《建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)綜合實驗》 教案 3-11液柱式壓力計

液柱式壓力計U形管壓力計U形管壓力計由兩根U形的玻璃管（玻璃管1和玻璃管2）組成，在U形管中間裝有刻度標尺，讀數的零點在標尺的中央，管內充液體到零點處。玻璃管1通過接頭與被測介質相接通，玻璃管2則通大氣。當被測介質的壓力p，大于大氣壓p時，玻璃管1中的工作液體液面下降，而玻璃管2中的工作液體液面上升，一直到兩液面差的高度壓產生的壓力與被測壓力相平衡時為止。在U形管壓力計中很難保證兩管的直徑完全一致，因而在確定液柱高度h時必須同時讀出兩管的液面高度否則就可能造成較大的測量誤差。U形管壓力計的測量范圍一般為0～±800mmH2O或mmHg，精度為±1%FS（滿量程），可測表壓、真空度、差壓以及作校驗流量計的標準差壓計。其特點是零位刻度在刻度板中間，使用前無須調零，液柱高度須兩次讀數。U形管壓力計是將一根直徑相同的玻璃管彎成U形，管中充以工作液體（水或水銀等），如REF_Ref11650\h圖1所示。當管子一端為被測壓力P，另一端為大氣壓力B，且P>B時，P側的液柱下降，B側的液柱上升。當兩側壓力達到平衡時，由流體靜力學可知，等壓面在2—2處，其平衡方程式為:圖1U形測壓計p—被測壓力；B—大氣壓力 P=B被測工作壓力為p式中P——被測絕對壓力，Pa；B——大氣壓力，Pa；ρ——工作液體的密度，kg/m3；g———重力加速度，m/s2，g=9.81m/s2；h1，h2——管中工作液體上升和下降的高度，h——液柱高差，m。從上述公式可以看出，當管內工作液體的密度已知時，被測壓力的大小即可用工作液體柱的高差h來表示。當U形管壓力計測量液體壓力時，應考慮工作液體上面液柱產生的壓力。圖2潤量液體時U形管壓力圖若兩側管中工作液體上面的液體密度分別為ρ1、ρ2，對等壓面2-2平衡方程為 p+ρ1gH其中工作壓力為 p工作=p-B式中ρ1，ρ2——工作液體上面液體的密度，H——測壓點距B側工作液體面的垂直距離，m。若測量同一種介質的壓力差時，因ρ1=可寫為 ?p=ρ-ρ1式中?p——兩側壓力之差，Pa；從式p工作=p-B=ρghU形管壓力計外觀如圖REF_Ref16347\h所示。標尺零位在中間。圖3形管壓力計外觀及壓力平衡原理U形管壓力計的測量范圍，以水為工作液體時一般為0～±7.8×103Pa，以水銀為工作液體時一般為0～±1.07×105Pa。它適于測量絕對值較大的全壓、靜壓，但不適于測量絕對值較小的動壓。測壓前首先將工作液體充入干凈的U形管壓力計中，調整好液面高度，使之處于零位。選擇距測壓點較近且不受干擾、碰撞的地方將U形管壓力計垂直懸掛牢固。測量時將被測點的壓力用膠管接到壓力計的一個接口，另一個接口與大氣相通。若測量壓差時將兩個測點的壓力分別接到壓力計的兩個接口上，讀數時視線應與液面平齊，液面以頂部凸面或凹面的切線為準。測定完畢，應將工作液體倒出。由于U形管壓力計兩側玻璃管的直徑難以保證完全一樣，U形管壓力圖和測量液體時U形管壓力計壓力平衡原理圖中h1≠h2，因為必須分別讀取兩邊的液面高度值，然后相加得到h。這樣消除了兩側管子截面不等帶來的誤差，但兩次讀數又增加了讀值的誤差。單管式壓力計為了克服U形管壓力計測壓時需兩次讀數的缺點，出現了方便讀數從而減少讀數誤差的單管式壓力計。圖4單管式壓力計單管式壓力計的工作原理與U形管壓力計相同。它以一個截面積較大的容器取代了U形管中的一根玻璃管，如圖所示。因為h所以 h2將式h2=h p工作=ρgh=ρg由于F?f，故fF可忽略不計，式改寫為 p工作=ρgh1式中h1，h2——工作液體在玻璃管內上升和在大容器內下降的高度，f，F——玻璃管和大容器的截面面積，m2。因此，當工作液體密度一定時只需一次讀取玻璃管內液面上升的高度h1，即可測得壓力值。單管式壓力計的組成如圖所示。測量玻璃管接在容器底部，標尺零位在下部。單管式壓力計的測量范圍，以水為工作液體時一般為0～±1.47×104Pa以水銀為工作液體時一般為0～±2.0×105Pa。使用方法與U形管壓力計相同。測量負壓時，被測壓力與玻璃管相接，容器接口通大氣，讀值為負值。多管壓力計是將數根玻璃管接至同一較大容器上，可同時測量多點的壓力值。斜管式壓力計因U形管壓力計和單管式壓力計不能測量微小壓力，為此產生了斜管式壓力計。它是將單管式壓力計垂直設置的玻璃管改為傾斜角度可調的斜管，如圖所示。圖5單管式壓力計1—測量玻璃管；2—容器；3—刻度標尺圖6斜管式壓力計原理所以也常稱它為傾斜式微壓計。當被測壓力與較大容器相通時，容器內工作液面下降，液體沿斜管上升的高度為 h=h1+h因為lf所以 h=lsinα+被測壓力為 p工作=ρgh=ρgl式中l(wèi)——斜管中工作液體向上移動的長度，m；α——斜管與水平面的夾角；f，F——玻璃管和大容器的截面面積，m2。從式p工作=ρgh=ρglsinα+fF中得知，當工作液體密度ρ圖7斜管式壓力計令 K=ρgsinα式中K——儀器常數。K值一般定為0.2、0.3、0.4、0.6、0.8等5個，分別標在斜管壓力計的弧形支架上。此時，式p工作 p工作=Kl（mmH2O） 斜管式壓力計結構緊湊、使用方便，適宜在周圍氣溫為＋10～＋35℃、相對濕度不大于80%，且被測氣體對黃銅、鋼材無腐蝕的場合下使用，其測量范圍為0～±2.0×103Pa，由于斜管的放大作用提高了壓力計的靈敏度和讀數的精度，最小可測量到1Pa的微壓。使用前首先將酒精（ρ=0.81g/cm2）注入壓力計的容器內，調好零位。壓力計應放置平穩(wěn)，以水準氣泡調整底板，保證壓力計的水平狀態(tài)。根據被測壓力的大小選擇儀器常數K，并將斜管