流體壓強計是根據流體製作的壓強計。流體壓強的測定的範圍： 液柱壓強計、彈性壓強計、壓強（或壓強差）的電測方法、壓強測量要點。流體壓強計主要用於靜態測量，但它們的動力回響也越來越受到重視。如在流體機械上常見的液體管振盪就是關於這方面的問題。
基本介紹
- 中文名：流體壓強計
- 外文名：vacuum-impregnation
- 定義：一種根據流體製作的壓強計
- 套用：研究流體的運動和狀態
- 學科：冶金工程
- 領域：測量
簡介,流體,流體壓強計簡化模型的力學分析,流體壓強計紊流狀態的能量分析,總結,
簡介
流體壓強計主要用於靜態測量，但它們的動力回響也越來越受到重視。如在流體機械上常見的液體管振盪就是關於這方面的問題。
針對流體壓強計的動力回響問題，旨在提出一種新的分析研究方法，即在分析流體壓強計簡化數學模型受力特性基礎之上，將流體力學、牛頓定律、自動控制理論相結合，尋求流體壓強計管內層流、紊流狀態的管壁切應力公式；研究為保持振盪過程中始終是層流，階躍輸入的最大振幅和最大雷諾數；並進一步分析紊流狀態能量損耗，建立相應理論公式;最後求解非線性和線性流體壓強計微分方程，比較回響曲線。
流體
流體是液體和氣體的總稱。流體是由大量的、不斷地作熱運動而且無固定平衡位置的分子構成的，它的基本特徵是沒有一定的形狀和具有流動性。流體都有一定的可壓縮性，液體可壓縮性很小，而氣體的可壓縮性較大，在流體的形狀改變時，流體各層之間也存在一定的運動阻力（即粘滯性）。當流體的粘滯性和可壓縮性很小時，可近似看作是理想流體，它是人們為研究流體的運動和狀態而引入的一個理想模型。
固體和流體具有以下不同的特徵：在靜止狀態下固體的作用面上能夠同時承受剪下應力和法向應力。而流體只有在運動狀態下才能夠同時有法向應力和切向應力的作用，靜止狀態下其作用面上僅能夠承受法向應力，這一應力是壓縮應力即靜壓強。固體在力的作用下發生變形，在彈性極限內變形和作用力之間服從虎克定律，即固體的變形量和作用力的大小成正比。而流體則是角變形速度和剪下應力有關，層流和紊流狀態它們之間的關係有所不同，在層流狀態下，二者之間服從牛頓內摩擦定律。當作用力停止作用，固體可以恢復原來的形狀，流體只能夠停止變形，而不能返回原來的位置。固體有一定的形狀，流體由於其變形所需的剪下力非常小，所以很容易使自身的形狀適應容器的形狀，在一定的條件下並可以維持下來。
流體壓強計簡化模型的力學分析
簡化模型的受力分析
流體壓強計U形管構造中，未知壓力P1和P2由氣體給出，氣體的慣性和粘性與流體壓強計中液體的慣性和粘性相比可忽略不計。若將流體壓強計中的液體作為一個自由整體考慮並研究作用在它上面的力，下面的各種力是必須考慮的：
(1)不平均分配在流體整體上的重力；
(2)管內流體運動產生的拉力及對壁面的切應力；
(3)壓強P1和P2產生的作用於流體兩端的壓力；
(4)分配在流體上的管壓力；
(5)作用在流體兩端的表面張力。
假設它們在動力特性上是相當的。將重力簡化成作用在液柱上的彈性力，同時，忽略管端任何表面張力的影響。
除彈性力及P1和P2產生的壓力外，液體管還受到液體和管壁交界面的拉力。這個拉力等於管壁切應力隨液柱表面積的變化。假設管中流動是非穩態管流，並假設利用常用穩態管流公式可從液體的瞬時速度估算出任何一個瞬時的管壁切應力。
確定系統模型後，常用時域法分析線性控制系統的動態性能。時域分析法是一種直接在時間域中對系統進行分析的方法，直觀、準確，並提供系統回響的全部信息。系統在典型輸入作用下(通常指階躍輸入)，系統輸出量從初始狀態到最終狀態的回響過程必須是衰減的。
流體壓強計紊流狀態的能量分析
雖然線性阻尼項和非線性阻尼項計算起來非常不同，但兩個系統通常的振盪形式並無本質上的不同。若正弦力激發線性系統產生正弦運動，而此時非線性系統產生的卻不是單純的正弦運動，但對正弦運動的偏離非常小。以這些事實為基礎，可得以下推理:若非線性阻尼系統執行固定振幅的穩態振盪，則每一周期中阻尼力都將損耗一定數量的能量。若從經驗得知非線性振盪的波形近似正弦曲線，就可近似計算每一周期損耗的能量。
總結
(1)通過對流體壓強計進行動態特性分析，建立了層流和紊流的管壁切應力公式，它們之間最根本的區別就在於紊流狀態下得到的是非線性微分方程，因此紊流的出現會造成計算上的困難。模擬非線性和線性流體微分方程可以解決計算上的難題，並且回響曲線表明線性系統在第一個周期與非線性系統幾乎完全重合，但後來急劇衰減。因此可利用第一周期內線性系統的時域回響分析非線性系統的動態特性，給實際套用提供理論和數值依據。
(2)以水銀流體壓強計為例，在階躍輸入下為確保振盪過程中始終是層流，階躍輸入的振幅不能大於8.8mm，給實際套用中研究具體流動狀態提供了理論和數值依據；通過對紊流狀態能量損耗的分析，建立等價線性阻尼率公式，提出計算紊流頻率時可忽略非線性阻尼，這樣就大大簡化了紊流狀態穩定性能和動態性能的分析過程。
