壓力測量的原理，方法和實踐

[實驗工程師·慈善學習營]第五期第四講

[實驗工程師·公益學習營]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。實驗測試技術(shù)領(lǐng)域。經(jīng)驗豐富，專注于數(shù)據(jù)采集和測試設(shè)備的選擇和應(yīng)用以及測試測試計劃的設(shè)計。他參與了許多行業(yè)的大型測試和測試系統(tǒng)的構(gòu)建和實施以及應(yīng)用咨詢。

在本課程中，講師將集中于以下六個方面向大家進行解釋：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，壓力是生產(chǎn)設(shè)計過程的安全指標。任何設(shè)備只能承受設(shè)計規(guī)定的壓力。如果壓力超過允許的壓力范圍，可能會損壞設(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。壓力測量中通常會存在絕對壓力，表壓，壓差，負壓或真空度。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）自動測量設(shè)備，彈性法（機械式），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，因此便于遠程信號傳輸，特別是與計算機連接以形成自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因此它已被廣泛使用并極大地促進了測試技術(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-在發(fā)動機各部分的參數(shù)測量過程中，參數(shù)很多，一個部分可以達到數(shù)十個測量點，整個流場中有很多部分，空間不夠用于傳感器安裝，傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)具有安裝復雜，準備時間長，系統(tǒng)校準過程繁瑣的特點，無法再滿足多通道的測試要求和復雜的測試條件。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)動機測試，汽車測試，風洞測試等領(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且對測量精度要求較高的渦輪動力機械（飛機和燃氣輪機等）。典型應(yīng)用還可以應(yīng)用于更復雜的風洞和飛行測試。

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：集成了16個傳感器和數(shù)據(jù)采集單元，它們通過氣動接口直接連接到DUT末端的探頭；

智能測量：壓力傳感器和氣體回路校準閥集成在掃描閥內(nèi)部。每個傳感器組件都包含一個用于實時測量和溫度補償?shù)臏囟葌鞲衅鳎€包含一個EEPROM，用于存儲傳感器信息，例如序列號，范圍，校準日期和最重要的校準系數(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)的準確性，并自動進行溫度補償。同時，它可以執(zhí)行多點校準，以確保系統(tǒng)精度達到±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方面進行比較：系統(tǒng)組成和構(gòu)造方法，系統(tǒng)測量精度，系統(tǒng)維護和故障排除，系統(tǒng)校準和校準。

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)的機械傳感器發(fā)展到高精度，低成本的MEMS壓力傳感器自動測量設(shè)備，并且正朝著小型化，集成化，智能化，廣泛化和標準化的方向發(fā)展。壓力表的結(jié)構(gòu)也從簡單變?yōu)閺碗s，從機械變?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)閯討B(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，由微計算機控制的自動記錄和打印以及自動數(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，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。