压力、压差和物位测量

概念

压力：均匀、垂直地作用在单位面积上的力，即压强，单位 Pa
表示方式
- 绝对压力 $P_{J}$ ：物体所承受的实际压力，其零点为绝对真空
- 表压力 $P_{B}$ ：高于大气压力 $P_{D}$ 的绝对压力与大气压力之差，即 $P_{B} = P_{J} - P_{D}$
- 真空度（负压） $P_{Z}$ ：大气压力与低于大气压力的绝对压力之差，即 $P_{Z} = P_{D} - P_{J}$
常采用表压力或真空度来表示压力的大小
- 如无特别说明，压力表和真空表指示的压力均指表压力或真空度
- 而真空度较高时，习惯上采用绝对压力的数值表示

液柱式压力计：根据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度
- 例如：U 形管压力计、单管压力计、斜管压力计等
活塞式压力计：根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量
- 精度较高，为 0.4 或以上
弹性式压力计：根据弹性元件在其弹性限度内形变与所受压力成正比例的关系，即胡克定律
- 结构简单、造价低廉、精度高、测量范围宽、能远距离传送信号
- 工业上应用最广泛的压力测量仪表
电气式压力计：一般以弹性元件为载体，附着敏感元件，将被测压力转换成电阻、电容、电动势等电学量的变化，又称压力变送器

测压仪表的选用：
- 被测压力的种类（压力、负压、绝对压力、压差）
- 被测介质的物理、化学性质（温度、粘度、腐蚀性、爆炸件）
- 用途（标准、指示、记录或远传等）
- 测量准确度
- 被测压力变化范围
量程的选择：
- 压力较为稳定的情况下，最大压力值不超过满量程的 $\frac{3}{4}$
- 被测压力波动较大时，最大压力值应不超过满量程的 $\frac{2}{3}$
- 为保证测量精度，被测压力最小不应该低于全量程的 $\frac{1}{3}$

在敞口容器中，压力计通过取压导管与容器底侧相连，即可指示容器内液位高度
根据流体静压原理有：$$\large \begin{matrix} P=\rho gH \ H=\frac{P}{\rho g} \end{matrix}$$
- $H$ 为液体表面距离零液位面的距离( $m$ )
- $P$ 为液体对零液位面的压力( $Pa$ )
- $ρ$ 为液体介质密度( $kg / m^{2}$ )
- $g$ 为重力加速度( $m / s^{2}$ )
当容器内介质一定，且密度为常数时：
- 测出容器内零液位面所受压力，就可求出物位高度
- 可在压力计上刻度液位，直接指示出物位的变化
还有一种差压式液位计：
- 在密闭容器内测量液位高度，当被测液面上部的介质压力与大气压不同时，尤其是液面上部压力还有波动的情况下，不能使用压力式液位计
- 由流体静力学有：$$\large \begin{matrix} P=P_0+\rho gH \ \Delta P=P-P_0=\rho gH \end{matrix}$$
  - $P_{0}$ 为气相压力( $Pa$ )
  - $Δ P$ 为液位零面的压力与气相压力之差( $Pa$ )

#重点量程迁移也叫零点偏移

如上图所示的安装情况可以认为是无需静压校正的
- 液位零面与正压室等高
- 负压室可以近似认为和气相等压
对于 DDZ-III 仪表来说：
- 当 $H = 0$ 时， $Δ P = 0$ ，输出为 $4 mA$
- 当 $H = H_{m}$ 时， $Δ P$ 达到最大，输出为 $20 mA$

当容器空间内的气体是可凝性气体（如水蒸气），或是为了防腐时，负压室应当装入隔离液（如图片右上角）
设隔离液密度为 $ρ_{1}$ ，液柱高度为 $h$ ，容器内介质密度为 $ρ$ ，则有：
- $\begin{matrix} P_{+} = P_{0} + ρ g H \\ P_{-} = P_{0} + ρ_{1} g H \\ Δ P = P_{+} - P_{-} = ρ g H - ρ_{1} g H \end{matrix}$
可见当 $H = 0$ 时， $Δ P = - ρ_{1} g H$ ，即差压计受到一个附加的负压力作用，对于 DZZ-III 仪表来说，输出会小于 $4 mA$
使 $H = 0$ 时，输出为 $4 mA$ ，则需要设法抵消 $- ρ_{1} g H$ 的作用，量程需要向负方向迁移，迁移量为 $ρ_{1} g H$ ，该过程称为——负量程迁移
- 迁移前的高度-电流曲线在迁移后的下方，迁移前的初始点在 $4 mA$ 下方

当仪表位于容器下方时，正压室测压口与取压口不等高
则有：
- $\begin{matrix} P_{+} = P_{0} + ρ g H + ρ g h \\ P_{-} = P_{0} \\ Δ P = P_{+} - P_{-} = ρ g (H + h) \end{matrix}$
可见当 $H = 0$ 时， $Δ P = ρ g H$ ，即差压计受到一个附加的正压力作用，对于 DZZ-III 仪表来说，输出会大于 $4 mA$
使 $H = 0$ 时，输出为 $4 mA$ ，则需要设法抵消 $ρ g H$ 的作用，量程需要向正方向迁移，迁移量为 $ρ g H$ ，该过程称为——正量程迁移
- 迁移前的高度-电流曲线在迁移后的上方，迁移前的初始点在 $4 mA$ 上方

总结：当

H = 0

时