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U 型壓力計的選型

來源:南京金諾儀表有限公司   2025年04月01日 15:48  
U 型壓力計作為一種在工業(yè)生產(chǎn)、科研實驗等眾多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的壓力測量儀器,憑借其結(jié)構(gòu)簡單、測量直觀等優(yōu)勢,備受青睞。其工作機制基于流體靜力學(xué)原理,主要通過精準(zhǔn)測量液柱高度差,來明確被測壓力的具體數(shù)值。

結(jié)構(gòu)組成

  • U 型玻璃管:U 型玻璃管堪稱 U 型壓力計的核心部件,一般由高硼玻璃精心打造而成。高硼玻璃具有物理穩(wěn)定性,能在不同溫度、濕度環(huán)境下保持形態(tài)穩(wěn)定;化學(xué)穩(wěn)定性好,對多數(shù)常見化學(xué)物質(zhì)具有良好的抗腐蝕能力。它透明度高,便于清晰觀察內(nèi)部液柱變化,且質(zhì)地堅硬,不易碎裂,有效保障了壓力計的耐用性與測量可靠性。U 型管的內(nèi)截面積均勻一致,兩端呈開口狀態(tài),中間位置安裝有刻度標(biāo)尺,標(biāo)尺的零點精準(zhǔn)設(shè)定在中央部位,為準(zhǔn)確讀取液柱高度差提供了關(guān)鍵參照。

  • 工作液:注入 U 型管內(nèi)的工作液種類繁多,常見的有水、水銀、酒精、四氯化碳、三溴甲烷等。在實際應(yīng)用中,工作液的選擇是一個需要綜合考量多方面因素的過程。測量范圍是關(guān)鍵因素之一,比如測量較低壓力時,像酒精、水這類密度相對較小的工作液更為合適,因為較小的壓力變化就能引起較明顯的液柱高度變化,利于精確測量;而當(dāng)測量高壓時,水銀等密度大的工作液則能更好地適應(yīng),避免因壓力過大導(dǎo)致液柱超出測量范圍。被測介質(zhì)的性質(zhì)也不容忽視,若被測介質(zhì)具有腐蝕性,就需選擇與之不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的工作液;同時,對測量精度的要求也影響工作液的抉擇,精度要求越高,對工作液的特性匹配度要求也越高。

  • 安裝架:安裝架的主要作用是穩(wěn)固地固定 U 型玻璃管。它通常選用優(yōu)質(zhì)木材或金屬材料制作。木質(zhì)安裝架質(zhì)地輕便且具有一定的緩沖性能,能在一定程度上減少外界振動對 U 型管的影響;金屬材料制作的安裝架則具有更高的強度和穩(wěn)定性,可適應(yīng)較為復(fù)雜、惡劣的安裝環(huán)境。安裝架設(shè)計靈活,既可以通過掛鉤等裝置懸掛在墻壁上,節(jié)省空間且便于觀察;也能夠平穩(wěn)地安放在工作臺上,方便操作和維護。

  • 連接部件:連接部件一般采用橡膠軟膠管,其柔軟且富有彈性的特性,使其能方便地與被測氣體或液體的接口以及 U 型管的管口進行連接。在連接過程中,橡膠軟膠管憑借良好的密封性,能夠有效防止被測介質(zhì)泄漏,確保壓力測量的準(zhǔn)確性。并且,橡膠軟膠管具有一定的耐腐蝕性,可適應(yīng)多種不同性質(zhì)的被測介質(zhì)。

工作原理

在 U 型壓力計未與測壓點連通之前,U 型玻璃管內(nèi)兩側(cè)的液面在零刻度線處保持水平狀態(tài),這是因為此時兩側(cè)液面所受大氣壓力相等。當(dāng) U 型管的一端與測壓點成功連通后,管內(nèi)的液面平衡隨即被打破,開始發(fā)生變化。若與測壓點連通一側(cè)的液面下降,這表明測壓點處的壓力高于另一側(cè)液面所受的大氣壓力,即測壓點處為正壓;反之,若該側(cè)液面上升,則說明測壓點處壓力低于大氣壓力,為負(fù)壓。值得一提的是,如果 U 型管壓力計的兩端分別與兩個不同的測壓點相連通,那么它還能夠精準(zhǔn)測量出這兩個測壓點之間的壓力差值,為分析系統(tǒng)內(nèi)不同部位的壓力變化提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

使用方法

  1. 安裝:安裝 U 型壓力計時,需將其垂直懸掛在預(yù)先選定的固定支座上。這一過程中,可借助鉛垂線等工具,確保 U 型管處于絕對垂直狀態(tài)。垂直放置對于提高測量精度至關(guān)重要,哪怕 U 型管出現(xiàn)微小傾斜,都會導(dǎo)致測量的液面高度差與實際值產(chǎn)生偏差,進而影響壓力測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在安裝過程中,要格外小心謹(jǐn)慎,避免 U 型管受到外力的撞擊或強烈振動,因為這些外力干擾可能會使 U 型管產(chǎn)生細(xì)微裂紋或改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu),最終對測量結(jié)果造成嚴(yán)重影響。

  1. 注入工作液:依據(jù)具體的測量需求,從眾多工作液中挑選出最合適的一種。例如,在測量低壓且對精度要求較高的環(huán)境中,水或酒精可能是理想選擇;而在高壓測量場景下,水銀則更為適宜。選定工作液后,將其緩慢注入 U 型管內(nèi),注入量一般控制在標(biāo)尺刻度的 1/2 處。這樣的注入量既能保證在正壓和負(fù)壓測量時,液柱都有足夠的上升和下降空間,又便于操作人員清晰、準(zhǔn)確地進行讀數(shù)和后續(xù)測量工作。

  1. 連接被測介質(zhì):利用橡膠軟膠管,將被測氣體或液體的接口與 U 型管的一個或兩個管口進行緊密連接。連接時,務(wù)必仔細(xì)檢查連接處是否牢固,可通過輕輕拉扯橡膠管以及涂抹肥皂水檢查是否有氣泡產(chǎn)生等方法,來確認(rèn)連接處無泄漏現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)泄漏,被測介質(zhì)的壓力就會發(fā)生變化,導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)嚴(yán)重偏差,無法真實反映實際壓力情況。

  1. 讀數(shù):讀取 U 型管內(nèi)兩側(cè)液面的高度差時,操作人員的視線應(yīng)與液面保持平齊,這是為了避免因視角問題產(chǎn)生視覺誤差。讀數(shù)應(yīng)以液面彎月面頂部切線為準(zhǔn),精確讀取刻度數(shù)值。隨后,根據(jù)預(yù)先確定的工作液密度以及當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葦?shù)值,通過特定的計算公式(壓力 = 工作液密度 × 重力加速度 × 液柱高度差),就能準(zhǔn)確計算出被測壓力的大小。

測量精度

U 型管壓力計的測量精度受到多種因素的綜合影響,其中測量范圍、被測壓力的大小以及工作液的選取起著決定性作用。在工作液確定的情況下,測量范圍越大,意味著能夠測量的壓力跨度越廣,對于較高壓力的測量,儀器本身的誤差占比相對較小,所以測量精度越高。以水作為工作液為例,當(dāng)測量壓力為 5kPa 時,其精度可達(dá) ±0.5%;當(dāng)測量壓力降至 2.5kPa 時,精度變?yōu)?±1%;1kPa 時精度為 ±2.5%;而在測量 0.5kPa 壓力時,精度僅為 ±5%。此外,在測量高度固定的情況下,若期望提高測量精度和靈敏度,選擇密度低的工作液是一個有效途徑。因為密度低的工作液在相同壓力變化下,液柱高度變化更為顯著,能更敏銳地感知壓力的微小波動,從而提升測量的精準(zhǔn)度。

注意事項

  1. 保持垂直:U 型管壓力計在使用過程中必須始終保持垂直放置。一旦 U 型管出現(xiàn)傾斜,根據(jù)三角函數(shù)原理,測量得到的液面高度差將大于或小于實際高度差,導(dǎo)致最終計算出的壓力值與真實值產(chǎn)生偏差。例如,當(dāng) U 型管傾斜 10° 時,對于 10cm 的液柱高度差,測量誤差可能達(dá)到 1.7cm 左右,這對于壓力測量的準(zhǔn)確性影響巨大。

  2. 同時讀取兩管液面高度:由于 U 型管壓力計兩邊玻璃管在生產(chǎn)過程中,內(nèi)徑很難做到絕對一致。如果僅讀取一邊玻璃管的數(shù)值并簡單乘二,會引入額外誤差。例如,假設(shè)一側(cè)玻璃管內(nèi)徑比另一側(cè)略大,在相同壓力作用下,內(nèi)徑大的一側(cè)液柱上升或下降速度相對較慢,若只讀取這一側(cè)數(shù)值乘二,與同時讀取兩側(cè)液面高度差計算出的壓力值相比,誤差可能達(dá)到 5% - 10%,嚴(yán)重影響測量精度。因此,為確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性,在讀取數(shù)值時,必須同時讀取兩管的液面高度。

  3. 選擇合適的工作液:不同的工作液因其密度和粘度特性,適用于不同的測量場景。在測量低壓時,如在空調(diào)系統(tǒng)的壓力檢測中,可選用密度較小的酒精或水作為工作液,它們能對微小的壓力變化做出明顯的液柱高度響應(yīng);而在測量高壓,如工業(yè)鍋爐的壓力測量時,水銀因其高密度特性,能夠在高壓環(huán)境下穩(wěn)定工作,且不會因壓力過大導(dǎo)致液柱超出測量范圍。此外,若被測介質(zhì)具有特殊性質(zhì),如強腐蝕性,就需要選擇耐腐蝕的工作液,像測量含酸氣體壓力時,可選用特定的耐腐蝕有機液體作為工作液,防止工作液與被測介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),影響測量結(jié)果和儀器壽命。

  4. 定期校準(zhǔn):為保證 U 型管壓力計測量結(jié)果的長期準(zhǔn)確性,需要定期校準(zhǔn)。校準(zhǔn)方法主要有兩種,一種是采用標(biāo)準(zhǔn)壓力源進行比對校準(zhǔn)。具體操作時,將標(biāo)準(zhǔn)壓力源與 U 型壓力計同時連接到相同的壓力環(huán)境中,對比兩者的測量結(jié)果,根據(jù)偏差對 U 型壓力計進行調(diào)整。另一種是將 U 型壓力計送至專業(yè)的相關(guān)計量機構(gòu)進行校準(zhǔn),計量機構(gòu)擁有更為精準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)器具和專業(yè)的校準(zhǔn)流程,能夠?qū)?U 型壓力計進行全面、精確的校準(zhǔn),確保其在后續(xù)使用中的測量精度。

    1. 維護保養(yǎng):在使用完畢后,應(yīng)及時清理 U 型管內(nèi)的工作液。對于水溶性工作液,如用水測量后,可使用蒸餾水沖洗多次,然后用干凈的壓縮空氣吹干;對于水銀等特殊工作液,需采用專門的回收裝置進行收集,防止污染環(huán)境。清理干凈后,將 U 型壓力計妥善保管在干燥、通風(fēng)且溫度適宜的環(huán)境中。在運輸和儲存過程中,要采取有效的防護措施,如使用泡沫等緩沖材料包裹 U 型管,避免 U 型管受到外力撞擊或振動,防止玻璃管破裂或內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損,從而延長 U 型壓力計的使用壽命,保證其測量性能的穩(wěn)定性。


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