电阻式微压计测量方法与试验研究

　　引言

　　当前对压力测量的方法与设备有很多,但是一般的仪器在测量压力的时候误差往往比较大,尤其在微压的测量领域。国外也有很多测量微压的产品,精度比较高,但是其价格非常贵,因此急需找到一种可以精确测量微压,同时仪器设备又比较便宜的方法。

　　本文介绍的微压测量方法是利用电桥对电阻微小变化也能有较大输出这一特性,把要测量的微小的水银液面变化,转换成较大的电压输出,然后把压力变化前后用电压表的电压值测量出来,最后求出U型管进、出口的压强差。杭州华电华源环境工程有限公司所做的实验及数据也证明了该测量方法的可行性。

　　1电阻式微压测量的方法

　　该测量方法是综合利用活塞式和液位计两种测压原理,避开了直接测量时带来的不足,利用电桥原理间接测出工质液面变化而求取压强。本文以测量管道中气体压力差为例,介绍此电阻测压的方法。

　　1·1实验装置

　　测量原理如图1所示,管内导电的介质是水银,用来感受水银液面发生变化的元件是碳棒;从装水银的两入口引入压力。在测量时,一端入口为全压,另一端为静压,所以实际测量的数据是对应管道中流体的动压。

　　装置的主要参数为:水银的密度为13·6×,电导率为;碳棒直径为4mm,电导率为;标准电阻的阻值为10Ω;电压表的量程为100mV,分辨力为0·1mV;恒压源所提供的电压为6V。

　　1·2微压计的工作原理

　　测量原理的等效电路如图2所示,测量过程中由于压力差引起水银液面高度的变化,因此液面上碳棒的长度对应发生改变,从而导致电阻的变化,通过电桥中电压表的示数反映出改变量的大小,从而反算出两侧水银液面的高度差,然后计算出对应的压差。

　　2电压表示数与电阻关系

　　由电工学知识可以得到电压表示数与碳棒电阻的关系如下:

　　从式(10)可以看出电压表的示数与外界压力差成线性关系。因此只要测量出ΔU,便很容易计算出流体压差。

　　3试验数据的处理结果

　　实验中,入口与出口压差作为已知量,从0Pa逐渐增大到980Pa后,又降至0Pa。电压值是通过电压表读出。试验数据如表1所示。

　　从图3可以看出,该装置电压表的示数与外界压力基本呈线性关系,从这里也证明了式(10)是正确的。

　　装置使用的电压表的分辨率是0·1mV,此电压差对应的压力是2·9Pa,即此装置对压力的分辨率可以达到3Pa。

　　4微压计误差分析

　　(1)水银电阻未计入计算导致的误差σ1。水银的电阻未考虑主要有两方面的原因,主要是水银的电导率为5·6×106S/m比碳棒的电导率2·5×104大很多,并且水银的横截面积比碳棒的要大,因此综合这两方面的原因管内水银电阻忽略不计,引起的误差小于。