講座5基礎2壓力2011課件

物質的許多物理、化學性質，如熔點、沸點、蒸氣壓幾乎都與壓力有關?；瘜W實驗中設計到的壓力：高壓(鋼瓶)，常壓;負壓(真空系統(tǒng))。壓力范圍不同，測量方法不一樣，所使用的單位也不同。第五章壓力的測量及儀器第五章壓力的測量及儀器一壓力的表示法

壓力:是指均勻垂直作用于單位面積上的力。也叫壓力強度，簡稱壓強。國際單位制(SI)用帕斯卡(Pa或帕)為單位。當作用于1m2(平方米)面積上的力為1N(牛頓)時就是1Pa(帕斯卡)：壓力有三種表示方法：⑴用單位面積上的作用力來表示，Pa。

⑵用液柱高度來表示，mmH2O或mmHg。

⑶用大氣壓力來表示，atm或at。（（4）用巴表示bar1atm定義為：在0℃、重力加速度等于9.80665m·s-2時，760mm高的汞柱垂直作用于底面積上的壓力。此時汞的密度為13.5951g·cm-3。因此，1atm=1.03323kg·cm-2。1at=10000mmH2O。1atm=760mmHg=10332mmH2O

=101325Pa=1bar#第五章壓力的測量及儀器在壓力高于大氣壓的時侯：絕對壓＝大氣壓＋表壓在壓力低于大氣壓的時候：絕對壓＝大氣壓－真空度

式子兩端各項必須采用相同的壓力單位。除了所用單位不同之外，壓力還可用絕對壓力、表壓和真空度來表示。三者的關系可用圖來表示。#二、常用測壓儀表1.液柱式壓力計（常壓和真空度）（1）構造，U型玻璃管內注液體。（2）特點：構造簡單、使用方便，能測微小壓力差，準確度比較高，制作容易，價格低廉，但測量范圍不大，示值與工作液密度有關。它的結構不牢固，耐壓程度較差。因為氣體的密度遠小于工作液的密度，因此，由液面差Δh及工作液的密度ρ、重力加速度g可以得到下式：#

第五章壓力的測量及儀器U型壓力計可用來測量：A:

兩氣體壓力差；兩端接氣體B:

氣體的表壓(p1為測量氣壓，p2為大氣壓)；C:氣體的絕對壓力(令p2為真空，p1所示即為絕對壓力)；D:氣體的真空度(p1通大氣，p2為負壓，可測其真空度)。#p1＝p2＋Δh·ρg或2.彈性式壓力計（用來測量表壓-高壓）利用彈性元件的彈性力來測量壓力的儀器。如工廠里用的各種氣壓表，物化實驗室中接觸較多的為單管彈簧管式壓力計。測量原理：壓力由彈簧管固定端進入，通過彈簧管自由端的位移帶動指針運動，指示壓力值。如圖所示。#第五章壓力的測量及儀器圖1-2-3彈簧管壓力1.金屬彈簧管；2.指針；3.連桿；4.扇型齒輪；5.彈簧；6.底座；7.測壓接頭；8.小齒輪；9.外殼第五章壓力的測量及儀器3.數(shù)字式壓力計（用于測量小壓力和真空度）運用壓阻式壓力傳感器原理測定壓力（1）測量大氣壓的。數(shù)字式氣壓計（2）測量實驗系統(tǒng)與大氣壓之間的壓差數(shù)字式低真空壓力測試儀。數(shù)字式微壓差測試儀?？扇〈鷤鹘y(tǒng)的U型水銀壓力計，無汞污染。該儀器的測壓接口在儀器后的面板上。#第五章壓力的測量及儀器4.福廷式壓力計它的外部是一黃銅管，管的頂端有懸環(huán)，用以懸掛在實驗室的適當位置。氣壓計內部是一根一端封閉的裝有水銀的長玻璃管。玻璃管封閉的一端向上，管中汞面的上部為真空，管下端插在水銀槽內。水銀槽底部是一羚羊皮袋，下端由螺旋支持，轉動此螺旋可調節(jié)槽內水銀面的高低。水銀槽的頂蓋上有一倒置的象牙針，其針尖是黃銅標尺刻度的零點。此黃銅標尺上附有游標尺，轉動游標調節(jié)螺旋，可使游標尺上下游動。圖1-2-4福廷式氣壓計玻璃管；2.黃銅標尺；3-游標尺；4.調節(jié)螺栓；5.黃銅管；6.象牙針；7.汞槽；8.羚羊皮袋；9.調節(jié)汞面的螺栓；10.氣孔；11.溫度計1和2是測量體系的壓力，3可以用于測量體系的壓力和大氣壓力，4一般測量大氣壓力.三、真空技術真空是指壓力小于一個大氣壓的氣態(tài)空間。真空狀態(tài)下氣體的稀薄程度，以壓強值表示。習慣上稱作真空度。不同的真空狀態(tài)，意味著該空間有不同的分子密度。在現(xiàn)國際單位制(SI)中，真空度的單位與壓強的單位均為帕斯卡(Pasca)。符號為Pa。在化學實驗中，按真空度的獲得和測量方法的不同，將真空區(qū)域劃分為：#第五章壓力的測量及儀器粗真空(101325Pa～1333Pa)；低真空(1333Pa～0.1333Pa)；高真空(0.1333Pa～1.333×10-6Pa)；超高真空(1.333×10-6Pa～1.333×10-10Pa)極高真空＜1.333×10-14#第五章壓力的測量及儀器1.

真空的獲得為獲得真空，須設法將氣體分子從容器中抽出，使氣體壓力降低，#第五章壓力的測量及儀器真空技術：真空的獲得真空的測量真空的檢漏真空系統(tǒng)的設計與計算凡能從容器中抽出氣體，使氣體壓力降低的裝置，均可稱為真空泵。如水流泵機械真空泵、油泵擴散泵、吸附泵鈦泵等等。這些泵的應用范圍如下：#第五章壓力的測量及儀器水流泵101325～2666Pa機械泵（油泵）101325～0.13332Pa（油）擴散泵0.133322～1.33×10-4分子篩吸附泵101325～1.33×10-8鈦泵0.133322～1.33×10-8低溫泵10-9～

10-16目前實驗室里用的最多的水流泵，油封機械泵。#第五章壓力的測量及儀器（1）水流泵應用的是柏努利（D.Bernoulli）原理，水經(jīng)過收縮的噴口以高速噴出，其周圍區(qū)域的壓力較低，由系統(tǒng)中進入的氣體分子便被高速噴出的水流帶走，水流泵的構造如圖所示。#第五章壓力的測量及儀器水流泵所能達到的極限真空度受水本身的蒸氣壓限制。水流泵在15℃時的極限真空度為1.71KPa．20℃時為2.34KPa，25℃時為3.17KPa。盡管效率較低，但由于簡便，實驗室中在抽濾或其他粗真空度要求時卻經(jīng)常使用。#第五章壓力的測量及儀器（2）油封旋片式真空泵實驗室常用的真空泵為旋片式真空泵，它主要由泵體和偏心轉子組成。經(jīng)過精密加工的偏心轉子下面安裝有帶彈簧的滑片，由電動機帶動，偏心轉子緊貼泵腔壁旋轉?；繌椈傻膲毫σ簿o貼泵腔壁?；诒们恢羞B續(xù)運轉，使泵腔被滑片分成的兩個不同的容積呈周期性的擴大和縮小。氣體從進氣嘴進入，被壓縮后經(jīng)過排氣閥排出泵體外。如此循環(huán)往復，將系統(tǒng)內的壓力減小#。第五章壓力的測量及儀器1.進氣嘴7.真空泵油6.油箱.4.轉子3.旋片2.旋片彈簧8-排氣嘴5.泵體A工作原理AB是鑲嵌在圓柱體內的兩個小刮板，中間是根彈簧，氣體從進氣孔被逐步壓縮，以達到抽氣的目的。進氣孔排氣孔B使用機械泵應注意的問題：1機械泵不能直接抽含可凝性氣體（水蒸氣）的蒸氣、揮發(fā)性液體等。須在可凝氣體進泵前先通過純化裝置。如玻璃冷井，井內裝無水氯化鈣、五氧化二磷、分子篩等吸收水分；用石蠟吸收有機蒸氣；用活性炭或硅膠吸收其它蒸氣等。如圖。冷阱用的致冷劑通常為固體二氧化碳(干冰、-78℃)及液體氮氣(-196℃)，也可用冰。#第五章壓力的測量及儀器2

機械泵不能用來抽含腐蝕性（氯化氫、氯氣、二氧化氮等）成分的氣體。氣體在進泵前先通過裝有氫氧化鈉固體的吸收瓶。3

使用時應注意馬達的電壓。正常運轉時不應有摩擦、金屬碰擊等異聲。運轉時溫度不能超過50℃～60℃。4機械泵的進氣口前安裝一個三通活塞。停止抽氣時應使機械泵與抽空系統(tǒng)隔開而與大氣相通，然后再關閉電源。這樣既可保持系統(tǒng)的真空度，又避免泵油倒吸。#第五章壓力的測量及儀器（3）．擴散泵（略）擴散泵是獲得高真空的重要設備，其工作原理是利用一種工作氣體高速從噴口處頃出時．在噴口處形成低壓，對周圍氣體產(chǎn)生抽吸作用而將氣體帶走。#第五章壓力的測量及儀器2真空的測量測量低于大氣壓強真空的儀器統(tǒng)稱為真空計，近代真空技術涉及的壓強從1.01325Pa～1.33×10-14范圍，現(xiàn)在還沒有一種真空計能夠測量如此寬范圍的壓強，一般真空計的測量范圍：水銀U型壓力計101325～13Pa。液體U型壓力計10132～1.3Pa

數(shù)字式真空測量儀10132～1.3Pa麥氏真空規(guī)13.3～1.33×10-3Pa麥氏真空規(guī)稱為絕對真空規(guī)，真空度可以用測量到的物理量直接計算而得到。#第五章壓力的測量及儀器目前實驗室中用的水銀U型壓力計已被數(shù)字式真空測壓儀代替，（如飽和蒸汽壓的測定，表面張力的測定等實驗。該儀器是運用壓阻式壓力傳感器原理測定試驗系統(tǒng)與大氣壓之間壓差，消除了汞的污染，注意實驗時用的儀器型號#第五章壓力的測量及儀器3真空的檢漏及安全操作真空的檢漏在物化實驗中非常重要，如果系統(tǒng)漏氣，測出的數(shù)據(jù)就是無效的，如飽和蒸汽壓的測定實驗，因而新安裝的真空裝置在使用前，應檢查系統(tǒng)是否漏氣。檢漏的儀器和方法很多，最簡單的方法可以用泵將系統(tǒng)抽一段時間后關閉泵通向系統(tǒng)的活塞，然后觀測系統(tǒng)內壓強隨時間的變化情況。4真空系統(tǒng)的設計與計算#氮氣氧氣氫氣壓縮空氣二氧化碳氦液氨氯乙炔氟氯烷石油氣體粗氬氣體純氬氣體黑天藍綠黑黑棕黃草綠白鋁白灰黑灰黃黑紅白黃白黑白紅黑紅白綠氮氧氫壓縮空氣二氧化碳氦氨氯乙炔氟氯烷石油氣粗氬純氬氣體類別瓶身顏色標字顏色字樣四、氣體鋼瓶及其使用1.氣體鋼瓶的顏色標記我國氣體鋼瓶常用的標記見下表。2.氣體鋼瓶的使用（自學）(1)在鋼瓶上裝上配套的減壓閥。檢查減壓閥是否關緊，方法是逆時針旋轉調壓手柄至螺桿松動為止。(2)打開鋼瓶總閥門，此時高壓表顯示出瓶內貯氣總壓力。(3)慢慢地順時針轉動調壓手柄，至低壓表顯示出實驗所需壓力為止。(4)停止使用時，先關閉總閥門，待減壓閥中余氣逸盡后，再關閉減壓閥。#第五章壓力的測量及儀器3.注意事項（自學）?

鋼瓶應存放在陰涼、干燥、遠離熱源的地方?？扇夹詺馄繎c氧氣瓶分開存放。?

搬運鋼瓶要小心輕放，鋼瓶帽要旋上。?使用時應裝減壓閥和壓力表。可燃性氣瓶氣門螺絲為反絲；不燃性或助燃性氣瓶為正絲。各種壓力表一般不可混用。

?不要讓油或易燃有機物沾染氣瓶上?開啟總閥門時，不要將頭或身體正對總閥門，防止萬一閥門或壓力表沖出傷人。?不可把氣瓶內氣體用光，以防重新充氣時發(fā)生危險。?使用中的氣瓶每三年應檢查一次，裝腐蝕性氣體的鋼瓶每兩年檢查一次。?氫氣瓶應放在遠離實驗室的專用小屋內，用紫銅管引入實驗室，并安裝防止回火的置。#4.氧氣減壓閥的工作原理

氧氣減壓閥的外觀圖示意圖1.鋼瓶；2.鋼瓶開關；3.鋼瓶與減壓表連接螺母；4.高壓表；5.低壓表；6.低壓表壓力調節(jié)螺桿；7.出口；8.安全閥

#工作原理圖1.彈簧墊塊；2.傳動薄膜；3.安全閥；4.進口(接氣體鋼瓶)；5.高壓表；

6.低壓表；7.壓縮彈簧；8.出口(接使用系統(tǒng))；9.高壓氣室；10.活門；11.低壓氣室；12.頂桿；13.主彈簧；14.低壓表壓力調節(jié)螺桿。減壓閥都裝有安全閥。它是保護減壓閥并使之安全使用的裝置，也是減壓閥出現(xiàn)故障的信號裝置。如果由于活門墊、活門損壞或其它原因，導致出口壓力超過一定許可值時，安全閥會自動打開排氣。5.氧氣減壓閥的使用方法、使用時先打開鋼瓶總開關，然后順時針轉動低壓表壓力調節(jié)螺桿。第五章壓力的測量及儀器6.其它氣體減壓閥氮氣、空氣、氬氣等永久性氣體，可以采用氧氣減壓閥。但腐蝕性（氨）氣體，則需要專用減壓閥。市面上常見的氫氣、氨、乙炔、丙烷、水蒸氣等專用減壓閥。這些減壓閥的使用及注意事項與氧氣減壓閥基本相同。但專用減壓閥一般不用于其它氣體。為防止誤用，減壓閥與鋼瓶之間采用特殊連接口。安裝時注意。#

第五章壓力的測量及儀器五、流量的測量及儀器流體分為可壓縮流體和不可壓縮流體兩類。流量的測定在科學研究和工業(yè)生產(chǎn)上都有廣泛應用。實驗室常用的主要有1.轉子流量計第五章壓