气体压力及流量的测量.doc

气体压力及流量的测量压力的表示方法常用测压仪表气压计真空的获得气体钢瓶减压阀各种流量计简介压力是用来描述体系状态的一个重要参数。许多物理、化学性质例如熔点、沸点、蒸气压几乎都与压力有关。在化学热力学和化学动力学研究中压力也是一个很重要的因素。因此压力的测量具有重要的意义。就物理化学实验来说压力的应用范围高至气体钢瓶的压力低至真空系统的真空度。压力通常可分为高压、中压、常压和负压。压力范围不同测量方法不一样精确度要求不同所使用的单位也各有不同的传统习惯。一、压力的表示方法压力是指均匀垂直作用于单位面积上的力也可把它叫作压力强度或简称压强。国际单位制（SI）用帕斯卡作为通用的压力单位以Pa或帕表示。当作用于1m2(平方米)面积上的力为1N(牛顿)时就是1Pa(帕斯卡):但是原来的许多压力单位例如标准大气压（或称物理大气压简称大气压）、工程大气压（即kg·cm-2）、巴等现在仍然在使用。物理化学实验中还常选用一些标准液体（例如汞）制成液体压力计压力大小就直接以液体的高度来表示。它的意义是作用在液柱单位底面积上的液体重量与气体的压力相平衡或相等。例如1atm可以定义为:在0℃、重力加速度等于9.80665时760mm高的汞柱垂直作用于底面积上的压力。此时汞的密度为13.5951g·cm-3。因此1atm又等于1.03323kg·cm-2。上述压力单位之间的换算关系见表II-2-1。表Ⅱ-2-1常用压力单位换算表压力单位Pakg·cm-2atmbarmmHgPa11.019716×10-20.9869236×10-51×10-57.5006×10-3kg·cm-29.800665×10-410.9678410.980665753.559atm1.01325×1051.0332311.01325760.0bar1×1051.0197166.9869231750.062mmHg133.32241.35951×10-31.3157895×10-31.33322×10-31除了所用单位不同之外压力还可用绝对压力、表压和真空度来表示。图Ⅱ-2-1说明三者的关系。显然在压力高于大气压的时侯:绝对压=大气压+表压或表压=绝对压-大气压在压力低于大气压的时候:绝对压=大气压-真空度或真空度=大气压-绝对压当然上述式子等号两端各项都必须采用相同的压力单位。二、常用测压仪表1.液柱式压力计液柱式压力计是物理化学实验中用得最多的压力计。它构造简单、使用方便能测量微小压力差测量准确度比较高且制作容易价格低廉但是测量范围不大示值与工作液密度有关。它的结构不牢固耐压程度较差。现简单介绍一下U型压力计。液柱式U型压力计由两端开口的垂直U型玻璃管及垂直放置的刻度标尺所构成。管内下部盛有适量工作液体作为指示液。图II-2-2中U型管的两支管分别连接于两个测压口。因为气体的密度远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:或图Ⅱ-2-1绝对压、表压与真空度的关系图II-2-2U型压力计U型压力计可用来测量:(1)两气体压力差;(2)气体的表压（p1为测量气压p2为大气压）;(3)气体的绝对压力（令p2为真空p1所示即为绝对压力）;(4)气体的真空度（p1通大气p2为负压可测其真空度）。图Ⅱ-2-3弹簧管压力计1.金属弹簧管;2.指针;3-连杆;4.扇型齿轮;5.弹簧;6-底座;7.测压接头;8.小齿轮;9.外壳。2.弹性式压力计利用弹性元件的弹性力来测量压力是测压仪表中相当重要的一种形式。由于弹性元件的结构和材料不同它们具有各不相同的弹性位移与被测压力的关系。物化实验室中接触较多的为单管弹簧管式压力计。这种压力计的压力由弹簧管固定端进入通过弹簧管自由端的位移带动指针运动指示压力值。如图Ⅱ-2-3所示。使用弹性式压力计时应注意以下几点:(1)合理选择压力表量程。为了保证足够的测量精度选择的量程应在仪表分度标尺的12～34范围内。(2)使用时环境温度不得超过35度如超过应给予温度修正。(3)测量压力时压力表指针不应有跳动和停滞现象。(4)对压力表应定期进行校验。3.数字式低真空压力测试仪数字式低真空压力测试仪是运用压阻式压力传感器原理测定实验系统与大气压之间压差的仪器。它可取代传统的U型水银压力计无汞污染现象对环境保护和人类健康有极大的好处。该仪器的测压接口在仪器后的面板上。使用时先将仪器按要求连接在实验系统上（注意实验系统不能漏气）再打开电源预热10min;然后选择测量单位调节旋钮使数字显示为零;最后开动真空泵仪器上显示的数字