 在工业生产过程中可以实现压力自动控制和报警，并可与计算机连用。
电气式压力计一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成，如图13-14所 示。常用的型号处理装置有指示器、记录仪、应变仪以及控制器、微处理器等。压力传感 器的作用是把压力信号检测出来，并转换成电信号输出。压力传感器的形式有压磁式、压 电式、电容式、电感式、电阻应变片式等。利用各种方法可组成相应的测压仪表。
图13-14 电气式压力计组成方框图
下面简要介绍电阻应变片式压力传感器。
应变片式压力测量是通过应变片将被测压力p转换成电阻值R的变化，然后通过桥 式电路获得相应的毫伏级电量输出，在毫伏计或记录仪表上显示出被测压力的值。
作为压力转换元件的应变片是由金属导体或半导体材料制成的电阻丝，它的电阻值 R随着被测压力所产生的应变而变化。如图13-15(1)所示，将两应变片分别以轴向与 径向两个方向固定在弹性元件——圆筒上，由于圆筒在压力p的作用下产生变形，使得 黏贴在圆筒上的电阻丝产生应变。设p大于环境压力，这样轴向黏贴的电阻丝R1为压 缩应变，阻值变小;径向黏贴的R2为拉伸应变，阻值增大。R1、R2和固定电阻R3、R4组 成测量桥路，如图13-15(2)所示。当p等于环境压力时，R1＝R2，桥路平衡，输出电压 △U= 0。p不等于环境压力时，R1≠R2，测量桥路失去平衡，输出一个不平衡电压△U。 可以证明，△U与被测压力p成比例。
(1)
(2)
图13-15 应变片式压力传感器示意图
13.2.3.3 差压变送器
差压变送器用来测量差压、流量、液位等工艺参数，将其转换成统一标准信号，送往 显示仪表或调节器进行调节、指示或记录，以实现生产过程的连续检测和自动控制。 DDZ-Ⅲ型电动单元组合仪表采用4～20mA直流电流作为统一标准信号，DDZ-Ⅱ型电 动单元组合仪表采用0～10mA直流电流作为统一标准信号。
DDZ-Ⅲ型电容式差压变送器直接把被测差压的变化转换成电容量的变化，再通过 电子线路转换成4～20mA直流电流的标准输出信号。电容式差压变送器由测量和转换 两部分组成。测量部分将被测差压转换成电容动极板的微小位移，从而变换成电容信号; 转换部分将电容量转换成标准电流信号。
(1)测量部分 测量部分按照其充液室的数量，可分为“一室”或“两室”两种结构形 式。两种结构形式各有特点：一室结构不受充液介电常数变化的影响，寿命长;两室结构 形式简单，零件少，焊接处少等。
下面以两室结构形式为例作简 单介绍。
两室结构测量装置如图13- 16所示。在高、低压侧分别有隔离 膜片6与被测介质接触。测量膜片 3焊接在两个杯体之间作为动极板。 在凹形的绝缘体表面蒸镀一层金属 薄膜(如铝、金等)，成为球面型固定 极板2。于是动极板3与它两侧的 定极板2构成球平面型差动电容C1 和C2。在动极板的两侧分别形成两 个封闭的充液室，其内充满硅油，故 称为两室结构。
当被测差压作用在两侧隔离膜 片上时，差压通过硅油传递到动极板，使其产生挠曲变形，引起两电容差动地改变，两差动电容的差值为△C=C1-C2。 为减小非线性，常用电容之差与电容之和的比值来表示：
式中 r——动极板工作半径
F——动极板的初始张力
d0——定、动极板间的初始距离
pH——高压侧压力
pL——低压侧压力
图13-16 两室结构测量装置
1—杯体 2—固定极板 3—测量膜片
4—绝缘体 5—硅油 6—隔离膜片
由上式可见，两室结构的测量部分可把被测差压△p=pH-pL线性地转换成电容比 (C1-C2)/(C1+C2)。
(2)转换部分 转换部分的作用是将测量部分所得到的电容比的变化量转换成标准 的电流输出信号，首先是将电容的变化转换成与之成正比的电流信号，然后将电流放大成 4～20mA DC标准信号。其转换电路原理框图如图13-17所示。图中振荡器用来产生 交流激励电压，供给解调器。振荡幅度由振荡控制放大器控制。解调器将通过差动电容 的交流电流解调成直流电流。它们与振荡控制放大器连接构成深度负反馈控制电路，以 保证流过差动电容的两电流I1与I2之和为一常数K，即：
I1+I2＝Vppf(C1+C2)=K
两电流差为
I1-I2＝Vppf(C1-C2)
式中 I1、I2——流过差动电容C1、C2的电流
Vpp——振荡器的峰值电压
f——振荡频率
将上面两式相除便可得到输出直流电流信号：
从而实现了电容-电流的转换。
图13-17 转换部分方框图
为了得到标准的电流信号，还需要对I0进一步放大，由电流检测器、电流控制放大 器、电压调节器、电流控制器等电路完成。电流检测器包括调零电路和调量程电路。电压 调节器供给电流控制放大器输入端一个基准电压;电流控制放大器用以控制流过电流控 制电路的电流，并加以放大，从而将电容变化量转换成4～20mA DC标准电流信号。
从上面的几个式子中不难得出：
可见电容差压变送器的输出电流信号与被测差压成线性关系。
13.2.3.4 压力表的选择与安装
压力表的正确选择与安装，是保证压力表在生产过程中发挥应有作用的重要环节。
(1) 压力表的选择 选择压力表时应根据生产要求和使用环境以及被测介质进行具 体分析。在符合生产过程所提出的技术条件下，本着节约的原则，进行种类、型号、量程和 精度等选择。选择时考虑以下三个方面：
①根据被测压力的大小，确定仪表量程。仪表的量程范围，即仪表刻度的下限值到 上限值，是根据所要测量的压力大小来确定的。显然，仪表刻度上限值应该大于被测压力 的可能的最大值。对于弹性式压力表，为了保证弹性元件在弹性变形的安全范围内工作， 必须留有余地。一般在被测压力较稳定的情况下，最大压力值应不超过满量程的3/4;在 被测压力波动较大时，最大压力值不能超过满量程的2/3。为了保证测量精度，被测压力 值应不低于全量程的1/3为宜。
②根据生产上允许的最大测量误差确定仪表的精度等级。选择时，在满足生产要求 的前提下选择低精度的仪表，精度过高会造成不必要的浪费。
③选择时，要考虑被测介质的性质，如温度高低、黏度大小、腐蚀性等。还要考虑现 场环境条件，例如高温、潮湿、振动等，以此来确定压力表的种类、型号。
[例] 一台蒸汽锅炉，其蒸汽压力范围为0.5～0.6MPa，且比较平稳，允许最大误差 为0.03MPa。要求就地显示，并能高、低限报警，试选择一只压力表。
a. 选量程： 因为锅炉蒸汽压力比较平稳，则：
1/3量程≤被测压力≤3/4量
所以
压力表量程≥4/3×0.6MPa=0.8MPa
预选量程0～1MPa
验算
1/3量程=1/3×1=0.33MPa<0.5MPa(被测压力最小值)量程合适
b. 选精度： 根据测量误差要求|△X|max＝0.03MPa
则
选2.5级
c. 选类型： 按工艺要求就地指示并能高、低限报警，可选电接点压力表。
综上所述，查表13-5，可选择YX-150型电接点压力表，测量范围0～1MPa，精度2.5级。
(2) 压力表的安装 压力表的安装应从测压点的选择、导压管的铺设和仪表的安装 位置这三个方面来考虑。
测压点的位置必须选择在能正确反映被测压力实际大小的位置。例如测量管道中介 质的压力时，应选择在流动平稳的部位。
导压管不宜过长，以减少压力指示的迟缓。导压管上应装切断阀，位置靠近测压点。
压力表应安装在易观察和检修的地方，避免振动和高温影响。
测量蒸汽压力时应加装凝液管，以防止高温蒸汽与测压元件直接接触。对于腐蚀性 介质，应加装充有中性介质的隔离罐。总之，针对具体情况(如高温、低温、腐蚀、结晶、黏 稠介质等)，应采取相应的措施。
压力表的安装示例如图13-18所示。在图中(3)的情况下，压力表的示值比管道内 实际压力高，应减去压力表到管道测压点之间的一段液柱压力。
(1)测量蒸汽
(2)测量腐蚀性介质
(3)压力表位于生产设备之下
图13-18 压力表安装示意图
1—压力表 2—凝液管 3—切断阀门 4—生产设备 5—隔离罐