压力基础

  忆秦横塘 ·  2009-03-18 09:29  ·  15035 次点击
一、压力的定义及压力计量
在物理学中、将液体、气体(或蒸汽)介质垂直作用于单位面积上的压力称为“压强”。因此,在物理学中压力是作用力的概念。工程技术上所用的压力名词与物理学中的压强是同一概念。故我们现在所说的压力巨是指工程技术中使用的名词。
压力的定义是:垂直作用在单位面积上,而且均匀分布此面积上的力。
根据压力的定义,其基本公式是:
P=F/S式(1)
式中:P——作用的力
F——作用力
S——作用面积
从式(1)中可知,压力与所承受力的面积成反比,而与作用力成正比,在同一作用力的情况下,当作用面积大时压力小,作用面积小时压力大;相反,当作用面积一定时,压力随作用力的增大而增大,随着作用力的减小而减小。
在工程技术中,由于各种测试目的和要求不同,以及需要测试的环境条件也各不相同,所以,需要研究压力测试的情况也不相同。
当施力于物体上时,其体积和形状就发生变化。而当力停止作用后,物体又能恢复其原来体积和形状的现象称为弹性。所以,一般可用物体的弹性来表示压力的量值。
在固体中,当力作用于任何固定不动的物体上时,就会产生由物体体积改变所引起的应力;而在液体中,如将液体装在用活塞密封的容器中。当在活塞上施力时,那么容器中产生的压力会均匀分布到液体的所有质点(液体所占体积的各点),同时液体又将压力垂直地传到它周围的器壁。
在工程技术中,压力的量值一般都是采用根据物体上述的一些性质所制成的各类压力仪器仪表来测量的。而用压力仪器仪表来对目的物进行比较或测量压力量值的过程叫压力计量。
由于应用压力是多种多样的,因此就产生了不同的压力状态。
二、在流体力学中的压力
1、静止流体中的压力(静压力)
流体静压力的方向永远沿着作用力的法线方向,流体中任一点上各方向的静压力均相等。流体对装流体的容器底部和侧壁菌有压力作用,其任一点的压力与流体表面到该点的深度成正比。在同一水平面的所有各点压力是相等的,而且同一深度各方向压力相等。如果不是这样,那么流体在该点某些方向上有不平衡的力,会使流体在该点处于运动中。
流体的自由面处于静止,并且保持与是平面平行。加在密封液体上的压力,能够按照原来的大小由液体向各个方向传递。这就是著名的帕斯卡定律。
2、运动流体压力
对于运动流体,任何一点的压力是所取得平面方向的函数,并在与运动方向垂直的面为最大值。根据运动流体力学系统中动能和势能的关系可知,当某一质量为m的流体以速度v运动时,它的动能等于mv2/2;而当质量为m的流体上升高度为h时,其势能等于mgh,其中g为重力加速度。对于某一封闭的力学,总的能量等于动能和势能之和,并保持常量:
mv2/2+mgh=常数式(2)
对于不可压缩的无粘滞性的流体,即理想流体而言,在物理学中,根据流体的连续原理可以得到伯努利方程:
P+ρv2/2+ρgh=常数式(3)
式中P----压力
ρ---流体的密度
当流体处于静止状态时,即流体的速度为零,那么式(3)变成:
P+ρgh=常数式(4)
当流体处于水平方向流动时,即h=0那么式(3)变成:
ρv2/2+P=常数式(5)
一般将压力P称为静压,ρv2/2称为动压,所以这时静压和动压之和为常数,那么流速大时静压低,反之,流速小时静压高。实际上,由于流体有粘滞阻力引起的能量损失,所以,总压力不能保持常数,而沿流动方向减小。
三、压力的名词术语
在工程技术中,为了区别测试的目的的不同,常使用以下压力名词术语:
1、绝对压力PA
绝对压力是相对于绝对真空所测得的压力,即从完全的零压力开始所测得的压力。它是液体、气体或蒸汽所处空间的全部压力,也叫不带条件起算的全压力。当然,得到完全真空是不可能的饿,因此一般说流体的绝对压力应是流体的压力与真空中残余压力的差值。但是,随着科学技术的发展,已可能得到几乎接近完全真空。对一般压力计量测试而言,其真空度到(10-1~10-2)Pa(均10-3~10-4mmHg)则可以认为是完全真空,一般用PA或abs表示绝对压力。
2、大气压力P0
大气压力就是地球表面上的空气柱重量所产生的压力。即围绕地球的大气层,由于它本身的重力对地球表面单位面积上多产生的压力。它随某一地点离海平面的高度,所处纬度和气象情况而变化。并且随着时间、地点的不同而变化,用符号P0表示。
3、相对压力P
A、表压力(正压力)Pg
表压力是高于大气压力的绝对压力与大气压力之差,或者相对将大气压力作为零压力就称为表压力,一般压力仪表,若无特殊装置。其零点压力实际就是当时的大气压力,所以,当PA>P0时表压力Pg为:
Pg=PA–P0式(6)
变换后得绝对压力PA为:
PA=Pg+P0式(7)
一般情况下,直接用P表示相对压力。有时将大于大气压力的表压力称为正压力。可用符号“+”表示。
B、负压力(疏空或真空表压力)Pv
当绝对压力小于大气压力时,大气压力与绝对压力之差称为负压力(疏空或真空表压力),用Pv表示,或用符号“-”表示。所以,当PA>P0时,负压Pv为:
Pv=P0-PA式(8)
C、差压Pd
两个压力之间的差值称为差压,或者以大气压力以外的任意压力作为零点所
表示的压力,用Pd表示。
D、真空度(V)
当绝对压力低于大气压力时的绝对压力称为真空度。
E、静压
不随时间变化的压力叫静压。当然,绝对不变化是不可能的,因而规定压力随时间的变化,每秒钟为压力计分度值的1%,或每分钟在5%以下变化压力均称为静压。
F、动压
压力随时间的变化超过静压所规定的限度的变化叫动压。一般又将非周期变化的压力叫变动压;把不连续而变化大的叫冲击压;作周期变化的叫脉冲压。
第三章压力的单位
一、国际单位制中的压力单位及物理意义
国际单位制中的压力单位是牛顿/米2,又称帕斯卡,简称“帕”(以Pa表示)。它的物理意义是:一牛顿的力垂直均匀地作用于一平方米面积上所产生的压力。即:Pa=N/m2
式中:Pa——帕斯卡(压力单位)
N——牛顿(力的单位)
M——米(长度单位)
1971年十四届国际计量大会上决定给予压力单位具有专门名称的导出单位。1984年我国也规定将帕斯卡作为法定的压力计量单位。
从压力的定义已知,压力的单位不是基本单位,而是一个导出单位,它是由力的单位和长度单位组合成的一个单位。长度单位是长度基本单位m(米)导出即:m2(平方米);力的单位是具有专门名称的导出单位——N(牛顿),其定义为1kg(千克)质量的物体产生1m/s2(米/秒2)加速度的力为1N(牛顿),即:
1N=1kg•m/s2;1牛=1千克•米/秒2式(9)
当均以基本单位表示时为:
1Pa=(1kg•m/s2)1m2=1m-1•kg•s-2式(10)
二、帕斯卡与其他压力单位间的换算
由于历史原因,过去使用的压力单位比较多,虽然我国已规定只能使用国际单位制单位——帕斯卡,但随着对外开放及技术引进,我国有许多单位随设备进口的压力仪表还有许多是我国法定计量单位以外的压力单位制成的。为了便于换算在这里介绍几种常见的压力单位与帕斯卡的换算关系:
1hPa(百帕)=100Pa(帕)
1kPa(千帕)=1000Pa(帕)
1MPa(兆帕)=1000000Pa(帕)
1bar(巴)=100000Pa(帕)
1mbar(毫巴)=100Pa(帕)
1psi(磅力/寸2)=6894.76Pa(帕)
1kgf/cm2(公斤力/平方厘米)=98066.5Pa(帕)
1mmHg(毫米汞柱)=133.322Pa(帕)
1mmH2O(毫米水柱)=9.80665Pa(帕)
由于测试的目的、要求和条件的不同,人们设计了多种压力仪器仪表以适应需要。根据仪器仪表的作用原理、准确度等级、压力量值的大小和被测种类可分为:
一、按作用原理分类
1、液体式
液体式压力计是基于流体静力学原理,利用液柱高产生的力去平衡未知力的方法和测量压力的仪器。被测的液柱高度差可以直接判读,显示或通过计算方法来确定。常用的液体压力计有:水银气压计、U型管压力计、杯型压力计、钟罩式压力计、补偿式微压计和斜管微压计等。
2、弹性式
弹性式压力计的作用原理是利用弹性敏感元件(如弹簧秤)在压力作用下产生弹性形变,其形变的大小与作用的压力成一定的线性关系,通过传动机构(机芯)用指针或其他显示装置表示出被测的压力的侧压仪表。因使用的弹性敏感元件不同,有弹簧感式、膜片式,膜盒式和波纹管式等多种。
3、活塞式
活塞式压力计的作用原理是利用流体静力平衡原理和帕斯卡原理,由作用已知活塞有效面积上的专用砝码来进行测压的仪器,常见的活塞式压力计有“单(双)活塞式压力真空计,活塞式压力计、带液柱平衡活塞式压力计、气体活塞式压力计、带倍增器活塞式压力计、可控间隙活塞式压力计和浮球式压力计等,由于活塞的机械加工的精度高,故活塞式压力计的准确度也可做得很高,它可以做成国家基准直至工作标准。
4、电测式
电测式压力计的工作原理是:通过某些转换元件,将压力变成电量来测量压力的压力计。电测式压力计一般可分为二类:一类是传感器,另一类是变送器,两者区别是传感器和电信号输出每个都不一样;变送器输出是统一电信号,常见有:应变式、固态压阻式、压电式、电感式、电容式、振频式等,电测式压力计特别适合自控和记录等。
5、数字式
数字式压力计是可以直接以压力单位用数字显示的压力仪器,或者显示某一准数值,可根据其压力的关系来确定压力量值的压力计。这类压力计大部分是以压力传感器为感压元件,然后将信号放大,经摸/数转换成具有显示压力单位数值的压力计。尤其在现代工程技术中,要求自动控制,这就要求既要能显示生产工艺流程中的压力参数,又要将压力信号输出供数据分析和处理。所以随着科学技术的发展,带各种各样功能的数字压力计应运而生。

5 条回复

chinagaow  2009-03-19 15:39
楼主,您的资料很好!适合我的学习和技术的提高!
qjl  2009-03-19 15:20
怎样选择压力表的测量上限?
1、压力表低于1/3量程部分,精度较低,不宜使用。
2、选择测量上限时,一般应大于最高使用压力的1/3,留有余地的目的,为了保证压力表安全可靠地工作,维护其使用寿命。
3、选择使用范围时,最高不得超过度盘满刻度的3/4。按负荷状态的通用性来说,以选用标尺全量程的1/3~2/3之间为宜。因为这一使用范围,准确程度较高,又适合平稳、波动两种负荷下兼可使用。
4、选择测量上限时,可按下列方法计算。
(1)、已知所测最大压力值,求所需上限值的计算:3/2×所测最大压力值=所求测量上限值。
例:测量最大压力值不超过4MPa时,应选用哪种测量上限值的压力表?
解:3/2×4MPa=6MPa
答:应选用测量上限为6MPa的压力表。
(2)、已知测量上限值,求常测量的最大压力值的计算,2/3×测量上限值=常测压力的最大值。
例:6MPa压力表,常测的最大压力值应为多少?
解:2/3×6MPa=4MPa
答:6MPa压力表常测的最大压力值为4MPa.
qjl  2009-03-19 15:16
如何正确选用压力表?
选用压力表时应注意以下问题:
(1)量程装在锅炉、压力容器上的压力表,其最大量程(表盘上刻度极限值)应与设备的工作压力相适应。压力表的量程一般为设备工作压力的1.5~3倍,最好取2倍。若选用的压力表量程过大,由于同样精度的压力表,量程越大,允许误差的绝对值和肉眼观察的偏差就越大,则会影响压力读数的准确性;反之,若选用的压力表量程过小,设备的工作压力等于或接近压力表的刻度极限,则会使压力表中的弹性元件长期处于最大的变形状态,易产生永久变形,引起压力表的误差增大和使用寿命降低。另外,压力表的量程过小,万一超压运行,指针越过最大量程接近零位,而使操作人员产生错觉,造成更大的事故。因此,压力表的使用压力范围,应不超过刻度极限的60~70%。
(2)测量精度压力表的精度是以允许误差占表盘刻度极限值的百分数来表示的。精度等级一般都标在表盘上,选用压力表时,应根据设备的压力等级和实际工作需要来确定精度。额定蒸汽压力小于2.45MPa的锅炉和低压容器所用的压力表,其精度不应低于2.5级;额定蒸汽压力大于2.45MPa的锅炉和中、高压容器的压力表,精度不应低于1.5级。
(3)表盘直径为了使操作人员能准确地看清压力值,压力表的表盘直径不应过小。在一般情况下,锅炉和压力容器所用压力表的表盘直径不应小于100mm,如果压力表装得较高或离岗位较远,表盘直径还应增大。
gyhqm  2009-03-18 21:16
我想知道,已知风压如何求风速?然后是不是就能求风量了阿?
忆秦横塘  2009-03-18 16:30
怎么没人 阅读哇~~自己顶个:victory:

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