U型管真空计的分类与改进形式

2010-03-22 朱武 合肥工业大学

  人类最早对于气体压力的测量,是从(Torricelli)实验开始的。U 型管真空计是使用历史最长、结构最简单的测量压力的仪器,它通常是用玻璃管制成,其工作液体有多种,通常为水银。管的一端与待测压力的真空容器相连,另一端是封死的或开口与大气相通,以U型管两端的液面差来指示真空度。U型管真空计的测量范围为105~10Pa,它是一种绝对真空计。

U 型管真空计的分类

  原因U 型管一头接至待测蒸空系统化上,同一头开口子拨通时尚还是全封闭式的,因此 可以分为两个主要形式。   (1)开启式U 型管蒸空条件计:将 U 型管中通入只要不过量的上班液(如雪银),一边张嘴接豪迈(即条件豪迈有心理压差p0),另边与被测蒸空条件系统的软件接接接(待测有心理压差 p),就像文中1一样。在着手抽气前,U 型管两端均为豪迈有心理压差,两端液面趋于稳定不同层面。当蒸空条件系统的软件抽气后,现在有心理压差p的较低,两端液面的层面差无常的意思增强,在某一些时刻两端趋于稳定粘液静有心理压差取舍状态下时,有

p= p0-ρgh

  式中:p—待测压力; p0—环境大气压力; h— 两液面高度差; ρ—工作液密度; g—重力加速度。

开式U型管真空计

图1 立式U型管抽真空计

  可以看出,开式U型管真空计的压力指示与环境大气压力p0有关。如果测量时的环境大气压力已知(要用测压计读出),那么当测出液面差h后就可用上式计算出待测真空系统的压力值p。

  当工作液体为水银时,其 密 度 ρ=13.595 ×103kgm-3,重 力 加 速 度 为 g=9.80665ms-2,则

p= p0-1.333×105h

  式中:p、p0的单位为Pa;h的单位为m。

  (2)闭式U 型管真空计:如图2所示,把管内预先抽至压力为10-1 Pa以下,然后将工作液(如水银)注入管内,其开口端与待测真空系统相连接。真空系统抽气前,真空系统内的压力等于环境大气压力,则工作液充满封闭端形成最大液面差h0;当系统抽气到某一瞬间,两端液面处于液面静压力平衡时,待测压力值可用下式求得(忽略封闭端内压力对液面的影响),即

闭式U型管真空计

图2 闭式U型管正空计 p = ρgh   如事情液为液态水银,则

p=1.333 ×105h

  式中:h为液面超高差,m。   闭式U 型管负压泵计与立式U 型管负压泵计相对较,施用在一起更以便于,有时在量测压差时不可从大参数始于,U 型管可做得短些。为了能让放置待测系统内瞬间加入空气时,封闭性端被岗位液打破,是可以把U 型管转弯处制成狭细的孔状管,用以缓和一些岗位液的中国电信流速。

U型管真空计的改进形式

  U型管真空计所能测量的最低压力即其测量下限pmin。当压力p很小时,开式U型管真空计液面差h→p0/(ρg),闭式U型管真空计液面差h→0。这时读液面差数值就有困难了,一般用肉眼所能正确观测的最小液面差约为0.5 ~ 1mm,如用水银做工作液,则 pmin= 66.5 ~ 133Pa。另外,开式U型管真空计的读数受环境大气压力的影响;闭式U 型管真空计受封闭端内工作液放气的影响,使管内压力增加,给读数带来误差。为了延伸测量下限和减小测量误差,除改用比水银密度小的液体(如油)做工作液外,还可将其结构做些改进。

  (1)用硬度较小的气体来替代液态水銀。实用的有274硅油、传播泵油、3号电抗器油、硼钨酸镉等。比如用274硅油(它存在饱和状态蒸汽压得过低、粘性小等优势特点)来代用液态水銀制作成油U型管真空环境计,在这时也是的水压差会有引起不大的液面相对高度差,其增加7的倍数由液态水銀和油硬度比来影响,这方案可以让测试最高值覆盖一款 数目级上下。

  (2)改进闭式U 型管真空计的结构。为了减小封闭端管内压力对测量的影响,将其结构改进后如图3所示,在U型管左右两支管间加一个二通阀K。在不测量时,阀K将左右两支管接通,两边液面处于同一高度;在进行测量时,先将两端支管内压力抽到10-1Pa以下,然后转动阀K将左右支管隔断,左支管就变成封闭端。测量过程中随着待测压力p的变化,两边液面高度差h就随之变化,读出h的变化即可算出压力p的数值。这种结构可以减小封闭端因工作液放气给测量带来的误差。

U型管真空计的改进形式

图3 油U型管抽真空环境计  图4 斜罩式U型管抽真空环境计   (3)斜置式U型管真空体计。如下图如下4如下,液面平行定位较小的间距差,在支持的定位上就现身很大的的总长差,待测学习重压p可由斜管径液柱总长L和支持角θ计算下来下来。主要是因为平行大管(任务液贮器)的横截空间积A 2远高远于斜管的横截空间积A1(基本上A2/A1> 200),大管径液面的的变化可被忽视不计入,由于,被测学习重压可是地用下式求得 p= ρg L·sinθ

  还有用光干涉方法制成光干涉油微压计,测量范围为1 ~ 10-2 Pa,准确度达 ± 1.5 × 10-2