U型管真空計的分類
U型管真空計是使用歷史最長、結構最簡單的測量壓力的儀器,它通常是用玻璃管制成,其工作液體有多種,通常為水銀。管的一端與待測壓力的真空容器相連,另一端是封死的或開口與大氣相通,以U型管兩端的液面差來指示真空度。U型管真空計的測量范圍為105~10Pa,它是一種絕對真空計。
由于U型管一端接至待測真空系統上,另一端開口接通大氣或是封閉的,所以分為兩種形式。
1、開式U型管真空計
將U型管內充入適量的工作液(如水銀),一端開口接大氣(即環境大氣壓力p0),另一端與被測真空系統相連接(待測壓力p),如下圖所示。
圖 開式U型管真空計
在開始抽氣前,U型管兩端均為大氣壓力,兩端液面處于同一高度。真空技術網(http://203scouts.com/)發現當真空系統抽氣后,隨著壓力p的降低,兩端液面的高度差隨之增大,在某一瞬間兩端處于液體靜壓力平衡狀態時,有
可以看出,開式U型管真空計的壓力指示與環境大氣壓力p0有關。如果測量時的環境大氣壓力已知(要用測壓計讀出),那么當測出液面差h后就可用上式計算出待測真空系統的壓力值p。
當工作液體為水銀時,其密度ρ =13.595×103kgm-3,重力加速度為 g=9.80665ms-2,則
式中:p、p0的單位為Pa;h的單位為m。
2、閉式U型管真空計
如下圖所示,把管內預先抽至壓力為10-1 Pa以下,然后將工作液(如水銀)注入管內,其開口端與待測真空系統相連接。
圖 閉式U型管真空計
真空系統抽氣前,真空系統內的壓力等于環境大氣壓力,則工作液充滿封閉端形成最大液面差h0;當系統抽氣到某一瞬間,兩端液面處于液面靜壓力平衡時,待測壓力值可用下式求得(忽略封閉端內壓力對液面的影響),即
式中:h為液面高度差,m。
閉式U型管真空計與開式U型管真空計相比較,使用起來更方便,而且在測量壓力時無需從大數值開始,U型管可做得短些。為了防止待測系統內突然進入大氣時,封閉端被工作液沖破,可以把U型管轉彎處做成狹細的毛細管,用來緩和工作液的移動速度。