《建筑环境与能源应用工程专业综合实验》 教案 3-11液柱式压力计

液柱式压力计U形管压力计U形管压力计由两根U形的玻璃管（玻璃管1和玻璃管2）组成，在U形管中间装有刻度标尺，读数的零点在标尺的中央，管内充液体到零点处。玻璃管1通过接头与被测介质相接通，玻璃管2则通大气。当被测介质的压力p，大于大气压p时，玻璃管1中的工作液体液面下降，而玻璃管2中的工作液体液面上升，一直到两液面差的高度压产生的压力与被测压力相平衡时为止。在U形管压力计中很难保证两管的直径完全一致，因而在确定液柱高度h时必须同时读出两管的液面高度否则就可能造成较大的测量误差。U形管压力计的测量范围一般为0～±800mmH2O或mmHg，精度为±1%FS（满量程），可测表压、真空度、差压以及作校验流量计的标准差压计。其特点是零位刻度在刻度板中间，使用前无须调零，液柱高度须两次读数。U形管压力计是将一根直径相同的玻璃管弯成U形，管中充以工作液体（水或水银等），如REF_Ref11650\h图1所示。当管子一端为被测压力P，另一端为大气压力B，且P>B时，P侧的液柱下降，B侧的液柱上升。当两侧压力达到平衡时，由流体静力学可知，等压面在2—2处，其平衡方程式为:图1U形测压计p—被测压力；B—大气压力 P=B被测工作压力为p式中P——被测绝对压力，Pa；B——大气压力，Pa；ρ——工作液体的密度，kg/m3；g———重力加速度，m/s2，g=9.81m/s2；h1，h2——管中工作液体上升和下降的高度，h——液柱高差，m。从上述公式可以看出，当管内工作液体的密度已知时，被测压力的大小即可用工作液体柱的高差h来表示。当U形管压力计测量液体压力时，应考虑工作液体上面液柱产生的压力。图2润量液体时U形管压力图若两侧管中工作液体上面的液体密度分别为ρ1、ρ2，对等压面2-2平衡方程为 p+ρ1gH其中工作压力为 p工作=p-B式中ρ1，ρ2——工作液体上面液体的密度，H——测压点距B侧工作液体面的垂直距离，m。若测量同一种介质的压力差时，因ρ1=可写为 ∆p=ρ-ρ1式中∆p——两侧压力之差，Pa；从式p工作=p-B=ρghU形管压力计外观如图REF_Ref16347\h所示。标尺零位在中间。图3形管压力计外观及压力平衡原理U形管压力计的测量范围，以水为工作液体时一般为0～±7.8×103Pa，以水银为工作液体时一般为0～±1.07×105Pa。它适于测量绝对值较大的全压、静压，但不适于测量绝对值较小的动压。测压前首先将工作液体充入干净的U形管压力计中，调整好液面高度，使之处于零位。选择距测压点较近且不受干扰、碰撞的地方将U形管压力计垂直悬挂牢固。测量时将被测点的压力用胶管接到压力计的一个接口，另一个接口与大气相通。若测量压差时将两个测点的压力分别接到压力计的两个接口上，读数时视线应与液面平齐，液面以顶部凸面或凹面的切线为准。测定完毕，应将工作液体倒出。由于U形管压力计两侧玻璃管的直径难以保证完全一样，U形管压力图和测量液体时U形管压力计压力平衡原理图中h1≠h2，因为必须分别读取两边的液面高度值，然后相加得到h。这样消除了两侧管子截面不等带来的误差，但两次读数又增加了读值的误差。单管式压力计为了克服U形管压力计测压时需两次读数的缺点，出现了方便读数从而减少读数误差的单管式压力计。图4单管式压力计单管式压力计的工作原理与U形管压力计相同。它以一个截面积较大的容器取代了U形管中的一根玻璃管，如图所示。因为h所以 h2将式h2=h p工作=ρgh=ρg由于F≫f，故fF可忽略不计，式改写为 p工作=ρgh1式中h1，h2——工作液体在玻璃管内上升和在大容器内下降的高度，f，F——玻璃管和大容器的截面面积，m²。因此，当工作液体密度一定时只需一次读取玻璃管内液面上升的高度h1，即可测得压力值。单管式压力计的组成如图所示。测量玻璃管接在容器底部，标尺零位在下部。单管式压力计的测量范围，以水为工作液体时一般为0～±1.47×104Pa以水银为工作液体时一般为0～±2.0×105Pa。使用方法与U形管压力计相同。测量负压时，被测压力与玻璃管相接，容器接口通大气，读值为负值。多管压力计是将数根玻璃管接至同一较大容器上，可同时测量多点的压力值。斜管式压力计因U形管压力计和单管式压力计不能测量微小压力，为此产生了斜管式压力计。它是将单管式压力计垂直设置的玻璃管改为倾斜角度可调的斜管，如图所示。图5单管式压力计1—测量玻璃管；2—容器；3—刻度标尺图6斜管式压力计原理所以也常称它为倾斜式微压计。当被测压力与较大容器相通时，容器内工作液面下降，液体沿斜管上升的高度为 h=h1+h因为lf所以 h=lsinα+被测压力为 p工作=ρgh=ρgl式中l——斜管中工作液体向上移动的长度，m；α——斜管与水平面的夹角；f，F——玻璃管和大容器的截面面积，m2。从式p工作=ρgh=ρglsinα+fF中得知，当工作液体密度ρ图7斜管式压力计令 K=ρgsinα式中K——仪器常数。K值一般定为0.2、0.3、0.4、0.6、0.8等5个，分别标在斜管压力计的弧形支架上。此时，式p工作 p工作=Kl（mmH2O） 斜管式压力计结构紧凑、使用方便，适宜在周围气温为＋10～＋35℃、相对湿度不大于80%，且被测气体对黄铜、钢材无腐蚀的场合下使用，其测量范围为0～±2.0×103Pa，由于斜管的放大作用提高了压力计的灵敏度和读数的精度，最小可测量到1Pa的微压。使用前首先将酒精（ρ=0.81g/cm²）注入压力计的容器内，调好零位。压力计应放置平稳，以水准气泡调整底板，保证压力计的水平状态。根据被测压力的大小选择仪器常数K，并将斜管