流體力學應用/A40：壓力測量
介紹
壓力是指流體對容器表面單位面積所施加的力。絕對壓力是指流體壓力高於完全真空或絕對零壓力的參考值。表壓表示壓力高於大氣壓力的參考值。壓力測量的技術多種多樣，取決於壓力是中等、非常高或非常低，以及它是靜態的還是動態的。
它用於 0.01 到 0.001 微米之間，是改進的汞壓力計。它的工作原理是將已知體積的低壓氣體壓縮到更高的壓力，並測量由此產生的體積變化。未知壓力源連線到壓力計，並將汞液麵調整到壓力源充滿球體 B 和毛細管 C。然後將汞從儲液器 A 迫使進入球體和參考柱 R。當液麵到達截止點 F 時，已知體積的氣體被困在球體和毛細管中。毛細管中剩餘的體積可直接從刻度讀出，高度差 y 是壓力 p 的量度。根據波義耳定律，如果
- p=未知壓力
- A=毛細管面積
- Vc=毛細管中氣體的體積 =Ay
- Pc=壓縮後毛細管 C 中氣體的壓力
- VF=毛細管和球體到 F 的體積
那麼，
p=PcVc/VF
其中 y=pc-p
p=Ay2/(VF-Ay)
它由一個封閉在腔室內的鉑絲組成。該線是惠斯通電橋的一個臂。對於給定的電流大小，線的溫度取決於散熱的速率，而散熱的速率又取決於周圍介質的導電率，因此也取決於其壓力。因此，隨著介質壓力的變化，線的溫度和電阻也會發生變化，這可以透過惠斯通電橋測量。
它用於測量非常低的壓力，約為 1 微米及以下。該壓力計由一個三極體真空管組成。加熱的陰極發射電子，這些電子被帶正電的柵極加速。當電子朝柵極移動時，它們透過碰撞使氣體分子電離。板保持負電位，因此正離子會在那裡聚集，產生板電流 i1。電子和負離子被柵極收集，產生柵極電流 i2。發現氣體壓力由以下公式給出：'
p=i1/ki2
k=壓力計的靈敏度。
在這種型別的壓力計中，氣室包含加熱到並保持在溫度 T 的固定板 F1 和 F2。在這些板附近是一個受約束的移動葉片 V，例如，葉片和固定板之間的間隙小於待測氣體的平均自由程。葉片處於氣體溫度 T0。氣體分子從板 F1 和 F2 反彈時的動量大於從 V 反彈時的動量，因此對 V 施加一個淨力，可以透過測量鏡子 M 的角位移來測量。發現
p=KF/((T/T0)-1)1/2
其中 p 是氣體壓力，F 是力，K 是一個常數。
有兩種型別的裝置可用於此目的。
- 壓力計
- 其他使用彈性元件的。
壓力計用於測量靜壓。一個簡單的 U 形管壓力計使用水、汞或任何其他合適的流體。兩個管之間的液麵高度差 h 表示兩個管之間的壓力差 (p1-p2)。如果其中一個壓力應用於管 1。
h=(p1-p2)/ρg
ρ 為壓力計中使用的液體的質量密度。
我們可以使用另一種更方便的裝置，即水箱或井式壓力計。在這種型別的壓力計中，井的面積遠大於管的面積。因此，我們只需要注意單管讀數，井中的液麵變化可以忽略不計。如果 p1 和 p2 是施加的絕對壓力，則力的平衡給出
p1A-p2A=Ahρg
ρ 為液體的質量密度。
p1-p2/ρg =h
如果 p2 是大氣壓力，則 h 是施加在井上的表壓的量度。
傾斜式壓力計是另一種靈敏且方便使用的裝置。在這種壓力計中，傾斜管的長度 l 被讀取為壓力差 (p1-p2) 的量度，l 由以下公式給出
h1+h2=p1-p2/ρg
A1h1=A2l
h2=lsinθ
p1-p2=ρglsinθ=ρgh2
彈性元件在承受壓力時會變形。當測量這種變形時，它就能指示壓力。波登管壓力計通常用於測量壓力。它包含一個波登管。由於壓力，管的橫截面傾向於圓整。管子會展開，因為內外弧長保持與原始弧長大致相等。管子末端的運動被放大，並由指標在刻度盤上移動來指示。
對於 1000 個大氣壓以上的壓力，必須使用特殊技術。其中一項技術是基於錳銅或金鉻線的電阻變化，該變化是由靜水壓力引起的，這是由於體積壓縮效應造成的。通常，線圈被封閉在一個充滿煤油的柔性波紋管中，以將壓力傳遞到待測線圈。線圈 A 和 B 之間的電阻變化由惠斯通電橋等測量...