壓力及流量的測(cè)量

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1、9第二章壓力及流量的測(cè)量第二章壓力及流量的測(cè)量壓力是用來(lái)描述體系狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)。許多物理、化學(xué)性質(zhì)，例如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、蒸氣壓等幾乎都與壓力有關(guān)。在化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究中，壓力也是一個(gè)很重要的因素。因此，壓力的測(cè)量具有重要的意義。物化實(shí)驗(yàn)中，涉及到高壓(鋼瓶)，常壓，以及真空系統(tǒng)(負(fù)壓)。對(duì)于不同壓力范圍，測(cè)量方法也不同，所用儀器的精確度也不同。第一節(jié)壓力的測(cè)量及儀器?壓力是指均勻垂直作用于單位面積上的力，也可把它叫作壓力強(qiáng)度，或簡(jiǎn)稱壓強(qiáng)。國(guó)際單位制(SI)用帕斯卡作為通用的壓力單位，以Pa

2、或帕表示。當(dāng)作用于1m2(平方米)面積上的力為1N(牛頓)時(shí)就是1Pa(帕斯卡)：但是，原來(lái)的許多壓力單位，例如，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(或稱物理大氣壓，簡(jiǎn)稱大氣壓)、工程大氣壓(即kg·cm-2)、巴等現(xiàn)在仍然在使用。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中還常選用一些標(biāo)準(zhǔn)液體(例如汞)制成液體壓力計(jì)，壓力大小就直接以液體的高度來(lái)表示。它的意義是作用在液柱單位底面積上的液體重量與氣體的壓力相平衡或相等。例如，1atm可以定義為：在0℃、重力加速度等于9.80665m·s-2時(shí)，760mm高的汞柱垂直作用于底面積上的壓力。此時(shí)汞的密度

3、為13.5951g·cm-3。因此，1atm又等于1.03323kg·cm-2。上述壓力單位之間的換算關(guān)系見(jiàn)表1-2-1。表1-2-1常用壓力單位換算表壓力單位Pakg·cm-2atmbarmmHgPa11.019716×10-20.9869236×10-51×10-57.5006×10-3kg·cm-29.800665×10-410.9678410.980665753.559atm1.01325×1051.0332311.01325760.0bar1×1051.0197166.986923175

4、0.062mmHg133.32241.35951×10-31.3157895×10-31.33322×10-31除了所用單位不同之外，壓力還可用絕對(duì)壓力、表壓和真空度來(lái)表示。圖1-2-1說(shuō)明三者的關(guān)系。顯然，在壓力高于大氣壓的時(shí)侯：絕對(duì)壓＝大氣壓＋表壓或表壓＝絕對(duì)壓－大氣壓在壓力低于大氣壓的時(shí)候：絕對(duì)壓＝大氣壓－真空度或真空度＝大氣壓－絕對(duì)壓9第二章壓力及流量的測(cè)量當(dāng)然，上述式子等號(hào)兩端各項(xiàng)都必須采用相同的壓力單位。一、測(cè)壓儀表1.液柱式壓力計(jì)液柱式壓力計(jì)是物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中用得最多的壓力計(jì)。它構(gòu)造簡(jiǎn)

5、單、使用方便，能測(cè)量微小壓力差，測(cè)量準(zhǔn)確度比較高，且制作容易，價(jià)格低廉，但是測(cè)量范圍不大，示值與工作液體密度有關(guān)。它的結(jié)構(gòu)不牢固，耐壓程度較差。現(xiàn)簡(jiǎn)單介紹一下U型壓力計(jì)。圖1-2-1?絕對(duì)壓、表壓與真空度的關(guān)系圖1-2-2?U型壓力計(jì)液柱式U型壓力計(jì)由兩端開(kāi)口的垂直U型玻璃管及垂直放置的刻度標(biāo)尺所構(gòu)成。管內(nèi)下部盛有適量工作液體作為指示液。圖1-2-2中U型管的兩支管分別連接于兩個(gè)測(cè)壓口。因?yàn)闅怏w的密度遠(yuǎn)小于工作液的密度，因此，由液面差Δh及工作液的密度ρ、重力加速度g可以得到下式：p1＝p2＋Δh

6、·ρg或U型壓力計(jì)可用來(lái)測(cè)量：?兩氣體壓力差；?氣體的表壓(p1為測(cè)量氣壓，p2為大氣壓)；?氣體的絕對(duì)壓力(令p2為真空，p1所示即為絕對(duì)壓力)；?氣體的真空度(p1通大氣，p2為負(fù)壓，可測(cè)其真空度)。2.彈性式壓力計(jì)利用彈性元件的彈性力來(lái)測(cè)量壓力，是測(cè)壓儀表中相當(dāng)重要的一種形式。由于彈性元件的結(jié)構(gòu)和材料不同，它們具有各不相同的彈性位移與被測(cè)壓力的關(guān)系。物化實(shí)驗(yàn)室中接觸較多的為單管彈簧管式壓力計(jì)。這種壓力計(jì)的壓力由彈簧管固定端進(jìn)入，通過(guò)彈簧管自由端的位移帶動(dòng)指針運(yùn)動(dòng)，指示壓力值。如圖1-2-3所

7、示。使用彈性式壓力計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):合理選擇壓力表量程。為了保證足夠的測(cè)量精度，選擇的量程應(yīng)在儀表分度標(biāo)尺的1/2～3/4范圍內(nèi)。使用時(shí)環(huán)境溫度不得超過(guò)35度，如超過(guò)應(yīng)給予溫度修正。測(cè)量壓力時(shí)，壓力表指針不應(yīng)有跳動(dòng)和停滯現(xiàn)象。對(duì)壓力表應(yīng)定期進(jìn)行校驗(yàn)。3.福廷式氣壓計(jì)福廷式氣壓計(jì)的構(gòu)造如圖1-2-4所示。它的外部是圖1-2-3彈簧管壓力計(jì)1-金屬?gòu)椈晒埽?-指針；3-連桿；4-扇型齒輪；5-彈簧；6-底座；7-測(cè)壓接頭；8-小齒輪；9-外殼9第二章壓力及流量的測(cè)量圖1-2-4福廷式氣壓計(jì)1-玻璃管

8、；2-黃銅標(biāo)尺；3-游標(biāo)尺；4-調(diào)節(jié)螺栓；5-黃銅管；6-象牙針；7-汞槽；8-羚羊皮袋；9-調(diào)節(jié)汞面的螺栓；10-氣孔；11-溫度計(jì)一黃銅管，管的頂端有懸環(huán)，用以懸掛在實(shí)驗(yàn)室的適當(dāng)位置。氣壓計(jì)內(nèi)部是一根一端封閉的裝有水銀的長(zhǎng)玻璃管。玻璃管封閉的一端向上，管中汞面的上部為真空，管下端插在水銀槽內(nèi)。水銀槽底部是一羚羊皮袋，下端由螺旋支持，轉(zhuǎn)動(dòng)此螺旋可調(diào)節(jié)槽內(nèi)水銀面的高低。水銀槽的頂蓋上有一倒置的象牙針，其針尖是黃銅標(biāo)尺刻度的零點(diǎn)。此黃銅標(biāo)尺上附有游標(biāo)尺，轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)調(diào)節(jié)螺旋，可使游標(biāo)尺上