液体压力计
出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第200页（4426字）
它是基于流体静力学原理，利用液柱自重产生的压力与被测压力相平衡的原理而制成的压力计。液体静力平衡方程式为：
p=p0+ρgh
式中：p－距离液体自由表面为h处的静压力(Pa)；
g－使用地点重力加速度(m／s2)；
h－距离液体表面的研淹没深度(m)；
ρ0－大气压力(Pa)；
ρ－液体密度(kg／m3)。
上式说明：液体的静压力随淹没深度增加而增大，在同一水平面上静压力为常数(等压面为平面)。液体压力计可分为U形管式压力计、杯形压力计、倾斜式微压计和补偿式微压计等。
1．U形管式压力计
U形管式压力计是结构型式为U形管的液体压力计。如图4．8－4。它的存放受压介质液体的容器呈U字形，这种压力计必须同时读出两个液面的位置，这是因为管子的加工难于保证各截面的尺寸完全一致的缘故。
图4．8－4 U形管式压力计及弯月面的形状
我国1986年建立的基准液体压力计，是由两个Φ170mm不锈钢管用聚四氟乙烯管连通内装高纯水银构成的U形管压力计。它的测量原理是用立体棱镜放在浮子上，浮子漂浮在在水银面上代替水银面高度图4．8－5，用He－Ne激光通过麦克尔逊干涉仪产生干涉条纹计数测量两液面的高度差h，来完成测压。它可测量绝压、大气压力、表压和差压。测量范围：2．5－120kPa，它的总不确定度优于3ppm，是世界先进水平，也是我国最高精度的压力基准。此外，还有一、二、三等标准器和大量的工作器，形成全国传递网，将有八个规程列入规程体系表，在钢铁、煤矿安全、气象、流量测量、航空仪表等方面使用。
图4．8－5 基准液体压力计U形管系统结构示意图
2．杯形压力计
杯形压力计是U形管的一边用杯形容器代替，使U形管两边内径成一定比例的液体压力计。它是将受压介质液体放在杯形容器里，刻度标尺在管端，读数时由液体弯月面所对刻度标尺的位置读出，当受压介质为水时，弯月面呈凹形，当为水银时，弯月面呈凸形，如图4．8－6。
图4．8－6 杯形压力计
3．倾斜微压计
倾斜式微压计是单管倾斜的杯形压力计，它是由杯形压力计改进而来，主要用于测量更微小的压力。在杯形容器与直管之间用软管连接，而直管部分可以在同一平面内倾斜，并确定所倾斜的角度，这样可以得到较为微小的压力值，如图4．8－7。
图4．8－7 倾斜微压计
4．补偿式微压计
由一个可上下移动的容器和一个静止的容器相连通，用可动容器的位移变化补偿被测压力所引起的静止容器中液位零点变化的液体压力计。我国1974年建立的基准微压计就是采用补偿原理，由两个内径不同的黄铜内壁镀镍的容器，用真空橡皮管连接，小容器位置固定，大容器固定在主轴上可上下移动，它的位一移高度h用量块测量，在容器内存放介质纯水，当大容器升降时，容器内的水亦相应的升降，此时通过光学装置观查小容器中金属弓架的成像位置，对其加减压力，保持原零位的成像位置，大容器加减量块的高度h就确定了压力的大小。它只能测表压。测量范围：0－2500Pa。总不确定度为(0－1500)Pa±0．1Pa；(1500－2500)Pa±0．13Pa。是国内领先水平。如图4．8－8。
图4．8－8 微压压力基准
此外还有一、二等标准补偿式微压计，原理与基准相同，只是读数方法简单，结构是把大容器固定在丝杠上，当丝杠旋转时，大容器随之升降，容器内的介质纯水亦随之升降，此时在小容器内加压，用自然采光从观察窗观察针尖及其倒影是否与液面相切，使其永远保持零位。大容器移动距离由垂直标尺和旋转标尺上读出h。就确定了所加压力的大小，如图4．8－9。它们的测量范围由标尺长度而定，已有系列产品：(0－+1500)Pa；(0－+2500)Pa；(0－4000)Pa等。在此量程范围内，杯形、U形、倾斜式、压力传感器、压力变送器、数字压力计可作工作器，形成全国传递网，有三个检定规程列入规程体系表。
图4．8－9 微压计示意图
1－容器连接胶管；2－大容器(疏空)接嘴；3－旋转标尺；4－垂直标尺；5－小容器(加压)接嘴；6－三通导压管；7－连接基准(或标准)器的管口；8一调压器；9－读数尖头
5．水银气压表
水银气压计用于测量当时当地的大气压力，它的结构类似于一般的杯形压力计。在杯形容器内储放水银，当直管内保持真空状态时，因杯形容器的开口处受大气压力作用，水银便沿着直管上升至一定高度，杯形容器内的水银面与直管中水银弯月面间的高度差，就是所测的大气压力的数值。
随着社会生产力的飞速发展，作为压力量值中一个自然基准量——大气压力，对于它的测量各先进工业国从七十年代初期就开始研制超过活塞压力计精确度的更高基准，虽然压力范围有限，但利用高纯水银的物理性质，研制精度超过活塞压力计一个数量级(活塞压力计最精20ppm)，而气压基准精度达到了3ppm，先后研制出白光干涉式、激光干涉式、超声波式、电容式等等。1971年日本国研制出白光干涉式一号机，美国研制出电容式气压基准。1974年法国、英国、澳大利亚也先后研制出3－10ppm的气压基准，后日本又研制出2号机、3号机，美国又研制出超声波气压基准。我国是在1986年研制出激光干涉气压基准——基准液体压力计。从1994年开始了国际间的相互比对工作，因精确度高、仪器结构均比较庞大，比对有一定困难，但是气压基准代表了各个国家压力计量的最高水平，也反映了气压量的重要，各种计量基准的测量都离不开气压参数而且对它的精度要求也越来越高。
我国目前能运行的一台最高气压标准在中国气象局，测量范围：10～3700hPa，总不确定度：0．0012%±1Pa。主要由U型管水银压力计和高精度伺服阀两部分组成，如图4．8－10所示。其中伺服阀的作用是：当作为压力发生器使用时，在压力计反馈信号控制下产生设定压力。实际的U型管结构是两个大口才经水银槽，中间用一根细的金属软管连通，其中一个槽固定(定槽)，另一个槽放在一个可以升降的平台上(动槽)，升降动槽可以改变水银的高度，也就改变了压力范围，测量原理如图4．8－11所示，其测量原理是用电容定位系统保证激光测得的动槽、定槽底面之间的高度差能真正代表动槽、定槽里面的两个水银面之间的高度差，以及保证在测量过程中两个槽内的水银面相对于槽底位置是不变的。
图4．8－10 气压标准基本原理
图4．8－11 气压标准测量原理
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