曲折孔微壓計的研制與應用

 1 概 述 用于測量氣體的表壓、負壓及壓差的微 壓計，目前國內使用的有一種傾斜管徽壓計。 它以鑄鐵為基座，不銹鋼為寬廣容器與玻璃 管測量示值等件構成測量系統。其體積重量 較大，密封性欠佳，玻璃管易碎；且在玻璃管 上刻度的標尺以mm為讀數單位，須抉算為 毫米水柱計量值，與國際壓力單位 統一， 還須再進(jìn)行換算 一種新型 y ，一1000型曲 折孔微壓計基于ZL94229577．3專(zhuān)利，在中 國測試技術(shù)研究院研制成功，已投入小批量 生產(chǎn)。它由有機玻璃和不銹鋼等材料制成。具 有體積小，重量輕(2公斤)，耐腐蝕，壓力示 值放大倍數大，密封性好，性能可靠，直接讀 出’測量的壓力值Pn，便于攜帶，使用

2 工作原理 曲折孔徽壓計的工作原理與傾斜管微壓 計的工作原理相同。見(jiàn)圖1所示； 尸 圖1 I頃斜微壓計工作原理圖 在寬廣容器內注入密度為 的工作液 鄭泓／顏正 · 至零位面，在壓力作用下．寬廣容器的液面下 降，孔的液面上升。設寬廣容器面積為F ，下 降高度為h ，孔面積為 ，上升的垂直高度 為，l2，上升的蔽面軸線(xiàn)長(cháng)度為 ，孔與水平面 位置的夾角為 ，真空表| 硬度計| 探傷儀| 電子稱(chēng)| 熱像儀| 頻閃儀| 測高儀| 測距儀| 金屬探測器| 試驗機| 扭力計| 流速儀| 粗糙度儀| 流量計| 平衡儀| 則 一厶ina。由于寬廣容 器減少的工作液與孔內液柱上升的體積相 等，則^-=LF ／F 。故此 液面的實(shí)際高度變 化為h= + h 一L(sina+ F ／F )。其被測 的壓力或壓力差為： 、 △戶(hù)： n：L[PJ‘si + ]毫米水拄l(】) △’= ￡ 毫米水拄J K — p~(sina+ l"2) (2) 式中： —— 單位為毫米 — — 工作液密度(克／立方厘米) — — 被測壓力示值放大倍數的乘數 根據動(dòng)壓測定管工作原理的更正計算式； w=Kd △p一4．t3Kd、l 米 秒 (3) 式中：Ⅳ —— 測量點(diǎn)的氣流速度，米／秒 △戶(hù)—— 動(dòng)壓測定管實(shí)測的壓差，毫米 水柱或公斤力／平方米 d—— 壓差的更正系數 P—— 氣流的密度 公斤／立方米 g—— 換算因素，g= 9．81公斤·米／ 公斤力·秒。 將上列(1)、(3)式合并，可得出利用動(dòng)壓測 定管和馓壓計進(jìn)行氣體測量的速度計算公 式： W一4．43 ／ √詈米／秒(4) 當使用皮托管時(shí)一Kd一1 故微壓計可用于鍋爐試驗中的空氣、煙 氣測量：測出管道上的流速按截面尺寸算出 流量

3 設計構想
3．1 主要設計參數 壓力示值放大倍數3～ 4 測量范圍 0～ 1000Pa 準確度等級1．0級 工作液密度 純水lg／cm (4℃ 時(shí)) 測量標準溫度20C 士5。。

3．2 設計原理：曲折孔(見(jiàn)圖2) 水準旭安裝槽 圖2 曲折孔微壓計工作原理圖
3、3 本體件結構(見(jiàn)圖3) 將寬廣容器與傾斜孔等構成的測量系統 集于有機玻璃材料制成的本體件內，以解決 、 體積小，重量輕，耐用度好等問(wèn)題 引用傾斜 管原理擴展為曲折孔，以達到壓力示值放大， 又能解決示值范圍0～ 1000Pa，所需深孔的 制孔工藝性。當加壓于寬廣容器液面，往往出 現工作液從出液端i巾出孔外，故設出液槽以 達緩沖之效。工作液進(jìn)出端采用錐管螺紋與 接管咀連接，密封可靠。反面設標尺安裝槽與 孔的軸線(xiàn)平行，安裝可移動(dòng)標尺，可按寬廣容 器的工作液面微調活動(dòng)標尺對零位。底部二 螺孔用以安裝水準泡的“調零”機構，即工作 基準。 1、2進(jìn)出蔽孔與錐管墳}3滾柱槽I 4水準泡安裝 槽}5螺孔}6按折孔軸線(xiàn)相交點(diǎn)蠱i線(xiàn)I 7、8微調機構 安裝孔 9標尺安裝槽。 圖3 本體件結村
3、4 標尺設計與刻度值計算(見(jiàn)圖4) Pa 1Oq0 900 800 700 6O0 500 圖4 上、下標尺 設計條件：標尺安裝與曲折孔對應；讀數 單位Pa，井能滿(mǎn)足曲折孔結構在1000Pa測 量范圍讀數值的連續性；每一標尺應留有微 調刻度值50Pa。 刻度值計算： ① 求壓力示值放大倍數的乘數 按計算式(2)：K— n(sina+ F ／F ) 一0．2588+ 0．0109= 0．2697 式中設： = lg／cm ② 求以lOPa為壓力單位的轉換更正系 數 因1mmH2O一9．807Pa 轉換式： 一 K 一0．2697 × 0．9807— 0．2645 ③ 求標尺的刻線(xiàn)長(cháng)度工和刻線(xiàn)間距I 按繪定測量范圍0～ l$OSPa，等值曲折 孔結構，則二頗斜孔的測量范圍： 0～ 500；500～ 1000；即△P = 2× l500lPa K ．工； SO0 L ； 5eq／K 一5o0／o．2645— 1890． 3ra m 1： 1890．3／500； 3+78 ④ 將刻線(xiàn)間距3．78標定為lOPa，修正 標尺的實(shí)際刻線(xiàn)長(cháng)度為工 及刻線(xiàn)條數71： 因l0× 一500(Pa)，則 一50，故3．78 × 50； 189ram，再加50Pa的標尺微調量，而 須刻55條線(xiàn)，其刻線(xiàn)總長(cháng) 厶； 3．78× 55— 207．9mm

4 誤差分析與技術(shù)保證 影響儀器準確度的誤差有；制造誤差，水 準泡的安裝誤差，使用時(shí)儀器的定位誤差等， 見(jiàn)圖2。此三項誤差之和應小于此儀器的準 確度1．0級，誤差值士1．0％ 內。其中，制造 誤差有：傾斜孔的角度誤差i △ ，孔的尺寸 誤差△ 而產(chǎn)生的孔面積誤差△F ，寬廣容 器的尺寸誤差△n、△6而產(chǎn)生的面積誤差 △F ；標尺的刻線(xiàn)誤差 。水準泡的安裝誤 差．設計圖紙的技術(shù)條件規定，將儀器的設計 基準安放在標準平臺上．將水準泡安裝至水 平位置。使用時(shí)將儀器安放在工作臺上。固儀 器設有微調機構，可將儀器調至水平位置。即 上述2項誤差視為O。
示值誤差計算：
(1)孔槽制造誤差：按標尺計算所設 一 1 5。，F2= 19．625，F 一1800求得孔(D)一S， 寬廣容器的長(cháng)寬尺寸n=9O，6— 20，標尺刻 線(xiàn)長(cháng)； 189，又設△ 一± 0．1。，△d— 0．2， △“一 O．5，△6一 O．2。代入下式，計算示值 誤差。 △ P， # 2工 ((ein( + △ 口)一 nn、 + c掣一 = 1 06Pa(計算過(guò)程略) 式中 = 1 (2)標尺刻線(xiàn)誤差：按量具刻線(xiàn)標準，在 一件標尺刻線(xiàn)189的長(cháng)度內的誤差0．1，標尺 刻線(xiàn)的示值500Pa，二件標尺刻線(xiàn)的示值2 × 500— 1000Pa，二件標尺的刻線(xiàn)長(cháng)度2L一 378，刻線(xiàn)總誤差△ 工一0．2，其示值誤差 1 ： d ／1000=； △ 工／2L ￡； (1000× △ L)／2L 一(1000× 0． 2)／378 — 0．53Pa 其撮大總誤差△P=△P⋯ + 劫；一1． O6 + 0．53 — 1．6(PⅡ)。測量范圍0～ 1000Pa，制造誤差為千分之一點(diǎn)六，完全能 保證準確度等級1．0級要求 任何機械產(chǎn)品，除原理結構的可靠外，制 造精度的保證，是實(shí)現產(chǎn)品使用性能的前提 條件。制造精度能否保證．在于明確關(guān)鍵工序 及解決關(guān)鍵工序的工藝措施和生產(chǎn)工人對操 作技能的熟練。
此儀器制造的關(guān)鍵工序是：① 曲折孔角度公差的保證，孔壁不允許有肉眼 可見(jiàn)的拉毛(花紋)和波紋現象；② 粘結件的 粘結面不允許有肉眼可見(jiàn)的氣泡；⑧ 由有機 玻璃材料制造的本體件外表面需拋光至 90％ 的透明度。對這些工序，設計和制造了 專(zhuān)用工夾具，做了多次工藝性試驗，已試制成 功的產(chǎn)品經(jīng)檢定，誤差在千分之三內。

5 應用
5．1 應用領(lǐng)域 ① 熱力試驗：空氣管道、煙道內的壓力、 流速測量，風(fēng)機試驗，排氣壓力，抽氣壓力測 試，風(fēng)洞試驗-熱效力試驗；空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗- 燃燒調整試驗。 ② 環(huán)境控制：排放測試，采樣儀器測試。 ③ 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程：球磨機、壓縮空氣、通 風(fēng)壓力、礦井測試}發(fā)酵罐、反應罐內壓力測 量、燃燒爐、冶煉爐、風(fēng)壓、風(fēng)速測量。 ④ 其他應用：醫療設備試驗，呼吸測定； 城市煤氣壓力測量，充氣電纜試驗。

5、2 使用操作事項
(1)使用現場(chǎng)條件：周?chē)鷼鉁?5℃ ～ 3013，相對濕度不大于8O％ ，具有無(wú)振動(dòng)的 工作臺。 1 2接管咀l 3 4上下標尺}5水準泡{6本體l 7 螺釘}8、lO徽謂機構l 9滾注與螺釘 ’ 圈5 描折孔微壓計工作圈
(2)將儀器序號8(見(jiàn)圖5)旋轉支架旋 轉90。置于工作臺上，微調序號10支腳至序 號5水準泡于正中水平位景。
(3)擰松標尺的壓緊螺釘序號7、9(見(jiàn)圖 5)，將下標尺的500刻線(xiàn)對齊本體件的二曲 折孔軸線(xiàn)相交點(diǎn)的刻線(xiàn)(見(jiàn)圖3)，再擰緊螺 釘。
(4)在序號1接管咀孔內緩慢注 密度 為lg／~n 的蒸餾水，使傾斜孔內的液面在標 尺的 0線(xiàn)”附近。井反復用加減壓的方法排 除液體內的空氣，直至孔內液面穩定為止。
(5)擰松標尺的壓緊螺釘，馓調下標尺 的“0線(xiàn)”與孔內液面平齊：若下標尺的 500” 刻線(xiàn)與主體件外表面的下刻線(xiàn)對齊，則上標 尺的起始線(xiàn) 500”與主體件的上刻線(xiàn)對齊f 若下標尺的“500+ ”條線(xiàn)與主體件的下刻 線(xiàn)對齊，則上標尺的起始線(xiàn)為 500+ 條線(xiàn) 與主體件的上刻線(xiàn)對齊。
(6)被測壓力管的連接方法：披測壓力 高于大氣壓時(shí)(正壓)，被測壓力管接在與寬 廣容器連通的序號1上-被測壓力低于大氣 壓時(shí)(負壓)，被測壓力管接在與曲折孔連通 的序號2上-測量壓差時(shí)．將被測的高壓管接 在序號1上，低壓管接在序號2上。
(7)當工作液的實(shí)際密度與銘牌上標注 的密度 一lg／on 不同時(shí)，將工作液的實(shí)際 密度乘以測量讀數值。 計算式：P= ·P (尸h) 式中一尸— — 實(shí)際測量值(P4) — — 工作液的實(shí)際密度(g／cm。) ．P，—— 標尺上的讀數( 1)。