CN114777991A - 一种倾斜倒置的u形压力计及压差检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种倾斜倒置的U形压力计及压差检测方法，包括底部朝上、顶部朝下倒置并倾斜固定在支架上的U形压力计本体，压力计本体两个端部均连接有排放管、引压管；排放管用于气柱和/或液体的排出，两个引压管的另一端位于不同的气压待测点。采用本发明，克服了U形压力计常规使用时读数困难、误差大的问题，倾斜倒置的U形压力计，增大了液体上表面的面积，该种可对U形压力计本体的直线段与液体表面接触点进行读数，减弱了普通U形压力计造成的视觉读数的误差；此外，两个直线段可同时读取最左侧或最右侧的数据，能进一步减小读数的误差；结构简单，可使用普通的U形压力计进行改装，成本低。

Description

一种倾斜倒置的U形压力计及压差检测方法

技术领域

本发明涉及压差测量领域，特别涉及一种倾斜倒置的U形压力计及压差检测方法。

背景技术

压力计是用于测量流体压力的仪器。通常都是将被测压力与某个参考压力(如大气压力或其他给定压力)进行比较，因而测得的是相对压力或压力差。按工作原理不同可分为液柱式、弹性式和传感器式三种形式。液柱式如U型压力计、排管压力计等，是根据流体静力学原理将压力信号转变为液柱高度信号，常使用水、酒精或水银作为测压介质。由于它结构简单、坚固耐用、价格低廉、使用寿命长若无外力破坏几乎可永久使用、读取方便、数据可靠、无需外接电力即无需消耗任何能源。故在工业生产和科研中得到非常广泛的应用。

目前反应堆棒束子通道开展横流交混实验研究时，需要测量不同断面子通道间产生的微小压差，但缺乏一种经济实用的测量装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术中微小压差的测量缺乏低成本的测量装置的问题，提供一种倾斜倒置的U形压力计及压差检测方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种倾斜倒置的U形压力计，包括底部朝上、顶部朝下倒置并倾斜固定在支架上的U形压力计本体，压力计本体两个端部均连接有排放管、引压管；排放管用于气柱和/或液体的排出，两个引压管的另一端位于不同的气压待测点。

采用上述技术方案的本发明，克服了U形压力计常规使用时读数困难、误差大的问题，倾斜倒置的U形压力计，增大了液体上表面的面积，该种可对U形压力计本体的直线段与液体表面接触点进行读数，减弱了普通U形压力计造成的视觉读数的误差；此外，两个直线段可同时读取最左侧或最右侧的数据，能进一步减小读数的误差；结构简单，可使用普通的U形压力计进行改装，成本低。

进一步地，压力计本体的端部通过三通接头连接排放管、引压管，排放管上设有开关阀。使用三通接头连接排放管、引压管，结构简单，安装方便；开关阀用于排放管的开启与关闭。

进一步地，压力计本体的U形中部设有刻度尺，支架上设有水平仪。水平仪用于调节支架的水平，方便后续量角仪对压力计本体倾斜角度的测量，提高角度测量的准确度；刻度尺方便对压力计本体内的液柱高度进行初步观测，可进行是否达到稳压状态的粗判断。

进一步地，支架上方设有三根安装柱，安装柱件与压力计本体间通过卡箍连接。安装柱用于固定压力计本体，此外，可使得安装柱垂直支架底座，从而使得安装柱沿竖直方向设置，可方便量角仪的定位，便于量角仪测量压力计本体倾斜的角度。

根据本发明的另一个方面，提供一种压差检测方法，包括倾斜倒置的U形压力计，操作步骤包括：

S1：安装装置，对装置进行气密性检测；

S2：对装置的水平进行校准；

S3：进行压差检测，使用排放管排出多余的气柱和/或液体；将压力计本体内的水柱高度调节到易于读数的位置；

S4：等待一段时间，待压力计本体内水柱稳定后，使用测量工具测得所需数据，计算可得到对应的压力计本体竖直放置时，对应的水柱高度差为：

Δh＝(r₂-r₁)sinα-wcosα；

其中，r1、r2为压力计本体内两段水柱的高度；α为压力计本体的直线段与水平面的夹角；w为压力计本体两直线段的间距与压力计本体单个直线段的外径之和；

S5：使用伯努利方程计算压差为：

Δp＝ρgΔh；

其中：ρ为流体密度；g为重力加速度。

使用上述倾斜倒置的U形压力计，采用本发明的压差检测方法，依次通过气密性检测、水平校准、压差检测、等待稳压、读数带入公式计算，以得到具体的压差值，结构简单，经济实用。

进一步地，S1中，气密性的检测步骤为：

S1-1：关闭排放管的开关阀，通过引压管朝压力计本体内注水并使得压力计本体内充满水；

S1-2：检测各连接处、阀门处是否漏水。

气密性检测，以确保实验测量的准确性。

进一步地，S2中，水平校准的步骤为：

S2-1：通过水平仪将支架调成水平，通过量角仪测量得到压力计本体的直线段与支架横向平面的夹角α；

S2-2：使两个待测点的压差为零；

S2-3：等待稳压后，压力计本体两直线段内水柱顶面将呈平面，测得该平面与压力计本体直线段的夹角为α’；

S2-4：对比α与α’是否相等，如若不等，则对支架进行再次调平。

进行校准操作时，可使得两个待测点的压差为零，从而反馈到压力计本体的结果为，两侧直线段的液柱高度差为零，但直接测量两个液柱的高度差存在一定的误差，结果较为不准确；因而，通过验证角度的方式进行校准，本校准的目的是：对水平仪调平后的支架进行复核，以保证支架的水平，从而保证压力计本体测的数据的准确性；具体方式为，先通过水平仪调平支架，使用量角仪测量压力计本体直线段与支架水平面的夹角α，后使用压力计本体测压差为零的两个位置，待稳压后，测量压力计本体内水柱的顶面所成的平面与压力计本体直线段的夹角α’，比较α与α’是否相等；如若α＝α’，则支架水平度好；如若不相等，则对支架进行再次调平。

进一步地，压力计本体的倾斜角度为30°～60°。通过实验操作得到压力计本体直线段与水平面夹角的优选角度范围，优选角度值为40°。

进一步地，S4中，对压力计本体内两段水柱的高度进行测量时，测量位置均为直线段与水面的左侧接触点或右侧接触点。压力计本体两侧的直线段读取相同侧的液面，方便测量的同时减小测量误差。

进一步地，S4中，压力计本体内的液体为水，等待的稳压时间为15min～30min；S2-2中，可采用液体保持静止状态或将两个待测点移到一起的方式，以使两个待测点的压差为零。根据测量的介质的不同，稳压时间随之变化；压力计本体液面位置稳定不变即达到了稳压状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果：克服了U形压力计常规使用时读数困难、误差大的问题，倾斜倒置的U形压力计，增大了液体上表面的面积，该种可对U形压力计本体的直线段与液体表面接触点进行读数，减弱了普通U形压力计造成的视觉读数的误差；此外，两个直线段可同时读取最左侧或最右侧的数据，能进一步减小读数的误差；结构简单，可使用普通的U形压力计进行改装，成本低；采用本发明的压差检测方法，依次通过气密性检测、水平校准、压差检测、等待稳压、读数带入公式计算，以得到具体的压差值，结构简单，经济实用。

附图说明：

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出本发明倾斜倒置的U形压力计的示意图。

图2示出了图1的原理图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、支架；11、安装柱；20、压力计本体；21、直线段；30、排放管；40、引压管；50、三通接头；60、开关阀；70、刻度尺；80、待测点。

具体实施方式

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本发明可测量到微小压差，本发明可应用在反应堆棒束子通道间横向微小压差的测量中。可以精确测量反应堆棒束子通道间横向产生的微小压差。且此种方法经济实用，安全且成本低，可操作性强，可以广泛的应用在高校实验室中。

如图1和图2，本实施例中的引压管为PVC软管，压力计本体20的端部可先连接乳胶软管再与引压管连接；水平仪为带强磁激光水平仪，底部强磁设计方便在铁质金属表面测量作业，测量精度高；量角仪为电子数显高精度量角仪，测量准确；距离测量采用高精度工业级电子数显游标卡尺，精度为0.1mm，加上倾斜角度换算，实际的测量误差是要小于1Pa；压力计本体20内的介质为清水，对于环境以及管道都是没有影响的，使用和安装都是很方便的，精度高、误差小；支架可由为铁质板状结构；压力计本体20采用透明的高压PU管，高压PU管具有极好的耐高压、抗振动、耐腐蚀、耐磨损和耐弯曲性能，PU管的使用解决了压力计不慎掉落后U型玻璃管损坏的难题。

实验时，可使用排放管30排出多余的液柱与气柱，并将液柱的高度调节到方便读数的位置。图1中，箭头的方向表示待测介质的流向。

一种倾斜倒置的U形压力计，包括底部朝上、顶部朝下倒置并倾斜固定在支架10上的U形压力计本体20，压力计本体20两个端部均连接有排放管30、引压管40；排放管30用于气柱和/或液体的排出，两个引压管40的另一端位于不同的气压待测点80。

采用上述技术方案的本发明，克服了U形压力计常规使用时读数困难、误差大的问题，倾斜倒置的U形压力计，增大了液体上表面的面积，该种可对U形压力计本体20的直线段21与液体表面接触点进行读数，减弱了普通U形压力计造成的视觉读数的误差；此外，两个直线段21可同时读取最左侧或最右侧的数据，能进一步减小读数的误差；结构简单，可使用普通的U形压力计进行改装，成本低。

进一步地，压力计本体20的端部通过三通接头50连接排放管30、引压管40，排放管30上设有开关阀60。使用三通接头50连接排放管30、引压管40，结构简单，安装方便；开关阀60用于排放管30的开启与关闭。

进一步地，压力计本体20的U形中部设有刻度尺70，支架10上设有水平仪。水平仪用于调节支架10的水平，方便后续量角仪对压力计本体20倾斜角度的测量，提高角度测量的准确度；刻度尺70方便对压力计本体内的液柱高度进行初步观测，可进行是否达到稳压状态的粗判断。

进一步地，支架10上方设有三根安装柱11，安装柱11件与压力计本体20间通过卡箍连接。安装柱11用于固定压力计本体20，此外，可使得安装柱11垂直支架10底座，从而使得安装柱11沿竖直方向设置，可方便量角仪的定位，便于量角仪测量压力计本体20倾斜的角度。

根据本发明的另一个方面，提供一种压差检测方法，包括倾斜倒置的U形压力计，操作步骤包括：

S1：安装装置，对装置进行气密性检测；

S2：对装置的水平进行校准；

S3：进行压差检测，使用排放管30排出多余的气柱和/或液体；将压力计本体20内的水柱高度调节到易于读数的位置；

S4：等待一段时间，待压力计本体20内水柱稳定后，使用测量工具测得所需数据，计算可得到对应的压力计本体20竖直放置时，对应的水柱高度差为：

Δh＝(r₂-r₁)sinα-wcosα；

其中，r1、r2为压力计本体20内两段水柱的高度；α为压力计本体20的直线段21与水平面的夹角；w为压力计本体20两直线段21的间距与压力计本体20单个直线段21的外径之和；

S5：使用伯努利方程计算压差为：

Δp＝ρgΔh；

其中：ρ为流体密度；g为重力加速度。

使用上述倾斜倒置的U形压力计，采用本发明的压差检测方法，依次通过气密性检测、水平校准、压差检测、等待稳压、读数带入公式计算，以得到具体的压差值，结构简单，经济实用。

进一步地，S1中，气密性的检测步骤为：

S1-1：关闭排放管30的开关阀60，通过引压管40朝压力计本体20内注水并使得压力计本体20内充满水；

S1-2：检测各连接处、阀门处是否漏水。

气密性检测，以确保实验测量的准确性。

进一步地，S2中，水平校准的步骤为：

S2-1：通过水平仪将支架10调成水平，通过量角仪测量得到压力计本体20的直线段21与支架10横向平面的夹角α；

S2-2：使两个待测点80的压差为零；

S2-3：等待稳压后，压力计本体20两直线段21内水柱顶面将呈平面，测得该平面与压力计本体20直线段21的夹角为α’；

S2-4：对比α与α’是否相等，如若不等，则对支架10进行再次调平。

进行校准操作时，可使得两个待测点80的压差为零，从而反馈到压力计本体20的结果为，两侧直线段21的液柱高度差为零，但直接测量两个液柱的高度差存在一定的误差，结果较为不准确；因而，通过验证角度的方式进行校准，本校准的目的是：对水平仪调平后的支架10进行复核，以保证支架10的水平，从而保证压力计本体20测的数据的准确性；具体方式为，先通过水平仪调平支架10，使用量角仪测量压力计本体20直线段21与支架10水平面的夹角α，后使用压力计本体20测压差为零的两个位置，待稳压后，测量压力计本体20内水柱的顶面所成的平面与压力计本体20直线段21的夹角α’，比较α与α’是否相等；如若α＝α’，则支架10水平度好；如若不相等，则对支架10进行再次调平。

进一步地，压力计本体20的倾斜角度为30°～60°。通过实验操作得到压力计本体20直线段21与水平面夹角的优选角度范围，优选角度值为40°。

进一步地，S4中，对压力计本体20内两段水柱的高度进行测量时，测量位置均为直线段21与水面的左侧接触点或右侧接触点。压力计本体20两侧的直线段21读取相同侧的液面，方便测量的同时减小测量误差。

进一步地，S4中，压力计本体20内的液体为水，等待的稳压时间为15min～30min；S2-2中，可采用液体保持静止状态或将两个待测点80移到一起的方式，以使两个待测点80的压差为零。根据测量的介质的不同，稳压时间随之变化；压力计本体20液面位置稳定不变即达到了稳压状态。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种倾斜倒置的U形压力计，其特征在于，包括底部朝上、顶部朝下倒置并倾斜固定在支架上的U形压力计本体，所述压力计本体两个端部均连接有排放管、引压管；所述排放管用于气柱和/或液体的排出，两个所述引压管的另一端位于不同的气压待测点。

2.根据权利要求1所述的倾斜倒置的U形压力计，其特征在于，所述压力计本体的端部通过三通接头连接所述排放管、引压管，所述排放管上设有开关阀。

3.根据权利要求1所述的倾斜倒置的U形压力计，其特征在于，所述压力计本体的U形中部设有刻度尺，所述支架上设有水平仪。

4.根据权利要求1所述的倾斜倒置的U形压力计，其特征在于，所述支架上方设有三根安装柱，所述安装柱件与所述压力计本体间通过卡箍连接。

5.一种压差检测方法，其特征在于，包括权利要求1至4任一所述的倾斜倒置的U形压力计，操作步骤包括：

S1：安装装置，对装置进行气密性检测；

S2：对装置的水平进行校准；

S3：进行压差检测，使用排放管排出多余的气柱和/或液体；将压力计本体内的水柱高度调节到易于读数的位置；

S4：等待一段时间，待压力计本体内水柱稳定后，使用测量工具测得所需数据，计算可得到对应的压力计本体竖直放置时，对应的水柱高度差为：

Δh＝(r₂-r₁)sinα-wcosα；

其中，r1、r2为压力计本体内两段水柱的高度；α为压力计本体的直线段与水平面的夹角；w为压力计本体两直线段的间距与压力计本体单个直线段的外径之和；

S5：使用伯努利方程计算压差为：

Δp＝ρgΔh；

其中：ρ为流体密度；g为重力加速度。

6.根据权利要求5所述的压差检测方法，其特征在于，S1中，气密性的检测步骤为：

S1-1：关闭排放管的开关阀，通过引压管朝压力计本体内注水并使得压力计本体内充满水；

S1-2：检测各连接处、阀门处是否漏水。

7.根据权利要求5所述的压差检测方法，其特征在于，S2中，水平校准的步骤为：

S2-1：通过水平仪将支架调成水平，通过量角仪测量得到压力计本体的直线段与支架横向平面的夹角α；

S2-2：使两个待测点的压差为零；

S2-3：等待稳压后，压力计本体两直线段内水柱顶面将呈平面，测得该平面与压力计本体直线段的夹角为α’；

S2-4：对比α与α’是否相等，如若不等，则对支架进行再次调平。

8.根据权利要求5所述的压差检测方法，其特征在于，压力计本体的倾斜角度为30°～60°。

9.根据权利要求5所述的压差检测方法，其特征在于，S4中，对压力计本体内两段水柱的高度进行测量时，测量位置均为直线段与水面的左侧接触点或右侧接触点。

10.根据权利要求5所述的压差检测方法，其特征在于，S4中，压力计本体内的液体为水，等待的稳压时间为15min～30min；S2-2中，可采用液体保持静止状态或将两个待测点移到一起的方式，以使两个待测点的压差为零。

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