人類最早對(duì)于氣體壓力的測(cè)量，是從托里拆利（Torricelli）實(shí)驗(yàn)開始的。U 型管真空計(jì)是使用歷史最長、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的測(cè)量壓力的儀器，它通常是用玻璃管制成，其工作液體有多種，通常為水銀。管的一端與待測(cè)壓力的真空容器相連，另一端是封死的或開口與大氣相通，以U型管兩端的液面差來指示真空度。U型管真空計(jì)的測(cè)量范圍為10⁵～10Pa，它是一種絕對(duì)真空計(jì)。

U 型管真空計(jì)的分類

　　由于U 型管一端接至待測(cè)真空系統(tǒng)上，另一端開口接通大氣或是封閉的，所以分為兩種形式。

　�。�1）開式U 型管真空計(jì)：將 U 型管內(nèi)充入適量的工作液（如水銀），一端開口接大氣（即環(huán)境大氣壓力p0），另一端與被測(cè)真空系統(tǒng)相連接（待測(cè)壓力 p），如圖1所示。在開始抽氣前，U 型管兩端均為大氣壓力，兩端液面處于同一高度。當(dāng)真空系統(tǒng)抽氣后，隨著壓力p的降低，兩端液面的高度差隨之增大，在某一瞬間兩端處于液體靜壓力平衡狀態(tài)時(shí)，有

p= p₀-ρgh

　　式中：p—待測(cè)壓力； p₀—環(huán)境大氣壓力； h— 兩液面高度差； ρ—工作液密度； g—重力加速度。

圖1 開式U型管真空計(jì)

　　可以看出，開式U型管真空計(jì)的壓力指示與環(huán)境大氣壓力p₀有關(guān)。如果測(cè)量時(shí)的環(huán)境大氣壓力已知（要用測(cè)壓計(jì)讀出），那么當(dāng)測(cè)出液面差h后就可用上式計(jì)算出待測(cè)真空系統(tǒng)的壓力值p。

　　當(dāng)工作液體為水銀時(shí)，其 密 度 ρ=13.595 ×10³kgm^-3，重 力 加 速 度 為 g=9.80665ms^-2，則

p= p₀-1.333×10⁵h

　　式中：p、p₀的單位為Pa；h的單位為m。

　　（2）閉式U 型管真空計(jì)：如圖2所示，把管內(nèi)預(yù)先抽至壓力為10^-1 Pa以下，然后將工作液（如水銀）注入管內(nèi)，其開口端與待測(cè)真空系統(tǒng)相連接。真空系統(tǒng)抽氣前，真空系統(tǒng)內(nèi)的壓力等于環(huán)境大氣壓力，則工作液充滿封閉端形成最大液面差h₀；當(dāng)系統(tǒng)抽氣到某一瞬間，兩端液面處于液面靜壓力平衡時(shí)，待測(cè)壓力值可用下式求得（忽略封閉端內(nèi)壓力對(duì)液面的影響），即

圖2 閉式U型管真空計(jì)

p = ρgh

　　如工作液為水銀，則

p=1.333 ×10⁵h

　　式中：h為液面高度差，m。

　　閉式U 型管真空計(jì)與開式U 型管真空計(jì)相比較，使用起來更方便，而且在測(cè)量壓力時(shí)無需從大數(shù)值開始，U 型管可做得短些。為了防止待測(cè)系統(tǒng)內(nèi)突然進(jìn)入大氣時(shí)，封閉端被工作液沖破，可以把U 型管轉(zhuǎn)彎處做成狹細(xì)的毛細(xì)管，用來緩和工作液的移動(dòng)速度。

U型管真空計(jì)的改進(jìn)形式

　　U型管真空計(jì)所能測(cè)量的最低壓力即其測(cè)量下限p_min。當(dāng)壓力p很小時(shí)，開式U型管真空計(jì)液面差h→p₀/（ρg），閉式U型管真空計(jì)液面差h→0。這時(shí)讀液面差數(shù)值就有困難了，一般用肉眼所能正確觀測(cè)的最小液面差約為0.5 ～ 1mm，如用水銀做工作液，則 p_min= 66.5 ～ 133Pa。另外，開式U型管真空計(jì)的讀數(shù)受環(huán)境大氣壓力的影響；閉式U 型管真空計(jì)受封閉端內(nèi)工作液放氣的影響，使管內(nèi)壓力增加，給讀數(shù)帶來誤差。為了延伸測(cè)量下限和減小測(cè)量誤差，除改用比水銀密度小的液體（如油）做工作液外，還可將其結(jié)構(gòu)做些改進(jìn)。

　�。�1）用密度較小的液體來替換水銀。常用的有274硅油、擴(kuò)散泵油、3號(hào)變壓器油、硼鎢酸鎘等。例如用274硅油（它具有飽和蒸氣壓低、粘度小等特點(diǎn)）來代替水銀制成油U型管真空計(jì)，這時(shí)同樣的壓力差就會(huì)造成較大的液面高度差，其放大倍數(shù)由水銀和油密度比來決定，這種方法可使測(cè)量下限延伸一個(gè)數(shù)量級(jí)左右。

　　（2）改進(jìn)閉式U 型管真空計(jì)的結(jié)構(gòu)。為了減小封閉端管內(nèi)壓力對(duì)測(cè)量的影響，將其結(jié)構(gòu)改進(jìn)后如圖3所示，在U型管左右兩支管間加一個(gè)二通閥K。在不測(cè)量時(shí)，閥K將左右兩支管接通，兩邊液面處于同一高度；在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，先將兩端支管內(nèi)壓力抽到10^-1Pa以下，然后轉(zhuǎn)動(dòng)閥K將左右支管隔斷，左支管就變成封閉端。測(cè)量過程中隨著待測(cè)壓力p的變化，兩邊液面高度差h就隨之變化，讀出h的變化即可算出壓力p的數(shù)值。這種結(jié)構(gòu)可以減小封閉端因工作液放氣給測(cè)量帶來的誤差。

圖3 油U型管真空計(jì)　　圖4 斜罩式U型管真空計(jì)

　�。�3）斜置式U型管真空計(jì)。如圖4所示，液面垂直方向較小的高度差，在傾斜的方向上就出現(xiàn)較大的長度差，待測(cè)壓力p可由斜管內(nèi)液柱長度L和傾斜角θ計(jì)算出來。由于垂直大管（工作液貯器）的橫截面積A 2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于斜管的橫截面積A1（一般A2/A1> 200），大管內(nèi)液面的變化可以忽略不計(jì)，因此，被測(cè)壓力可近似地用下式求得

p= ρg L·sinθ

　　還有用光干涉方法制成光干涉油微壓計(jì)，測(cè)量范圍為1 ～ 10^-2 Pa，準(zhǔn)確度達(dá) ± 1.5 × 10^-2。