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U 型壓力計(jì)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(jì)作為一種在工業(yè)生產(chǎn)、科研實(shí)驗(yàn)等眾多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的壓力測(cè)量?jī)x器,憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量直觀等優(yōu)勢(shì),備受青睞。其工作機(jī)制基于流體靜力學(xué)原理,主要通過精準(zhǔn)測(cè)量液柱高度差,來明確被測(cè)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(jì)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(duì)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(jiān)硬,不易碎裂,有效保障了壓力計(jì)的耐用性與測(cè)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(diǎn)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(shí)際應(yīng)用中,工作液的選擇是一個(gè)需要綜合考量多方面因素的過程。測(cè)量范圍是關(guān)鍵因素之一,比如測(cè)量較低壓力時(shí),像酒精、水這類密度相對(duì)較小的工作液更為合適,因?yàn)檩^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(cè)量;而當(dāng)測(cè)量高壓時(shí),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(cè)量范圍。被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)也不容忽視,若被測(cè)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(shí),對(duì)測(cè)量精度的要求也影響工作液的抉擇,精度要求越高,對(duì)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(dòng)對(duì) U 型管的影響;金屬材料制作的安裝架則具有更高的強(qiáng)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(jì)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(tái)上,方便操作和維護(hù)。

  • 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(cè)氣體或液體的接口以及 U 型管的管口進(jìn)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(cè)介質(zhì)泄漏,確保壓力測(cè)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(cè)介質(zhì)。

工作原理

在 U 型壓力計(jì)未與測(cè)壓點(diǎn)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?yàn)榇藭r(shí)兩側(cè)液面所受大氣壓力相等。當(dāng) U 型管的一端與測(cè)壓點(diǎn)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(cè)壓點(diǎn)連通一側(cè)的液面下降,這表明測(cè)壓點(diǎn)處的壓力高于另一側(cè)液面所受的大氣壓力,即測(cè)壓點(diǎn)處為正壓;反之,若該側(cè)液面上升,則說明測(cè)壓點(diǎn)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(jì)的兩端分別與兩個(gè)不同的測(cè)壓點(diǎn)相連通,那么它還能夠精準(zhǔn)測(cè)量出這兩個(gè)測(cè)壓點(diǎn)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(jì)時(shí),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(duì)垂直狀態(tài)。垂直放置對(duì)于提高測(cè)量精度至關(guān)重要,哪怕 U 型管出現(xiàn)微小傾斜,都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的液面高度差與實(shí)際值產(chǎn)生偏差,進(jìn)而影響壓力測(cè)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(qiáng)烈振動(dòng),因?yàn)檫@些外力干擾可能會(huì)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(duì)測(cè)量結(jié)果造成嚴(yán)重影響。

  1. 注入工作液:依據(jù)具體的測(cè)量需求,從眾多工作液中挑選出最合適的一種。例如,在測(cè)量低壓且對(duì)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(cè)量場(chǎng)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(cè)量時(shí),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(jìn)行讀數(shù)和后續(xù)測(cè)量工作。

  1. 連接被測(cè)介質(zhì):利用橡膠軟膠管,將被測(cè)氣體或液體的接口與 U 型管的一個(gè)或兩個(gè)管口進(jìn)行緊密連接。連接時(shí),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(cè)介質(zhì)的壓力就會(huì)發(fā)生變化,導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)嚴(yán)重偏差,無法真實(shí)反映實(shí)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(shí),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(jì)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(jì)算出被測(cè)壓力的大小。

測(cè)量精度

U 型管壓力計(jì)的測(cè)量精度受到多種因素的綜合影響,其中測(cè)量范圍、被測(cè)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(cè)量范圍越大,意味著能夠測(cè)量的壓力跨度越廣,對(duì)于較高壓力的測(cè)量,儀器本身的誤差占比相對(duì)較小,所以測(cè)量精度越高。以水作為工作液為例,當(dāng)測(cè)量壓力為 5kPa 時(shí),其精度可達(dá) ±0.5%;當(dāng)測(cè)量壓力降至 2.5kPa 時(shí),精度變?yōu)?±1%;1kPa 時(shí)精度為 ±2.5%;而在測(cè)量 0.5kPa 壓力時(shí),精度僅為 ±5%。此外,在測(cè)量高度固定的情況下,若期望提高測(cè)量精度和靈敏度,選擇密度低的工作液是一個(gè)有效途徑。因?yàn)槊芏鹊偷墓ぷ饕涸谙嗤瑝毫ψ兓拢褐叨茸兓鼮轱@著,能更敏銳地感知壓力的微小波動(dòng),從而提升測(cè)量的精準(zhǔn)度。

注意事項(xiàng)

  1. 保持垂直:U 型管壓力計(jì)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(cè)量得到的液面高度差將大于或小于實(shí)際高度差,導(dǎo)致最終計(jì)算出的壓力值與真實(shí)值產(chǎn)生偏差。例如,當(dāng) U 型管傾斜 10° 時(shí),對(duì)于 10cm 的液柱高度差,測(cè)量誤差可能達(dá)到 1.7cm 左右,這對(duì)于壓力測(cè)量的準(zhǔn)確性影響巨大。

  2. 同時(shí)讀取兩管液面高度:由于 U 型管壓力計(jì)兩邊玻璃管在生產(chǎn)過程中,內(nèi)徑很難做到絕對(duì)一致。如果僅讀取一邊玻璃管的數(shù)值并簡(jiǎn)單乘二,會(huì)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(duì)較慢,若只讀取這一側(cè)數(shù)值乘二,與同時(shí)讀取兩側(cè)液面高度差計(jì)算出的壓力值相比,誤差可能達(dá)到 5% - 10%,嚴(yán)重影響測(cè)量精度。因此,為確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性,在讀取數(shù)值時(shí),必須同時(shí)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(cè)量場(chǎng)景。在測(cè)量低壓時(shí),如在空調(diào)系統(tǒng)的壓力檢測(cè)中,可選用密度較小的酒精或水作為工作液,它們能對(duì)微小的壓力變化做出明顯的液柱高度響應(yīng);而在測(cè)量高壓,如工業(yè)鍋爐的壓力測(cè)量時(shí),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(huì)因壓力過大導(dǎo)致液柱超出測(cè)量范圍。此外,若被測(cè)介質(zhì)具有特殊性質(zhì),如強(qiáng)腐蝕性,就需要選擇耐腐蝕的工作液,像測(cè)量含酸氣體壓力時(shí),可選用特定的耐腐蝕有機(jī)液體作為工作液,防止工作液與被測(cè)介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),影響測(cè)量結(jié)果和儀器壽命。

  4. 定期校準(zhǔn):為保證 U 型管壓力計(jì)測(cè)量結(jié)果的長(zhǎng)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(jìn)行比對(duì)校準(zhǔn)。具體操作時(shí),將標(biāo)準(zhǔn)壓力源與 U 型壓力計(jì)同時(shí)連接到相同的壓力環(huán)境中,對(duì)比兩者的測(cè)量結(jié)果,根據(jù)偏差對(duì) U 型壓力計(jì)進(jìn)行調(diào)整。另一種是將 U 型壓力計(jì)送至專業(yè)的相關(guān)計(jì)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行校準(zhǔn),計(jì)量機(jī)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(jì)進(jìn)行全面、精確的校準(zhǔn),確保其在后續(xù)使用中的測(cè)量精度。

    1. 維護(hù)保養(yǎng):在使用完畢后,應(yīng)及時(shí)清理 U 型管內(nèi)的工作液。對(duì)于水溶性工作液,如用水測(cè)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(duì)于水銀等特殊工作液,需采用專門的回收裝置進(jìn)行收集,防止污染環(huán)境。清理干凈后,將 U 型壓力計(jì)妥善保管在干燥、通風(fēng)且溫度適宜的環(huán)境中。在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中,要采取有效的防護(hù)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(dòng),防止玻璃管破裂或內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損,從而延長(zhǎng) U 型壓力計(jì)的使用壽命,保證其測(cè)量性能的穩(wěn)定性。


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