压强的计量与压强的测量

3．4．1　压强的计量

1．绝对压强与相对压强

根据不同的起算基准，对压强的计量，可以分为绝对压强和相对压强两种。所谓起算基准是指静水压强为零的起量点。

(1)绝对压强:若以不存在任何气体的绝对真空为零作为起量点而计量的压强，称为绝对压强。一般以p'表示。

(2)相对压强:若以当地大气压强为零作为起量点而计量的压强，称为相对压强。一般以p表示。

绝对压强与相对压强是按两种不同的起算基准计量的压强，两者之间相差一个大气压强值pa，如图3-9所示。其关系是

或

图3-9　绝对压强和相对压强的关系

一般情况下自由液面的压强为大气压强。式(3-27)中的p0=pa，那么液体中的相对压强为

式(3-30)说明，使用相对压强计算液体内某点压强的计算公式较为简便。另外，根据巴斯加原理，作用于自由液面的大气压强，也同时作用于液体内部任何一点，因此使用相对压强来计算液体内部的压强，不必重复计算大气压强。从生产角度来说，生产实践中的测压仪表，都是在大气中置零，这样测出的压强为相对压强。所以相对压强也称为表压强或计示压强。

2．真空和真空压强

由式(3-28)和式(3-29)可知，绝对压强总是正值，而相对压强可能是正值，也可能是负值。当液体中某点的绝对压强小于大气压强，其相应的相对压强为负值时，则称该点出现了负压，或称该点出现了真空。鉴于此时的相对压强为负值，为方便表述，可以采用相对压强的绝对值为真空压强pv来表示，由式(3-29)有

从上式可见，真空压强pv可以用大气压强与绝对压强的差值来表示，也称为真空度。当绝对压强p'=0时，真空压强有理论上的最大值，pv=pa，这是一种不存在任何气体的绝对真空状态，任何实际液体是无法达到这种状态的。

3．流体压强的表示方法

在工程实践中，流体压强常用的表示方法(单位)有三种:

(1)用应力单位来表示。其单位是牛顿/米2(N/m2)，或用帕(Pa)表示;较大的压强可以用千牛顿/米2(kN/m2)，或用千帕(kPa)表示。这是法定计量单位。

(2)用大气压强的倍数来表示。也就是以大气压强作为表示压强大小的量度。在实际工程中常用标准大气压atm和工程大气压at来度量。国际单位制规定:标准大气压是在纬度45°的海平面上、温度为0℃时所测得的大气压强，一个标准大气压patm=101325Pa。为方便工程计算，也常使用工程大气压，一个工程大气压pat=98000Pa。

(3)用液柱高来表示。由式(3-30)可得

式(3-32)说明一定的流体压强相当于一定的液柱高度。因此也可以用某种液体液柱的高度来表示流体压强，如水柱高、水银柱高等。其单位是米(m)(水柱)、毫米(mm)(水银柱)，等等。

还有其他的压强计量单位，表3-1给出了常用的计量单位和可能见到的计量单位的换算关系。

表3-1　几种常用的计量单位的换算关系

例3-2一封闭水箱如图3-10所示，试分别计算p0的绝对压强、相对压强及真空压强，并用各种单位表示。(h=2．5m)

图3-10　例3-2题图

解作过测压管液面的水平面及等压面1—1。

相对压强

绝对压强

因为相对压强为负，存在真空压强。即

3．4．2　压强的测量

在实际工程中，常常需要量测和计算流体流动过程中某点的压强或两点的压强差。用来测量压强的仪器大致可以分为液柱式测压计、金属测压计(一种利用金属受压变形的大小来测量压强的仪表)及非电量电测仪表(一种利用传感器将非电量压强转变为电量并由电学仪表反映出压强大小的仪表，其数据还可以用于计算机存储和处理)等。后两种测压仪表是在液柱式测压计的基础上发展起来的。在此我们仅介绍作为基础的液柱式测压计。

1．测压计

测压计分为单管式、U形管式以及多管式测压计。

单管式测压计是由一上端开口通大气，下端与被测流体相连通的玻璃管而组成的，如图3-11所示，这种测量压强的玻璃管常称为测压管。被测容器内的流体在压强的作用下，沿测压管上升。量出测压管液面至被测点的高度h，根据压强计算公式(3-30)，该测点的压强为p=ρgh。也可以说所测得的压强为h(m或mm)液柱高。图3-11所示的情况，一般是反映被测点的压强为正压的情况。而且压强值不能很大。对于负压情况和压强较大的情况，则需将单管式测压计进行改进。

图3-11　单管式测压计

U形测压计也就是U形管式测压计是采用弯成U形的玻璃管，一端开口通大气，另一端与被测点相连，如图3-12、图3-13所示。这种测压计的特点是U形管内放置不同于被测液体密度的工作液体，如图中的液体ρm。因此U形测压计具有可测量较大压强和负压的优点。

图3-12　U形管式测压计

图3-13　U形管式测压计

图3-12为正压情况，即被测点压强大于大气压强，并且压强值较大。U形管内的工作液体为一种密度较大的液体。由静水压强的基本方程(3-27)有

取水平面B—C为等压面，有pB=pC，则有

从而得A点的压强为

图3-13为负压情况，即被测点压强小于大气压强。U形管内的工作液体为与被测液体密度不同的液体。分析思路与正压情况类似。

2．压差计

在实际工程中，有时需要测量两点的压强差。这时可以采用压差计(也称为比压计)来进行测量。如图3-14、图3-15所示。同样压差计中的U形管内的工作液体与被测液体不同。

图3-14给出的是A、B两点的压强差较大的情况。这时由静水压强的基本方程(3-27)，有

取水平面N—M为等压面，有pN=pM，则有两容器之间的压强差为

或

图3-15给出的是A、B两点的压强差较小的情况。由于这时U形管的液面差较小，为提高压差计的读数精度，可以将U形管倒装，同时U形管内装有密度为ρ'的轻质工作液体。分析思路与压强差较大的情况类似。

图3-14　U形压差计

图3-15　U形压差计