压力测量仪表

　　在现代工业生产过程中，压力是工业生产中的重要参数，它决定生产过程能否正常进行。如高压容器的压力超过额定值时便是不安全的，必须进行测量和控制。在某些工业生产过程中，压力还直接影响产品的质量和生产效率，如生产合成氨时，氮和氢不仅须在一定的压力下合成，而且压力的大小直接影响产量高低。
　　此外，在一定的条件下，测量压力还可间接得出温度、流量和液位等参数。化学工业生产过程中的压力既影响化学反应的平衡关系，也影响反应速率，只有按工艺条件的规定保持一定的压力才能保证化学反应正常进行。在研制一些新产品时，例如工业汽轮机、内燃机、航空发动机等，必须测出压力与其他参数之间的关系，才能确定其性能。因此压力测量仪表的应用非常广泛。
　　随着工业技术的发展和工业计算机控制系统的广泛应用，各种新型的电测压力计，即压力传感器将得到更大的发展。它们可以输出电阻、电流、电压或频率等信号，以适应各种不同应用场合的需要，并可与测量线路和信号测量装置组成压力测量控制系统（图2）。常见的信号测量装置有电流表、电压表、应变仪以及计算机等。有时，在这类测量系统中还需要加入辅助电源。这类压力传感器正向小型化和数字化方向发展。利用压阻效应、压电效应或其他物理特性的压力传感器正在和集成电路技术、数字技术相结合，直接把压力转换为数字信号输出。

　　压力测量仪表所测量的压力，实际上是物理概念中的压强，即垂直作用在单位面积上的力。被测介质作用在容器单位面积上的全部压力称为压力pi,用来测量压力的仪表称为压力表。大气在地面上产生的平均压力值称为大气压力pq，用来测量大气压力的仪表称为气压表。通常压力测量仪表所测得的压力值等于压力值与大气压力值之差，称为表压力pb。压力值小于大气压力值时，表压力为负值（即负压力），此负值的值称为真空度pz，相应的测量仪表称为真空表（或称负压表）。既能测量压力值又能测量真空度的仪表称为压力真空表。
　　垂直均匀地作用于单位面积上的力称为压力，又称压强。压力表可以指示、记录压力值并可附加报警或控制装置。仪表所测压力包括压力、大气压力、正压力（习惯上称表压）、负压 (习惯上称真空)和差压。工程技术上所测量的多为表压。压力的国际单位为帕(Pa)。压力的其他单位还有：工程大气压(kgf/cm2)、巴(bar)、毫米水柱(mmH2O)、毫米汞柱(mmHg)(即托)等。

　　压力测量仪表按工作原理分为液柱式、弹性式、负荷式和电测式等类型。
　　液柱式压力测量仪表
　　常称为液柱式压力计。它是以一定高度的液柱所产生的压力与被测压力相平衡的原理测量压力的。大多是一根直的或弯成U形的玻璃管，其中充以工作液体。常见的有单管压力计、U形压力计。常用的工作液体为蒸馏水、水银和酒精。因玻璃管强度不高并受读数限制，所测压力一般不超过0.3兆帕。它的特点是灵敏度高。液柱式压力计主要用作实验室中的低压基准仪表，以校验工作用压力测量仪表。由于工作液体的重度在环境温度、重力加速度改变时会发生变化，对测量的结果常需要进行温度和重力加速度等方面的修正。
　　弹性式压力测量仪表
　　利用各种不同形状的弹性元件在压力下产生变形的原理制成的压力测量仪表。弹性式压力测量仪表按采用的弹性元件不同分为弹簧管压力表、膜片压力表、膜盒压力表和波纹管压力表等；按功能不同分为指示式压力表、电接点压力表和远传压力表等。这类仪表的特点是结构简单，结实耐用，测量范围宽(-0.1～1500兆帕)，是压力测量仪表中应用最多的一种。
　　弹簧管压力表又称为波登管压力表。压力表中的弹簧的自由端是封闭的，它通过拉杆带动扇形齿轮转动。测压时，弹簧管在被测压力作用下产生变形，因而弹簧管自由端产生位移，位移量与被测压力的大小成正比，使指针偏转，在度盘上指示出压力值。如果表壳内通有大气，压力表测出的压力为正压或负压;如果将表壳密封并抽真空，压力表测出的压力就是压力。弹簧管压力表带有隔离装置时，尚可测量温度较高或腐蚀性、粘稠状、易结晶和粉尘状介质的压力。在精确度较高（如0.25级以上）的弹性式压力测量仪表中，弹性元件多用恒弹性合金以至石英玻璃制成。传动机构的轴孔中镶嵌宝石轴承或滚动轴承。度盘标尺长，有的还能进行数字显示。
　　负荷式压力测量仪表
　　常称为负荷式压力计。它是直接按压力的定义制作的，常见的有活塞式压力计、浮球式压力计和钟罩式压力计。砝码和活塞系统的重力作用于工作介质（油或气），产生的压力按帕斯卡原理（见流体静力学）传至压力计各处，其值等于砝码和活塞系统的重力除以活塞有效面积。调整砝码即可获得不同的压力值。由于活塞和砝码均可精确加工和测量，这类压力计误差很小，主要作为压力基准仪表使用，测量范围从数十帕至2500兆帕。提供的标准压力值为断续值，故操作较复杂。当活塞式压力计的精确度在0.05级以上时，则需要对测量结果进行修正。修正的内容有环境温度变化引起的活塞有效面积变化的影响、空气浮力的影响、活塞底部和被校仪表中心的高度差的影响等。压力高于25兆帕时，尚须考虑高压时活塞杆变形造成的误差的修正。
　　电测式压力测量仪表
　　这类仪表利用金属或半导体的物理特性直接将压力转换为电压、电流信号或频率信号输出，或是通过电阻应变片等将弹性体的形变转换为电压、电流信号输出。代表性产品有由压电式、压阻式、振频式、电容式和应变式等压力传感器所构成的电测式压力测量仪表。精确度可达0.02级，测量范围从数十帕至700兆帕不等。
　　压阻式压力传感器是利用半导体材料硅受压后电阻率改变与所受压力有一定关系的原理制做的。用集成电路工艺在单晶硅膜片的特定晶向上扩散一组等值应变电阻，将电阻接成电桥形式。当压力发生变化时，单晶硅产生应变，应变使电阻值发生与被测压力成比例的变化，电桥失去平衡，输出一电压信号至显示仪表显示。

　　1643年，意大利人E.托里拆利首先测定标准的大气压力值为760毫米汞柱，奠定了液柱式压力测量仪表的基础。1847年，法国人E.波登制成的波登管压力表，由于结构简单、实用，很快在工业中获得广泛应用，一直是常用的压力测量仪表。20世纪上半叶出现远传压力表和电接点压力表，从而解决压力测量值的远距离传送和压力的报警、控制问题。60年代以后，为适应工业控制、航空工业和医学测试等方面的要求，压力测量仪表日益向体积轻巧、耐高温、耐冲击、耐振动和数字显示等方向发展。