講座5基礎(chǔ)2壓力2011課件

物質(zhì)的許多物理、化學(xué)性質(zhì)，如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、蒸氣壓幾乎都與壓力有關(guān)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)到的壓力：高壓(鋼瓶)，常壓;負(fù)壓(真空系統(tǒng))。壓力范圍不同，測(cè)量方法不一樣，所使用的單位也不同。第五章壓力的測(cè)量及儀器第五章壓力的測(cè)量及儀器一壓力的表示法

壓力:是指均勻垂直作用于單位面積上的力。也叫壓力強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱(chēng)壓強(qiáng)。國(guó)際單位制(SI)用帕斯卡(Pa或帕)為單位。當(dāng)作用于1m2(平方米)面積上的力為1N(牛頓)時(shí)就是1Pa(帕斯卡)：壓力有三種表示方法：⑴用單位面積上的作用力來(lái)表示，Pa。

⑵用液柱高度來(lái)表示，mmH2O或mmHg。

⑶用大氣壓力來(lái)表示，atm或at。（（4）用巴表示bar1atm定義為：在0℃、重力加速度等于9.80665m·s-2時(shí)，760mm高的汞柱垂直作用于底面積上的壓力。此時(shí)汞的密度為13.5951g·cm-3。因此，1atm=1.03323kg·cm-2。1at=10000mmH2O。1atm=760mmHg=10332mmH2O

=101325Pa=1bar#第五章壓力的測(cè)量及儀器在壓力高于大氣壓的時(shí)侯：絕對(duì)壓＝大氣壓＋表壓在壓力低于大氣壓的時(shí)候：絕對(duì)壓＝大氣壓－真空度

式子兩端各項(xiàng)必須采用相同的壓力單位。除了所用單位不同之外，壓力還可用絕對(duì)壓力、表壓和真空度來(lái)表示。三者的關(guān)系可用圖來(lái)表示。#二、常用測(cè)壓儀表1.液柱式壓力計(jì)（常壓和真空度）（1）構(gòu)造，U型玻璃管內(nèi)注液體。（2）特點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單、使用方便，能測(cè)微小壓力差，準(zhǔn)確度比較高，制作容易，價(jià)格低廉，但測(cè)量范圍不大，示值與工作液密度有關(guān)。它的結(jié)構(gòu)不牢固，耐壓程度較差。因?yàn)闅怏w的密度遠(yuǎn)小于工作液的密度，因此，由液面差Δh及工作液的密度ρ、重力加速度g可以得到下式：#

第五章壓力的測(cè)量及儀器U型壓力計(jì)可用來(lái)測(cè)量：A:

兩氣體壓力差；兩端接氣體B:

氣體的表壓(p1為測(cè)量氣壓，p2為大氣壓)；C:氣體的絕對(duì)壓力(令p2為真空，p1所示即為絕對(duì)壓力)；D:氣體的真空度(p1通大氣，p2為負(fù)壓，可測(cè)其真空度)。#p1＝p2＋Δh·ρg或2.彈性式壓力計(jì)（用來(lái)測(cè)量表壓-高壓）利用彈性元件的彈性力來(lái)測(cè)量壓力的儀器。如工廠里用的各種氣壓表，物化實(shí)驗(yàn)室中接觸較多的為單管彈簧管式壓力計(jì)。測(cè)量原理：壓力由彈簧管固定端進(jìn)入，通過(guò)彈簧管自由端的位移帶動(dòng)指針運(yùn)動(dòng)，指示壓力值。如圖所示。#第五章壓力的測(cè)量及儀器圖1-2-3彈簧管壓力1.金屬?gòu)椈晒埽?.指針；3.連桿；4.扇型齒輪；5.彈簧；6.底座；7.測(cè)壓接頭；8.小齒輪；9.外殼第五章壓力的測(cè)量及儀器3.數(shù)字式壓力計(jì)（用于測(cè)量小壓力和真空度）運(yùn)用壓阻式壓力傳感器原理測(cè)定壓力（1）測(cè)量大氣壓的。數(shù)字式氣壓計(jì)（2）測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與大氣壓之間的壓差數(shù)字式低真空壓力測(cè)試儀。數(shù)字式微壓差測(cè)試儀?？扇〈鷤鹘y(tǒng)的U型水銀壓力計(jì)，無(wú)汞污染。該儀器的測(cè)壓接口在儀器后的面板上。#第五章壓力的測(cè)量及儀器4.福廷式壓力計(jì)它的外部是一黃銅管，管的頂端有懸環(huán)，用以懸掛在實(shí)驗(yàn)室的適當(dāng)位置。氣壓計(jì)內(nèi)部是一根一端封閉的裝有水銀的長(zhǎng)玻璃管。玻璃管封閉的一端向上，管中汞面的上部為真空，管下端插在水銀槽內(nèi)。水銀槽底部是一羚羊皮袋，下端由螺旋支持，轉(zhuǎn)動(dòng)此螺旋可調(diào)節(jié)槽內(nèi)水銀面的高低。水銀槽的頂蓋上有一倒置的象牙針，其針尖是黃銅標(biāo)尺刻度的零點(diǎn)。此黃銅標(biāo)尺上附有游標(biāo)尺，轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)調(diào)節(jié)螺旋，可使游標(biāo)尺上下游動(dòng)。圖1-2-4福廷式氣壓計(jì)玻璃管；2.黃銅標(biāo)尺；3-游標(biāo)尺；4.調(diào)節(jié)螺栓；5.黃銅管；6.象牙針；7.汞槽；8.羚羊皮袋；9.調(diào)節(jié)汞面的螺栓；10.氣孔；11.溫度計(jì)1和2是測(cè)量體系的壓力，3可以用于測(cè)量體系的壓力和大氣壓力，4一般測(cè)量大氣壓力.三、真空技術(shù)真空是指壓力小于一個(gè)大氣壓的氣態(tài)空間。真空狀態(tài)下氣體的稀薄程度，以壓強(qiáng)值表示。習(xí)慣上稱(chēng)作真空度。不同的真空狀態(tài)，意味著該空間有不同的分子密度。在現(xiàn)國(guó)際單位制(SI)中，真空度的單位與壓強(qiáng)的單位均為帕斯卡(Pasca)。符號(hào)為Pa。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，按真空度的獲得和測(cè)量方法的不同，將真空區(qū)域劃分為：#第五章壓力的測(cè)量及儀器粗真空(101325Pa～1333Pa)；低真空(1333Pa～0.1333Pa)；高真空(0.1333Pa～1.333×10-6Pa)；超高真空(1.333×10-6Pa～1.333×10-10Pa)極高真空＜1.333×10-14#第五章壓力的測(cè)量及儀器1.

真空的獲得為獲得真空，須設(shè)法將氣體分子從容器中抽出，使氣體壓力降低，#第五章壓力的測(cè)量及儀器真空技術(shù)：真空的獲得真空的測(cè)量真空的檢漏真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算凡能從容器中抽出氣體，使氣體壓力降低的裝置，均可稱(chēng)為真空泵。如水流泵機(jī)械真空泵、油泵擴(kuò)散泵、吸附泵鈦泵等等。這些泵的應(yīng)用范圍如下：#第五章壓力的測(cè)量及儀器水流泵101325～2666Pa機(jī)械泵（油泵）101325～0.13332Pa（油）擴(kuò)散泵0.133322～1.33×10-4分子篩吸附泵101325～1.33×10-8鈦泵0.133322～1.33×10-8低溫泵10-9～

10-16目前實(shí)驗(yàn)室里用的最多的水流泵，油封機(jī)械泵。#第五章壓力的測(cè)量及儀器（1）水流泵應(yīng)用的是柏努利（D.Bernoulli）原理，水經(jīng)過(guò)收縮的噴口以高速?lài)姵?，其周?chē)鷧^(qū)域的壓力較低，由系統(tǒng)中進(jìn)入的氣體分子便被高速?lài)姵龅乃鲙ё?，水流泵的?gòu)造如圖所示。#第五章壓力的測(cè)量及儀器水流泵所能達(dá)到的極限真空度受水本身的蒸氣壓限制。水流泵在15℃時(shí)的極限真空度為1.71KPa．20℃時(shí)為2.34KPa，25℃時(shí)為3.17KPa。盡管效率較低，但由于簡(jiǎn)便，實(shí)驗(yàn)室中在抽濾或其他粗真空度要求時(shí)卻經(jīng)常使用。#第五章壓力的測(cè)量及儀器（2）油封旋片式真空泵實(shí)驗(yàn)室常用的真空泵為旋片式真空泵，它主要由泵體和偏心轉(zhuǎn)子組成。經(jīng)過(guò)精密加工的偏心轉(zhuǎn)子下面安裝有帶彈簧的滑片，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，偏心轉(zhuǎn)子緊貼泵腔壁旋轉(zhuǎn)。滑片靠彈簧的壓力也緊貼泵腔壁。滑片在泵腔中連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，使泵腔被滑片分成的兩個(gè)不同的容積呈周期性的擴(kuò)大和縮小。氣體從進(jìn)氣嘴進(jìn)入，被壓縮后經(jīng)過(guò)排氣閥排出泵體外。如此循環(huán)往復(fù)，將系統(tǒng)內(nèi)的壓力減小#。第五章壓力的測(cè)量及儀器1.進(jìn)氣嘴7.真空泵油6.油箱.4.轉(zhuǎn)子3.旋片2.旋片彈簧8-排氣嘴5.泵體A工作原理AB是鑲嵌在圓柱體內(nèi)的兩個(gè)小刮板，中間是根彈簧，氣體從進(jìn)氣孔被逐步壓縮，以達(dá)到抽氣的目的。進(jìn)氣孔排氣孔B使用機(jī)械泵應(yīng)注意的問(wèn)題：1機(jī)械泵不能直接抽含可凝性氣體（水蒸氣）的蒸氣、揮發(fā)性液體等。須在可凝氣體進(jìn)泵前先通過(guò)純化裝置。如玻璃冷井，井內(nèi)裝無(wú)水氯化鈣、五氧化二磷、分子篩等吸收水分；用石蠟吸收有機(jī)蒸氣；用活性炭或硅膠吸收其它蒸氣等。如圖。冷阱用的致冷劑通常為固體二氧化碳(干冰、-78℃)及液體氮?dú)?-196℃)，也可用冰。#第五章壓力的測(cè)量及儀器2

機(jī)械泵不能用來(lái)抽含腐蝕性（氯化氫、氯氣、二氧化氮等）成分的氣體。氣體在進(jìn)泵前先通過(guò)裝有氫氧化鈉固體的吸收瓶。3

使用時(shí)應(yīng)注意馬達(dá)的電壓。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不應(yīng)有摩擦、金屬碰擊等異聲。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)溫度不能超過(guò)50℃～60℃。4機(jī)械泵的進(jìn)氣口前安裝一個(gè)三通活塞。停止抽氣時(shí)應(yīng)使機(jī)械泵與抽空系統(tǒng)隔開(kāi)而與大氣相通，然后再關(guān)閉電源。這樣既可保持系統(tǒng)的真空度，又避免泵油倒吸。#第五章壓力的測(cè)量及儀器（3）．?dāng)U散泵（略）擴(kuò)散泵是獲得高真空的重要設(shè)備，其工作原理是利用一種工作氣體高速?gòu)膰娍谔庬暢鰰r(shí)．在噴口處形成低壓，對(duì)周?chē)鷼怏w產(chǎn)生抽吸作用而將氣體帶走。#第五章壓力的測(cè)量及儀器2真空的測(cè)量測(cè)量低于大氣壓強(qiáng)真空的儀器統(tǒng)稱(chēng)為真空計(jì)，近代真空技術(shù)涉及的壓強(qiáng)從1.01325Pa～1.33×10-14范圍，現(xiàn)在還沒(méi)有一種真空計(jì)能夠測(cè)量如此寬范圍的壓強(qiáng)，一般真空計(jì)的測(cè)量范圍：水銀U型壓力計(jì)101325～13Pa。液體U型壓力計(jì)10132～1.3Pa

數(shù)字式真空測(cè)量?jī)x10132～1.3Pa麥?zhǔn)险婵找?guī)13.3～1.33×10-3Pa麥?zhǔn)险婵找?guī)稱(chēng)為絕對(duì)真空規(guī)，真空度可以用測(cè)量到的物理量直接計(jì)算而得到。#第五章壓力的測(cè)量及儀器目前實(shí)驗(yàn)室中用的水銀U型壓力計(jì)已被數(shù)字式真空測(cè)壓儀代替，（如飽和蒸汽壓的測(cè)定，表面張力的測(cè)定等實(shí)驗(yàn)。該儀器是運(yùn)用壓阻式壓力傳感器原理測(cè)定試驗(yàn)系統(tǒng)與大氣壓之間壓差，消除了汞的污染，注意實(shí)驗(yàn)時(shí)用的儀器型號(hào)#第五章壓力的測(cè)量及儀器3真空的檢漏及安全操作真空的檢漏在物化實(shí)驗(yàn)中非常重要，如果系統(tǒng)漏氣，測(cè)出的數(shù)據(jù)就是無(wú)效的，如飽和蒸汽壓的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，因而新安裝的真空裝置在使用前，應(yīng)檢查系統(tǒng)是否漏氣。檢漏的儀器和方法很多，最簡(jiǎn)單的方法可以用泵將系統(tǒng)抽一段時(shí)間后關(guān)閉泵通向系統(tǒng)的活塞，然后觀測(cè)系統(tǒng)內(nèi)壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化情況。4真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算#氮?dú)庋鯕鈿錃鈮嚎s空氣二氧化碳氦液氨氯乙炔氟氯烷石油氣體粗氬氣體純氬氣體黑天藍(lán)綠黑黑棕黃草綠白鋁白灰黑灰黃黑紅白黃白黑白紅黑紅白綠氮氧氫壓縮空氣二氧化碳氦氨氯乙炔氟氯烷石油氣粗氬純氬氣體類(lèi)別瓶身顏色標(biāo)字顏色字樣四、氣體鋼瓶及其使用1.氣體鋼瓶的顏色標(biāo)記我國(guó)氣體鋼瓶常用的標(biāo)記見(jiàn)下表。2.氣體鋼瓶的使用（自學(xué)）(1)在鋼瓶上裝上配套的減壓閥。檢查減壓閥是否關(guān)緊，方法是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)壓手柄至螺桿松動(dòng)為止。(2)打開(kāi)鋼瓶總閥門(mén)，此時(shí)高壓表顯示出瓶?jī)?nèi)貯氣總壓力。(3)慢慢地順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)壓手柄，至低壓表顯示出實(shí)驗(yàn)所需壓力為止。(4)停止使用時(shí)，先關(guān)閉總閥門(mén)，待減壓閥中余氣逸盡后，再關(guān)閉減壓閥。#第五章壓力的測(cè)量及儀器3.注意事項(xiàng)（自學(xué)）?

鋼瓶應(yīng)存放在陰涼、干燥、遠(yuǎn)離熱源的地方。可燃性氣瓶應(yīng)與氧氣瓶分開(kāi)存放。?

搬運(yùn)鋼瓶要小心輕放，鋼瓶帽要旋上。?使用時(shí)應(yīng)裝減壓閥和壓力表?？扇夹詺馄繗忾T(mén)螺絲為反絲；不燃性或助燃性氣瓶為正絲。各種壓力表一般不可混用。

?不要讓油或易燃有機(jī)物沾染氣瓶上?開(kāi)啟總閥門(mén)時(shí)，不要將頭或身體正對(duì)總閥門(mén)，防止萬(wàn)一閥門(mén)或壓力表沖出傷人。?不可把氣瓶?jī)?nèi)氣體用光，以防重新充氣時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)。?使用中的氣瓶每三年應(yīng)檢查一次，裝腐蝕性氣體的鋼瓶每?jī)赡隀z查一次。?氫氣瓶應(yīng)放在遠(yuǎn)離實(shí)驗(yàn)室的專(zhuān)用小屋內(nèi)，用紫銅管引入實(shí)驗(yàn)室，并安裝防止回火的置。#4.氧氣減壓閥的工作原理

氧氣減壓閥的外觀圖示意圖1.鋼瓶；2.鋼瓶開(kāi)關(guān)；3.鋼瓶與減壓表連接螺母；4.高壓表；5.低壓表；6.低壓表壓力調(diào)節(jié)螺桿；7.出口；8.安全閥

#工作原理圖1.彈簧墊塊；2.傳動(dòng)薄膜；3.安全閥；4.進(jìn)口(接氣體鋼瓶)；5.高壓表；

6.低壓表；7.壓縮彈簧；8.出口(接使用系統(tǒng))；9.高壓氣室；10.活門(mén)；11.低壓氣室；12.頂桿；13.主彈簧；14.低壓表壓力調(diào)節(jié)螺桿。減壓閥都裝有安全閥。它是保護(hù)減壓閥并使之安全使用的裝置，也是減壓閥出現(xiàn)故障的信號(hào)裝置。如果由于活門(mén)墊、活門(mén)損壞或其它原因，導(dǎo)致出口壓力超過(guò)一定許可值時(shí)，安全閥會(huì)自動(dòng)打開(kāi)排氣。5.氧氣減壓閥的使用方法、使用時(shí)先打開(kāi)鋼瓶總開(kāi)關(guān)，然后順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)低壓表壓力調(diào)節(jié)螺桿。第五章壓力的測(cè)量及儀器6.其它氣體減壓閥氮?dú)?、空氣、氬氣等永久性氣體，可以采用氧氣減壓閥。但腐蝕性（氨）氣體，則需要專(zhuān)用減壓閥。市面上常見(jiàn)的氫氣、氨、乙炔、丙烷、水蒸氣等專(zhuān)用減壓閥。這些減壓閥的使用及注意事項(xiàng)與氧氣減壓閥基本相同。但專(zhuān)用減壓閥一般不用于其它氣體。為防止誤用，減壓閥與鋼瓶之間采用特殊連接口。安裝時(shí)注意。#

第五章壓力的測(cè)量及儀器五、流量的測(cè)量及儀器流體分為可壓縮流體和不可壓縮流體兩類(lèi)。流量的測(cè)定在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)上都有廣泛應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)室常用的主要有1.轉(zhuǎn)子流量計(jì)第五章壓