空盒气压计的改进与拓展应用

空盒气压计的改进与拓展应用

段 新（网名duanxinxyz ） 蒋智勇

摘要：本文分析了传统空盒气压计的不足，提出了几点设计改进意见，探讨了空盒气压计应用的途径与方法。

关键词：空盒气压计，改进，拓展，应用

1. 引言

空盒气压计又称无液气压计，是一种测量气体压强的物理计量仪器。它主要应用于物理实验教学、气象台站测量大气压强，也常应用于氧焊、消防等有关部门测量密闭容器（如氧气瓶、氮气瓶、乙炔瓶和干粉灭火器等）内气体的压强。本文从分析传统空盒气压计的不足之处入手，提出了一些其设计上的改进意见，并进一步探讨了拓展空盒气压计实际应用的途径与方法。

2. 空盒气压计的工作原理

空盒气压计以随大气压变化而产生轴向移动的真空膜盒作感应元件，通过拉杆和传动机构带动指针，指示出当时当地的大气压强值，或与之相连通的密闭容器的气体的压强值。其具体工作过程是：当大气压强（或密闭容器内气体压强）增加时，真空膜盒被压缩，带动传动机构使指针顺时针偏转一定角度，气压计读数增大；当大气压强（或密闭容器内气体压强）减小时，真空膜盒就膨胀，带动传动机构使指针逆时针偏转一定角度，气压计读数减小。

3. 传统空盒气压计的不足

传统的空盒气压计（如j1012型）存在以下不足：

⑴刻度盘上方的圆形玻片为普通平板玻璃片，耐压抗震能力差，极易损坏，也使空盒气压计的实际安全测量范围相应减小，其使用寿命也大为缩短。

⑵由于受塑料外壳和圆形铝片刻度盘的阻挡，使观察者无法清晰地看到空盒气压计内部整套传动装置机构，降低了该仪器在物理实验教学中的直观性。

⑶刻度盘上未直接标注出空盒气压计的安全测量范围（一般为80－106kPa ）和允许使用温度范围（一般为-10℃－+40℃），也未用醒目的红、绿加粗条警示性地在刻度盘上表出，容易造成学生实验操作中的违规，甚至酿成人身伤害事故。

⑷无水平调节装置，仪器随意放置难于保证呈水平状态，不可避免地造成空盒气压计的读数误差。

⑸空盒气压计只运用测量大气压或密闭气体的压强，使用功能未免过于单一，它的潜在应用功能未曾得到充分开发和利用。

4. 空盒气压计的改进

我们通过对空盒气压计使用反思和分析评价，提出如下几点改进意见：

⑴在材料和造型上改进

空盒气压计的普通圆形玻片和塑料外壳，改用透明度好、质地坚硬的钢化玻璃材料，在造型上将两者合二为一制成一体化的球冠形状，既可提高该仪器的耐压抗震强度，又能提高仪器的直观性。当视线透过玻璃钢外壳向里看时，空盒气压计的内部装置机构就会一览无余地呈现在观察者的眼前。

⑵对刻度盘的改进

将铝质圆片形刻度盘改为圆环形刻度盘。当观察者的视线从上往下投向空盒气压计时其内部机构便能一目了然。在刻度盘上鲜明标注气压计的主测量范围（如80－106kPa ）、使用温度范围（一般为-10℃－+40℃）, 并在上、下限刻度线上分别用红、绿粗线条警示，提醒使用者在测量时高度注意不超限，这样可大大减少气压计因使用者超限违规而导致其损坏的现象发生。

⑶增加气压计水平调节装置

在空盒气压计底部安装三个可调节的底脚螺丝，呈等边三角形排列。在硬质胶木板上安装一只气泡水准仪。适当调节三个活动的地脚螺丝，可使空盒气压计呈水平状态，以减小仪器读数误差。

5. 拓展空盒气压计的实际应用

为使空盒气压计实现“一表多用”，应开动脑筋，多想办法，充分发挥其潜在功能，拓展其应用范围。现举例如下：

⑴测量地理高度

我们知道，大气压数值随地理高度不同而变化，存在如下实验规律：在海拔高度2，000米以内，大约每升高12米，大气压减少133Pa 。例如，若在某山顶上用空盒气压计测得大气压值为88Kpa ，则该山顶的海拔高度可依下公式计算出：

3P 0－P/133×12＝（101.3－88）×10 /133×12＝1,200（米）

5 其中，标准大气压P 0＝1.013×10Kpa 。在空盒气压计环形刻度盘上标示出与各个大气

压数值相对应的一系列海拔高度值，便可由空盒气压计直接读出所测地方的海拔高度，于是空盒气压计便成为一个高度计。

⑵预报晴雨天气

大气压与天气紧密相关。一般说来，晴天的大气压比阴天的高，冬天的大气压比夏天的高。对于某地来说，如果用空盒气压计测出当地一年四季中晴天和雨天的一系列大气压值，分析这些数据，不难从中找出晴天和雨天大气压的变化规律。运用这一规律，也就可以对该地的晴雨天气变化作出较为准确的预报。因此，空盒气压计从理论上讲可以作为一个晴雨计。

⑶验证气体压强的规律

气体压强的大小取决于气体分子的密度和平均动能，而气体分子的平均动能，又与气体的温度有关系。利用空盒气压计和其它仪器、器材做实验，不难发现气体仪器的变化规律。

1）验证气体仪器大小与气体分子密度的关系

准备一个可打气、抽气两用唧筒，先用其打气咀与空盒气压计通气管连接，推动唧筒活塞打气几次，由于气压计内气体增多，气体分子密度增大，可以看到气压计指针示数增大，表明此时气压计内气体压强也增大。再换唧筒抽气咀与空盒气压计通气管连接，缓慢推动唧筒活塞抽气，由于气压计内气体减少，气体分子密度减小，可以看到气压计指针示数减小，表明此时气压计内压强也减小。应特别强调指出，在上述实验中，无论用唧筒打气或抽气，都应严格监控气压计的指针示数，使之不超过空盒气压计的上、下限范围，否则将对其造成损坏。

2）验证气体仪器与气体分子平均动能的关系

可以用两个小实验来做。第一个实验，是将处在空气中空盒气压计作为研究对象，记录气压计指针的示数p 1与温度t 1；然后将空盒气压计放入冰箱冷藏室中，经过一段时间，打开冰箱门对它迅速读数，记录气压计的示数P 2与温度t 2，比较两次实验数据，不难发现： t 1＞t 2, P1＞P 2。即随着温度的升高，气体否则的平均动能增大，气体压强也增大。第二个实验，是分别用浸过热水与冷水的湿毛巾，敷在空盒气压计的钢化玻璃外壳上，气压计通气管用橡皮管夹紧，分别记录气压计的指针示数与温度并比较之，也可以得出与上相同的结论。