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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生產、科研實驗等眾多領域廣泛應用的壓力測量儀器,憑借其結構簡單、測量直觀等優勢,備受青睞。其工作機制基于流體靜力學原理,主要通過精準測量液柱高度差,來明確被測壓力的具體數值。

結構組成

  • 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定性,能在不同溫度、濕度環境下保持形態穩定;化學穩定性好,對多數常見化學物質具有良好的抗腐蝕能力。它透明度高,便于清晰觀察內部液柱變化,且質地堅硬,不易碎裂,有效保障了壓力計的耐用性與測量可靠性。U 型管的內截面積均勻一致,兩端呈開口狀態,中間位置安裝有刻度標尺,標尺的零點精準設定在中央部位,為準確讀取液柱高度差提供了關鍵參照。

  • 工作液:注入 U 型管內的工作液種類繁多,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;而當測量高壓時,水銀等密度大的工作液則能更好地適應,避免因壓力過大導致液柱超出測量范圍。被測介質的性質也不容忽視,若被測介質具有腐蝕性,就需選擇與之不發生化學反應的工作液;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固地固定 U 型玻璃管。它通常選用優質木材或金屬材料制作。木質安裝架質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定性,可適應較為復雜、惡劣的安裝環境。安裝架設計靈活,既可以通過掛鉤等裝置懸掛在墻壁上,節省空間且便于觀察;也能夠平穩地安放在工作臺上,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泄漏,確保壓力測量的準確性。并且,橡膠軟膠管具有一定的耐腐蝕性,可適應多種不同性質的被測介質。

工作原理

在 U 型壓力計未與測壓點連通之前,U 型玻璃管內兩側的液面在零刻度線處保持水平狀態,這是因為此時兩側液面所受大氣壓力相等。當 U 型管的一端與測壓點成功連通后,管內的液面平衡隨即被打破,開始發生變化。若與測壓點連通一側的液面下降,這表明測壓點處的壓力高于另一側液面所受的大氣壓力,即測壓點處為正壓;反之,若該側液面上升,則說明測壓點處壓力低于大氣壓力,為負壓。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,那么它還能夠精準測量出這兩個測壓點之間的壓力差值,為分析系統內不同部位的壓力變化提供關鍵數據。

使用方法

  1. 安裝:安裝 U 型壓力計時,需將其垂直懸掛在預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。垂直放置對于提高測量精度至關重要,哪怕 U 型管出現微小傾斜,都會導致測量的液面高度差與實際值產生偏差,進而影響壓力測量結果的準確性。在安裝過程中,要格外小心謹慎,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 型管產生細微裂紋或改變其內部結構,最終對測量結果造成嚴重影響。

  1. 注入工作液:依據具體的測量需求,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,注入量一般控制在標尺刻度的 1/2 處。這樣的注入量既能保證在正壓和負壓測量時,液柱都有足夠的上升和下降空間,又便于操作人員清晰、準確地進行讀數和后續測量工作。

  1. 連接被測介質: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,務必仔細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生等方法,來確認連接處無泄漏現象。一旦出現泄漏,被測介質的壓力就會發生變化,導致測量結果出現嚴重偏差,無法真實反映實際壓力情況。

  1. 讀數:讀取 U 型管內兩側液面的高度差時,操作人員的視線應與液面保持平齊,這是為了避免因視角問題產生視覺誤差。讀數應以液面彎月面頂部切線為準,精確讀取刻度數值。隨后,根據預先確定的工作液密度以及當地的重力加速度數值,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,當測量壓力為 5kPa 時,其精度可達 ±0.5%;當測量壓力降至 2.5kPa 時,精度變為 ±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 型管出現傾斜,根據三角函數原理,測量得到的液面高度差將大于或小于實際高度差,導致最終計算出的壓力值與真實值產生偏差。例如,當 U 型管傾斜 10° 時,對于 10cm 的液柱高度差,測量誤差可能達到 1.7cm 左右,這對于壓力測量的準確性影響巨大。

  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過程中,內徑很難做到絕對一致。如果僅讀取一邊玻璃管的數值并簡單乘二,會引入額外誤差。例如,假設一側玻璃管內徑比另一側略大,在相同壓力作用下,內徑大的一側液柱上升或下降速度相對較慢,若只讀取這一側數值乘二,與同時讀取兩側液面高度差計算出的壓力值相比,誤差可能達到 5% - 10%,嚴重影響測量精度。因此,為確保測量結果的準確性,在讀取數值時,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,如在空調系統的壓力檢測中,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;而在測量高壓,如工業鍋爐的壓力測量時,水銀因其高密度特性,能夠在高壓環境下穩定工作,且不會因壓力過大導致液柱超出測量范圍。此外,若被測介質具有特殊性質,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發生化學反應,影響測量結果和儀器壽命。

  4. 定期校準:為保證 U 型管壓力計測量結果的長期準確性,需要定期校準。校準方法主要有兩種,一種是采用標準壓力源進行比對校準。具體操作時,將標準壓力源與 U 型壓力計同時連接到相同的壓力環境中,對比兩者的測量結果,根據偏差對 U 型壓力計進行調整。另一種是將 U 型壓力計送至專業的相關計量機構進行校準,計量機構擁有更為精準的標準器具和專業的校準流程,能夠對 U 型壓力計進行全面、精確的校準,確保其在后續使用中的測量精度。

    1. 維護保養:在使用完畢后,應及時清理 U 型管內的工作液。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,防止污染環境。清理干凈后,將 U 型壓力計妥善保管在干燥、通風且溫度適宜的環境中。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部結構受損,從而延長 U 型壓力計的使用壽命,保證其測量性能的穩定性。


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