液氣轉(zhuǎn)換測壓裝置和實(shí)驗(yàn)用帶同步電測數(shù)顯的測壓裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及實(shí)驗(yàn)量測領(lǐng)域，具體涉及一種液氣轉(zhuǎn)換測壓裝置和實(shí)驗(yàn)用帶同步電測數(shù)顯的測壓裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]水力學(xué)及流體力學(xué)是工科院校許多專業(yè)的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課。現(xiàn)代水力學(xué)是建立在實(shí)驗(yàn)、理論、計(jì)算三大支柱上的，因此，實(shí)驗(yàn)是教學(xué)環(huán)節(jié)中不可或缺的內(nèi)容。其中，測壓管是水力學(xué)及流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中最為常用的壓強(qiáng)量測儀器之一，它是最簡單的一種液柱式壓力計(jì)，用一直徑8-lOmm的透明直玻璃管，管的下端與量測點(diǎn)通過軟管密封連接，管的上端開口與大氣相通，據(jù)測壓管中液柱上升的高度，就可得到該點(diǎn)的壓強(qiáng)。在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中液體通常為水，即測壓管水頭，它是以測壓管水面到基準(zhǔn)面的高度表示的單位重量水的總勢能。因此，測壓管通常安裝在測壓架上，測壓管水頭高度會(huì)用在測壓管上標(biāo)刻度線，測壓架上鋪設(shè)坐標(biāo)紙或在測壓架上固定刻度尺形式，通過人眼手工測量水柱高度。并且，這類實(shí)驗(yàn)教學(xué)用測壓管高度一般都在10cm以內(nèi)測量低壓水頭為主。
[0003]隨著現(xiàn)代量測技術(shù)的發(fā)展，流體力學(xué)類實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器也引入應(yīng)用了不少。比如對需要用到測壓管測壓的地方，國內(nèi)外這類實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器都直接用壓力傳感器取代配合壓力變送器和表頭來測量。但作為學(xué)生教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，我們始終認(rèn)為，像測壓管這類傳統(tǒng)最為常用壓強(qiáng)量測儀器的使用，是學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)該學(xué)習(xí)掌握的基本知識(shí)，不可或缺，但同時(shí)也應(yīng)該學(xué)習(xí)現(xiàn)代量測技術(shù)，并可用更精準(zhǔn)的現(xiàn)代量測儀器去校準(zhǔn)人眼手測的誤差，從而在對比中提高傳統(tǒng)的基本實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。
[0004]因此配備現(xiàn)代量測技術(shù)的測壓管應(yīng)該是這樣的，它既能對實(shí)驗(yàn)?zāi)硿y壓點(diǎn)用傳統(tǒng)的測壓管人眼手工測量水頭高度，又能同步通過相連的壓力傳感器配合壓力變送表頭實(shí)時(shí)數(shù)顯測壓管水頭值。這種帶同步數(shù)顯的測壓管市場上卻找不到，也未有什么設(shè)計(jì)方案，其中涉及的幾個(gè)問題可能比較難很好解決:
[0005](I)測壓管是通過架子固定豎直立在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，測壓管的刻度標(biāo)尺也同樣如此，其標(biāo)尺零點(diǎn)懸空在靠近實(shí)驗(yàn)臺(tái)面的某個(gè)位置高度，并且每臺(tái)還會(huì)隨安裝位置高低，相對實(shí)驗(yàn)臺(tái)面有上下偏差，如何讓測壓管標(biāo)尺懸空的高程零點(diǎn)(測壓管水頭基準(zhǔn)零位高程)與壓差傳感器測量的壓差零點(diǎn)準(zhǔn)確的保持等零位是個(gè)難點(diǎn)。
[0006](2)若傳感器測壓端與水體測壓點(diǎn)直接相連通，因?yàn)閭鞲衅鞯膲毫κ峭ㄟ^水體傳送的，傳感器端接口端是密封的，內(nèi)有密封空腔，很難徹底排空空氣，殘留微小氣泡，連通管中的有壓水柱不能直接作用在傳感器的壓力芯片上，又由于傳感器內(nèi)的壓力傳遞通道很細(xì)小，因而在液氣交界面上會(huì)產(chǎn)生很大的表面張力，其值可達(dá)到1-5厘米水柱，甚至更大，對通常10cm內(nèi)的實(shí)驗(yàn)用測壓管低壓水頭，壓力測量誤差可達(dá)10%以上。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型提供了一種液氣轉(zhuǎn)換測壓裝置和實(shí)驗(yàn)用帶同步電測數(shù)顯的測壓裝置，可廣泛替代流體力學(xué)水力學(xué)基本實(shí)驗(yàn)中量測水頭壓強(qiáng)的傳統(tǒng)測壓管，巧妙的應(yīng)用了流體力學(xué)基本原理，很好的統(tǒng)一了傳統(tǒng)量測手段與現(xiàn)代量測技術(shù)，兼具極佳的教學(xué)效果。
[0008]一種液氣轉(zhuǎn)換測壓裝置，包括:
[0009]帶有連通定位管的測壓筒，所述連通定位管從所述測壓筒的頂部插入，所述連通定位管的一端位于所述測壓筒內(nèi)且該端切面為水平面，另一端位于所述測壓筒外；
[0010]與所述測壓筒連接，用于檢測所述測壓筒內(nèi)壓縮空氣與外界空氣壓差的壓差傳感器;
[0011]所述的壓差傳感器中的一測量接口通大氣，所述的壓差傳感器中的另一測量接口通過導(dǎo)管與所述測壓筒密封連接；
[0012]所述的導(dǎo)管插入所述測壓筒的一端位于所述連通定位管的底面與所述測壓筒的頂面之間，且高于所述連通定位管的底面。
[0013]本實(shí)用新型液氣轉(zhuǎn)換測壓裝置，在需要測量基于水箱某設(shè)定的零高程作用水頭時(shí)，測壓筒可垂直安裝、粘接固定于待測的水箱內(nèi)部或外部水箱壁上。
[0014]在配合測壓管測量測點(diǎn)水頭壓強(qiáng)時(shí)，測壓筒與測壓管一起水平放置在調(diào)平好的桌面上。測壓筒頂面高度高于零高程水平面約Icm左右。聯(lián)通定位管插入測壓筒頂面深度約lcm，其底面切口水平，并在固定位置后，保持與設(shè)定的零高程水平面同平面，作為零高程定位使用。
[0015]所述的測壓筒的底部設(shè)有進(jìn)水口。測壓筒側(cè)壁下部接近底面開有進(jìn)水口，可密封外接通水軟管連接到待測的實(shí)驗(yàn)管道、水箱等測壓點(diǎn)上。測壓點(diǎn)都是通水的，連接測壓筒后，水從底部側(cè)壁進(jìn)水口進(jìn)入測壓筒內(nèi)部，當(dāng)水位到達(dá)頂部聯(lián)通定位管底面水平面后，水位不再上升，水會(huì)進(jìn)入聯(lián)通定位管。
[0016]一種實(shí)驗(yàn)用帶同步電測數(shù)顯的測壓裝置，包括:
[0017]帶有連通定位管的測壓筒，所述連通定位管從所述測壓筒的頂部插入，所述連通定位管的一端位于所述測壓筒內(nèi)，另一端位于所述測壓筒外；
[0018]與所述連通定位管在所述測壓筒外的一端連接的測壓管；
[0019]設(shè)置在所述測壓管周圍用于標(biāo)定所述測壓管內(nèi)液位的直尺；
[0020]與所述測壓筒連接，用于檢測所述測壓筒內(nèi)壓縮空氣與外界空氣壓差的壓差傳感器。
[0021 ] 本實(shí)用新型中，測壓筒側(cè)壁下部接近底面開有一個(gè)測壓進(jìn)水管口，可密封外接通水軟管連接到待測的實(shí)驗(yàn)管道、水箱等測壓點(diǎn)上。測壓點(diǎn)都是通水的，連接測壓筒后，水從底部側(cè)壁進(jìn)水口進(jìn)入測壓筒內(nèi)部，當(dāng)水位到達(dá)頂部聯(lián)通定位管底面水平面后，水位不再上升，水會(huì)進(jìn)入聯(lián)通定位管，接著進(jìn)入測壓管，形成測壓管水柱，待水柱高度穩(wěn)定后標(biāo)尺讀取的數(shù)值即為測壓點(diǎn)相對零參考水平面的水頭壓強(qiáng)。而在測壓筒的聯(lián)通定位管底面水平面到其頂部則會(huì)密封一段空氣柱，由于聯(lián)通定位管底面水平面與測壓架標(biāo)尺零點(diǎn)的水平面同平面，所以，該段密封壓縮空氣柱壓強(qiáng)即為測壓管水頭壓強(qiáng)加大氣壓強(qiáng)之和。
[0022]為了測量該段密封壓縮空氣柱壓強(qiáng)，可在測壓筒上部空氣柱高度部分密封插入一根通氣管(可以從頂部插入，也可從上部側(cè)壁插入)，通氣管底面別碰到筒內(nèi)最高水面即可，通氣管留在測壓筒外部約Icm左右可密封外接空心通氣測壓軟管，測壓軟管另一端密封套在測壓管電測數(shù)顯儀的壓差傳感器一個(gè)測量接口上(當(dāng)然不通過通氣測壓軟管連接，直接將壓差傳感器的測量接口管密封插入測壓筒上部空氣柱中，測量測壓筒上部壓縮的氣柱壓強(qiáng)也可)，壓差傳感器另一個(gè)測量接口直接通大氣，壓差信號(hào)最后送入壓力變送器數(shù)顯表頭顯示出測點(diǎn)相對大氣壓的壓強(qiáng)值，實(shí)際即為測壓管水頭壓強(qiáng)，即測壓管水柱標(biāo)尺讀值。
[0023]當(dāng)然，上述這樣的測壓筒結(jié)構(gòu)會(huì)隨著密封空氣柱的壓縮，實(shí)際測壓筒內(nèi)部水位會(huì)略高于聯(lián)通定位管底面參考零高程，假設(shè)其差值為△ h，在此我們可以計(jì)算分析一下其誤差對這個(gè)測量裝置有多大影響。對于桌面型流體力學(xué)水力學(xué)實(shí)驗(yàn)的測壓管水頭高度都是Im以下的低壓水頭，若達(dá)Im測壓管水頭時(shí)，會(huì)產(chǎn)生最大絕對誤差，假設(shè)密封空氣柱未壓縮前體積為V1，壓縮后體積為V2，計(jì)算如下:
[0024]根據(jù)氣體方程可知，PV/T = nR，氣體P壓力(空氣就是大氣壓)，V為空氣體積，T為空氣的開氏溫度(273.15+攝氏度)，η為空氣物質(zhì)的量(摩爾數(shù))，R為氣體常數(shù)。
[0025]對于測壓筒內(nèi)密封空氣柱，T，n，R均為固定值不變