讲座5基础2压力2011.

1、物质的许多物理、化学性质，如熔物质的许多物理、化学性质，如熔点、沸点、蒸气压几乎都与压力点、沸点、蒸气压几乎都与压力有关。有关。化学实验中设计到的压力：化学实验中设计到的压力：高压高压( (钢瓶钢瓶) )，常压，常压; ; 负压负压( (真空系真空系统统) )。压力范围不同，测量方法不一样，压力范围不同，测量方法不一样，所使用的单位也不同。所使用的单位也不同。第五章第五章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器第五章第五章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器一一 压力的表示法压力的表示法 压力压力: :是指均匀垂直作用于单位面积上的力。也是指均匀垂直作用于单位面积上的力。也叫压力强度，简称压强。叫压力

2、强度，简称压强。国际单位制国际单位制( (SI)SI)用用帕斯卡帕斯卡(Pa(Pa或帕或帕) ) 为单位。为单位。当作用于当作用于1 1m m2 2( (平方平方米米) )面积上的力为面积上的力为1 1N(N(牛顿牛顿) )时就是时就是1 1Pa(Pa(帕斯帕斯卡卡) )： 2mNPa 压力有三种表示方法：压力有三种表示方法： 用 单 位 面 积 上 的 作 用 力 来 表 示 ， 用 单 位 面 积 上 的 作 用 力 来 表 示 ， P aP a 。 用 液 柱 高 度 来 表 示 ， 用 液 柱 高 度 来 表 示 ， m m Hm m H2 2O O 或或 m m H gm m H g

3、 。 用大气压力来表示，用大气压力来表示，atmatm或或atat。（。（4 4）用巴表示）用巴表示bar1 1atmatm定义为：在定义为：在00、重力加速度等于、重力加速度等于9.80665 9.80665 m ms s-2-2时，时，760760mmmm高的汞柱垂直作用于底面积上的压力。高的汞柱垂直作用于底面积上的压力。此时汞的密度为此时汞的密度为13.595113.5951g gcmcm-3-3。因此，因此，1 1atmatm=1.03323kg=1.03323kgcmcm-2-2。1at=10000mmH2O。 1atm=760mmHg=10332mmH2O =101325Pa=1b

4、ar # #第五章压力的测量及仪器第五章压力的测量及仪器在压力高于大气压的时在压力高于大气压的时侯：侯：绝对压大气压表压绝对压大气压表压在压力低于大气压的时在压力低于大气压的时候：候：绝对压大气压真空绝对压大气压真空度度 式子两端各项必须采用式子两端各项必须采用相同的压力单位。相同的压力单位。l除了所用单位不同之外，压力还可用绝对除了所用单位不同之外，压力还可用绝对压力、表压和真空度来表示。三者的关系压力、表压和真空度来表示。三者的关系可用图来表示。可用图来表示。 #二、常用测压仪表二、常用测压仪表 1. 1. 液柱式压力计（常压和真空度）液柱式压力计（常压和真空度） （1 1）构造，）构造，

5、 U U型玻璃管内注液体。型玻璃管内注液体。 （2 2）特点：构造简单、使用方便，）特点：构造简单、使用方便，能测微小压力差，准确度比较高，能测微小压力差，准确度比较高，制作容易，价格低廉，但测量范围不大，示制作容易，价格低廉，但测量范围不大，示值与工作液密度有关。它的结构不牢固，值与工作液密度有关。它的结构不牢固，耐压程度较差。耐压程度较差。l因为气体的密度远小于工作液的密度，因因为气体的密度远小于工作液的密度，因此，由液面差此，由液面差h h及工作液的密度及工作液的密度、重重力加速度力加速度g g可以得到下式：可以得到下式： # # 第第五五章章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器gpph2

6、1U型压力计可用来测量：型压力计可用来测量：A:A: 两气体压力差；两端接气体两气体压力差；两端接气体B:B:气体的表压气体的表压( (p p1 1为测量气压，为测量气压，p p2 2为大为大气压气压) )；C:C:气体的绝对压力气体的绝对压力( (令令p p2 2为真空，为真空，p p1 1所示所示即为绝对压力即为绝对压力) )；D:D:气体的真空度气体的真空度( (p p1 1通大气，通大气，p p2 2为负压，为负压，可测其真空度可测其真空度) )。 # #p p1 1p p2 2h hg g 或或2. 弹性式压力计（用来测量表压弹性式压力计（用来测量表压- -高压）高压）利用弹性元件的

7、弹性力来测量压力的仪器。利用弹性元件的弹性力来测量压力的仪器。如工厂里用的各种气压表，物化实验室如工厂里用的各种气压表，物化实验室中接触较多的为单管弹簧管式压力计。中接触较多的为单管弹簧管式压力计。测量原理：压力由弹簧管固定端进入，通测量原理：压力由弹簧管固定端进入，通过弹簧管自由端的位移带动指针过弹簧管自由端的位移带动指针 运动，运动，指示压力值。如图所示。指示压力值。如图所示。 # #第第五五章章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器图图1-2-3 1-2-3 弹簧管压力弹簧管压力1.1.金属弹簧管；金属弹簧管；2.2.指针；指针；3.3.连杆；连杆；4.4.扇型齿轮；扇型齿轮；5.5.弹簧；

8、弹簧；6. 6. 底座；底座；7.7.测压接头；测压接头；8.8.小齿轮；小齿轮；9.9.外壳外壳 第第五五章章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器l3. 3. 数字式压力计（数字式压力计（用于测量小压力和真空度）用于测量小压力和真空度）l运用压阻式压力传感器原理测定压力运用压阻式压力传感器原理测定压力l（1 1）测量大气压的。数字式气压计）测量大气压的。数字式气压计l（2 2）测量实验系统与大气压之间的压差）测量实验系统与大气压之间的压差l 数字式低真空压力测试仪。数字式低真空压力测试仪。l 数字式微压差测试仪。数字式微压差测试仪。l可取代传统的可取代传统的U U型水银压力计，无汞污染。型水银

9、压力计，无汞污染。该仪器的测压接口在仪器后的面板上。该仪器的测压接口在仪器后的面板上。# #第第五五章章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器l4. 4. 福廷式压力计福廷式压力计l它的外部是一黄铜管，管的顶端有悬环，它的外部是一黄铜管，管的顶端有悬环，用以悬挂在实验室的适当位置。气压计用以悬挂在实验室的适当位置。气压计内部是一根一端封闭的装有水银的长玻内部是一根一端封闭的装有水银的长玻璃管。玻璃管封闭的一端向上，管中汞璃管。玻璃管封闭的一端向上，管中汞面的上部为真空，管下端插在水银槽内。面的上部为真空，管下端插在水银槽内。水银槽底部是一羚羊皮袋，下端由螺旋水银槽底部是一羚羊皮袋，下端由螺旋支持，

10、转动此螺旋可调节槽内水银面的支持，转动此螺旋可调节槽内水银面的高低。水银槽的顶盖上有一倒置的象牙高低。水银槽的顶盖上有一倒置的象牙针，其针尖是黄铜标尺刻度的零点。此针，其针尖是黄铜标尺刻度的零点。此黄铜标尺上附有游标尺，转动游标调节黄铜标尺上附有游标尺，转动游标调节螺旋，可使游标尺上下游动。螺旋，可使游标尺上下游动。图图1-2-4福廷式气压计福廷式气压计1玻璃管；玻璃管；2.黄铜标尺；黄铜标尺；3-游标尺；游标尺；4.调节螺栓；调节螺栓；5.黄铜管；黄铜管；6.象牙针；象牙针；7.汞槽；汞槽；8.羚羊皮袋；羚羊皮袋；9.调节汞面的螺调节汞面的螺栓；栓；10.气孔；气孔；11.温度计温度计1 1

11、 和和2 2 是测量体系的压力，是测量体系的压力，3 3 可以用于测量体系的压力和大气压力，可以用于测量体系的压力和大气压力，4 4 一般测量大气压力一般测量大气压力. .l三、真空技术三、真空技术l真空是指压力小于一个大气压的气态空间。真空真空是指压力小于一个大气压的气态空间。真空状态下气体的稀薄程度，以压强值表示。状态下气体的稀薄程度，以压强值表示。习惯上习惯上称作真空度。不同的真空状态，意味着该空间有称作真空度。不同的真空状态，意味着该空间有不同的分子密度。在现国际单位制不同的分子密度。在现国际单位制( (SI)SI)中，真空中，真空度的单位与压强的单位均为帕斯卡度的单位与压强的单位均为

12、帕斯卡( (PascaPasca) )。符号符号为为PaPa。l在化学实验中，按真空度的获得和测量方法的不在化学实验中，按真空度的获得和测量方法的不同，将真空区域划分为：同，将真空区域划分为： # #第第五五章章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器l粗真空粗真空(101325(101325PaPa1333Pa)1333Pa)；l低真空低真空(1333(1333PaPa0.1333Pa)0.1333Pa)；l高真空高真空(0.1333(0.1333PaPa1.3331.3331010-6-6Pa)Pa)；超高真空超高真空( (1.3331.3331010-6-6PaPa 1.3331.333101

13、0-10-10Pa)Pa)极高真空极高真空 1.3331.3331010-14-14l# #第第五五章章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器1.1. 真空的获得真空的获得l为获得真空，须设法将气体分子从容为获得真空，须设法将气体分子从容器中抽出，使气体压力降低，器中抽出，使气体压力降低，# #第第五五章章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器凡能从容器中抽出气体，使气体压力降低凡能从容器中抽出气体，使气体压力降低的装置，均可称为真空泵。的装置，均可称为真空泵。如水流泵如水流泵 机械真空泵、机械真空泵、油泵油泵 扩散泵、扩散泵、吸附泵吸附泵 钛泵等等。钛泵等等。这些泵的应用范围如下：这些泵的应用范围如

14、下： # #第第五五章章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器l水流泵水流泵 101325 10132526662666PaPal机械泵机械泵 （油泵）（油泵） 101325 1013250.133320.13332PaPa（油）扩散泵（油）扩散泵 0.133322 0.1333221.331.331010-4-4 分子筛吸附泵分子筛吸附泵 101325 1013251.33 1.33 1010-8-8 钛泵钛泵 0.133322 0.1333221.331.331010-8-8l低温泵低温泵 10 10-9 -9 1010-16-16l目前实验室里用的最多的水流泵，油封机械目前实验室里用的最多的

15、水流泵，油封机械泵。泵。 # #第第五五章章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器l（1 1）水流泵）水流泵l应用的是柏努利（应用的是柏努利（D.lBernoulli）原理，水经原理，水经过收缩的喷口以高速喷过收缩的喷口以高速喷出，其周围区域的压力出，其周围区域的压力较低，由系统中进入的较低，由系统中进入的气体分子便被高速喷出气体分子便被高速喷出的水流带走，水流泵的的水流带走，水流泵的构造如图所示。构造如图所示。 # #第第五五章章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器水流泵所能达到的极限真空度受水本身的水流泵所能达到的极限真空度受水本身的蒸气压限制。蒸气压限制。水流泵在水流泵在1515时的极限真空度

16、时的极限真空度为为1.711.71KPaKPa 2020时为时为2.342.34KPaKPa，25 25 时为时为3.173.17KPaKPa。尽管效率较低，但由于简便，实验尽管效率较低，但由于简便，实验室中在抽滤或其他粗真空度要求时却经常使室中在抽滤或其他粗真空度要求时却经常使用。用。 # #第第五五章章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器l（2 2）油封旋片式真空泵）油封旋片式真空泵l实验室常用的真空泵为旋片式真空泵，实验室常用的真空泵为旋片式真空泵，l它主要由泵体和偏心转子组成。经过精密加工的偏它主要由泵体和偏心转子组成。经过精密加工的偏心转子下面安装有带弹簧的滑片，由电动机带动，心转子下

17、面安装有带弹簧的滑片，由电动机带动，偏心转子紧贴泵腔壁旋转。滑片靠弹簧的压力也紧偏心转子紧贴泵腔壁旋转。滑片靠弹簧的压力也紧贴泵腔壁。滑片在泵腔中连续运转，使泵腔被滑片贴泵腔壁。滑片在泵腔中连续运转，使泵腔被滑片分成的两个不同的容积呈周期性的扩大和缩小。气分成的两个不同的容积呈周期性的扩大和缩小。气体从进气嘴进入，被压缩后经过排气阀排出泵体外。体从进气嘴进入，被压缩后经过排气阀排出泵体外。如此循环往复，将系统内的压力减小如此循环往复，将系统内的压力减小# # 。 第第五五章章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器1.进气嘴进气嘴7.真空泵油真空泵油6.油箱油箱.4.转子转子3.旋片旋片2.旋片弹簧

18、旋片弹簧8-排气嘴排气嘴5.泵体泵体lA 工作原理A BA B是镶嵌在是镶嵌在圆柱体内的两圆柱体内的两个小刮板，中个小刮板，中间是根弹簧，间是根弹簧，气体从进气孔气体从进气孔被逐步压缩，被逐步压缩，以达到抽气的以达到抽气的目的。目的。进气孔排气孔lB B 使用机械泵应注意的问题：使用机械泵应注意的问题：1 1 机械泵不能直接抽含可凝性气体机械泵不能直接抽含可凝性气体（水蒸气）的蒸气、挥发性液体（水蒸气）的蒸气、挥发性液体等。等。须在可凝气体进泵前先通过须在可凝气体进泵前先通过纯化装置。如玻璃冷井，井内装纯化装置。如玻璃冷井，井内装无水氯化钙、五氧化二磷、分子无水氯化钙、五氧化二磷、分子筛等吸收

19、水分；用石蜡吸收有机筛等吸收水分；用石蜡吸收有机蒸气；用活性炭或硅胶吸收其它蒸气；用活性炭或硅胶吸收其它蒸气等蒸气等。如图。冷阱用的致冷剂。如图。冷阱用的致冷剂通常为固体二氧化碳通常为固体二氧化碳( (干冰、干冰、-78 -78 ) )及液体氮气及液体氮气(-196(-196) )，也可用，也可用冰。冰。 # #第第五五章章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器2 机械泵不能用来抽含腐蚀性（机械泵不能用来抽含腐蚀性（氯化氢、氯气、氯化氢、氯气、二氧化氮等）二氧化氮等）成分的气体。成分的气体。气体在进泵前先气体在进泵前先通过装有氢氧化钠固体的吸收瓶。通过装有氢氧化钠固体的吸收瓶。3 3 使用时应注意

20、马达的电压使用时应注意马达的电压。正常运转时不应。正常运转时不应有摩擦、金属碰击等异声。运转时温度不能有摩擦、金属碰击等异声。运转时温度不能超过超过50506060。4 4 机械泵的进气口前安装一个三通活塞。停止机械泵的进气口前安装一个三通活塞。停止抽气时应使机械泵与抽空系统隔开而与大气抽气时应使机械泵与抽空系统隔开而与大气相通，然后再关闭电源。相通，然后再关闭电源。这样既可保持系统这样既可保持系统的真空度，又避免泵油倒吸。的真空度，又避免泵油倒吸。 # #第第五五章章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器（3）扩散泵（略）扩散泵（略） 扩散泵是获得高真空的重要设备，其工作原扩散泵是获得高真空的重

21、要设备，其工作原理是利用一种工作气体高速从喷口处顷出理是利用一种工作气体高速从喷口处顷出时在喷口处形成低压，对周围气体产生抽吸时在喷口处形成低压，对周围气体产生抽吸作用而将气体带走。作用而将气体带走。 # #第第五五章章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器l2 真空的测量真空的测量l测量低于大气压强真空的仪器统称为真空计，测量低于大气压强真空的仪器统称为真空计，近近代真空技术涉及的压强从代真空技术涉及的压强从1.013251.01325PaPa1.331.331010- -1414范围，现在还没有一种真空计能够测量如此宽范围，现在还没有一种真空计能够测量如此宽范围的压强，一般真空计的测量范围：范

22、围的压强，一般真空计的测量范围： 水银水银U U型压力计型压力计 101325 1013251313PaPa。 液体液体U U型压力计型压力计 10132 101321.31.3PaPa 数字式真空测量仪数字式真空测量仪10132101321.31.3PaPa 麦氏真空规麦氏真空规 13.3 13.31.33 1.33 10 10-3-3Pa Pa 麦氏真空麦氏真空规称为绝对真空规，真空度可以用测量到的物理规称为绝对真空规，真空度可以用测量到的物理量直接计算而得到。量直接计算而得到。 # #第第五五章章 压力的测量及仪器目前实验室中用的水银目前实验室中用的水银U U型压力计已被数型压力计已被数

23、字式真空测压仪代替，（如饱和蒸汽压字式真空测压仪代替，（如饱和蒸汽压的测定，表面张力的测定等实验。该仪的测定，表面张力的测定等实验。该仪器是运用压阻式压力传感器原理测定试器是运用压阻式压力传感器原理测定试验系统与大气压之间压差，消除了汞的验系统与大气压之间压差，消除了汞的污染，污染，注意实验时用的仪器型号注意实验时用的仪器型号# #第第五五章章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器l真空的检漏在物化实验中非常重要，如果真空的检漏在物化实验中非常重要，如果系统漏气，测出的数据就是无效的，如饱系统漏气，测出的数据就是无效的，如饱和蒸汽压的测定实验，因而新安装的真空和蒸汽压的测定实验，因而新安装的真空装

24、置在使用前，应检查系统是否漏气。检装置在使用前，应检查系统是否漏气。检漏的仪器和方法很多，最简单的方法可以漏的仪器和方法很多，最简单的方法可以用泵将系统抽一段时间后关闭泵通向系统用泵将系统抽一段时间后关闭泵通向系统的活塞，然后观测系统内压强随时间的变的活塞，然后观测系统内压强随时间的变化情况。化情况。#氮气氮气氧气氧气氢气氢气压缩空气压缩空气二氧化碳二氧化碳氦氦液氨液氨氯氯乙炔乙炔氟氯烷氟氯烷石油气体石油气体粗氩气体粗氩气体纯氩气体纯氩气体黑天蓝绿黑黑棕黄草绿白铝白灰黑灰黄黄黑黑红红白白黄黄白白黑黑白白红红黑黑红红白白绿绿氮氮氧氧氢氢压缩空气压缩空气二氧化碳二氧化碳氦氦氨氨氯氯乙炔乙炔氟氯烷氟

25、氯烷石油气石油气粗氩粗氩纯氩纯氩气体类别瓶身颜色标字颜色字样四、气体钢瓶及其使用四、气体钢瓶及其使用1. 气体钢瓶的颜色标记 我国气体钢瓶常用的标记见下表。 l2. 气体钢瓶的使用（自学）气体钢瓶的使用（自学）l(1) (1) 在钢瓶上装上配套的减压阀。检查减在钢瓶上装上配套的减压阀。检查减压阀是否关紧，方法是逆时针旋转调压手压阀是否关紧，方法是逆时针旋转调压手柄至螺杆松动为止。柄至螺杆松动为止。l(2) (2) 打开钢瓶总阀门，此时高压表显示出打开钢瓶总阀门，此时高压表显示出瓶内贮气总压力。瓶内贮气总压力。l(3) (3) 慢慢地顺时针转动调压手柄，至低压慢慢地顺时针转动调压手柄，至低压表显

26、示出实验所需压力为止。表显示出实验所需压力为止。l(4) (4) 停止使用时，先关闭总阀门，待减压停止使用时，先关闭总阀门，待减压阀中余气逸尽后，再关闭减压阀。阀中余气逸尽后，再关闭减压阀。# #第第五五章章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器l3. 3. 注意事项（自学）注意事项（自学）l 钢瓶应存放在阴凉、干燥、远离热源的地方。钢瓶应存放在阴凉、干燥、远离热源的地方。可燃性气瓶应与氧气瓶分开存放。可燃性气瓶应与氧气瓶分开存放。l 搬运钢瓶要小心轻放，钢瓶帽要旋上。搬运钢瓶要小心轻放，钢瓶帽要旋上。l使用时应装减压阀和压力表。可燃性气瓶气门螺丝为反丝；使用时应装减压阀和压力表。可燃性气瓶气门螺

27、丝为反丝；不燃性或助燃性气瓶为正丝。各种压力表一般不可混用。不燃性或助燃性气瓶为正丝。各种压力表一般不可混用。 l不要让油或易燃有机物沾染气瓶上不要让油或易燃有机物沾染气瓶上l开启总阀门时，不要将头或身体正对总阀门，防止万一阀开启总阀门时，不要将头或身体正对总阀门，防止万一阀门或压力表冲出伤人。门或压力表冲出伤人。 l不可把气瓶内气体用光，以防重新充气时发生危险。不可把气瓶内气体用光，以防重新充气时发生危险。 l使用中的气瓶每三年应检查一次，装腐蚀性气体的钢瓶每使用中的气瓶每三年应检查一次，装腐蚀性气体的钢瓶每两年检查一次。两年检查一次。 l 氢气瓶应放在远离实验室的专用小屋内，用紫铜管引入氢

28、气瓶应放在远离实验室的专用小屋内，用紫铜管引入实验室，并安装防止回火的置。实验室，并安装防止回火的置。 # #l4. 4. 氧气减压阀的工作原理氧气减压阀的工作原理 l氧气减压阀的外观图氧气减压阀的外观图示意图示意图1.1.钢瓶；钢瓶；2.2.钢瓶开关；钢瓶开关；3.3.钢瓶与减压表连接螺母；钢瓶与减压表连接螺母；4.4.高压表；高压表；5.5.低压表；低压表；6.6.低压表压力调节螺杆；低压表压力调节螺杆；7.7.出口；出口； 8. 8.安全阀安全阀 # #工作原理图工作原理图1.1.弹簧垫块；弹簧垫块；2.2.传动薄传动薄膜；膜；3.3.安全阀；安全阀；4.4.进口进口( (接气体钢瓶接气

29、体钢瓶) )；5.5.高压高压表；表；6.6.低压表；低压表；7.7.压缩压缩弹簧；弹簧；8.8.出口出口( (接使用系接使用系统统) )；9.9.高压气室；高压气室；10.10.活门；活门；11.11.低压气室；低压气室； 12.12.顶杆；顶杆；13.13.主弹簧；主弹簧； 14.14.低压表压力调节螺低压表压力调节螺杆。杆。 l减压阀都装有安全阀。它是保护减压阀减压阀都装有安全阀。它是保护减压阀并使之安全使用的装置，也是减压阀出并使之安全使用的装置，也是减压阀出现故障的信号装置。如果由于活门垫、现故障的信号装置。如果由于活门垫、活门损坏或其它原因，导致出口压力超活门损坏或其它原因，导致出

30、口压力超过一定许可值时，安全阀会自动打开排过一定许可值时，安全阀会自动打开排气。气。l5. 5. 氧气减压阀的使用方法、氧气减压阀的使用方法、l使用时先打开钢瓶总开关，然后顺时针使用时先打开钢瓶总开关，然后顺时针转动低压表压力调节螺杆。转动低压表压力调节螺杆。第五章第五章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器l6. 6. 其它气体减压阀其它气体减压阀 l氮气、空气、氩气等永久性气体，可以采用氧氮气、空气、氩气等永久性气体，可以采用氧气减压阀。气减压阀。但腐蚀性（氨）气体，则需要专用但腐蚀性（氨）气体，则需要专用减压阀。市面上常见的氢气、氨、乙炔、丙烷、减压阀。市面上常见的氢气、氨、乙炔、丙烷、水蒸气等专用减压阀。水蒸气等专用减压阀。l这些减压阀的使用及注意事项与氧气减压阀基这些减压阀的使用及注意事项与氧气减压阀基本相同。但本相同。但专用减压阀一般不用于其它气体。专用减压阀一般不用于其它气体。为防止误用，为防止误用，减压阀与钢瓶之间采用特殊连接减压阀与钢瓶之间采用特殊连接口。安装时注意。口。安装时注意。 # # 第五章第五章 压力的测量及仪器压力的测量及仪器五、流量的测量及仪器五、流量的测量及仪器流体分为可压缩流体和不可压缩流体两类。流量的测定在科学研究