壓縮式真空計的結構尺寸及平方刻度尺計算舉例

2010-03-24 朱武 合肥工業大學

  試設計一臺量程為1 ~ 5 × 10-4 Pa的壓縮式真空計,并畫出其平方刻度尺。

(1)壓縮式真空計結構尺寸的計算與選擇

  選取毛細管內徑d = 0.8mm。

  為保證壓力在5 × 10-4 Pa時有較高精度,取此時水銀面高度差h = 1.5mm。

  根據基本方程式

和式

 p = 1.05 × 105× d2h2/V

  即

V = 1.05 × 105× d2h2/p

= 1.05 × 105×(8 × 10-4)2×(1.5 × 10-32/5 × 10-4

= 3.024 × 10-4 m3

  取V = 3.1 × 10-4 m3。

  若取長度L = 0.1m 的測量毛細管,即在水銀面高度差h = 0.1m 時,該真空計測量上限pmax

 pmax= 1.05 × 105× d2h2/V

= 1.05 × 105×(8 × 10-42× 0.12/3.1 × 10-4

= 2.17Pa

  當取h = 1.5mm 時,測量下限p min為

p min= 1.05 × 105×(8 × 10-42×(1.5 × 10-3)2/3.1 × 10-4= 4.9 × 10-4

  可見,取毛細管內徑 d = 0.8mm,毛細管長度 L = 100mm,玻璃泡容積 V = 3.1 × 10-4 m3,其測量范圍為2.17 ~ 4.9 × 10-4 Pa,達到設計要求。

  至于所需水銀量,應當考慮提升水銀的方式,即連接管路的容積等,其總量必須大于 3.1 × 10-4m3,視具體結構而定。

(2)畫制平方刻度尺

  即求出其測量范圍p min~ p max(5 ×10-4~ 2Pa)內相對應的水銀面距離基準線的高度差h值。根據公式

  和式

  可寫出

  代入已知數據V = 3.1 × 10-4 m3,d = 8 × 10-4 m,則有

  當p 1= 5 × 10-4 Pa時,則

  同理可計算出:

  最后把所得的p i-h i對應值,以Pa為單位刻在刻度盤上即成,但必須注意刻度尺的零點(即基準線)應與測量毛細管內頂平面持平。為了便于讀數,減小測量誤差,可多求出一些p i-h i對應值。

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