壓縮式真空計的結構尺寸及平方刻度尺計算舉例
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
有
p = 1.05 × 105× d2h2/V
即
V = 1.05 × 105× d2h2/p
= 1.05 × 105×(8 × 10-4)2×(1.5 × 10-3)2/5 × 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為
pmax= 1.05 × 105× d2h2/V
= 1.05 × 105×(8 × 10-4)2× 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 × 10-4)2×(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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