實(shí)驗(yàn)六流體壓強(qiáng)及其測量演示實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解絕對壓強(qiáng)，表壓強(qiáng)和真空度的區(qū)別及其相互聯(lián)系。2．了解柱高度、壓頭和壓強(qiáng)的區(qū)別及其相互聯(lián)系。3．掌握壓強(qiáng)的幾種測量方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1．絕對壓強(qiáng)=表壓+大氣壓絕對壓強(qiáng)=大氣壓+真空度2．水銀柱及水柱壓差計(jì)原理：圖6-1 U形管壓強(qiáng)計(jì)在化工生產(chǎn)中，壓強(qiáng)是一個(gè)重要的控制條件，測量壓強(qiáng)的儀表也很多，U形管壓強(qiáng)計(jì)就是利用流體靜力學(xué)原理設(shè)計(jì)的測定壓強(qiáng)的一種儀表。圖6-1所示為一根U形玻璃管，內(nèi)裝有密度為p0的指示液，指示液應(yīng)與被測液體不互溶，也不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且指示液的密度p0要大于被測流體的密度p圖6-1 U形管壓強(qiáng)計(jì)測壓時(shí)，將U形管的兩端分別聯(lián)接到被測系統(tǒng)的兩點(diǎn)上，若這兩點(diǎn)的壓強(qiáng)分別為P］和p2(圖中P］＞P2)，由于P］和P2不相等，當(dāng)測量達(dá)穩(wěn)定時(shí)U形管兩側(cè)指示液液面的高度也不相同，其差值R即為壓強(qiáng)計(jì)的讀數(shù)。在U形管壓強(qiáng)計(jì)內(nèi)取A、A'兩點(diǎn)，這兩點(diǎn)是在連通著的、靜止的同一流體內(nèi)，又在同一水平面上，所以這兩點(diǎn)的壓強(qiáng)相等。故役=Pl+（Z+AR）卩gPA二P2+ZPg+ARP0g因PA=PA，所以:p-p二(P-P)gAR120若被測流體是氣體，通常pvvp0，上式可簡化為：p-p=PgAR120這樣測出的是被測系統(tǒng)兩點(diǎn)間的壓強(qiáng)差，若將U形管壓強(qiáng)計(jì)一端連通大氣，這時(shí)讀數(shù)R表示的是設(shè)備中某點(diǎn)的絕對壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)之差，即表壓。3．微壓差計(jì)原理如圖6-2所示，微壓差計(jì)一端與流體管路相連，另一端通大氣。左右端玻璃管上方有

圖6-2微差計(jì)示意圖擴(kuò)大室1及2，要求擴(kuò)大室的直徑大于10倍的玻璃管直徑，即d宀＞10d管。當(dāng)右端的指示液高度有室管圖6-2微差計(jì)示意圖的變化時(shí)，左端擴(kuò)大室的液面高度變化△hvvAh',也就是說，擴(kuò)大室的液面高度變化幾乎為零。具體分析如下：當(dāng)右端的指示液上升（下降）Ah時(shí)，左端擴(kuò)大室的液面高度下降（上升）△h'，則有：h—d2管h—d2室。44由于d室＞10d管，不難得到：AhV丄Ah。100由于在U型管中Ah的變化值不會很大（同學(xué)們自己分析），AfaO。從圖中可以看到微壓差計(jì)有兩種指示液，要求密度相近這兩種指示液不互溶，且均與被測流體不互溶（為什么？）根據(jù)連通器原理：（當(dāng)被測流體為空氣時(shí)Pa+ARgp尹+ARgp2.?.P二Pa+ARg（Q]—p2）采用表壓書寫則P表=ARg（Q]—p2）po 空氣密度，kg?m-3Pa空氣大氣壓，paaQ]、p2 指示液1與指示液2的密度，kg?m-3AR U型管中兩種指示液高度差，m與水銀柱或水柱壓差計(jì)比較：當(dāng)某種流體的表壓一定時(shí)，用水柱壓差計(jì)測得的高度差1、2——1、2——擴(kuò)大室3——指示液14——指示液2為AR水，用微壓差計(jì)測得的高度為AR微，于是有：亠」，前面已述及p「p2水 微 1 2R12水12HO R相近，即一很大。用水銀柱壓差計(jì)測得的高度差為AR水銀，貝U微水銀也很大。12R水銀12說明用微壓差計(jì)可以把水銀柱或水柱壓差計(jì)的讀數(shù)放大幾倍至幾十倍。也就是測量壓強(qiáng)較小時(shí)，微差計(jì)顯示出較小的誤差。三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程本演示實(shí)驗(yàn)裝置由二維釜式反應(yīng)器模型、彈簧壓力表和U形管液柱壓差計(jì)所組成。演示裝置流程如圖6-3所示。

主體設(shè)備為一透明的二維釜式反應(yīng)模型，釜底出口與平衡杯相連接。利用平衡的位置高低，來調(diào)節(jié)器內(nèi)的液位，以此造成液面上不同的壓強(qiáng)。10圖6-3流體的壓強(qiáng)及其測爪滴示實(shí)驗(yàn)裝置I.滑軌;210圖6-3流體的壓強(qiáng)及其測爪滴示實(shí)驗(yàn)裝置I.滑軌;2?托盤；3.卜門瓶;4.反應(yīng)器；5?彈贊壓力表;6.7.U型壓差計(jì)8?兩通活塞；9?五通管；10、放空管反應(yīng)器頂部另裝一個(gè)放空閥。四、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)1．操作方法：試驗(yàn)前，先打開放空閥，水由平衡杯中加入。加水量以使平衡杯與器內(nèi)液面平齊，液面達(dá)反應(yīng)器高度的二分之一為宜。試驗(yàn)時(shí)，先關(guān)閉放空閥，再根據(jù)需要移動(dòng)平衡杯的高低位置，用以造成器內(nèi)液面上方的不同壓強(qiáng)。2．觀察比較絕對壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)和真空度演示操作可依次按如下步驟進(jìn)行：（1）將器頂放空閥打開，并將平衡杯置于反應(yīng)器相同高度，使杯內(nèi)液面與器內(nèi)液面平齊，再將汞柱壓差計(jì)上的旋塞打開。這時(shí)可觀察到彈簧壓力表和汞柱壓差計(jì)顯示的讀數(shù)均為零。反應(yīng)器與大氣相通說明器內(nèi)壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)相等，但壓力表卻顯示為零。因此，壓強(qiáng)有兩種表達(dá)方式：絕對壓強(qiáng)和表壓強(qiáng)。（2）將器頂放空閥全部關(guān)閥，使器內(nèi)成為密閉體系，然后將平衡杯緩慢舉起，并置于最高位置上。這時(shí)，觀察彈簧壓力表和汞柱壓差計(jì)的讀數(shù)，觀察到的讀數(shù)即為表壓強(qiáng)。（3）將平衡杯緩慢放下，并置于最低位置，再來觀察彈簧壓力表和汞柱壓差計(jì)讀數(shù)。這時(shí)，彈簧壓力表顯示出負(fù)的讀數(shù)（壓力表上以紅色標(biāo)度，單位為mmHg）,而汞柱壓差計(jì)向左側(cè)（連通測壓口一側(cè)）上長一定高度。這說明反應(yīng)器內(nèi)壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)。壓力表顯示的讀數(shù)即為器內(nèi)壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)多少毫米汞柱，這部分壓強(qiáng)即為真空度，而設(shè)備內(nèi)的剩余壓強(qiáng)則為絕對壓強(qiáng)。3．觀察比較各種液柱壓力計(jì)先將平衡杯放置在起始位置，然后找開一下放空閥，再將放空閥關(guān)閉。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將平衡杯的位置略為提高一點(diǎn)，然后依次打開汞柱壓差計(jì)、水柱壓差計(jì)和微壓差計(jì)上的旋塞。這時(shí)可以形象地觀察到：當(dāng)測量器內(nèi)同一壓強(qiáng)時(shí)，汞柱壓差計(jì)顯示的汞柱高度不甚明顯；水柱壓差計(jì)雖顯示出一定水柱高度，但其值仍較??；而微壓差計(jì)所顯示的液柱高度則較為明顯。用此形象地說明合理選用壓差計(jì)指示液的重要意義。4．注意事項(xiàng)（1） 當(dāng)進(jìn)行絕對壓強(qiáng)、表壓和真空