本實(shí)用新型涉及了一種壁掛式多功能靜壓強(qiáng)與液位深度測試裝置，屬于流體力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
流體力學(xué)是部分工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，與多門專業(yè)課有著密切的聯(lián)系。流體力學(xué)課程相對抽象復(fù)雜，因此，流體力學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)就成為鞏固理論知識(shí)學(xué)習(xí)的重要途徑，通過實(shí)踐操作對加深學(xué)生理解復(fù)雜的理論知識(shí)有著重要的作用。流體靜力學(xué)是流體力學(xué)的重要組成部分，而研究流體靜壓強(qiáng)的分布特性是流體靜力學(xué)的核心內(nèi)容之一，流體靜壓強(qiáng)具有兩個(gè)特性，即流體靜壓強(qiáng)的方向沿著作用面的內(nèi)法線方向，流體靜壓強(qiáng)的大小與作用面的方向無關(guān)，只與研究的位置有關(guān)，可以用液體靜力學(xué)基本方程Z+p/γ=C(常數(shù))表示。利用靜壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)裝置可以直觀的驗(yàn)證基本方程以及流體性能參數(shù)測試，然而現(xiàn)有的靜壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)裝置，如中國專利ZL200820064918.2 和ZL201020201773.3只能實(shí)現(xiàn)單一流體的靜壓實(shí)驗(yàn)，功能單一，雖然中國專利ZL00210442.3利用氣囊加壓的方式改變密閉容器壓力大小，但其操作不方便，實(shí)驗(yàn)裝置的外形比較粗糙，儀器在使用過程測壓管有重力作用易發(fā)生變形，實(shí)驗(yàn)誤差較大。現(xiàn)有的關(guān)于流體靜壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)裝置占地空間大，操作方不便，功能單一，并且實(shí)驗(yàn)精度低等缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服以上弊端，本實(shí)用新型提出了一種壁掛式多功能靜壓強(qiáng)與液位深度測試裝置，用以解決現(xiàn)有流體靜壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)裝置占地空間大，操作方不便、功能單一的問題。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下。
一種壁掛式多功能靜壓強(qiáng)與液位深度測試裝置，包括壁掛板、半圓柱體密閉壓力容器、壓力調(diào)節(jié)筒、四根測壓管、兩根U形測壓管、四根刻度尺、豎直導(dǎo)軌、活動(dòng)支架、閥門、半圓柱體敞口容器、塑料軟管、橡皮塞、固定卡箍、調(diào)節(jié)螺栓、螺釘以及若干透明塑料管組成。
所述的半圓柱體密閉壓力容器的頂部、側(cè)面和底部通過透明塑料管或塑料軟管分別與連通管、U形測壓管、測壓管、半圓柱體開口容器和壓力調(diào)節(jié)筒相連，壓力調(diào)節(jié)筒放在活動(dòng)支架上，通過豎直導(dǎo)軌升降活動(dòng)支架改變半圓柱體密閉壓力容器的壓力大小。
所述的半圓柱體密閉壓力容器的頂部通過透明塑料管分別與連通管、U形測壓管Ⅰ和U形測壓管Ⅱ相連，半圓柱體密閉壓力容器的側(cè)面通過透明塑料管分別與測壓管Ⅱ、測壓管Ⅲ、測壓管Ⅳ和半圓柱體敞口容器相連，半圓柱體密閉壓力容器的底部分別通過透明塑料管和塑料軟管分別與連通管和壓力調(diào)節(jié)筒相連，連通管又與測壓管Ⅰ相連。
所述的半圓柱體密閉壓力容器的頂部有一圓孔，在圓孔上塞入橡皮塞可以保持半圓柱體密閉壓力容器的密閉。
所述的壓力調(diào)節(jié)筒放置在活動(dòng)支架上，通過活動(dòng)支架在豎直導(dǎo)軌上升降來改變半圓柱體密閉壓力容器中的壓力大小，活動(dòng)支架利用調(diào)節(jié)螺栓在豎直導(dǎo)軌上進(jìn)行松開或固定，而壓力調(diào)節(jié)筒通過活動(dòng)卡鉗松開或固定。
所述的半圓柱體密閉壓力容器、測壓管Ⅰ、測壓管Ⅱ、測壓管Ⅲ、測壓管Ⅳ、U形測壓管Ⅰ和U形測壓管Ⅱ、閥門、半圓柱體敞口容器、連通管以及透明塑料管通過螺釘或固定卡箍固定在壁掛板上，豎直導(dǎo)軌通過豎直導(dǎo)軌固定端固定在壁掛板上。
所述的刻度尺Ⅰ、刻度尺Ⅲ和刻度尺Ⅳ被豎直的粘貼在壁掛板上、而刻度尺Ⅱ豎直的粘貼在半圓柱體密閉壓力容器的側(cè)面處，刻度尺Ⅰ（10）和刻度尺Ⅱ（11）在半圓柱體密閉壓力容器（1）底部D點(diǎn)的位置讀數(shù)相同。
所述的刻度尺Ⅰ被粘貼在測壓管Ⅰ與連通管之間；刻度尺Ⅲ和刻度尺Ⅳ分別豎直的粘貼在U形測壓管Ⅰ和U形測壓管Ⅱ的兩管之間的壁掛板上。
所述的壁掛板在實(shí)驗(yàn)測試時(shí)需要通過懸掛孔垂直的懸掛在壁面上。
所述的壓力調(diào)節(jié)筒可作為向半圓柱體密閉壓力容器內(nèi)輸入或排放液體的進(jìn)口或出口，作為進(jìn)液口時(shí)，需將半圓柱體密閉壓力容器頂部的橡皮塞打開，液體通過壓力調(diào)節(jié)筒直接可以進(jìn)入半圓柱體密閉壓力容器中，作為排液口時(shí)，也需將半圓柱體密閉壓力容器頂部的橡皮塞打開，把固定在活動(dòng)支架上的活動(dòng)卡鉗壓開，取下壓力調(diào)節(jié)筒，使其口部朝下并低于半圓柱體密閉壓力容器的高度即可排除半圓柱體密閉壓力容器的液體。
本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)單一或多種液體靜壓強(qiáng)、液位深度、液體容重等參數(shù)的測試，具有占地空間小、操作方便、功能齊全和精度高的特點(diǎn)。
附圖說明
圖1本實(shí)用新型的一種壁掛式多功能靜壓強(qiáng)與液位深度測試裝置的主視圖。
圖中：1.半圓柱體密閉壓力容器，2. 壁掛板，3. 壓力調(diào)節(jié)筒，4. 測壓管Ⅰ，5. 測壓管Ⅱ，6. 測壓管Ⅲ，7. 測壓管Ⅳ，8. U形測壓管Ⅰ，9. U形測壓管Ⅱ，10. 刻度尺Ⅰ，11. 刻度尺Ⅱ，12. 刻度尺Ⅲ，13. 刻度尺Ⅳ，14. 連通管，15. 橡皮塞，16. 螺釘，17.閥門，18. 半圓柱體敞口容器，19、20. 塑料軟管，21. 豎直導(dǎo)軌固定端，22. 導(dǎo)軌，23. 調(diào)節(jié)螺栓，24. 活動(dòng)支架，25. 活動(dòng)卡鉗，26. 固定卡箍，27. 懸掛孔，28. 旋塞，29. 排液口。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖1對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖1所示，該壁掛式多功能靜壓強(qiáng)與液位深度測試裝置，包括半圓柱體密閉壓力容器1、壁掛板2、壓力調(diào)節(jié)筒3、測壓管4,5,6,7、U形測壓管8,9、刻度尺10,11,12,13、連通管14、橡皮塞15、閥門17、半圓柱體敞口容器18、塑料軟管19,20、豎直導(dǎo)軌22、調(diào)節(jié)螺栓23、活動(dòng)支架24、活動(dòng)卡鉗25、固定卡箍26、螺釘16以及若干透明塑料管組成，各個(gè)組件按照圖1安裝在壁掛板2上，在實(shí)驗(yàn)測試時(shí)需要通過懸掛孔（27）垂直的懸掛在壁面上。
為了實(shí)驗(yàn)的觀測方便，半圓柱體密閉壓力容器1、壓力調(diào)節(jié)筒3、半圓柱體敞口容器18以及連通管14均采用透明材質(zhì)加工制作，測壓管4,5,6,7和U形測壓管8,9的一端與大氣相通。
液體靜力學(xué)基本方程Z+p/γ=C(常數(shù))驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)：在采用單一或兩種流體介質(zhì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)施步驟略有不同。
當(dāng)采用單一流體介質(zhì)實(shí)驗(yàn)，該流體的容重已知時(shí)，實(shí)驗(yàn)步驟如下：①在測壓管4,5,6,7、U形測壓管8,9加入適量的水；②打開橡皮塞15，關(guān)閉閥門17，將一定量的實(shí)驗(yàn)用流體介質(zhì)通過壓力調(diào)節(jié)筒3和塑料軟管20輸送到半圓柱體密閉壓力容器1中，使半圓柱體密閉壓力容器1中填充適當(dāng)實(shí)驗(yàn)用流體介質(zhì)；③打開調(diào)節(jié)螺栓23，將活動(dòng)支架24在豎直導(dǎo)軌22升降，調(diào)節(jié)半圓柱體密閉壓力容器1使其液位保持在圖1中的D點(diǎn)，固定調(diào)節(jié)螺栓23，從刻度尺10讀取測壓管4液面的讀數(shù)，此值為D點(diǎn)的位置水頭，采用該值校正刻度尺11上的位置標(biāo)高讀數(shù)，D點(diǎn)在刻度尺11上的位置標(biāo)高讀數(shù)為零；④關(guān)閉橡皮塞15，打開調(diào)節(jié)螺栓23，向上移動(dòng)活動(dòng)支架24，使半圓柱體密閉壓力容器1內(nèi)的液體始終沒過A點(diǎn)之上，這時(shí)出現(xiàn)測壓管4,5,6,7中液位處在同一水平上，再升高或降低半圓柱體密閉壓力容器1內(nèi)的液體液位高度，測壓管4,5,6,7中液位也隨之升高或降低，并都處在同一水平上，也就驗(yàn)證了液體靜力學(xué)基本方程的正確性，同時(shí)，半圓柱體密閉壓力容器1中不同點(diǎn)的靜壓強(qiáng)通過測壓管4在刻度尺10上的讀數(shù)與半圓柱體密閉壓力容器1上刻度尺11的差值乘以液體的容重算出。
假設(shè)此流體介質(zhì)的容重為γ，測壓管4的液位在刻度尺10上的讀數(shù)為△1，半圓柱體密閉壓力容器1中A、B、C和D點(diǎn)在刻度尺11上的讀數(shù)分別為△A、△B、△C和△D，則A、B、C和D的靜壓強(qiáng)分別按照下式計(jì)算。
A點(diǎn)壓強(qiáng)：pA=(△1-△A)×γ
B點(diǎn)壓強(qiáng)：pB=(△1-△B)×γ
C點(diǎn)壓強(qiáng)：pB=(△1-△C)×γ
D點(diǎn)壓強(qiáng)：pB=(△1-△D)×γ
當(dāng)采用兩種不相容的流體介質(zhì)實(shí)驗(yàn)，這兩種流體介質(zhì)的容重已知時(shí)，首先在測壓管4,5,6,7、U形測壓管8,9加入適量的水，將其中一種容重大的液體介質(zhì)通過壓力調(diào)節(jié)筒3使其液位處在半圓柱體密閉壓力容器1內(nèi)B點(diǎn)和C之間，然后通過橡皮塞15的圓孔加入另一種液體介質(zhì)，使其液位處在A之上，此時(shí)A和B點(diǎn)連接的測壓管6,7液位處在同一水平上，而C和D點(diǎn)連接的測壓管4,5液位也處在同一水平上，但測壓管6,7液位與測壓管4,5液位不同，既驗(yàn)證了液體靜力學(xué)基本方程的正確性，有演示出不同流體的差異性，而半圓柱體密閉壓力容器1中不同點(diǎn)的靜壓強(qiáng)通過可以通過以下方法計(jì)算出。
假設(shè)兩種不相容流體介質(zhì)的容重分別為γ1和γ2，γ1>γ2，半圓柱體密閉壓力容器1中兩液體在交界面液位在刻度尺11的位置為△，測壓管4的液位在刻度尺10上的讀數(shù)為△1，半圓柱體密閉壓力容器1中A、B、C和D點(diǎn)在刻度尺11上的讀數(shù)分別為△A、△B、△C和△D，則A、B、C和D的靜壓強(qiáng)分別按照下式計(jì)算。
A點(diǎn)壓強(qiáng)：pA=(△1-△)×γ1-(△A-△)×γ2
B點(diǎn)壓強(qiáng)：pB=(△1-△)×γ1-(△B-△)×γ2
C點(diǎn)壓強(qiáng)：pB=(△1-△C)×γ1
D點(diǎn)壓強(qiáng)：pB=(△1-△D)×γ1
任意流體介質(zhì)容重的實(shí)驗(yàn)測試：①首先在測壓管4,5,6,7中加入適量的水；②打開本實(shí)驗(yàn)裝置的橡皮塞15，關(guān)閉閥門17，通過壓力調(diào)節(jié)筒3加入適量的液體，使其液面沒過A之上，再選一種已知容重為γ1的液體，容重γ1大于待測液體容重γ，且待測液體不相容，將已知容重的適量液體加入到U形測壓管Ⅰ8和U形測壓管Ⅱ9中，再將適量待測未知容重液體加入到U形測壓管Ⅱ9的右管內(nèi)；③將橡皮塞15塞上，逐步升高壓力調(diào)節(jié)筒3使U形測壓管Ⅱ9的左管中液位與U形測壓管Ⅱ9的右管中兩液體分界面液位平齊，此時(shí)U形測壓管Ⅰ8中左測與右側(cè)管在刻度尺12上的液位差為△h1；④隨后逐步降低壓力調(diào)節(jié)筒3使U形測壓管Ⅱ9的左側(cè)管中液位與U形測壓管Ⅱ9的右側(cè)管中最上部的液位平齊，此時(shí)U形測壓管Ⅰ8中左測與右側(cè)管在刻度尺12上的液位差為△h2，這時(shí)通過γ=△h1×γ1/(△h1-△h2)，即可計(jì)算出待測液體的容重。
待測液體容重已知，對裝有該液體的半圓柱體敞口容器18中液位深度的測定：①在測壓管4,5,6,7和 U形測壓管8,9中加入適量的水；②打開橡皮塞15，關(guān)閉閥門17，將一定量的水通過壓力調(diào)節(jié)筒3和塑料軟管20輸送到半圓柱體密閉壓力容器1中使其液位處在A點(diǎn)之上；③將一定量待測液體加入到半圓柱體敞口容器18中，塞上橡皮塞15，打開閥門17，升高壓力調(diào)節(jié)筒3的高度，直到半圓柱體密閉壓力容器1上部的空氣通過塑料軟管19在半圓柱體敞口容器18的液體中被連續(xù)排出氣泡為止，此時(shí)從U形測壓管Ⅰ8的左側(cè)管和右側(cè)管在刻度尺12上的液位差為△h3，假設(shè)U形測壓管Ⅰ8中水的容重為γ1，待測液體的容重為γ，待測液體的深度為h，則半圓柱體敞口容器18中的液位深度可以通過h=△h3×γ1/γ計(jì)算求??；當(dāng)需要排除半圓柱體敞口容器18中的液體時(shí)，打開旋塞28經(jīng)排液口29即可排除。
以上對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施不限于此，凡基于本發(fā)明所做的任何改動(dòng)或變型均屬于本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍。