曲折孔微壓計(jì)的研制與應(yīng)用

曲折孔微壓計(jì)的研制與應(yīng)用

 1 概 述 用于測(cè)量氣體的表壓、負(fù)壓及壓差的微 壓計(jì)，目前國(guó)內(nèi)使用的有一種傾斜管徽壓計(jì)。 它以鑄鐵為基座，不銹鋼為寬廣容器與玻璃 管測(cè)量示值等件構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)。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(biāo)尺以mm為讀數(shù)單位，須抉算為 毫米水柱計(jì)量值，與國(guó)際壓力單位 統(tǒng)一， 還須再進(jìn)行換算 一種新型 y ，一1000型曲 折孔微壓計(jì)基于ZL94229577．3專利，在中 國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院研制成功，已投入小批量 生產(chǎn)。它由有機(jī)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(shù)大，密封性好，性能可靠，直接讀 出’測(cè)量的壓力值Pn，便于攜帶，使用

2 工作原理 曲折孔徽壓計(jì)的工作原理與傾斜管微壓 計(jì)的工作原理相同。見圖1所示； 尸 圖1 I頃斜微壓計(jì)工作原理圖 在寬廣容器內(nèi)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(shè)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，上升的蔽面軸線長(zhǎng)度為 ，孔與水平面 位置的夾角為 ，真空表| 硬度計(jì)| 探傷儀| 電子稱| 熱像儀| 頻閃儀| 測(cè)高儀| 測(cè)距儀| 金屬探測(cè)器| 試驗(yàn)機(jī)| 扭力計(jì)| 流速儀| 粗糙度儀| 流量計(jì)| 平衡儀| 則 一厶ina。由于寬廣容 器減少的工作液與孔內(nèi)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(cè) 的壓力或壓力差為： 、 △戶： 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(cè)壓力示值放大倍數(shù)的乘數(shù) 根據(jù)動(dòng)壓測(cè)定管工作原理的更正計(jì)算式； w=Kd △p一4．t3Kd、l 米 秒 (3) 式中：Ⅳ —— 測(cè)量點(diǎn)的氣流速度，米／秒 △戶—— 動(dòng)壓測(cè)定管實(shí)測(cè)的壓差，毫米 水柱或公斤力／平方米 d—— 壓差的更正系數(shù) 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(cè) 定管和馓壓計(jì)進(jìn)行氣體測(cè)量的速度計(jì)算公 式： W一4．43 ／ √詈米／秒(4) 當(dāng)使用皮托管時(shí)一Kd一1 故微壓計(jì)可用于鍋爐試驗(yàn)中的空氣、煙 氣測(cè)量：測(cè)出管道上的流速按截面尺寸算出 流量

3 設(shè)計(jì)構(gòu)想
3．1 主要設(shè)計(jì)參數(shù) 壓力示值放大倍數(shù)3～ 4 測(cè)量范圍 0～ 1000Pa 準(zhǔn)確度等級(jí)1．0級(jí) 工作液密度 純水lg／cm (4℃ 時(shí)) 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)溫度20C 士5。。

3．2 設(shè)計(jì)原理：曲折孔(見圖2) 水準(zhǔn)旭安裝槽 圖2 曲折孔微壓計(jì)工作原理圖
3、3 本體件結(jié)構(gòu)(見圖3) 將寬廣容器與傾斜孔等構(gòu)成的測(cè)量系統(tǒng) 集于有機(jī)玻璃材料制成的本體件內(nèi)，以解決 、 體積小，重量輕，耐用度好等問題 引用傾斜 管原理擴(kuò)展為曲折孔，以達(dá)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(dāng)加壓于寬廣容器液面，往往出 現(xiàn)工作液從出液端i巾出孔外，故設(shè)出液槽以 達(dá)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(shè)標(biāo)尺安裝槽與 孔的軸線平行，安裝可移動(dòng)標(biāo)尺，可按寬廣容 器的工作液面微調(diào)活動(dòng)標(biāo)尺對(duì)零位。底部二 螺孔用以安裝水準(zhǔn)泡的“調(diào)零”機(jī)構(gòu)，即工作 基準(zhǔn)。 1、2進(jìn)出蔽孔與錐管墳}3滾柱槽I 4水準(zhǔn)泡安裝 槽}5螺孔}6按折孔軸線相交點(diǎn)蠱i線I 7、8微調(diào)機(jī)構(gòu) 安裝孔 9標(biāo)尺安裝槽。 圖3 本體件結(jié)村
3、4 標(biāo)尺設(shè)計(jì)與刻度值計(jì)算(見圖4) Pa 1Oq0 900 800 700 6O0 500 圖4 上、下標(biāo)尺 設(shè)計(jì)條件：標(biāo)尺安裝與曲折孔對(duì)應(yīng)；讀數(shù) 單位Pa，井能滿足曲折孔結(jié)構(gòu)在1000Pa測(cè) 量范圍讀數(shù)值的連續(xù)性；每一標(biāo)尺應(yīng)留有微 調(diào)刻度值50Pa。 刻度值計(jì)算： ① 求壓力示值放大倍數(shù)的乘數(shù) 按計(jì)算式(2)：K— n(sina+ F ／F ) 一0．2588+ 0．0109= 0．2697 式中設(shè)： = lg／cm ② 求以lOPa為壓力單位的轉(zhuǎn)換更正系 數(shù) 因1mmH2O一9．807Pa 轉(zhuǎn)換式： 一 K 一0．2697 × 0．9807— 0．2645 ③ 求標(biāo)尺的刻線長(zhǎng)度工和刻線間距I 按繪定測(cè)量范圍0～ l$OSPa，等值曲折 孔結(jié)構(gòu)，則二頗斜孔的測(cè)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 將刻線間距3．78標(biāo)定為lOPa，修正 標(biāo)尺的實(shí)際刻線長(zhǎng)度為工 及刻線條數(shù)71： 因l0× 一500(Pa)，則 一50，故3．78 × 50； 189ram，再加50Pa的標(biāo)尺微調(diào)量，而 須刻55條線，其刻線總長(zhǎng) 厶； 3．78× 55— 207．9mm

4 誤差分析與技術(shù)保證 影響儀器準(zhǔn)確度的誤差有；制造誤差，水 準(zhǔn)泡的安裝誤差，使用時(shí)儀器的定位誤差等， 見圖2。此三項(xiàng)誤差之和應(yīng)小于此儀器的準(zhǔn) 確度1．0級(jí)，誤差值士1．0％ 內(nèi)。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(biāo)尺的刻線誤差 。水準(zhǔn)泡的安裝誤 差．設(shè)計(jì)圖紙的技術(shù)條件規(guī)定，將儀器的設(shè)計(jì) 基準(zhǔn)安放在標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)上．將水準(zhǔn)泡安裝至水 平位置。使用時(shí)將儀器安放在工作臺(tái)上。固儀 器設(shè)有微調(diào)機(jī)構(gòu)，可將儀器調(diào)至水平位置。即 上述2項(xiàng)誤差視為O。
示值誤差計(jì)算：
(1)孔槽制造誤差：按標(biāo)尺計(jì)算所設(shè) 一 1 5。，F(xiàn)2= 19．625，F(xiàn) 一1800求得孔(D)一S， 寬廣容器的長(zhǎng)寬尺寸n=9O，6— 20，標(biāo)尺刻 線長(zhǎng)； 189，又設(shè)△ 一± 0．1。，△d— 0．2， △“一 O．5，△6一 O．2。代入下式，計(jì)算示值 誤差。 △ P， # 2工 ((ein( + △ 口)一 nn、 + c掣一 = 1 06Pa(計(jì)算過程略) 式中 = 1 (2)標(biāo)尺刻線誤差：按量具刻線標(biāo)準(zhǔn)，在 一件標(biāo)尺刻線189的長(zhǎng)度內(nèi)的誤差0．1，標(biāo)尺 刻線的示值500Pa，二件標(biāo)尺刻線的示值2 × 500— 1000Pa，二件標(biāo)尺的刻線長(zhǎng)度2L一 378，刻線總誤差△ 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(cè)量范圍0～ 1000Pa，制造誤差為千分之一點(diǎn)六，完全能 保證準(zhǔn)確度等級(jí)1．0級(jí)要求 任何機(jī)械產(chǎn)品，除原理結(jié)構(gòu)的可靠外，制 造精度的保證，是實(shí)現(xiàn)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(duì)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 可見的拉毛(花紋)和波紋現(xiàn)象；② 粘結(jié)件的 粘結(jié)面不允許有肉眼可見的氣泡；⑧ 由有機(jī) 玻璃材料制造的本體件外表面需拋光至 90％ 的透明度。對(duì)這些工序，設(shè)計(jì)和制造了 專用工夾具，做了多次工藝性試驗(yàn)，已試制成 功的產(chǎn)品經(jīng)檢定，誤差在千分之三內(nèi)。

5 應(yīng)用
5．1 應(yīng)用領(lǐng)域 ① 熱力試驗(yàn)：空氣管道、煙道內(nèi)的壓力、 流速測(cè)量，風(fēng)機(jī)試驗(yàn)，排氣壓力，抽氣壓力測(cè) 試，風(fēng)洞試驗(yàn)-熱效力試驗(yàn)；空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)- 燃燒調(diào)整試驗(yàn)。 ② 環(huán)境控制：排放測(cè)試，采樣儀器測(cè)試。 ③ 工業(yè)生產(chǎn)過程：球磨機(jī)、壓縮空氣、通 風(fēng)壓力、礦井測(cè)試}發(fā)酵罐、反應(yīng)罐內(nèi)壓力測(cè) 量、燃燒爐、冶煉爐、風(fēng)壓、風(fēng)速測(cè)量。 ④ 其他應(yīng)用：醫(yī)療設(shè)備試驗(yàn)，呼吸測(cè)定； 城市煤氣壓力測(cè)量，充氣電纜試驗(yàn)。

5、2 使用操作事項(xiàng)
(1)使用現(xiàn)場(chǎng)條件：周圍氣溫15℃ ～ 3013，相對(duì)濕度不大于8O％ ，具有無振動(dòng)的 工作臺(tái)。 1 2接管咀l 3 4上下標(biāo)尺}5水準(zhǔn)泡{6本體l 7 螺釘}8、lO徽謂機(jī)構(gòu)l 9滾注與螺釘 ’ 圈5 描折孔微壓計(jì)工作圈
(2)將儀器序號(hào)8(見圖5)旋轉(zhuǎn)支架旋 轉(zhuǎn)90。置于工作臺(tái)上，微調(diào)序號(hào)10支腳至序 號(hào)5水準(zhǔn)泡于正中水平位景。
(3)擰松標(biāo)尺的壓緊螺釘序號(hào)7、9(見圖 5)，將下標(biāo)尺的500刻線對(duì)齊本體件的二曲 折孔軸線相交點(diǎn)的刻線(見圖3)，再擰緊螺 釘。
(4)在序號(hào)1接管咀孔內(nèi)緩慢注 密度 為lg／~n 的蒸餾水，使傾斜孔內(nèi)的液面在標(biāo) 尺的 0線”附近。井反復(fù)用加減壓的方法排 除液體內(nèi)的空氣，直至孔內(nèi)液面穩(wěn)定為止。
(5)擰松標(biāo)尺的壓緊螺釘，馓調(diào)下標(biāo)尺 的“0線”與孔內(nèi)液面平齊：若下標(biāo)尺的 500” 刻線與主體件外表面的下刻線對(duì)齊，則上標(biāo) 尺的起始線 500”與主體件的上刻線對(duì)齊f 若下標(biāo)尺的“500+ ”條線與主體件的下刻 線對(duì)齊，則上標(biāo)尺的起始線為 500+ 條線 與主體件的上刻線對(duì)齊。
(6)被測(cè)壓力管的連接方法：披測(cè)壓力 高于大氣壓時(shí)(正壓)，被測(cè)壓力管接在與寬 廣容器連通的序號(hào)1上-被測(cè)壓力低于大氣 壓時(shí)(負(fù)壓)，被測(cè)壓力管接在與曲折孔連通 的序號(hào)2上-測(cè)量壓差時(shí)．將被測(cè)的高壓管接 在序號(hào)1上，低壓管接在序號(hào)2上。
(7)當(dāng)工作液的實(shí)際密度與銘牌上標(biāo)注 的密度 一lg／on 不同時(shí)，將工作液的實(shí)際 密度乘以測(cè)量讀數(shù)值。 計(jì)算式：P= ·P (尸h) 式中一尸— — 實(shí)際測(cè)量值(P4) — — 工作液的實(shí)際密度(g／cm。) ．P，—— 標(biāo)尺上的讀數(shù)( 1)。