《建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》 教案 3-11液柱式壓力計(jì)

液柱式壓力計(jì)U形管壓力計(jì)U形管壓力計(jì)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(biāo)尺，讀數(shù)的零點(diǎn)在標(biāo)尺的中央，管內(nèi)充液體到零點(diǎn)處。玻璃管1通過(guò)接頭與被測(cè)介質(zhì)相接通，玻璃管2則通大氣。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)的壓力p，大于大氣壓p時(shí)，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(chǎn)生的壓力與被測(cè)壓力相平衡時(shí)為止。在U形管壓力計(jì)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(shí)必須同時(shí)讀出兩管的液面高度否則就可能造成較大的測(cè)量誤差。U形管壓力計(jì)的測(cè)量范圍一般為0～±800mmH2O或mmHg，精度為±1%FS（滿量程），可測(cè)表壓、真空度、差壓以及作校驗(yàn)流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)差壓計(jì)。其特點(diǎn)是零位刻度在刻度板中間，使用前無(wú)須調(diào)零，液柱高度須兩次讀數(shù)。U形管壓力計(jì)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(dāng)管子一端為被測(cè)壓力P，另一端為大氣壓力B，且P>B時(shí)，P側(cè)的液柱下降，B側(cè)的液柱上升。當(dāng)兩側(cè)壓力達(dá)到平衡時(shí)，由流體靜力學(xué)可知，等壓面在2—2處，其平衡方程式為:圖1U形測(cè)壓計(jì)p—被測(cè)壓力；B—大氣壓力 P=B被測(cè)工作壓力為p式中P——被測(cè)絕對(duì)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(dāng)管內(nèi)工作液體的密度已知時(shí)，被測(cè)壓力的大小即可用工作液體柱的高差h來(lái)表示。當(dāng)U形管壓力計(jì)測(cè)量液體壓力時(shí)，應(yīng)考慮工作液體上面液柱產(chǎn)生的壓力。圖2潤(rùn)量液體時(shí)U形管壓力圖若兩側(cè)管中工作液體上面的液體密度分別為ρ1、ρ2，對(duì)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(cè)壓點(diǎn)距B側(cè)工作液體面的垂直距離，m。若測(cè)量同一種介質(zhì)的壓力差時(shí)，因ρ1=可寫為 ?p=ρ-ρ1式中?p——兩側(cè)壓力之差，Pa；從式p工作=p-B=ρghU形管壓力計(jì)外觀如圖REF_Ref16347\h所示。標(biāo)尺零位在中間。圖3形管壓力計(jì)外觀及壓力平衡原理U形管壓力計(jì)的測(cè)量范圍，以水為工作液體時(shí)一般為0～±7.8×103Pa，以水銀為工作液體時(shí)一般為0～±1.07×105Pa。它適于測(cè)量絕對(duì)值較大的全壓、靜壓，但不適于測(cè)量絕對(duì)值較小的動(dòng)壓。測(cè)壓前首先將工作液體充入干凈的U形管壓力計(jì)中，調(diào)整好液面高度，使之處于零位。選擇距測(cè)壓點(diǎn)較近且不受干擾、碰撞的地方將U形管壓力計(jì)垂直懸掛牢固。測(cè)量時(shí)將被測(cè)點(diǎn)的壓力用膠管接到壓力計(jì)的一個(gè)接口，另一個(gè)接口與大氣相通。若測(cè)量壓差時(shí)將兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的壓力分別接到壓力計(jì)的兩個(gè)接口上，讀數(shù)時(shí)視線應(yīng)與液面平齊，液面以頂部凸面或凹面的切線為準(zhǔn)。測(cè)定完畢，應(yīng)將工作液體倒出。由于U形管壓力計(jì)兩側(cè)玻璃管的直徑難以保證完全一樣，U形管壓力圖和測(cè)量液體時(shí)U形管壓力計(jì)壓力平衡原理圖中h1≠h2，因?yàn)楸仨毞謩e讀取兩邊的液面高度值，然后相加得到h。這樣消除了兩側(cè)管子截面不等帶來(lái)的誤差，但兩次讀數(shù)又增加了讀值的誤差。單管式壓力計(jì)為了克服U形管壓力計(jì)測(cè)壓時(shí)需兩次讀數(shù)的缺點(diǎn)，出現(xiàn)了方便讀數(shù)從而減少讀數(shù)誤差的單管式壓力計(jì)。圖4單管式壓力計(jì)單管式壓力計(jì)的工作原理與U形管壓力計(jì)相同。它以一個(gè)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?yàn)閔所以 h2將式h2=h p工作=ρgh=ρg由于F?f，故fF可忽略不計(jì)，式改寫為 p工作=ρgh1式中h1，h2——工作液體在玻璃管內(nèi)上升和在大容器內(nèi)下降的高度，f，F(xiàn)——玻璃管和大容器的截面面積，m2。因此，當(dāng)工作液體密度一定時(shí)只需一次讀取玻璃管內(nèi)液面上升的高度h1，即可測(cè)得壓力值。單管式壓力計(jì)的組成如圖所示。測(cè)量玻璃管接在容器底部，標(biāo)尺零位在下部。單管式壓力計(jì)的測(cè)量范圍，以水為工作液體時(shí)一般為0～±1.47×104Pa以水銀為工作液體時(shí)一般為0～±2.0×105Pa。使用方法與U形管壓力計(jì)相同。測(cè)量負(fù)壓時(shí)，被測(cè)壓力與玻璃管相接，容器接口通大氣，讀值為負(fù)值。多管壓力計(jì)是將數(shù)根玻璃管接至同一較大容器上，可同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)的壓力值。斜管式壓力計(jì)因U形管壓力計(jì)和單管式壓力計(jì)不能測(cè)量微小壓力，為此產(chǎn)生了斜管式壓力計(jì)。它是將單管式壓力計(jì)垂直設(shè)置的玻璃管改為傾斜角度可調(diào)的斜管，如圖所示。圖5單管式壓力計(jì)1—測(cè)量玻璃管；2—容器；3—刻度標(biāo)尺圖6斜管式壓力計(jì)原理所以也常稱它為傾斜式微壓計(jì)。當(dāng)被測(cè)壓力與較大容器相通時(shí)，容器內(nèi)工作液面下降，液體沿斜管上升的高度為 h=h1+h因?yàn)閘f所以 h=lsinα+被測(cè)壓力為 p工作=ρgh=ρgl式中l(wèi)——斜管中工作液體向上移動(dòng)的長(zhǎng)度，m；α——斜管與水平面的夾角；f，F(xiàn)——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(dāng)工作液體密度ρ圖7斜管式壓力計(jì)令 K=ρgsinα式中K——儀器常數(shù)。K值一般定為0.2、0.3、0.4、0.6、0.8等5個(gè)，分別標(biāo)在斜管壓力計(jì)的弧形支架上。此時(shí)，式p工作 p工作=Kl（mmH2O） 斜管式壓力計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便，適宜在周圍氣溫為＋10～＋35℃、相對(duì)濕度不大于80%，且被測(cè)氣體對(duì)黃銅、鋼材無(wú)腐蝕的場(chǎng)合下使用，其測(cè)量范圍為0～±2.0×103Pa，由于斜管的放大作用提高了壓力計(jì)的靈敏度和讀數(shù)的精度，最小可測(cè)量到1Pa的微壓。使用前首先將酒精（ρ=0.81g/cm2）注入壓力計(jì)的容器內(nèi)，調(diào)好零位。壓力計(jì)應(yīng)放置平穩(wěn)，以水準(zhǔn)氣泡調(diào)整底板，保證壓力計(jì)的水平狀態(tài)。根據(jù)被測(cè)壓力的大小選擇儀器常數(shù)K，并將斜管