流体力学应用/A40：压力测量
介绍
压力是指流体对容器表面单位面积所施加的力。绝对压力是指流体压力高于完全真空或绝对零压力的参考值。表压表示压力高于大气压力的参考值。压力测量的技术多种多样，取决于压力是中等、非常高或非常低，以及它是静态的还是动态的。
它用于 0.01 到 0.001 微米之间，是改进的汞压力计。它的工作原理是将已知体积的低压气体压缩到更高的压力，并测量由此产生的体积变化。未知压力源连接到压力计，并将汞液面调整到压力源充满球体 B 和毛细管 C。然后将汞从储液器 A 迫使进入球体和参考柱 R。当液面到达截止点 F 时，已知体积的气体被困在球体和毛细管中。毛细管中剩余的体积可直接从刻度读出，高度差 y 是压力 p 的量度。根据波义耳定律，如果
- p=未知压力
- A=毛细管面积
- Vc=毛细管中气体的体积 =Ay
- Pc=压缩后毛细管 C 中气体的压力
- VF=毛细管和球体到 F 的体积
那么，
p=PcVc/VF
其中 y=pc-p
p=Ay2/(VF-Ay)
它由一个封闭在腔室内的铂丝组成。该线是惠斯通电桥的一个臂。对于给定的电流大小，线的温度取决于散热的速率，而散热的速率又取决于周围介质的导电率，因此也取决于其压力。因此，随着介质压力的变化，线的温度和电阻也会发生变化，这可以通过惠斯通电桥测量。
它用于测量非常低的压力，约为 1 微米及以下。该压力计由一个三极管真空管组成。加热的阴极发射电子，这些电子被带正电的栅极加速。当电子朝栅极移动时，它们通过碰撞使气体分子电离。板保持负电位，因此正离子会在那里聚集，产生板电流 i1。电子和负离子被栅极收集，产生栅极电流 i2。发现气体压力由以下公式给出：'
p=i1/ki2
k=压力计的灵敏度。
在这种类型的压力计中，气室包含加热到并保持在温度 T 的固定板 F1 和 F2。在这些板附近是一个受约束的移动叶片 V，例如，叶片和固定板之间的间隙小于待测气体的平均自由程。叶片处于气体温度 T0。气体分子从板 F1 和 F2 反弹时的动量大于从 V 反弹时的动量，因此对 V 施加一个净力，可以通过测量镜子 M 的角位移来测量。发现
p=KF/((T/T0)-1)1/2
其中 p 是气体压力，F 是力，K 是一个常数。
有两种类型的设备可用于此目的。
- 压力计
- 其他使用弹性元件的。
压力计用于测量静压。一个简单的 U 形管压力计使用水、汞或任何其他合适的流体。两个管之间的液面高度差 h 表示两个管之间的压力差 (p1-p2)。如果其中一个压力应用于管 1。
h=(p1-p2)/ρg
ρ 为压力计中使用的液体的质量密度。
我们可以使用另一种更方便的设备，即水箱或井式压力计。在这种类型的压力计中，井的面积远大于管的面积。因此，我们只需要注意单管读数，井中的液面变化可以忽略不计。如果 p1 和 p2 是施加的绝对压力，则力的平衡给出
p1A-p2A=Ahρg
ρ 为液体的质量密度。
p1-p2/ρg =h
如果 p2 是大气压力，则 h 是施加在井上的表压的量度。
倾斜式压力计是另一种灵敏且方便使用的设备。在这种压力计中，倾斜管的长度 l 被读取为压力差 (p1-p2) 的量度，l 由以下公式给出
h1+h2=p1-p2/ρg
A1h1=A2l
h2=lsinθ
p1-p2=ρglsinθ=ρgh2
弹性元件在承受压力时会变形。当测量这种变形时，它就能指示压力。波登管压力计通常用于测量压力。它包含一个波登管。由于压力，管的横截面倾向于圆整。管子会展开，因为内外弧长保持与原始弧长大致相等。管子末端的运动被放大，并由指针在刻度盘上移动来指示。
对于 1000 个大气压以上的压力，必须使用特殊技术。其中一项技术是基于锰铜或金铬线的电阻变化，该变化是由静水压力引起的，这是由于体积压缩效应造成的。通常，线圈被封闭在一个充满煤油的柔性波纹管中，以将压力传递到待测线圈。线圈 A 和 B 之间的电阻变化由惠斯通电桥等测量...