壓力測量的原理，方法和實(shí)踐

[實(shí)驗(yàn)工程師·慈善學(xué)習(xí)營]第五期第四講

[實(shí)驗(yàn)工程師·公益學(xué)習(xí)營]第24屆講座將于2020年6月19日舉行。該講師是北京瑞豐協(xié)同技術(shù)有限公司的高級技術(shù)經(jīng)理。他有十年的工作經(jīng)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)測試技術(shù)領(lǐng)域。經(jīng)驗(yàn)豐富，專注于數(shù)據(jù)采集和測試設(shè)備的選擇和應(yīng)用以及測試測試計(jì)劃的設(shè)計(jì)。他參與了許多行業(yè)的大型測試和測試系統(tǒng)的構(gòu)建和實(shí)施以及應(yīng)用咨詢。

在本課程中，講師將集中于以下六個(gè)方面向大家進(jìn)行解釋：壓力測量概述，壓力測量原理和方法以及儀器的分類，壓力傳感器的類型和測量特性，電子壓力掃描閥的介紹和特性，壓力傳感器組件和掃描閥的測量系統(tǒng)之間的比較以及壓力測量技術(shù)的發(fā)展。

壓力測量壓力的含義和基本概念是工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)之一。流體的輸送和物質(zhì)物理性質(zhì)的變化都與壓力有關(guān)。同時(shí)，壓力是生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程的安全指標(biāo)。任何設(shè)備只能承受設(shè)計(jì)規(guī)定的壓力。如果壓力超過允許的壓力范圍，可能會(huì)損壞設(shè)備，甚至引起爆炸，并造成巨大損失。因此，壓力測量在與我們的生活息息相關(guān)的汽車，制造，航空，生物醫(yī)學(xué)乃至空調(diào)和電子設(shè)備領(lǐng)域中非常重要。壓力是指垂直作用在單位面積上的力。壓力測量中通常會(huì)存在絕對壓力，表壓，壓差，負(fù)壓或真空度。壓力的合法測量單位為Pa（Pa）。常用的表示壓力的單位是千帕（KPa），兆帕（MPa），毫米水柱（mmH2O），毫米汞（mmHg），巴（Bar），磅力/平方英寸（psi）等。

壓力測量的原理和方法以及儀器的分類-壓力測量主要有四種方法：平衡法（液柱式）自動(dòng)測量設(shè)備，彈性法（機(jī)械式），活塞式和電氣式（數(shù)字式）。常見的電子壓力表包括壓力開關(guān)和壓力傳感器。壓力傳感器是眾所周知的。由于它輸出電力，因此便于遠(yuǎn)程信號傳輸，特別是與計(jì)算機(jī)連接以形成自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因此它已被廣泛使用并極大地促進(jìn)了測試技術(shù)的發(fā)展。

壓力傳感器類型很多，其分類方法也不同。從將壓力轉(zhuǎn)換為電能的角度來看，可分為電阻效應(yīng)，電容效應(yīng)，電感效應(yīng)，電磁效應(yīng)，壓阻效應(yīng)，壓電效應(yīng)，光電效應(yīng)等。

電子壓力掃描閥的介紹和特點(diǎn)-在發(fā)動(dòng)機(jī)各部分的參數(shù)測量過程中，參數(shù)很多，一個(gè)部分可以達(dá)到數(shù)十個(gè)測量點(diǎn)，整個(gè)流場中有很多部分，空間不夠用于傳感器安裝，傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)具有安裝復(fù)雜，準(zhǔn)備時(shí)間長，系統(tǒng)校準(zhǔn)過程繁瑣的特點(diǎn)，無法再滿足多通道的測試要求和復(fù)雜的測試條件。因此，一種簡單有效的多通道測試方法尤為重要。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)測試，汽車測試，風(fēng)洞測試等領(lǐng)域引入了一種新的測量方法-電子壓力掃描閥，并廣泛應(yīng)用于零件的流場和測試壓力測量。

電子壓力掃描閥系統(tǒng)是一種壓力測量設(shè)備，自1990年代以來已在世界范圍內(nèi)廣泛使用。它是一個(gè)高度模塊化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，集成了壓力傳感器和數(shù)據(jù)處理單元。配置和操作非常簡單，特別是對于具有眾多壓力測量點(diǎn)且對測量精度要求較高的渦輪動(dòng)力機(jī)械（飛機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)等）。典型應(yīng)用還可以應(yīng)用于更復(fù)雜的風(fēng)洞和飛行測試。

電子壓力掃描閥是一種高性能的集成氣壓測量裝置，用于多通道干式和非腐蝕性氣壓測量。其主要功能如下：

多通道，高度集成的設(shè)計(jì)：集成了16個(gè)傳感器和數(shù)據(jù)采集單元，它們通過氣動(dòng)接口直接連接到DUT末端的探頭；

智能測量：壓力傳感器和氣體回路校準(zhǔn)閥集成在掃描閥內(nèi)部。每個(gè)傳感器組件都包含一個(gè)用于實(shí)時(shí)測量和溫度補(bǔ)償?shù)臏囟葌鞲衅?，還包含一個(gè)EEPROM，用于存儲(chǔ)傳感器信息，例如序列號，范圍，校準(zhǔn)日期和最重要的校準(zhǔn)系數(shù)；

高精度測量：它收集的數(shù)據(jù)是EU（工程單位）數(shù)據(jù)，可保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，并自動(dòng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。同時(shí)，它可以執(zhí)行多點(diǎn)校準(zhǔn)，以確保系統(tǒng)精度達(dá)到±0.05％FS。

壓力傳感器測量方法與電子壓力掃描閥之間的比較-壓力傳感器和電子壓力掃描閥可以從四個(gè)方面進(jìn)行比較：系統(tǒng)組成和構(gòu)造方法，系統(tǒng)測量精度，系統(tǒng)維護(hù)和故障排除，系統(tǒng)校準(zhǔn)和校準(zhǔn)。

壓力測量技術(shù)的發(fā)展-壓力測量在不同的領(lǐng)域和應(yīng)用中有不同的要求，但它們都占有重要的地位。壓力傳感器也已經(jīng)從傳統(tǒng)的機(jī)械傳感器發(fā)展到高精度，低成本的MEMS壓力傳感器自動(dòng)測量設(shè)備，并且正朝著小型化，集成化，智能化，廣泛化和標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。壓力表的結(jié)構(gòu)也從簡單變?yōu)閺?fù)雜，從機(jī)械變?yōu)殡姎?。其測量范圍已從中低壓發(fā)展到微壓和超高壓。測量特性已經(jīng)從靜態(tài)壓力測量演變?yōu)閯?dòng)態(tài)壓力測量。壓力顯示方法從指針和刻度顯示到數(shù)字顯示，由微計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)記錄和打印以及自動(dòng)數(shù)據(jù)處理。

隨著測試需求的不斷升級和變化，出現(xiàn)了不同類型的傳感器或不同的測試方法，它們適應(yīng)了不同領(lǐng)域，不同環(huán)境和不同應(yīng)用的需求。每種傳感器或測量方法都有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，無法適用于所有行業(yè)，但是在某些領(lǐng)域具有不可替代的優(yōu)勢。因此，合理選擇測試方案可以弱化弊端，并充分利用其優(yōu)勢，為測試帶來更高的效率，更安全的測試數(shù)據(jù)和更好的測試結(jié)果。