力學(xué)計(jì)量壓力與真空計(jì)量技術(shù)

力學(xué)計(jì)量壓力與真空計(jì)量技術(shù)第1頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月第八章壓力與真空計(jì)量技術(shù)§8–1壓力計(jì)量的概念§8–2壓力計(jì)量?jī)x器§8–3壓力計(jì)量器具的檢定§8-4動(dòng)態(tài)壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置及壓力傳感器的檢定§8–5真空計(jì)量的概念§8–6真空的獲得與檢漏§8–8真空計(jì)量器具的檢定§8–7真空計(jì)量?jī)x器2第2頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)、科學(xué)研究、醫(yī)療衛(wèi)生、安全防護(hù)以及人民日常生活的各個(gè)領(lǐng)域中，凡是利用液體、氣體、蒸汽等介質(zhì)作為動(dòng)力、加熱、密封試驗(yàn)等，都反應(yīng)有“壓力”這個(gè)物理量。壓力如同其它的狀態(tài)參數(shù)一樣，是工業(yè)生產(chǎn)過程及自動(dòng)化過程中極為重要的控制參數(shù)。因此，需要使用各種能顯示壓力的儀器儀表來計(jì)量壓力的大小和變化。3第3頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月8-1壓力的計(jì)量的概念一、壓力的概念壓力又稱壓強(qiáng)，但在工程上都習(xí)慣稱之為壓力。1653年，法國科學(xué)家帕斯卡首先發(fā)現(xiàn)液體壓力規(guī)律，從而有了著名的帕斯卡定律：當(dāng)外力作用在密閉容器的流體上所產(chǎn)生的壓力，垂直作用在密閉容器的內(nèi)表面，并且傳到流體的任何方向，其強(qiáng)度不變。因此壓力的定義：指流體垂直且均勻的作用在物體單位面積上的力。P=F/A式中:P—壓力量值（Pa）F—作用力（N）A—單位面積（㎡）4第4頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月二、壓力的分類1、大氣壓力：大氣自重所產(chǎn)生的對(duì)地球表面的單位面積上的力，也稱氣壓，以P0表示。大氣壓力量值隨海拔高度、地理緯度和氣象情況不同而改變。2、絕對(duì)壓力：是以零作為參考點(diǎn)的壓力的差壓，又稱全壓力或總壓力，以Pb表示。3、表壓力(余壓)：即壓力儀器儀表指示的壓力，是以環(huán)境大氣壓為零參考點(diǎn)的壓力，以P表示。習(xí)慣上指高于大氣壓的壓力。5第5頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月4、疏空：即負(fù)表壓，也稱疏空壓力或真空壓力，以Pv表示。習(xí)慣上指低于大氣壓的壓力。5、真空度：低于大氣壓的絕對(duì)壓力。6、差壓：兩個(gè)相關(guān)壓力之差。7、靜態(tài)壓力：壓力穩(wěn)定不變或有變化但可以不考慮隨時(shí)間變化的壓力。8、動(dòng)態(tài)壓力：隨時(shí)間變化的壓力。6第6頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月三、壓力計(jì)量單位1法定壓力單位為帕［斯卡］1969年國際計(jì)量委員會(huì)通過一項(xiàng)決議，以1牛頓每平方米作為壓力單位，1971年第14屆國際計(jì)量大會(huì)批準(zhǔn)采用，并以法國科學(xué)家的名字命名為帕[斯卡]（符號(hào)Pa），是具有專門名稱的導(dǎo)出單位。帕[斯卡]，是我國法定壓力計(jì)量單位，也是國際單位制（SI）壓力單位，其物理意義是：1牛頓的力垂直作用在1平方米的面積上的分布力，所以1Pa=1N/1㎡或1Pa=1kg/ms2。7第7頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)國務(wù)院規(guī)定，從1991年１月１日起全國一律執(zhí)行法定計(jì)量單位，非國家法定計(jì)量單位應(yīng)當(dāng)廢除。但考慮到醫(yī)生的使用習(xí)慣，國家有關(guān)部門決定生產(chǎn)雙刻度（Ｐa和mmHg）標(biāo)尺的新型血壓計(jì)，即在1991年后，mmHg仍然允許存在；另外我國實(shí)行開放、搞活的經(jīng)濟(jì)政策，在國際貿(mào)易中要擴(kuò)大貿(mào)易范圍，而世界各國推行國際單位制的進(jìn)度快慢不一，進(jìn)出口貿(mào)易中可能存在舊制單位，以上是可能存在的問題，不是主流，不影響法定計(jì)量單位的貫徹執(zhí)行和廢除非法定計(jì)量單位。但隨著中國加入世貿(mào)組織后，這種現(xiàn)象將逐步消失。2非法定壓力單位8第8頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月幾種主要的壓力單位：

（１）公斤力／厘米２（kgf/cm2）：它的定義是１公斤力垂直作用在１平方厘米的單位面積上所產(chǎn)生的壓力，公斤力／厘米２與工程大氣壓（符號(hào)at）是相等的兩個(gè)壓力單位。

（２）毫米水柱（mmH2O）：它的定義是當(dāng)純水溫度值為4℃，密度值為1g/cm3,重力加速度為980.665cm/s2的條件下，水柱高度（mm）所表示的壓力量值。9第9頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月（３）毫米汞柱（mmHg）：它的定義是汞在0℃時(shí)密度為13.5951g/cm3,重力加速度為980.665cm/s2的條件下，汞柱高度（mm）所表示的壓力。

（４）標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（符號(hào)atm），又稱物理大氣壓，1954年第十屆國際計(jì)量大會(huì)定義為1atm=1013250達(dá)因/厘米2，1atm=101325Pa。

（５）托（符號(hào)Torr），是以一物理大氣壓的1/760所表示的壓力。1Torr=101325/760=133.3224Pa。（６）巴（bar）:是以百萬微巴表示的壓力量值。即1bar=1×106byn/cm2=1×106Pa，在氣象工作中常用毫巴（mbar）為壓力單位。10第10頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月8-2壓力計(jì)量?jī)x器由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科研和計(jì)量部門使用的壓力計(jì)量?jī)x器儀表品種繁多，測(cè)量范圍廣泛，又由于儀表使用環(huán)境條件及要求的多樣性，所以壓力計(jì)量?jī)x器儀表分類的方法也多種多樣。一般情況下，可以根據(jù)儀表的工作原理、準(zhǔn)確度等級(jí)、測(cè)量范圍和顯示方法來分類。壓力計(jì)量?jī)x器儀表的分類11第11頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月按工作原理：液柱式、彈性式、活塞式及電測(cè)式等按被測(cè)壓力種類：余壓計(jì)、絕對(duì)壓力計(jì)、氣壓計(jì)和差壓計(jì)等；按被測(cè)壓力范圍：微壓（5kPa以下），低壓（5～4×105kPa），中壓（0.4～10MPa），高壓（10～600MPa）和超高壓（600MPa以上）12第12頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月一、液體式壓力計(jì)液體式壓力計(jì)又稱液柱式壓力計(jì)，它是基于流體靜力學(xué)原理，利用液柱自重產(chǎn)生的壓力去平衡未知壓力的方法來測(cè)量壓力的儀表。常用的液體壓力計(jì)有：U形壓力計(jì)（雙管）單管（杯形）壓力計(jì)傾斜式微壓計(jì)補(bǔ)償式微壓計(jì)水銀氣壓計(jì)鐘罩式壓力計(jì)。

13第13頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月1U型管壓力計(jì)假設(shè)被測(cè)的介質(zhì)為氣體，可忽略被測(cè)介質(zhì)的高度形成的靜壓值。根據(jù)流體靜力學(xué)原理可得：U型管內(nèi)徑一般為5-20mm，為了減少毛細(xì)現(xiàn)象管子內(nèi)徑一般不少于10mm。P2P1U型管h1h2014第14頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月2．單管式壓力計(jì)因?yàn)锳1、A2為常數(shù)，這樣可通過一次讀數(shù)進(jìn)行壓差測(cè)量。當(dāng)A2/A1很小時(shí)，h1可忽略，公式簡(jiǎn)化為：PdPx直管h1h2當(dāng)精密測(cè)量時(shí)，h1不可忽略。為了方便讀數(shù)，也可使用特制的專用標(biāo)尺。15第15頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月3傾斜式微壓計(jì)P1P2斜管h1h2L主要用于測(cè)量微小的壓力、負(fù)壓和壓差。為了減少讀數(shù)的相對(duì)誤差，拉長(zhǎng)液柱，將測(cè)量管傾斜放置。放大比：16第16頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月17第17頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月傾斜式微壓計(jì)管子的傾斜角通常不小于15度，是為了避免管內(nèi)由于自由表面拉得長(zhǎng)而沖散，反而導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確。工作介質(zhì)常采用酒精。（？）18第18頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月4補(bǔ)償式微壓計(jì)補(bǔ)償式微壓計(jì)可用于處理微壓、差壓和疏空壓力的精密儀器。工作原理？1一容器連接膠管;2一大容器(疏空)接嘴;3一旋轉(zhuǎn)標(biāo)尺;4一垂直標(biāo)尺;5一小容器(加壓)接嘴;6一三通導(dǎo)壓管;7一連接基準(zhǔn)(或標(biāo)準(zhǔn))器的管口;8一調(diào)壓器;9一讀數(shù)尖頭19第19頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月二彈性式壓力計(jì)1概述原理：彈性壓力表是利用各種不同形狀彈性感壓元件在被測(cè)壓力的作用下，產(chǎn)生彈性變形制成的測(cè)壓儀表特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固可靠、測(cè)壓范圍廣、使用方便、造價(jià)低廉、有足夠的精度，可遠(yuǎn)傳常用彈性壓力表：彈簧管式波紋管式膜片（盒）式20第20頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月21第21頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月2彈簧管壓力表Px彈簧管壓力表又稱波登管壓力表，由彈簧管，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，指示機(jī)構(gòu)及表殼組成。22第22頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月假設(shè)被測(cè)壓力大于外界大氣壓力，產(chǎn)生短軸變長(zhǎng)，長(zhǎng)軸變短的彈性形變，使管子在彎曲方向上的剛度增大，自由端向管子伸直的方向運(yùn)動(dòng)。管子的位移變動(dòng)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變成中心齒輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生讀數(shù)。彈簧管是怎樣產(chǎn)生形變的呢？R1R223第23頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月彈簧管在量程范圍內(nèi)自由端的位移一般為7-8o，彈簧管作成多圈時(shí)，自由端的位移可達(dá)45o。彈簧管的自由端的位移可通過杠桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)，這種機(jī)構(gòu)的指針最大轉(zhuǎn)角為180o，通常作成90度的回轉(zhuǎn)角。最常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為杠桿—扇形齒輪機(jī)構(gòu)，可使指針轉(zhuǎn)動(dòng)270o。彈簧管壓力表的使用范圍非常廣，一般的壓力表、氧氣壓力表都屬于此類。24第24頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月3波紋管壓力計(jì)波紋管：開口端固定，封閉端的位移作為輸出，由于波紋管的位移相對(duì)較大，故靈敏度高，常用于測(cè)量較低的壓力（1.0-106Pa）精度等級(jí)1.5級(jí)。25第25頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月4膜片式壓力計(jì)膜片：使用時(shí)周邊夾緊，測(cè)低壓、微壓。將兩塊膜片沿周邊對(duì)焊起來，形成一膜盒，膜盒式微壓計(jì)通常用于測(cè)量爐膛和煙道尾部負(fù)壓。精度等級(jí)為2.5，最高可達(dá)1.5級(jí)。PxPxPxPx平薄片波紋片膜盒26第26頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月三活塞式壓力計(jì)活塞式壓力計(jì)具有量程寬、準(zhǔn)確度高、使用方便等特點(diǎn)，在科研單位及計(jì)量部門有廣泛的應(yīng)用?；钊钊睵F為使活塞恢復(fù)到平衡位置，需要加上質(zhì)量為m的砝碼活塞式壓力計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度主要由活塞有效面積的測(cè)量不確定度決定27第27頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)測(cè)量范圍不同，活塞式壓力計(jì)有多種結(jié)構(gòu)形式：帶簡(jiǎn)單活塞的壓力計(jì)---測(cè)量中高壓；帶壓力倍增器的活塞式壓力計(jì)---測(cè)量超高壓；可控間隙型活塞式壓力計(jì)---新型測(cè)量超高壓；單或是壓力真空計(jì)---測(cè)量壓力和疏空帶平衡液柱活塞式壓力計(jì)---測(cè)量范圍寬，可以從零開始出來壓力；雙活塞式壓力真空計(jì)---可以從零開始測(cè)量；浮球式壓力計(jì)---靈敏度高，常用作標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)28第28頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月四電測(cè)式壓力計(jì)-壓力傳感器液體式、彈性式及活塞式壓力計(jì)屬于靜態(tài)壓力測(cè)試儀器。電測(cè)式壓力計(jì)可以適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量電測(cè)式壓力計(jì)通常由壓力變換器、測(cè)量電路和顯示、記錄或打印三部分構(gòu)成。根據(jù)傳感器的原理不同可以分為：電阻應(yīng)變式、電感式、電容式、壓電式、振弦式等多種。29第29頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月原理：電阻的尺寸例如電阻的長(zhǎng)度、橫截面積發(fā)生變化將引起電阻的變化。電阻的電阻率發(fā)生變化也將引起電阻阻值的變化。分類：①應(yīng)變片：受壓時(shí)，電阻的尺寸L、S發(fā)生變化，引起電阻的變化。②半導(dǎo)體擴(kuò)散硅：在壓力的作用下，電阻率發(fā)生變化。通常半導(dǎo)體擴(kuò)散硅電阻變化的靈敏度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于應(yīng)變片，大約為100倍。1．電阻應(yīng)變式壓力傳感器30第30頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月31第31頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月電阻分布及測(cè)量橋路注意：供給橋路的電流要恒定，即為一恒流源。輸出電壓為10-100多毫伏，后續(xù)一般要加電壓放大電路。優(yōu)點(diǎn)：①溫度補(bǔ)償，②使輸出信號(hào)加倍。32第32頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月電感式壓力傳感器（磁阻式壓力傳感器）的工作基礎(chǔ)：電磁感應(yīng)在壓力作用下使銜鐵位移，使線圈的電感發(fā)生變化而工作(1)工作原理根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，可以分為變間隙式和螺管式兩種2電感式壓力傳感器33第33頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月變間隙式變間隙式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料制成。34第34頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月螺管式電感壓力傳感器在變間隙式傳感器的線圈中心插入鐵芯，就成了螺管式電感壓力傳感器。線圈鐵芯P35第35頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月差動(dòng)電感傳感器a變間隙式差動(dòng)變壓器36第36頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月b螺線管式差動(dòng)變壓器37第37頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月a帶相敏整流的交流電橋

當(dāng)銜鐵上移：D點(diǎn)電位高于C點(diǎn)電位當(dāng)銜鐵下移：C點(diǎn)電位高于D點(diǎn)電位（2）電感式傳感器的測(cè)量電橋38第38頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月b緊耦合電感比例臂電橋當(dāng)傳感器工作：1，3兩點(diǎn)的輸出電壓：39第39頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月3電容式壓力傳感器電容式傳感器是把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的一種傳感器。電容式壓力傳感器一般由彈性體和可變電容組成，工作原理與電容式力值傳感器相似。電容式傳感器不但廣泛用于位移、振動(dòng)、角度、加速度等機(jī)械量的精密測(cè)量，而且還逐步地?cái)U(kuò)大到用于壓力、差壓、液位、物位或成份含量等方面的測(cè)量。40第40頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月電容傳感器的基本理想公式：ε：電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，A：兩平行板所覆蓋的面積；d：兩平行板之間的距離。平板：2、圓筒：l：圓筒長(zhǎng)度；r、R：內(nèi)、外圓筒半徑。定片定片動(dòng)片動(dòng)片（1）工作原理41第41頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月改變A、d、ε三個(gè)參量中的任意一個(gè)量，均可使平板電容的電容量C改變。固定三個(gè)參量中的兩個(gè)，可以做成三種類型的電容傳感器變間隙型變面積型變介電常數(shù)型εd

A42第42頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）差動(dòng)式電容壓力傳感器在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高靈敏度，減小非線性誤差，大都采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)。P2P1膜片固定極板43第43頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）測(cè)量電路用于電容式傳感器的測(cè)量電路很多,常見的電路有：普通交流電橋、脈沖調(diào)制電路、調(diào)頻電路、緊耦合電感臂電橋、變壓器電橋、雙T電橋電路、運(yùn)算放大器測(cè)量電路。電容C、C0和阻抗Z、Z’組成的普通交流電橋測(cè)量電路C：電容傳感器的電容Z′：等效配接阻抗C0、Z：固定電容、固定阻抗44第44頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月4振弦式壓力傳感器弦膜片P45第45頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月5數(shù)字式壓力計(jì)46第46頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月8-3壓力計(jì)量器具的檢定一檢定系統(tǒng)1壓力計(jì)量基準(zhǔn)器具中高壓檢定系統(tǒng)中的計(jì)量基準(zhǔn)器具包括國家壓力基準(zhǔn)和壓力工作基準(zhǔn)國家壓力基準(zhǔn)：用于復(fù)現(xiàn)和保存壓力，由五臺(tái)不同量程的基準(zhǔn)活塞壓力計(jì)組成。壓力工作基準(zhǔn)：四臺(tái)不同量程的活塞壓力計(jì)，其中低量程的一臺(tái)是帶有平衡裝置的活塞壓力計(jì)。微壓檢定系統(tǒng)中的計(jì)量基準(zhǔn)器具僅有國家壓力基準(zhǔn)，它是一種補(bǔ)償式液體壓力計(jì)。47第47頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月中高壓檢定系統(tǒng)中的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具包括一等、二等和三等標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)。其中有活塞式、雙活塞式、浮球式、液體式、彈性式及電測(cè)式等微壓檢定系統(tǒng)中的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具也包括一等、二等和三等標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)，其中有補(bǔ)償式、鐘罩式、數(shù)字式、彈性式及電子式等2壓力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具48第48頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月中高壓檢定系統(tǒng)中的計(jì)量工作器具包括彈性式壓力計(jì)、液體式壓力計(jì)和壓力傳感器微壓檢定系統(tǒng)中的計(jì)量工作器具是指傾斜式微壓計(jì)、彈性式微壓計(jì)、數(shù)字式微壓計(jì)、微壓傳感器和差壓計(jì)等。3壓力工作計(jì)量器具49第49頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月1壓力國家基準(zhǔn)的檢定部件檢定法檢定國家壓力基準(zhǔn)流體靜力平衡法檢定國家工作基準(zhǔn)活塞壓力計(jì)二檢定50第50頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月2標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)和工作壓力計(jì)的檢定（1）液體式壓力計(jì)的檢定密封性的檢定；零位誤差檢查；壓力示值檢定；（2）彈性式壓力計(jì)的檢定零點(diǎn)檢查；壓力示值檢定；51第51頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）活塞壓力計(jì)的檢定壓力校驗(yàn)器密封性檢查；稱重盤屏幕對(duì)活塞中心垂直型的檢查；活塞轉(zhuǎn)動(dòng)延續(xù)時(shí)間的測(cè)定活塞下降速度的測(cè)定活塞有效面積的測(cè)定靈敏限的測(cè)定專用砝碼、活塞及其連接零件質(zhì)量的檢定52第52頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月8-4動(dòng)態(tài)壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置及其壓力傳感器的檢定靜態(tài)壓力：壓力隨時(shí)間不變化或者緩慢變化動(dòng)態(tài)壓力：壓力隨時(shí)間變化用于動(dòng)態(tài)測(cè)試的壓力傳感器是在動(dòng)態(tài)壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢定的。根據(jù)產(chǎn)生的壓力波形的不同，動(dòng)態(tài)壓力裝置主要有正弦壓力發(fā)生器和瞬態(tài)壓力發(fā)生器兩種。53第53頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月一、正弦壓力發(fā)生器按工作原理分為：諧振腔式、非諧振腔式、喇叭式正弦式壓力發(fā)生器適合于中低頻、小壓力的壓力傳感器檢定。1諧振腔式壓力發(fā)生器54第54頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月2非諧振腔式壓力發(fā)生器3喇叭式壓力發(fā)生器55第55頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月二、瞬態(tài)壓力發(fā)生器瞬態(tài)壓力發(fā)生器根據(jù)產(chǎn)生壓力波形的不同，有產(chǎn)生階躍壓力波的激波管、快開閥式壓力發(fā)生器、以及產(chǎn)生鐘形脈沖壓力波的落錘式壓力發(fā)生器。瞬態(tài)壓力發(fā)生器的應(yīng)用比正弦壓力發(fā)生器廣泛，其中激波管宜用于高頻傳感器的檢定，快速閥門壓力發(fā)生器宜用于較低頻高壓傳感器的動(dòng)態(tài)檢定56第56頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月1快開閥式壓力發(fā)生器小容器通過快開閥們與大容器相接。大容器內(nèi)部壓力與小容器壓力的高低決定了閥門打開后小容器壓力的階躍方向。2落錘式壓力發(fā)生器57第57頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月三壓力傳感器的動(dòng)態(tài)檢定動(dòng)態(tài)檢定的目的：產(chǎn)生滿意的周期或階躍壓力，并能可靠地確定其真實(shí)壓力-時(shí)間關(guān)系。動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)分為時(shí)域和頻域兩種。時(shí)域指標(biāo)包括：上升時(shí)間tr，阻尼比ξ，自振頻率、過沖量x及靈敏度s等。頻域指標(biāo)有幅頻特性A(w),相頻特性f(w),和共振頻率w0檢定頻域指標(biāo)，可以在正弦壓力發(fā)生器上用正弦壓力激勵(lì)，所得頻域特性經(jīng)傅里葉變換可得時(shí)域特性。58第58頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月8-5真空計(jì)量的概念一真空的概念真空是指一個(gè)系統(tǒng)的壓力低于標(biāo)準(zhǔn)壓力的氣態(tài)空間，它可用“真空度”進(jìn)行定量表示。二真空區(qū)域的劃分低真空：105～102Pa中真空：102～10-1Pa高真空：10-1～10-5Pa超真空：10-5～10-10Pa極高真空：<10-10Pa59第59頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月三真空度的計(jì)量單位法定計(jì)量單位：帕，Pa非法定計(jì)量單位：托，Torr在真空計(jì)量中，通常用負(fù)指數(shù)表示小于0.1Pa的情況0.1Pa=10-1Pa0.002Pa=2×10-2Pa0.00003Pa=3×10-5Pa60第60頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月四理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體：氣體分子是彈性質(zhì)點(diǎn)，發(fā)生碰撞時(shí)不損失能量；分之間不存在應(yīng)力和斥力，其重力可忽略；氣體分之間的體積比分子活動(dòng)的空間小得多，因此，分子大小可以忽略對(duì)于容器內(nèi)的理想氣體，在平衡態(tài)下，其壓強(qiáng)、體積和溫度滿足以下關(guān)系理想氣體狀態(tài)方程或者克拉伯龍方程61第61頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月由理想氣體狀態(tài)方程可導(dǎo)出不同條件下的三個(gè)氣體定律玻義耳-馬略特定律：蓋.呂薩克定律查理定律62第62頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月理想氣體混合物中某一組分B的分壓pB

等于該組分單獨(dú)存在于混合氣體的T、V時(shí)產(chǎn)生的壓力。而理想氣體混合物的總壓等于各組分單獨(dú)存在于混合氣體的T、V時(shí)產(chǎn)生的壓力總和。道爾頓分壓定律P=P1+P2+P3+…+Pn63第63頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月8-6真空的獲得與檢漏一真空的獲得為了獲得真空，必須利用設(shè)備將容器中的氣體分子抽掉。通常把用來獲得真空狀態(tài)的設(shè)備總稱為真空泵。為得到不同范圍的真空度，用多種不同形式的真空泵。64第64頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月1機(jī)械泵可以作為獲得低真空的獨(dú)立設(shè)備，也可以作為高真空泵的前級(jí)泵。工作過程：氣體從入口進(jìn)入轉(zhuǎn)子和定子之間偏軸轉(zhuǎn)子壓縮空氣并輸送到出口氣體在出口累積到一定壓強(qiáng)，噴出到大氣工作范圍及特點(diǎn)：大氣壓10-3torr耐用，便宜油潤(rùn)滑，污染機(jī)械振動(dòng)65第65頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月2擴(kuò)散泵工作原理擴(kuò)散泵油被外電爐加熱產(chǎn)生油蒸氣油蒸氣沿蒸氣導(dǎo)管上升到管頂油蒸氣經(jīng)傘形噴嘴向下噴出產(chǎn)生射流氣體分子與射流中油分子碰撞發(fā)生動(dòng)量交換氣體分子與射流一起向下運(yùn)動(dòng)油蒸氣與水冷的泵壁相遇而冷卻回流氣體分子則被帶到排氣口附近被抽走油擴(kuò)散泵一般能抽到10-1～10-5Pa優(yōu)點(diǎn)耐用成本低，抽速快無震動(dòng)和聲音缺點(diǎn)油污染66第66頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月原理：氣體分子被高速轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪片撞擊，向出口運(yùn)動(dòng)；多級(jí)速度：30,000-60,000rpm；轉(zhuǎn)子的切向速度與分子運(yùn)動(dòng)速率相當(dāng)；Atmosphereto10-10Torr是最常見的HV/UHV泵3分子泵67第67頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn)基本沒有油的污染啟動(dòng)和關(guān)閉很快缺點(diǎn)噪聲大，有振動(dòng)。電磁污染。比較昂貴68第68頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月4鈦泵原理：加熱Ti絲使其蒸發(fā)到冷壁.Ti原子與氣體反應(yīng).優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)：工作范圍10-8-10-11Torr便宜，可靠，無噪音，無振動(dòng)，無斷電問題需要再生，很難排除惰性氣體和甲烷鈦泵需要1～10-2的預(yù)備真空才能啟用，常與擴(kuò)散泵、分子泵聯(lián)合使用。69第69頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月4鈦泵鈦泵利用活性金屬鈦對(duì)氣體有強(qiáng)烈的吸附作用的原理制成的。為了使得鈦表面能持續(xù)吸附氣體分子，必須不斷更新其吸氣表面。鈦泵就是靠連續(xù)或斷續(xù)地蒸發(fā)鈦來達(dá)到不斷更新金屬表面的目的。鈦泵需要1～10-2的預(yù)備真空才能啟用，常與擴(kuò)散泵、分子泵聯(lián)合使用。70第70頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月二真空檢漏PtP0abcda容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，系統(tǒng)既不放氣，也不漏氣；b壓強(qiáng)開始上升較快，后逐漸減慢后趨于平衡，系統(tǒng)無漏氣而存在放氣c壓強(qiáng)隨時(shí)間直線上升，系統(tǒng)存在漏氣d壓強(qiáng)上升較快，然后逐漸減慢，最后變成直線上升，系統(tǒng)同時(shí)存在漏氣和放氣漏空通常很小，為了判斷漏空位置，通常的檢測(cè)方法有：高頻火花檢漏儀法，真空計(jì)法，氦質(zhì)譜探漏儀法71第71頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月1.高頻火花檢漏法高頻火花檢漏器是高頻高壓對(duì)地放電器件，可以用于真空檢漏。(1)工作原理與結(jié)構(gòu)

圖示一種電容，電感串聯(lián)諧振式高頻火花檢漏器的原理圖。接通K，當(dāng)接觸器CD閉合時(shí)，電流流經(jīng)L1、CD，電流很大，L1產(chǎn)生足夠大的電磁力吸引CD斷開，于是形成L1、C、L2的回路。由于阻抗增加，電流減小導(dǎo)致電磁力下降。從而使CD重新閉合。

如此反復(fù)，在L2上施加高頻脈沖電壓，因此高壓線圈L3便感應(yīng)出高頻高壓脈沖電壓。而L3的一端對(duì)地放電產(chǎn)生高頻火花擊穿現(xiàn)象。這就是高頻火花檢漏器的工作原理。72第72頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月將高頻火花檢漏器的放電簧F沿著已抽空的玻璃系統(tǒng)外表面慢慢移動(dòng)，沒有漏孔時(shí)放電火花束呈雜亂分散狀態(tài)，當(dāng)遇到漏孔時(shí)火花束集中成一條細(xì)束，且指向系統(tǒng)上亮點(diǎn)(漏孔內(nèi)空氣電離率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于玻璃的結(jié)果)，該亮點(diǎn)就是漏孔的位置。

(3)金屬真空系統(tǒng)的檢漏

各種氣體和蒸汽的輝光放電顏色如表。選用表中示漏物質(zhì)施加在金屬真空系統(tǒng)的可疑處，用高頻火花檢漏器激發(fā)系統(tǒng)上玻璃質(zhì)規(guī)管或盲管內(nèi)的氣體，使之放電，觀察放電顏色的變化便可實(shí)現(xiàn)檢漏。這種方法的工作壓力為5×10-1～102Pa，檢漏靈敏度為10-3Pam3／s。

(2)玻璃真空系統(tǒng)的檢漏73第73頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月

表3

各種氣體和蒸汽的輝光放電顏色氣體放電顏色蒸氣放電顏色空氣玫瑰紅水銀藍(lán)綠氮?dú)饨鸺t水天藍(lán)氧氣淡黃真空油脂淡藍(lán)（有熒光）氫氣淺紅酒精淡藍(lán)二氧化碳白藍(lán)乙醚淡藍(lán)灰氦氣紫紅丙酮藍(lán)氖氣鮮紅苯藍(lán)氬氣深紅甲醇藍(lán)74第74頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月2.真空計(jì)檢漏法真空計(jì)檢漏法利用示漏氣體或蒸氣噴射涂覆可疑之處，遇到漏孔，示漏氣體就會(huì)通過漏孔進(jìn)入到真空設(shè)備內(nèi)，使真空計(jì)的指示產(chǎn)生突然的變化，這就指示了漏孔的位置。熱傳導(dǎo)真空計(jì)：10~10-1Pa電離真空計(jì):<5×10-2Pa示漏氣體：H2,CO2,丁烷，丙酮，乙醚，酒精75第75頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月3氦質(zhì)譜儀檢漏法氦質(zhì)譜檢漏儀是用氦氣為示漏氣體的專門用于檢漏的儀器，它具有性能穩(wěn)定、靈敏度高的特點(diǎn)。是真空檢漏技術(shù)中靈敏度最高，用得最普遍的檢漏儀器。氦質(zhì)譜檢漏儀通過測(cè)量探漏儀中氦氣分子的壓強(qiáng)變化情況，來實(shí)現(xiàn)檢漏目的。目前使用最多的檢漏方法為噴吹法。76第76頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高；缺點(diǎn)：儀器復(fù)雜。77第77頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月8-7真空計(jì)量?jī)x器-真空計(jì)按測(cè)量方式： 絕對(duì)真空計(jì) 相對(duì)真空計(jì)按測(cè)量范圍： 低真空計(jì) 中真空計(jì) 高真空計(jì) 超高真空計(jì) 極高真空計(jì)78第78頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月一低真空計(jì)低真空度測(cè)量常用彈簧管式真空表和U型管真空計(jì)1彈簧管式真空表原理結(jié)構(gòu)與壓力表相同，刻度標(biāo)識(shí)不同。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量準(zhǔn)確度高，用于1atm～103Pa的低真空79第79頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月2U型管真空計(jì)U型管真空計(jì)與壓力計(jì)結(jié)構(gòu)相同，比較簡(jiǎn)單。通常是用玻璃管制成，其工作液體有多種，通常為水銀和油。管的一端與待測(cè)壓力的真空容器相連，另一端是封死的或開口與大氣相通，以U型管兩端的液面差來指示真空度。它是一種絕對(duì)真空計(jì)。

水銀U型管真空計(jì)的測(cè)量范圍為10-5～5×102Pa。油型管真空計(jì)的測(cè)量下限可達(dá)40Pa。80第80頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月開式U型管真空計(jì)：將U型管內(nèi)充入適量的工作液(如水銀)，一端開口接大氣(即環(huán)境大氣壓p0)，另一端與被測(cè)真空系統(tǒng)相連接(待測(cè)壓力p)(1)開式U型管真空計(jì)81第81頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月把管內(nèi)預(yù)先抽至壓力為10-1Pa以下，關(guān)閉閥門。然后將工作液(如水銀)注入管內(nèi)，其開口端與待測(cè)真空系統(tǒng)相連接。兩端液面處于液面靜壓力平衡時(shí)，則待測(cè)壓力值可用下式求得(忽略封閉端內(nèi)壓力對(duì)液面的影響)：(2)閉式U型管真空計(jì)82第82頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月二中真空計(jì)中真空度測(cè)量常用熱導(dǎo)式真空計(jì)和電容式薄膜真空計(jì)1熱導(dǎo)式真空計(jì)原理：根據(jù)氣體分子的熱傳導(dǎo)與壓強(qiáng)有關(guān)。IQLQC抽真空QRQCQR+QL10-1104P(Pa)Q(Js)熱量損失與氣體壓強(qiáng)的關(guān)系83第83頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)上述原理，只要測(cè)得熱絲的熱量損失，便可知管內(nèi)氣體的真空度。熱絲的熱量損失與溫度有關(guān)，因此，熱導(dǎo)式真空計(jì)關(guān)鍵是測(cè)量熱絲的溫度。根據(jù)測(cè)溫方法的不同，分為膨脹式真空計(jì)、電阻真空計(jì)和熱偶真空計(jì)。其中熱偶式真空計(jì)使用最多，膨脹式真空計(jì)因測(cè)量誤差大和使用不變很少使用。84第84頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）電阻真空計(jì)原理：利用熱絲電阻隨溫度變化的性質(zhì)，也稱皮喇式真空計(jì)。主要由電阻規(guī)管和測(cè)量電路組成。測(cè)量電路可采用定壓式、定流式或定溫式等幾種。定壓式和定流式雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但測(cè)量范圍窄，故常采用定溫式。定溫式電路維持熱絲的加熱溫度不變，通過測(cè)量熱絲的輸出電壓來確定溫度。85第85頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月定溫式測(cè)量電路原理圖86第86頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）熱偶真空計(jì)原理：利用熱電偶來測(cè)定真空度。應(yīng)用非常廣泛。測(cè)量范圍一般為102～10-1Pa87第87頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）電容薄膜真空計(jì)原理：利用彈性薄膜在壓力差作用下產(chǎn)生形變，從而引起電容變化的原理制成的。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果為全壓強(qiáng)，反應(yīng)時(shí)間快，線性好，便于遠(yuǎn)距離測(cè)量，耐大氣沖擊，耐腐蝕耐烘烤等；缺點(diǎn)：受環(huán)境溫度影響嚴(yán)重，零點(diǎn)漂移測(cè)量范圍：105～10-1Pa88第88頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月三高真空計(jì)測(cè)量高真空度的主要儀表是電離式真空計(jì)，利用氣體分子的電離原理制成。根據(jù)氣體電離源的不同，可以分為熱陰極電力真空計(jì)（簡(jiǎn)稱熱規(guī)）、冷陰極電離真空計(jì)（冷規(guī)）和放射線電離真空計(jì)。I：收集級(jí)形成的離子流；Ie：加速級(jí)吸收電子形成的電子流也稱發(fā)射電流；S：規(guī)管常數(shù)，其值與規(guī)管各電極的相對(duì)位置和電位，以及被測(cè)氣體的種類等因素相關(guān)。1熱陰極電離真空計(jì)熱規(guī)特征方程熱規(guī)的測(cè)量范圍一般為10-1～10-5Pa，高壓強(qiáng)式102～10-4Pa89第89頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月1收集級(jí)2陰極3加速級(jí)熱陰極電離真空計(jì)電路結(jié)構(gòu)90第90頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月2冷陰極電離真空計(jì)原理與熱陰極典禮真空計(jì)相同，不同點(diǎn)是沒有陰極加熱，但電場(chǎng)外增加了磁場(chǎng)。需要注意的是冷規(guī)放電電路與氣壓之間并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，因此必須要校準(zhǔn)定度。冷陰極電離真空計(jì)的測(cè)量范圍一般為1～10-5Pa91第91頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月四超高真空計(jì)超高真空計(jì)的測(cè)量，一般采用B-A超高電離真空計(jì)。當(dāng)規(guī)管內(nèi)壓強(qiáng)很低時(shí)，收集級(jí)接收到的離子流很小，而光電流