压力是化工生产和实验过程中重要的工艺参数之一，因此，正确地测量和控制压力是保证化工生产和实验过程良好地运行，达到优质、高产、低耗及安全生产的重要环节。

化工生产和实验中测量压力的范围很广，要求的精度也各异，因此目前使用的压力测量仪器的种类很多，原理各异。其中，根据压力测量仪器工作原理的不同可分为液柱式压力计、弹性式压力计和电测式压力计；而根据所测压强范围的不同可分为压强计、气压计、微压计、真空计、压差计等；根据仪表的精度等级的不同可分为标准压强计（精度等级在0.5级以上）和工程用压强计（精度等级在0.5级以下）；根据显示方式的不同可分为指示式、自动记录式、远传式、信号式等。

一、液柱式压力计

液柱式压力计是以流体静力学为基础的，根据液柱高度来确定被测压力的压力计。液柱所用的**种类很多，可以采用单纯物质，也可以用**混合物，但所用**在与被测物质接触处必须有一个清晰而稳定的界面，即所用**不能与被测介质发生化学反应或形成均相混合物；同时，**在环境温度的变化范围内不能发生汽化、凝固。常用的工作**有水银、水、酒精，当被测压力或压力差很小，且流体是水时，还可用甲苯、氯苯、四氯化碳等作为指示液。液柱式压力计结构简单，精度较高，既可用于测量流体的压力，又可用于测量流体的压力差。

液柱式压力计的基本形式有U形管压力计、倒U形管压力计、单管式压力计、斜管式压力计、微差压力计等。

1.U形管压力计

在实验室中，若要测量的流体的压力不大，可使用玻璃U形管压力计。其结构简单，制作方便，读数直观，价格低廉。U形管压力计的结构如图3-1所示。

在U形管两端连接两个测压点，由于两边压力不同，两边液面会产生高度差R，根据读数R，可依式3-1计算两点间的压差。

图3-1　U形管压力计的结构

式中：ρ——管路中**密度，kg／m3；

ρ0——U形管中指示液密度，kg／m3。

U形管压差计的测量误差一般可达2mm。

2.倒U形管压力计

将U形管压力计倒置，如图3-2所示，称为倒U形管压力计。这种压力计的优点是不需要另加指示液而以待测流体指示，倒U形管的上部为空气，适用于被侧压差较小的场合，相应的压差计算公式如式3-2所示。

式中：ρ——管路中**的密度，kg／m3；

ρ空气——U形管中空气的密度，kg／m3。

图3-2　倒U形管压力计的结构

图3-3　单管式压力计的结构

3.单管式压力计

单管式压力计是U形管压力计的一种变形，如图3-3所示。单管式压力计是用一只杯代替U形管压力计的一根管，由于杯的截面远大于玻璃管的截面（一般两者的比值要等于或大于200），所以在其两端作用不同的压强时，细管一边的液柱从平衡位置升高h1，杯形一边下降h2。根据等体积原理，h1远大于h2，故h2可忽略不计。因此，在读数时只需读液柱一边的高度即R，故其读数误差可比U形管压力计减少一半。

4.斜管式压力计

斜管式压力计可用来测量微小的压强和负压，结构如图3-4所示。斜管式压力计是将U形管压力计或单管式压力计的玻璃管与水平方向作角度α的倾斜，以便在压力微小变化时可提高读数的精度。为准确测定α，可用水准仪测校水平位置。由于酒精有较小的密度，常用它作为斜管式压力计的工作**，以提高微压计的灵敏度。如果要求斜管式压力计测量不同的压力范围，则可采用斜管倾斜角度可变的微压计，即通过改变倾斜角α的大小来改变压力测量范围。

斜管式压力计的测压范围一般为0～±200mm水柱，精度为0.5～1级，可用来测表压、负压、差压和校验低压的标准表。其特点是零位刻度在刻度标尺的下端，使用前需水平放置，调好零位。

图3-4　斜管式压力计的结构

图3-5　微差压力计

5.微差压力计（双液U形管微压差计）

微差压力计的结构如图3-5所示，微差压力计是在U形管上方增设两个扩大室，内装密度接近但不互溶的两种指示液A和C（ρA＞ρC），扩大室内径与U形管内径之比应大于10，这样扩大室的横截面积比U形管的横截面积大得多，即可认为即使U形管内指示液A的液面差R较大，但两扩大室内指示液C的液面变化微小，可近似认为维持在同一水平面。相应的压差计算公式如式3-3所示。

当压强差很小时，为了扩大读数R，减小相对读数误差，可以通过减小ρA－ρC来实现。ρA－ρC越小，则读数R越大，故当所用的两种**密度接近时，可以得到读数很大的R，这在测微小压差时特别适用。

工业上常用的A-B指示液为石蜡油-工业酒精；实验室常用苄醇-氯化钙溶液（氯化钙溶液的密度可以用不同的浓度来调节）。

6.液柱式压力计使用注意事项

液柱式压力计虽然构造简单、使用方便、测量准确度高，但耐压程度差、测量范围小、容易破碎，其示值与工作**的密度有关，因此在使用中必须注意以下几点。

（1）被测压力不能超过仪表测量范围。有时因被测对象突然增压或操作不注意造成压强增大，使工作液被冲走。若是水银工作液被冲走，既带来损失，还可能造成汞中毒，在工作中应特别注意。

（2）若取压点不在同一水平面上，用液柱式压力计测量压力差时，必须考虑取压点的位能。

（3）被测介质不能与工作液混合或起化学反应。当被测介质要与水或水银混合或发生反应时，则应更换其他工作液或采取加隔离液的方法。

（4）液柱压力计安装的位置应避开过热、过冷及有震动的地方。因为过热会使工作液易蒸发；过冷可能使工作液冻结；震动太大会把玻璃管震破，造成测量误差，或根本无法指示。一般，冬天常在水中加入少许甘油或者采用酒精、甘油、水的混合物作为工作液以防冻结。

（5）在使用过程中应保持测量管和刻度标尺的清晰，定期更换工作液。

（6）在使用过程中要经常检查仪表本身和连接管间是否有泄漏现象。

（7）由于**的毛细现象，在读取压强值时，视线应在液柱面上，观察水时应看凹液面处，观察水银时应看凸液面处。

二、弹性压力计

弹性压力计是利用各种形式的弹性元件作为敏感元件来感受压强，并以弹性元件受压后变形产生的反作用力与被测压力平衡，此时弹性元件的变形程度就是压强的函数，根据形变的大小便可计算出被测压力的数值。这样就可以用测量弹性元件的变形（位移）的方法来测压强的大小。

弹性压力计中常用的弹性元件有弹簧管、膜片、膜盒、皱纹管等，其中弹簧管压力计的测量范围宽，读数精确度较差，但可克服玻璃管U形压力计易碎和测量范围有限的缺点，故在化工实验室和工业生产中应用最广泛。用于测量正压的弹簧管压力计，称为压力表；用于测量负压的，称为真空表。

1.弹簧管压力计的工作原理

弹簧管压力计主要由弹簧管、齿轮传动机构、示数装置（指针和分度盘）以及外壳等几个部分组成，其结构如图3-6所示。

弹簧管的另一端焊在仪表的壳体上，并与管接头相通，管接头用来把压力计与需要测量压力的空间连接起来，介质由所测空间通过细管进入弹簧管的内腔中。在介质压力的作用下，弹簧管由于内部压力的作用，其断面极力倾向变为圆形，迫使弹簧管的自由端移动，这一移动距离即管端位移量借助拉杆4，带动齿轮传动机构5和8，使固定在齿轮8上的指针1相对于分度盘旋转，指针旋转角的大小正比于弹簧管自由端的位移量，亦即正比于所测压力的大小，因此可借助指针在分度盘上的位置指示出待测压力的值。

图3-6　弹簧压力计及其传动部分

1—指针；2—弹簧管；3—接头；4—拉杆；5—扇形齿轮；6—壳体；7—基座；8—齿轮；9—铰链；10—游丝

2.弹簧管压力计使用安装中的注意事项

为了保证弹簧管压力计正确指示和长期使用，一个重要的因素是仪表的安装与维护，在使用时应注意以下几点。

（1）在选用弹簧管压力计时，要注意被测物质的物性。测量爆炸、腐蚀、有毒气体的压强时，应使用特殊的仪表。其中，氧气压力表严禁接触油类，以免爆炸。

（2）仪表应工作在正常允许的压强范围内，操作压强比较稳定时，操作指示值一般不应超过量程的2／3，在压强波动时，应在其量程的1／2处。

（3）工业用压力表应在环境温度为－40℃～60℃、相对湿度不大于80％的条件下使用；在振动情况下使用仪表时要装减震装置；测量结晶或黏度较大的介质时，要加装隔离器。

（4）仪表必须垂直安装，仪表安装处与测定点间的距离应尽量短，以免指示迟缓；仪表处应无泄漏现象。

（5）仪表的测定点与仪表的安装处应处于同一水平位置，否则将产生附加高度误差，必要时需加修正值。

（6）仪表必须定期校验，必须使用合格的仪表。

三、电测式压力计

随着工业自动化程度的不断提高，往往需要将测量的压力转换成容易远传的电信号，以便集中检测和控制。压力传感器能够测量并提供远传信号，而电测法就是通过压力传感器将压力的变化转换成电阻、电流、电压频率等形式的信号，从而实现压力的间接测量。这种压力计反应较迅速，易于远距离传送，在测量压力快速变化、脉动压力、高真空、超高压的场合下较合适。其主要类别有应变式、霍尔式、电感式、压电式、压阻式和电容式等。

压电式压力传感器是利用压电材料的“压电效应”把被测压力转换成电信号进行压力的测量，应用压电式压力传感器可以测量100MPa以内的压力，频率响应可达30kHz。

压阻式压力传感器是利用半导体材料的“压阻效应”原理制成的传感器。压阻式压力传感器的特点是易于微小型化；灵敏度高，其灵敏系数比金属应变的灵敏系数高50～100倍；测量范围很宽，可以对低至10Pa的微压，高至60MPa的高压进行测量；其精度高、工作可靠，测量精度可达千分之一，而对高精度产品的测量精度可以达到万分之二。

霍尔式压力传感器是基于霍尔效应原理，利用霍尔元件将被测压力转换成霍尔电势输出的一种传感器。

四、压力仪表的选择、校验和安装

压力仪表的正确选择、校验和安装是保证其在生产过程中发挥应有作用及保证测量结果安全可靠的重要环节。

1.压力仪表的选择

正确选择压力仪表的类型是保证安全生产及仪表正常工作的重要前提。

首先，在测量压力时，应该根据被测体系压强的大小及变化范围选择适当量程范围的压力仪表。为了避免压力计因超负荷而损坏，压力计的上限值应该高于实际操作中可能出现的最大压力值。当被测压力比较稳定时，最大工作压力不应超过压力计测量上限值的2／3，而在测量波动较大的压力时，最大工作压力不应超过压力计测量上限值的1／2。此外，为了保证测量值的准确度，一般被测压力的最小值以不低于仪表全量程的1／3为宜。在根据所测参数的大小计算出仪表的上、下限后，按所选测量上限应大于（最接近）或至少等于计算求出的上限值，并同时满足最小值的原则，从国家规定生产的标准系列中选取适当量程范围的压力仪表。

其次，根据工艺生产或实验研究所允许的最大误差来确定的仪表精度等级。通常情况下，仪表越精密，测量结果越精确、可靠，但是越精密的仪表，一般价格越高，维护和操作要求越高。因此，应在满足操作要求的前提下，本着经济的原则，正确选择仪表的精度等级，以免造成不必要的投资浪费。

最后，根据所测介质的物理、化学性质和状态（如黏度大小、温度高低、腐蚀性、清洁程度等）是否对测量仪表有特殊要求，周围环境条件（诸如温度、湿度、振动等）对仪表类型是否有特殊要求，以及是否需要远传变送、报警或自动记录等对仪表类型进行选择。如压强信息需要远传，则需选择可远距离传输和记录的测压仪表。

2.压力仪表的校验

为了保证长期使用中的压力仪表的示值的可靠性，必须对其进行定期校验，另外新的仪表在安装使用前，也需要对其进行校验。压力仪表的校验方法通常有两种，一是将被校表与标准表的示值在相同条件下进行比较；另一种是将被校表的压力与标准压力进行比较。校验时一般在被校表的测量范围内，均匀地选择至少5个以上的校验点（包含起始点和终点）。

3.压力仪表的安装

压力仪表的安装正确与否，直接影响到测量结果的准确性及仪表的使用寿命。

首先要选择具有代表性的取压位置。总的说来，测压点应尽量选在受流体流动干扰最小的地方，只有这样才能真实地反映被测压力的变化。如果在管线上测压，测压点应选在离上游的管件、阀门或其他障碍物40～50倍管内径的距离；若不能保证40～50倍管内径的距离，可通过设置整流管或整流板消除影响；当测量水平或侧斜管道中**压力时，取压口应开在管道下半平面，且与垂线的夹角为45°，以防止气体和固体颗粒进入导压管；当测量水平或侧斜管道中气体压力时，取压口应开在管道上半平面，且与垂线的夹角为45°，以防止**和粉尘进入导压管；若被测介质为蒸汽时，取压口一般开在管道的侧面。

其次是引压管的正确安装与使用。安装时要注意引压管管口应最好与设备连接处内壁平齐；为了不引起二次环流，引压管的管径应细些，且引压管的长度应尽可能缩短；取压点和压力表之间在靠近管口处应安装切断阀，以备检修压力仪表时使用；引压管中的介质为**时，在导压管最高处要装排气阀，而引压管中的介质为气体时，在导压管最低处要装排液阀。

最后是压力表的正确安装。安装时要注意将压力仪表安装在易于观察和维修的地方，力求避免振动和高温影响，或采用必要的防高温防热措施。当测量蒸汽压力或压差时，为防止高温蒸汽与测压元件直接接触，应装冷凝管或冷凝器。当测量腐蚀性介质时，应加装充有中性介质的隔离罐。压力仪表的连接处应根据介质性质和压力高低，加装合适的密封垫圈，以防泄漏。