压力同样的压差,用U形压差计测量的的测量仪表很多,本节仅介绍应用静力学原理测量压力的方法。
1.2.4.1 简单的测压管
最简单的测压管如图1-10所示。A点为测压口,测压口与玻璃管连接,玻璃管的另一端与大气相通。由玻璃管的液面高度获得读数R。用静力学原理,即式(1-13):
pA=p0+ρgh
A点的压力为:
pA-p0=ρgR (1-14)
图1-10 测压管
显然,这样的简单装置只适用于高于大气压的液体 压力的测定,不适用于气体。此外,如被测压力PA过大, 则读数R将过大,读数管将过长,测压很不方便。反之, 若被测压力与大气压过于接近,读数R将很小,使测量 误差增大。
1.2.4.2 U型测压管
图1-11 表示用U型测压管测量容器中A点的压 力。在U形玻璃管内放有某种液体作为指示液。指示液必须与被测流体不发生化学反 应且不互溶,其密度ρ大于被测液体的密度ρ。
由静力学原理可知,在同一种静止液体内部等高 面是等压的。因此,图1-11中1、2两点的压力为:
p1=PA+ρgh1
p2=p0+ρigR
因为p1=p2,由此可求得A点的压力为:
pA=p0+ρigR-ρgh1
A点的表压为:
pA-p0=ρ1gR-ρgh1 (1-15)
若容器内为气体,则由气柱h1造成的静压力可 以忽略,得:
pA-p0=ρ1gR (1-16)
图1-11 U形测压管
此时U形管的指示液读数R表示A点压力 与大气压之差,读数R即为A点的表压。
1.2.4.3 U形管压差计
如果U形管测压管的两端分别与两个测压 口相连,则可测得两测压点之间的压差,故称为压 差计。图1-12表示用U形管压差计测量均匀 管作定态流动时A、B两点的压差。因U形管内 的指示液处于静止,故位于同一水平面1、2两点 的压力为:
p1=pA+ρgh1
与
p2=pB+ρg(h2-R)+ρigR
相等,故有:
图1-12 U形管压差计
(pA+ρgZA)-(pB+ρgZB)=Rg(ρi-ρ)
如果导管为水平安装,则ZA=ZB,上式可改写成:
pA-pB=Rg(ρi-ρ) (1-17)
此时,U形管两测压口处于同一水平面上,U形管压差计直接测得的读数,就是被测 两点的压差
对于一般情况,压差应由下式计算:
图1-13 弹簧管压力表
1-金属弹簧管 2-指针 3-连杆 4-扇形齿轮 5-弹簧 6-底座 7-表接头 8-小齿轮 9-外壳
pA-pB=R(ρi-ρ)g-ρg(ZA-ZB) (1-18)
同样的压差,用U形压差计测量的读数R与 密度差(ρi-ρ)有关。故应妥善选择指示液的密度 ρi,使R在适宜的范围内。
1.2.4.4 弹簧管压力表
弹簧管压力表,是工业上应用最普遍的一种测 压仪表。它是利用金属弹簧管受压后,产生弹性变 形的关系而测量压力的。其构造如图1-13所示, 图中1为一根截面为椭圆形的弧形金属弹簧管,管 的一端固定在底座6上,并与外部测压接头7相 通;管的另一端是封闭的,可以在很小的范围内自 由移动,并与连杆3连接,连杆依次与扇形齿轮4 和带有读数指针2的小齿轮8相连。
当弹簧管的压力等于管外的大气压时,表上指 针在零位读数上;当弹簧管内的流体压力大于管外 的大气压时,则弹簧管受压,使管内椭圆形截面扩 张而趋向于圆形,从而使弧形管伸张而带动连杆。 由于这一变形很小,所以用扇形齿轮和小齿轮加以 放大,以便使指针在表面上能有足够的幅度,指出相应的压力读数,这个读数就是被测量 流体的表压。
弹簧管压力表的测量范围很广,可由0~250MPa,表面读数有各种规格。如果被测 量流体的压力低于大气压,可用弹簧管真空表,它的构造与弹簧管压力表相同,当弹簧管 内的流体压强低于管外大气压时,弹簧管向内弯曲,表面上指针从零位读数向相反方向转 动,真空表的表面读数从-0.1~0MPa,所指示的读数为流体的真空度。