u型管

介紹

U形管壓力計是根據流體靜力學原理用一定高度的液柱所產生的靜壓力平衡被測壓力的方法來測量正壓、差壓和負壓既真空度的。由於它結構簡單、堅固耐用、價格低廉、使用壽命長若無外力破壞幾乎可永久使用、讀取方便、數據可靠、無需外接電力既無需消耗任何能源。故在工業生產各科研過程中得到非常廣泛的應用。當以水作為介質時一般的測量範圍在：- 9 8kPa——+9．8kPa之間，非常適合對氣體介質的低壓和微壓的測量。雖然U形管壓力計看起 來結構簡單，但如果操作和使用不當或了解不深還是會引起一定誤差的。由於U形管壓力計兩邊玻璃管的內徑很難保持完全一致，因此在讀取數值時為限制引入附加誤差，U形管壓力計應垂直放置，並同時讀取兩管的液面高度，視線應與液面平齊，讀數應以液面彎月面頂部切線為準。一般的讀取誤差在1mm左右，如果是二次讀取則在2mm左右。U形管壓力計的測量精度由測量範圍和被測壓力的大小以及工作液的選取所決定。在U形管壓力計的工作液確定后，測量範圍越大、被測壓力越高、其測量精度就越高。比如以水為工作液時測量5kPa時精度為±0.5%，2.5kPa時精度為土1%，lkPa時精度為±2.5%，0.5kPa時精度為±5%。另外在高度一定時若想提高其測量精度和靈敏度應選取密度低的工作液。在使用過程中還應注意必須同時讀取兩邊玻璃管的液面高度，不允許只讀取一邊玻璃管的數值乘二的做法，這一點必須特 別注意。從下面的例子中可了解到同時讀取兩邊玻璃管數值的重要性。如在一次測量中，使 用1OkPa的U形管壓力計，無壓力時兩液面靜止在5000Pa刻度上。當加上某一壓力時，上液面上升至7800Pa，下液面為3000Pa，正確的壓力值應為7800—3000=4800Pa，若採用單管讀數乘 2的做法，取上液面讀數為準，則壓力值為（7800Pa-5000Pa）×2=5600Pa，誤5600Pa-4800Pa= 800Pa取下液面讀數為準，則壓力值為（5000Pa-3000Pa）×2=4000Pa,誤4000Pa-4800Pa=800Pa。由此可見，用此U形管壓力計來測量壓力值，壓力為4800Pa的壓力時，若採用用單管讀數乘2的方法將產生士800Pa的誤差。當被測壓力變化時，使用不同的U形管壓力計，其附加誤差也將隨之變化。特別要指出的是當用U形管壓力計測量壓力，尤其是用作標準去校驗低壓、微壓計 量器具時，應合理選取工作液體的密度和U形管壓力計，校驗時應反覆多次，仔細讀取數值，以儘可能減小誤差，提高測量精度。

U型管組裝時，應將與單動滑閥連接的．法蘭留成活口，點焊於管段上，以便U型管安裝時調整法蘭的水平度及找正管段。

U型管和單動滑閥連接的法蘭，安裝后其水平度偏差應不大於1毫米/米，一般施焊前，在法蘭找正後於焊口四周用4~6塊立筋板對稱加固。施焊時採用分段對稱跳焊的方法，每段長以100~200毫米為宜。焊接的同時宜隨時檢查法蘭面的水平度並及時校正。

U型管的安裝，應根據兩器安裝后的實際安裝位置配安，U型管分段安裝時應控制各管段的軸線方向。

U型管安裝后，其水平段標高偏差不大於±10毫米。

U型管防震系統的安裝應符合下列要求：

（1）防震器安裝前應進行檢查，並符合設計要求。

（2）防震器試驗，當桿端作用力為42公斤，搖臂桿長230毫米，行程65°時，所用的時間應符合下列要求

當用變壓器油時，歷時2秒以上；

當用50#機油時，歷時5秒以上；

當用20#航空潤滑油時，歷時9秒以上。

（3）防震器安裝時，搖臂應處於可搖動角度的中心位置，以保證U型管熱膨脹后連桿和搖臂垂直。

（4）安裝支杆，應根據熱膨脹情況，使靠近U型管的一端略高，以使U型管膨脹后支杆呈水平狀態。

徠目前，對於水平及垂直直管中發生氣液兩相流脈動的機理、計算方法及防範措施已經進行了大量試驗和理論研究工作。但是，對於受熱的U型管在工質沸騰狀況下的汽液兩相流脈動問題研究較少，隨著各種結構的U型管在工業設備中得到日益廣泛的應用，研究不同布置方式U型管中氣液兩相流的脈動特性具有十分重要的實際工程意義。

試驗系統

試驗系統簡圖見下圖，這是一個封閉式試驗迴路，利用氟利昂- 113（R- 113）作為工質。試驗段中電加熱段長2053mm，U型管高度（定義為垂直布置時，U型段入口至U型段頂端的垂直高度）為1850 mm，試驗管段選用內徑16 mm，壁厚2 mm的不鏽鋼管，整個試驗迴路也是用不鏽鋼製成。加熱系統由一個30 kW的感應調壓器和一個大電流變壓器構成，直接以管壁作為加熱器以保證熱負荷的均勻性。

U型管壓力計是歷史最悠久的測量壓強儀器。它在用於真空測量中屬於絕對真空計，可作為真空計量標準。它的典型原理結構如右圖所示。它是由兩根測量管構成，通過測量管內工作液柱的高度差h，即可計算出待測壓力P的值。液柱的一側需用抽真空等方法使其上的壓力P0比起待測壓力P來。可以忽略不計，這種壓力計的精度和測量下限，主要取決於如何測准液柱面的高度差h和測量h的精度，以及工作液體的密度。測量h的方法很多，如直接用刻度尺測量，用測高儀、點接觸測微計、光學干涉法等等，其中干涉法的精度最高。工作液體最早採用的是汞，而在真空測量中為向低壓量程擴展，也常用飽和蒸氣壓低且密度和粘度小的油類。這種壓力計可測量低、中真空。

U型管中盛有液體汞，根據液體靜力學的平衡原理，U型管A—A’截面上的流體靜力學平衡公式為：

P+（H+h）ρ1=Hρ3+hρ2+P0 （1）

式中： P——被測壓力；

ρ1ρ2 ——充液ρ3上面的保護介質或空氣的密度；

ρ 3——充液為水銀或水、酒精等的密度；

P0——大氣壓；

h——充液高位面到被測壓力P的連介面處高度。

由式（1）得： P=P0+h（ρ2一ρ1）+H（ρ3一ρ1）

相對壓力： P=P一P0=h（ρ2一ρ1）+H（ρ3一p1）

當ρ1=ρ2時：P=H（ρ3一ρ1） （2）

式（2）表明，相對壓力P正比於液柱高度H，這是液柱式壓力計測量壓力基本原理。

在實際測量中，有時不能忽略液面上介質或保護液所受重力的作用。遇到這種情況時，應該在U型管兩邊同一截面上寫出流體靜力學平衡公式，然後求出被測壓力P，這一點在測量微壓力或微偏差時應特別注意。

使用U型管壓力計時，由於毛細管和液體表面的張力的作用，會引起管內的液面呈彎月狀，給讀數造成誤差，為了減小此類誤差，製作U型管時管徑不能選得太細。一般用水作工作液體時，管子內徑不得小於8mm。用水銀作工作液體時，管內徑不小於5mm。U型管壓力計標尺每個分格是lmm，每次讀數的最大誤差為分格的一半。而U型管壓力計兩個管子需分別讀數，所以可能的讀數誤差為±lmm（相當於9.8Pa）。為了減少誤差和只進行一次讀數，可以使用杯型壓力計。