Жидкостной манометр принцип действия: Жидкостный манометр принцип работы

Содержание

Действие — жидкостный манометр — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Действие — жидкостный манометр

Cтраница 1

Действие жидкостных манометров основано на уравновешивании измеряемого давления столбом жидкости ( водой, спиртом) или ртутью. Пример такого прибора-двухтрубный манометр, выполненный в виде U-образной трубки, один конец которой сообщается с атмосферой, а второй — с объектом намерения. При: подводе избыточного давления к одному из колен трубки уровень жидкости в нем опускается, а в другом соответственно поднимается. Измеренное давление определяют по шкале, имеющей деления через 1 мм.  [1]

Действие жидкостных манометров основано на гидростатическом принципе, при котором измеряемое давление уравновешивается давлением столба затворной жидкости. Разница уровней в зависимости от плотности жидкости является мерой давления.  [2]

Действие жидкостных манометров основано на уравновешивании измеряемого давления столбом жидкости ( водой, спиртом) или ртутью. Пример такого прибора — двухтрубный манометр, выполненный в виде U-образной трубки, один конец которой сообщается с атмосферой, а второй — с объектом измерения. При подводе избыточного давления к одному из колен трубки уровень жидкости в нем опускается, а в другом соответственно поднимается. Измеренное давление определяют по шкале, имеющей деления через 1 мм.  [3]

Действие жидкостных манометров основано на уравновешивании измеряемого давления столбом жидкости. Трубка заполнена жидкостью: водой, спиртом или ртутью, один конец ее сообщается с атмосферой, а другой — с объектом измерения. Если давления, подведенные к концам трубки, равны, например оба конца сообщены с атмосферой, то согласно закону сообщающихся сосудов уровни жидкости в обоих коленах будут одинаковы и должны совпадать с нулевой отметкой шкалы. При подводе избыточного давления к одному из колен трубки уровень жидкости в нем опускается, а в другом соответственно поднимается.  [4]

Принцип действия жидкостных манометров и микроманометров основан на вытеснении и перемещении жидкости, находящейся в сообщающихся сосудах, вследствие разности давлений, уравновешиваемых гидростатическим давлением столба жидкости.  [5]

Единство принципа действия жидкостных манометров всех типов обусловливает их универсальность с точки зрения возможности измерения давления любого вида — абсолютного и избыточного и разности давлений.  [6]

Основные погрешности измерения бн, 6Р и 5 обусловлены принципом действия жидкостных манометров.  [7]

Именно это обстоятельство привело к появлению единиц измерений давления мм вод. ст., мм рт. ст. и других которые естественным образом вытекают из принципа

действия жидкостных манометров.  [8]

Давление в аппаратах, емкостях и трубопроводах на нефтеперерабатывающих установках измеряют приборами, называемыми манометрами. Принцип действия жидкостных манометров основан на том, что измеряемое ими давление уравновешивается гидростатическим давлением столба какой-либо жидкости.  [9]

Погрешности жидкостных двух — и однотрубных манометров складываются из ошибок в измерении: 1) высоты уровня жидкости ( ошибка отсчета), 2) плотности ( удельного веса) манометрической жидкости. Гидростатический принцип действия жидкостных манометров обусловливает полное отсутствие погрешностей, вследствие затирания.  [10]

Дальнейшее развитие науки и техники привело к появлению большого количества жидкостных манометров различных типов, применяемы), до настоящего времени во многих отраслях: метеорологии, авиационной и электровакуумной технике, геодезии и геологоразведке, физике и метрологии и пр. Однако, в силу ряда специфических особенностей принципа

действия жидкостных манометров их удельный вес по сравнению с манометрами других типов относительно невелик и, вероятно, будет уменьшаться и в дальнейшем. Тем не менее при измерениях особо высокой точности в области давлений, близких к атмосферному давлению, они пока незаменимы.  [11]

Дальнейшее развитие науки и техники привело к появлению большого количества жидкостных манометров различных типов, применяемы, до настоящего времени во многих отраслях: метеорологии, авиационной и элект ]) овакуумной технике, геодезии и геологоразведке, физике и метрологии и пр. Однако, в силу ряда специфических особенностей принципа действия жидкостных манометров их удельный вес по сравнению с манометрами других типов относительно невелик и, вероятно, будет уменьшаться и в дальнейшем. Тем не менее при измерениях особо высокой точности в области давлений, близких к атмосферному давлению, они пока незаменимы.  [12]

Страницы:      1

Жидкостные манометры, принцип действия, преимущества, недостатки. — Студопедия

Принцип действия основан на уравновешивании измеряемого давления или разности давлений давлением столба жидкости. Они имеют простое устройство и высокую точность измерения, широко применяются как лабораторные и поверочные приборы. Жидкостные манометры подразделяются на: U-образные, колокольные и кольцевые.

U-образные. Принцип действия основан на законе сообщающихся сосудов. Они бывают двухтрубные (1) и чашечные однотрубные(2).

1) 2)

1) представляют собой стеклянную трубку 1, укрепленную на плате 3 со шкалой и залитую запорной жидкостью 2. Разность уровней в коленах пропорциональна измеряемому перепаду давления. «-»1.ряд погрешностей: вследствие неточности отсчета положения мениска, изменения Т окруж. среды, явлений капиллярности (устраняется введением поправок). 2. необходимость двух отсчетов, что приводит к увеличению погрешности.

2) предст. собой модификацию двухтрубных, но одно колено заменено на широкий сосуд (чашечку). Под действием избыточного давления уровень жидкости в сосуде снижается, а в трубке повышается.

Поплавковые U-образные дифманометры по принципу действия подобны чашечным, но для измерения давления в них используют перемещение поплавка, помещенного в чашку, при изменении уровня жидкости. По средством передаточного устройства перемещение поплавка преобразуется в перемещение показывающей стрелки. «+» широкий предел измерения.

Колокольные манометры. Используются для измерения перепадов давления и разряжений.

В этом приборе колокол 1, подвешенный на пос-

тоянно растянутой пружине 2, частично погружен в разделительную жидкость 3, налитую в сосуд 4.При Р1=Р2 колокол прибора будет находиться в равновесии. При возникновении разности давлений равновесии нарушит-ся и появиться подъемная сила, кот. будет перемещать колокол. При перемещении колокола пружина сжимается.

Кольцевые манометры. Применяются для измерения разности давления, а также небольших давлений и разряжений. Действие основано на принципе «кольцевых весов».

Изобретение жидкостного манометра, кто изобрёл манометр

Вопросы водоснабжения для человечества всегда были очень важными, а особую актуальность приобрели с развитием городов и появлением в них различного вида производств. При этом все более актуальной становилась проблема измерения давления воды, т.е. напора, необходимого не только для обеспечения подачи воды через систему водоснабжения, но и для приведения в действие различных механизмов. Честь первооткрывателя принадлежит крупнейшему итальянскому художнику и ученому Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.), который впервые применил пьезометрическую трубку для измерения давления воды в трубопроводах. К сожалению, его труд «О движении и измерении воды» был опубликован лишь в XIX веке. Поэтому принято считать, что впервые жидкостный манометр был создан в 1643 г. итальянскими учеными Торричелли и Вивиани, учениками Галилео Галилея, которые при исследовании свойств ртути, помещенной в трубку обнаружили существование атмосферного давления. 

Так появился ртутный барометр. В течение последующих 10-15 лет во Франции (Б. Паскаль и Р. Декарт) и Германии (О. Герике) были созданы различные разновидности жидкостных барометров, в том числе и с водяным заполнением. В 1652 г. О. Герике продемонстрировал весомость атмосферы эффектным опытом с откачанными полушариями, которые не могли разъединить две упряжки лошадей (знаменитые «магдебургские полушария»).

Основные типы жидкостных манометров и принципы их действия

Принцип действия жидкостных манометров можно проиллюстрировать на примере U-образного жидкостного манометра, состоящего из двух соединенных между собой вертикальных трубок 1

и 2, наполовину заполненных жидкостью. В соответствии с законами гидростатики при равенстве давлений р 1 и р 2 свободные поверхности жидкости (мениски) в обеих трубках установятся на уровне I — I. Если одно из давлений превышает другое (р 1 > р 2 ), то разность давлений вызовет опускание уровня жидкости в трубке 1 и, соответственно, подъем в трубке 2, вплоть до достижения состояния равновесия. При этом на уровне II — II уравнение равновесия примет вид

Δр = р 1 — р 2 = Н * р * g

т. е. разность давлений определяется давлением столба жидкости высотой Нс плотностью р.

Уравнение с точки зрения измерения давления является фундаментальным, так как давление, в конечном итоге, определяется основными физическими величинами — массой, длиной и временем. Это уравнение справедливо для всех без исключения типов жидкостных манометров. Отсюда следует определение, что жидкостный манометр — манометр, в котором измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости, образующегося под действием этого давления. Важно подчеркнуть, что мерой давления в жидкостных манометрах является высота столба жидкости. Именно это обстоятельство привело к появлению единиц измерений давления мм вод.ст., мм рт.ст и других, которые естественным образом вытекают из принципа действия жидкостных манометров.

Дальнейшее развитие науки и техники привело к появлению большого количества жидкостных манометров различных типов, применяемых до настоящего времени во многих отраслях: метеорологии, авиационной и электровакуумной технике, геодезии и геологоразведке, физике и метрологии и пр. Однако, в силу ряда специфических особенностей принципа действия жидкостных манометров их удельный вес по сравнению с манометрами других типов относительно невелик и, вероятно, будет уменьшаться и в дальнейшем. Тем не менее при измерениях особо высокой точности в области давлений, близких к атмосферному давлению, они пока незаменимы. Не потеряли своего значения жидкостные манометры и в ряде других областей (микроманометрии, барометрии, метеорологии, при физико-технических исследованиях).

VALTEC | Манометр

Уважаемые читатели! С момента публикации этой статьи в ассортименте нашей компании, практике применения оборудования, нормативных документах могли произойти изменения. Предлагаемая вам информация полезна, однако носит исключительно ознакомительный характер.

Существуют различные приборы для измерения давления: барометры, вакуумметры, мано- и баровакууметры, напоро- и тягомеры, манометры. Различие между ними заключается в назначении. Так, барометры служат для измерения атмосферного давления, баровакуумметры – абсолютного, вакууметры – вакуумического, манометры – избыточного. В чем разница между названными величинами, можно понять из диаграммы на рис. 1.

Рис. 1. Виды давления как измеряемой величины

Атмосферное или барометрическое давление (Pатм.) обусловлено весом воздуха атмосферы в какой-либо точке нашей планеты. В своем абсолютном значении оно не привязано к какой-либо точке отсчета, а зависит от высоты местности и метеорологических условий. При этом существует понятие нормального атмосферного давления, соответствующее давлению на уровне моря в стандартных погодных условиях: 760 мм рт. ст. = 101,325 кПа = 1,01325 бара (в технике его обычно округляют до 1 бар). За точку отсчета атмосферного давление принят абсолютный вакуум (полагается, что меньшего давления не существует).

В свою очередь нормальное атмосферное давление является точкой отсчета избыточного давления (Pизб.). Именно данная величина обычно используется в технике, в частности, применительно к трубопроводным системам (индекс «изб.» в обозначении величины зачастую опускается).

От абсолютного вакуума отсчитывается и абсолютное давление (Paбс.). При наличии избыточного давления Pабс. = Pатм. + Pизб.

Давление ниже атмосферного может быть представлено также в виде вакуумического давления (Pвакуум.), отсчитываемого в отрицательных единицах измерения.

Таким образом, говоря о давлении в трубопроводной системе, как правило, имеют в виду избыточное давление, для измерения которого используют манометры.

Принцип действия манометра основан на уравновешивании измеряемого давления тем или иным способом – весом столба жидкости (жидкостные манометры), калиброванного груза, воздействующего на поршень (грузопоршневые манометры), силой упругой деформации чувствительного элемента (деформационные манометры).

Жидкостные и грузопоршневые манометры обладают определенными достоинствами и специфическими областями применения. Но в технике наиболее широкое распространение получили приборы деформационного типа – благодаря надежности, простоте, компактности, удобству использования, достаточно высокой точности измерений.

Чувствительным элементом деформационного манометра служит запаянная с одного конца изогнутая металлическая трубка эллиптического сечения (так называемая трубка или пружина Бурдона) либо мембрана или мембранная коробка-сильфон.

Мембранные манометры используются для измерения малых значений давления. В других случаях предпочтение отдают деформационным манометрам с трубчатой пружиной.

Трубчатый чувствительный элемент может быть одно- и многовитковым. Один конец такой трубки крепится к корпусу, а второй, свободный, связан трибко-секторным передаточным механизмом со стрелкой манометра (рис. 2).

Рис. 2. Схема манометра с трибко-секторным передаточным механизмом: 1 – чувствительный элемент (трубка Бурдона), 2 – поводок, 3 – зубчатый сектор; 4 – трибка; 5 – стрелка

Под действием давления рабочей жидкости или газа свободный конец изогнутой трубки Бурдона перемещается (трубка стремится выпрямиться), приводя в действие зубчатый механизм и, соответственно, стрелку манометра. Таким образом линейное перемещение чувствительного элемента, пропорциональное измеряемой величине, преобразуется в круговое движение стрелки. Для устранения свободного хода передаточный механизм снабжен спиральной волосковой пружиной, которой подпружинивается трибка (сопряженное со стрелкой зубчатое колесо).

Существуют также манометры с более простым передаточным механизмом – рычажным. Они дешевле, но имеют ограниченную по углу шкалу – не более 90° (на практике еще меньше), а класс точности таких приборов не превышает 2,5 либо 4,0. В то время как манометры с трибко-секторной передачей имеют шкалу с углом 270–300° и в соответствующем исполнении способны обеспечить более высокую точность измерений, в том числе в качестве образцовых (эталонных, поверочных) средств измерения.

Не лишне знать, что для показывающих манометров, в зависимости от их назначения, установлены следующие классы точности: 0,15, 0,25, 0,4 (эталонные приборы), 0,6, 1,0 (рабочие повышенной точности), 1,5, 2,5 4,0 (рабочие).

Отметим также, что кроме показывающих, т.е. отображающих информацию об измеряемом давлении визуально, в режиме реального времени, существуют электроконтакные и самопишущие манометры.

Основными характеристиками, влияющими на выбор манометра, являются диапазон измерений, класс точности, диаметр корпуса, расположение штуцера (радиальное либо осевое) и диаметр его резьбы.

В таблице приведены основные характеристики манометров VALTEC. Данные приборы имеют общетехническое назначение, обеспечивают индикацию избыточного давления неагрессивных к медным сплавам газов и жидкостей. Жидкие рабочие среды не должны быть вязкими или кристаллизующимися.

Таблица. Технические характеристики манометров VALTEC

Характеристика Значение 
TM.40.VC
  
TM.40.D

TM.50.D

Подключение Верхнее Нижнее Нижнее
Диаметр корпуса, мм 40 40 50
Класс точности 2,5 2,5 2,5
Диапазон показаний давления, бар 0–6 0–10 0–10
Диапазон температуры окружающей среды, °C 1–60 1–60 1–60
Диапазон температуры рабочей среды, °C 1–110 1–110 1–110
Класс защиты корпуса IP40 IP40 IP40
Материал чувствительного элемента Медь
Материал трибко-секторного механизма Латунь
Резьба присоединения G 1/4″ G 1/8″ G 1/4″

Манометры VALTEC поставляются с верхним и нижним радиальным подключением. Приборами с нижним подключением (ТМ.40.D, TM.50.D) комплектуются редукторы давления VT.082, VT.084, подпиточные клапаны VT.515 и промывные фильтры VT.389, с верхним подключением (TM.40.VC) – редуктор давления VT.088.

© Правообладатель ООО «Веста Регионы», 2010
Все авторские права защищены. При копировании статьи ссылка на правообладателя и/или на сайт www.valtec.ru обязательна.

Жидкостной манометр принцип действия

Жидкостные (трубные) манометры функционируют по принципу сообщающихся сосудов – за счет уравновешивания фиксируемого давления весом жидкости-наполнителя: столб жидкости сдвигается на высоту, которая пропорциональна приложенной нагрузке. Измерения на основе гидростатического метода привлекают сочетанием простоты, надежности, экономичности и высокой точности. Манометр с жидкостью внутри оптимально подходит для измерения перепадов давления в пределах 7 кПа (в специальных вариантах исполнения – до 500 кПа).

Виды и типы приборов

Для лабораторных измерений или промышленного применения используются различные варианты манометров с трубной конструкцией. Наиболее востребованы такие виды приборов:

  • U-образные. Основа конструкции – сообщающиеся сосуды, в которых определение давления осуществляется по одному или сразу нескольким уровням жидкости. Одна часть трубки соединяется с трубопроводной системой для проведения измерения. В то же время другой конец может быть герметически запаян или иметь свободное сообщение с атмосферой.
  • Чашечные. Однотрубный жидкостный манометр во многом напоминает конструкцию классических U-образных приборов, но вместо второй трубки здесь применяется широкий резервуар, площадь которого в 500-700 раз больше площади сечения основной трубки.
  • Кольцевые. В устройствах данного типа столб жидкости заключен в кольцевом канале. При изменении давления происходит перемещение центра тяжести, что в свою очередь приводит к перемещению стрелки указателя. Таким образом, прибор для измерения давления фиксирует угол наклона оси кольцевого канала. Эти манометры привлекают высокой точностью результатов, которые не зависят от плотности жидкости и газовой среды на ней. В то же время сфера применения таких изделий ограничивается их высокой стоимостью и сложностью обслуживания.
  • Жидкостно-поршневые. Измеряемое давление вытесняет сторонний шток и уравновешивает его положение калиброванными грузами. Подобрав оптимальные параметры массы штока с грузами, удается обеспечить его выталкивание на величину, пропорциональную к измеряемому давлению, а, следовательно, удобную для контроля.

Применение жидкостного манометра

Простота и надежность измерений на основе гидростатического метода объясняют широкое применение прибора с жидкостным наполнителем. Такие манометры незаменимы при проведении лабораторных исследований или решении различных технических задач. В частности, приборы используются для таких типов измерений:

  • Небольшие избыточные давления.
  • Разность давлений.
  • Атмосферное давление.
  • Разрежение.

Важное направление применения трубных манометров с жидким наполнителем – поверка контрольно-измерительных приборов: тягомеров, напоромеров, вакуумметров барометров, дифманометров и некоторых типов манометров.

Манометр жидкостный: принцип действия

Самый распространенный вариант конструкции приборов – U-образная трубка. Принцип действия манометра показан на рисунке:

Схема U-образного жидкостного манометра

Один конец трубки имеет сообщение с атмосферой – на него воздействует атмосферное давление Pатм. Другой конец трубки с помощью подводящих устройств подключается к целевому трубопроводу – на него воздействует давление измеряемой среды Рабс. Если показатель Рабс выше Pатм, то жидкость вытесняется в трубку, сообщающуюся с атмосферой.

Инструкция по расчету

Разница высоты между уровнями жидкости рассчитывается по формуле:

h = (Рабс – Ратм)/((rж – rатм )g)
где:
Рабс – абсолютное измеряемое давление.
Ратм – атмосферное давление.
rж – плотность рабочей жидкости.
rатм – плотность окружающей атмосферы.
g – ускорение свободного падения (9,8 м/с2)
Показатель высоты рабочей жидкости H складывается из 2-ух составляющих:
1. h2 – понижение столба по сравнению с исходным значением.
2. h3 – повышение столба в другой части трубки в сравнении с исходным уровнем.
Показатель rатм в расчетах часто не учитывают, поскольку rж >> rатм. Таким образом, зависимость можно представить как:
h = Ризб/(rж g)
где:
Ризб – избыточное давление измеряемой среды.
На основе приведенной формулы, Ризб = hrж g.

Если необходимо измерить давление разряженных газов, применяются измерительные приборы, в которых один из концов герметически запаян, а к другому с помощью подводящих устройств подключают вакуумметрическое давление. Конструкция показана на схеме:

Схема жидкостного вакуумметра абсолютного давления

Для таких приборов применяется формула:
h = (Ратм – Рабс)/(rж g).

Давление в запаянном торце трубки равно нулю. При наличии в нем воздуха расчеты вакуумметрического избыточного давления выполняются как:
Ратм – Рабс = Ризб – hrж g.

Если воздух в запаянном конце откачан, и давление противодействия Ратм = 0, то:
Рабс= hrж g.

Конструкции, в которых воздух в запаянном конце откачивается и перед заполнением вакууммируется, подходят для применения в качестве барометров. Фиксация разницы высоты столба в запаянной части позволяет произвести точные расчеты барометрического давления.

Преимущества и недостатки

Жидкостные манометры имеют как сильные, так и слабые стороны. При их использовании удается оптимизировать капитальные и эксплуатационные издержки на контрольно-измерительные мероприятия. В то же время следует помнить о возможных рисках и уязвимых местах таких конструкций.

Среди ключевых преимуществ измерительных приборов с жидкостным наполнением следует отметить:

  • Высокая точность измерений. Приборы с низким уровнем погрешности могут использоваться в качестве образцовых для поверки различного контрольно-измерительного оборудования.
  • Простота использования. Инструкция по использованию прибора является предельно простой и не содержит каких-либо сложных или специфических действий.
  • Невысокая стоимость. Цена жидкостных манометров значительно ниже по сравнению с другими типами оборудования.
  • Быстрый монтаж. Подключение к целевым трубопроводам производится с помощью подводящих устройств. Осуществление монтажа/демонтажа не требует специального оборудования.

При использовании манометрических устройств с жидкостным наполнением следует учитывать и некоторые слабые стороны таких конструкций:

  • Резкий скачок давления может привести к выбросу рабочей жидкости.
  • Возможность автоматической фиксации и передачи результатов измерений не предусмотрена.
  • Внутреннее устройство жидкостных манометров определяет их повышенную хрупкость
  • Приборы характеризуются достаточно узким диапазоном измерений.
  • Корректность измерений может быть нарушена некачественной очисткой внутренних поверхностей трубок.

Инструкция для жидкостного манометра

Для гидростатических измерений в манометрах могут использоваться различные рабочие жидкости: дистиллированная вода, ртуть, этиловый спирт, жидкость Туле и другие наполнители. При их использовании важно помнить о возможных рисках. В частности, вода приводит к коррозии железосодержащих сплавов, ртуть несет угрозу здоровью человека, а ацетилен и некоторые другие виды наполнителей являются психотропными веществами.

Очень часто в жизни, а особенно на производстве, приходится сталкиваться с таким прибором измерения, как манометр.

Манометр — это прибор для измерения избыточного давления. Из-за того, что эта величина может быть различной, приборы тоже имеют разновидности. Областей применения этих приборов очень много. Применяться они могут в металлургической промышленности, в любом механическом транспорте, жилищном и коммунальном хозяйстве, сельском хозяйстве, автомобилестроении и прочих отраслях.

Виды и конструкция прибора

В зависимости от того, для каких целей приборы используются, они подразделяются на различные типы. Самыми распространёнными являются манометры пружинные. Они имеют свои преимущества:

  • Измерение величины в широком диапазоне.
  • Хорошие технические характеристики.
  • Надёжность.
  • Простота устройства.

В пружинном манометре чувствительным элементом является полая внутри изогнутая трубка. Она может иметь сечение в виде овала или эллипсоида. Эта трубка деформируется под воздействием давления. Она запаяна с одной стороны, а с другой находится штуцер, при помощи которого измеряют величину в среде. Конец трубки, который запаян, соединяется с передаточным механизмом.

Конструкция прибора такова:

  • Корпус.
  • Стрелки прибора.
  • Шестерёнки.
  • Ось.
  • Поводок.
  • Зубчатый сектор.

Между зубьями сектора и шестерёнки устанавливается специальная пружина, которая необходима для того, чтобы исключить мёртвый ход.

Измерительная шкала представлена в Барах или Паскалях. Стрелка показывает избыточное давление той среды, в которой проводится замер.

Принцип действия очень прост. Давление от измеряемой среды поступает внутрь трубки. Под его воздействием трубка пытается выровняться, так как площадь внешней и внутренней поверхностей имеет разную величину. Свободный конец трубки совершает движение, при этом стрелка поворачивается на определённый угол благодаря передаточному механизму. Измеряемая величина и деформация трубки находятся в прямолинейной зависимости. Именно поэтому значение, которое показывает стрелка, и является давлением определённой среды.

Разновидности систем для измерения давления

Есть много разных манометров для измерения низкого и высокого давления. Но технические характеристики у них разные. Основным отличительным параметром является класс точности. Манометр будет показывать точнее, если значение будет меньше. Самые точные — цифровые устройства.

По своему назначению манометры бывают следующих видов:

  • Самопишущие. В них находится механизм, который на бумаге позволяет чертить график работы устройства.
  • Железнодорожные. Применяются в железнодорожном транспорте.
  • Судовые. Используются на морском и речном судне.
  • Эталонные. У них высокий класс точности. Именно поэтому их применяют для испытаний, регулировки и проверки прочих измерительных приборов давления.
  • Специальные. Используются для измерения величины разнообразных газов. В зависимости от того, для какого газа они предназначаются, имеют разные цвета корпуса и маркировочные буквы: для измерения горючих газов — красные, для негорючих — чёрные, жёлтые аммиачные (А), белые ацетиленовые (Ац), голубые кислородные (К).
  • Электроконтактные. В них имеется электросигнализация, которая позволяет регулировать измеряемую среду. Эти приборы подразделяются на два типа: на основе электроконтактной приставки и с микровыключателями.
  • Общетехнические. Предназначены для измерения давления в различных средах. Ими можно мерить избыточные и вакуумметрические давления.

По принципу работы выделяют такие типы:

  • Пьезоэлектрические. Основываются на пьезоэффекте. В кристалле кварца появляется заряд при механическом воздействии.
  • Деформационные. Основываются на деформации чувствительного элемента (мембраны, сильфона, пружины и прочих), который при деформации действует на стрелку.
  • Жидкостные. Их основой является трубка, заполненная жидкостью. Они могут быть двух видов: с одной или двумя трубками. Приборы с двумя трубками используются для того, чтобы в разных средах сравнивать давление.
  • Поршневые. Они состоят из цилиндра, внутрь которого вставлен поршень.

Жидкостные системы измерения

Величина в этих манометрах измеряется при помощи уравновешивания веса жидкостного столба. Мерой давления является уровень жидкости в сообщающихся сосудах. Этими приборами можно измерять величину в пределах 10−105 Па. Они нашли своё применение в лабораторных условиях.

По сути, это U-образная трубка, где находится жидкость с большим удельным весом в сравнении с той жидкостью, в которой непосредственно измеряется гидростатическое давление. Такой жидкостью чаще всего является ртуть.

К этой категории можно отнести рабочие и общетехнические приборы типа ТВ-510, ТМ-510. Эта категория наиболее востребована. С их помощью измеряют давление неагрессивных и некристаллизующихся газов и паров. Класс точности этих приборов: 1, 1.5, 2.5. Они нашли своё применение в производственных процессах, при транспортировке жидкостей, в системах водоснабжения и на котельных.

Электроконтактные приборы

В эту категорию можно отнести мановакуумметры и вакуумметры. Предназначаются они для измерения величины газов и жидкости, которые по отношению к латуни и стали являются нейтральными. Конструкция в них такая же, как и у пружинных. Отличие лишь в больших геометрических размерах. Из-за устройства контактных групп корпус электроконтактного прибора большой. Этот прибор на давление в контролируемой среде может воздействовать благодаря размыканию/замыканию контактов.

Благодаря используемому электроконтактному механизму этот прибор можно использовать в системе аварийной сигнализации.

Образцовые измерители

Предназначается это устройство для проверки манометров, которые измеряют величину в лабораторных условиях. Основным их назначением является проверка исправности данных рабочих манометров. Отличительной чертой служит очень высокий класс точности. Он достигается благодаря конструктивным особенностям и зубчатому зацеплению в передаточном механизме.

Специальные устройства

Эти приборы применяются в различных промышленных отраслях для измерения давления таких газов, как ацетилен, кислород, водород, аммиак и прочие. В основном измерять давление специальным манометром можно только у одного типа газа. На каждом приборе указывается тот газ, для которого он предназначается. Прибор также окрашен в цвет газа, для которого его можно использовать. Пишется и начальная буква газа.

Есть ещё и виброустойчивые специальные манометры, которые способны работать при сильных вибрациях и большом пульсирующем давлении окружающей среды. Если применять обычный манометр в подобных условиях, то он быстро сломается, так как из строя выйдет передаточный механизм. Главным критерием таких приборов является коррозионно-стойкая сталь корпуса и герметичность.

Аммиачные системы должны быть коррозионно-стойкими. В изготовлении измерительного механизма ацетиленовых не допускают сплавов меди. Связано это с тем, что при контакте с ацетиленом есть риск образования ацетиленистой взрывоопасной меди. Кислородные механизмы должны быть обезжиренными. Это связано с тем, что в некоторых случаях даже незначительный контакт чистого кислорода и загрязнённого механизма может вызвать взрыв.

Самопишущие приборы

Отличительной чертой таких приспособлений является то, что они способны на диаграмме записывать измеряемое давление, которое позволит увидеть изменения в определённое время. Своё применение они нашли в промышленности с неагрессивными средствами и энергетике.

Судовые и железнодорожные

Судовые манометры предназначены для того, чтобы измерить вакуумметрическое давление жидкостей (воды, дизельного топлива, масла), пара и газа. Их отличительными чертами является высокая влагозащита, устойчивость к вибрациям и климатическим воздействиям. Применяются в речном и морском транспорте.

Железнодорожные, в отличие от обычных манометров, давление не показывают, а преобразовывают в сигнал прочего типа (пневматический, цифровой и прочие). Для этих целей используются разные методы.

Активно такие преобразователи применяются в системах автоматики, управления технологическими процессами. Но несмотря на своё назначение, их активно используют в отраслях атомной энергетики, химической и нефтедобычи.

Виды измерительных приборов

Приборы для измерения давления подразделяются на такие разновидности:

  • Тягонапоромеры — это мановакуумметр, который имеет крайние пределы измерения не выше 40 кПа.
  • Тягомеры — вакуумметр, который имеет предел измерения равный (-40) кПа.
  • Напорометр — это манометр малого избыточного давления (+40) кПа.
  • Мановакуумметры — это устройства, которые способны измерять как вакуумметрическое, так и избыточное давление в пределах 60−240000 кПа.
  • Вакуумметр — устройство, измеряющее разрежение (давление, которое ниже атмосферного).
  • Манометр — устройство, которое способно измерять избыточное давление, то есть разность между абсолютным давлением и барометрическим. Его пределы колеблются от 0,06 до 1000 МПа.

Большинство импортных и отечественных манометров изготавливаются по всем общепринятым стандартам. Именно по этой причине существует возможность замены одной марки на другую.

При выборе прибора необходимо опираться на такие показатели:

  • Расположение штуцера — осевое или радиальное.
  • Диаметр резьбы штуцера.
  • Класс точности прибора.
  • Диаметр корпуса.
  • Предел измеряемых значений.

Манометр ионизационный

Манометры ионизационные являются самыми чувствительными приборами измерения для очень маленького давления. Они производят замеры косвенно через измерение тех ионов, которые образуются при бомбардировке газов электронами. Чем меньше плотность газа, тем меньше будет образовано ионов. Калибрование ионизационного манометра нестабильно. Оно зависит от природы газа, который измеряется. А эта природа известна не всегда. Могут быть они откалибрированы через сравнение со значениями манометра Мак Леода, которые от химии независимы и более стабильны.

Термоэлектроды с атомами газа ударяются и регенерируют ионы. Они притягиваются к электроду под напряжением, которое для них подходит (это подходящее напряжение называется коллектором). В коллекторе ток пропорционален скорости ионизации, которая в системе является функцией давления. Именно так при помощи измерений тока коллектора можно определить газовое давление.

Большинство ионных манометров подразделяются на три вида:

  1. Холодный катод.
  2. Горячий катод. Электрически нагреваемая нить накала образует электронный луч. В этом случае электроны проходят через прибор и вокруг себя ионизируют молекулы газа. Ионы, которые образовались, скапливаются на электроде с отрицательным зарядом.
  3. Прибор с вращающимся ротором. Он отличается высокой ценой и чувствительностью.

Калибрование ионных манометров очень чувствительно к химическому составу измеряемых газов, конструкционной геометрии, поверхностным напылениям и коррозии. Непригодной их калибровка может стать при включении в среде очень низкого или атмосферного давления.

Измерять давление необходимо во многих промышленных отраслях, вот только приборы для этого используют различные. Но независимо от этого данная величина ничем, кроме манометра, не определяется.

Ответ

Принцип действия жидкостного манометра

В исходном положении вода в трубках будет находиться на одном уровне. Если же на резиновую пленку будет оказываться давление, то уровень жидкости в одном колене манометра понизится, а в другом, следовательно, повысится.

Это показано на рисунке выше. Мы давим на пленку пальцем.

Когда мы надавливаем на пленку, давление воздуха, который находится в коробочке, увеличивается. Давление передается по трубке и доходит до жидкости, при этом вытесняя её. При понижении уровня в этом колене, уровень жидкости в другом колене трубки, будет увеличиваться.

По разности уровней жидкости, можно будет судить о разности атмосферного давления и того давления, что оказывается на пленку.

На следующем рисунке показано, как с помощью жидкостного манометра измерить давление в жидкости на различной глубине.

Жидкостные манометры принцип действия

Все неприличные комментарии будут удаляться.

Давлением называют физическую величину, равную отношению силы, действующей на элемент поверхности нормально к ней, к площади этого элемента.

Различают абсолютное и избыточное давление. Абсолютным (полным) называют давление, отсчитываемое от абсолютного нуля, т. е. истинное давление. Оно может быть как выше, так и ниже атмосферного. Если абсолютное давление ниже атмосферного, его называют остаточным. Разность между атмосферным и остаточным давлением называют вакуумом или разрежением. Избыточное давление представляет собой разность между абсолютным давлением и давлением окружающей среды.

Основная единица давления по Международной системе единиц (СИ) – паскаль (Па). Паскаль равен давлению, вызываемому силой 1Н (1 ньютон), равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м2, т. е. 1 Па – 1 Н/м2.

Соотношения между паскалем и некоторыми внесистемными единицами представлены ниже:

Классификация приборов для измерения давления

Приборы для измерения давления и разрежения обычно классифицируют по роду измеряемой величины и по принципу действия. Деление по первому принципу представлено ниже:

По второму принципу приборы подразделяются на жидкостные, деформационные и электрические манометры.

Жидкостные манометры

Жидкостные стеклянные манометры широко применяются в лабораториях для измерения барометрического давления атмосферного воздуха, вакуума, разности давлений, для градуировки и проверки приборов других систем.

Жидкостные манометры – самые простые и точные приборы для измерения давления. Верхний Предел измеряемых величин – 0,2 МПа (2кгс/см2).

Ртутные барометры

Для измерения атмосферного или близкого к нему давления в открытом пространстве применяют барометры, показывающие абсолютное давление воздуха.

Ртутный барометр (рис. 109) состоит из вертикальной стеклянной трубки, наполненной ртутью; верхний конец трубки запаян, а нижний опущен в чашку с ртутью. В верхней части трубки образуется вакуум. При увеличении давления воздух давит на поверхность ртути в чашке и часть ртути входит в трубку, а при понижении давления происходит обратное. Трубка заключена в оправу, в верхней части которой имеется вертикальный прорез, позволяющий видеть мениск ртути. В пределах этого прореза на оправе нанесена шкала в миллиметрах ртутного столба. Дополнительно имеется подвижная шкала-нониус, позволяющая измерять давление с точностью до десятых долей миллиметра. Перед отсчетом давления необходимо слегка постучать пальцем по защитной оправе барометра, чтобы мениск ртути принял нормальную форму, и установить при помощи винта нулевое деление нониуса на одной линии с верхним мениском ртутного столба.

Пример. На барометре, изображенном на рис. 108, давление в целых числах равно 762 мм рт. ст. К нему следует прибавить столько десятых долей миллиметра, сколько делений по нониусу приходится до первого совпадения одного из них с делениями основной шкалы. В нашем примере – это 7-е деление, следовательно атмосферное давление равно 762 + 0,7 = 762,7 мм рт. ст.

Ртутные барометры устанавливают в помещениях вдали от дверей и окон, укрепляя их на контрольной стене во избежание сотрясения.

При измерении давления барометром необходимо ввести поправки на температуру и силу тяжести. На практике пользуются готовыми таблицами поправок, прилагаемых к барометру. Барометры имеют еще инструментальную поправку, которая приводится в паспорте прибора.

Точность определения давления обычными ртутными барометрами составляет 13,3 Па (0,1 мм рт. ст.).

Жидкостные манометры для измерения избыточного давления

Для измерения давления больше атмосферного выпускаются стеклянные U-образные ртутные манометры с пределами измерения 100 и 160 мм рт. ст., а также U-образные жидкостные манометры, заполненные водой, силиконовым маслом, спиртом, этилфталатом, с пределами измерения 100, 160, 250, 400, 600, 1000 мм жидкостного столба.

Жидкостные манометры представляют собой открытую с обеих сторон стеклянную U-образную трубку, укрепленную на деревянном штативе со шкалой, расположенной между ветвями трубки (рис. 110) .Трубку манометра заполняют запирающей жидкостью до нулевой отметки шкалы. Левый конец трубки присоединяют к установке, в которой измеряется давление, а правый сообщается с атмосферой. Под действием измеряемого давления жидкость в трубке перемещается из одного колена в другое. Когда измеряемое давление уравновесится гидростатическим давлением столба жидкости, перемещение жидкости прекратится. Поскольку давление в системе выше атмосферного, высота столба жидкости в правом колене больше, чем в левом. Разность высот равна величине столба жидкости, измеряемой по градуированной шкале.

Ртутные манометры для измерения вакуума

Для измерения низкого вакуума (более 133 Па) наиболее распространен U-образный стеклянный ртутный вакуумметр (рис. 111). В U-образной манометрической трубке находится ртуть, полностью заполняющая левое колено. Когда вакуумметр будет присоединен к вакуумируемой установке, ртуть в левом колене начнет опускаться и остановится, когда разность уровней в обоих коленах будет соответствовать давлению в системе.

В вакуумметрах заводского изготовления манометрическая трубка сужена в месте нижнего изгиба, чтобы уменьшить скорость движения ртути и предупредить сильный удар в запаянный конец трубки при быстром впускании воздуха в манометр.

Иногда манометрические трубки изготавливают и заполняют ртутью в лаборатории. Манометр монтируют на деревянной подставке либо присоединяют его к установке для вакуумирования и шкалу с делениями укрепляют непосредственно на манометре. Перед заполнением манометрической трубки ртутью ее необходимо вымыть разбавленной азотной кислотой, водой и тщательно высушить; ртуть должна быть также тщательно очищена и осушена.

Предложено много методов заполнения манометра ртутью. По одному из них, заполнение проводят следующим образом: встряхиванием переводят в запаянное колено часть ртути и при помощи вакуум-насоса осторожно откачивают воздух из трубки, держа ее почти в горизонтальном положении. Когда пузырьки воздуха будут удалены, ртуть осторожно нагревают в вакууме спиртовой или газовой горелкой до кипения, непрерывно встряхивая трубку. После дегазации добавляют новую порцию ртути и повторяют эту операцию до тех пор, пока в правом колене уровень ртути не поднимется на 20-25 мм выше изгиба.

По другому способу, при помощи отрезка вакуумной резиновой трубки к манометру присоединяют почти встык стеклянный шар со ртутью, соединенный с масляным вакуумным насосом (рис. 112). Вакуумировав систему до предельного давления, создаваемого масляным насосом, закрывают кран и, поднимая шар, переливают часть ртути в трубку манометра. Затем манометр переворачивают сгибом вверх и снаружи осторожно нагревают пламенем горелки до тех пор, пока ртуть не закипит и из нее не удалятся пузырьки воды и воздуха. После этого в манометр подливают еще ртути, прогретой предварительно в шаре, и повторяют операцию кипячения. Наконец, заполняют и согнутую часть манометра, переворачивают манометр в нормальное положение и добавляют нужное количество ртути.

Затруднения, связанные с заполнением вакуумметра ртутью, могут быть значительно уменьшены, если закрытое колено манометрической трубки не запаяно, а имеет хорошо пришлифованный стеклянный кран (рис. 113). Для заполнения вакуумметра чистую ртуть с помощью водоструйного насоса засасывают в манометрическую трубку при открытом верхнем кране. Кран закрывают, когда ртуть попадает в расширение над ним. Затем ртуть с большой осторожностью нагревают в вакууме для удаления остатков адсорбированного воздуха.

Если манометр правильно заполнен ртутью и не загрязнен воздухом или парами веществ, то при присоединении его к масляному насосу ртуть в обоих коленах должна находиться на одинаковом уровне. Если внутрь закрытого конца манометра попадет воздух или пары веществ, то может возникнуть большая погрешность.

Точность измерений давления таким манометром составляет 66,5-133 Па (0,5-1,0 мм рт. ст.).

При выполнении работ под вакуумом до впуска воздуха в эвакуированную систему необходимо закрывать кран манометра, иначе ртуть загрязняется. Кран следует ненадолго открывать только непосредственно при снятии показаний.

Если в результате неосторожного обращения вода из водоструйного насоса или жидкость, с которой производилась работа в вакууме, попадет в манометр, его нужно разобрать, тщательно вымыть, высушить и вновь заполнить сухой ртутью.

Перед заполнением манометра сухой ртутью, чтобы предотвратить загрязнение ртути, рекомендуется прокипятить резиновый шланг в 5% растворе Na2CO3, тщательно промыть его дистиллированной водой, затем спиртом и высушить струей сухого чистого воздуха.

Уравнительный (подвижный) сосуд со ртутью следует поднимать осторожно, чтобы ртуть не попала в аппаратуру или насос.

Масса ртути для заполнения манометра обычно значительна (2,5-6 кг), потому необходимо очень осторожно обращаться с прибором и строго соблюдать правила работы со ртутью.

Для измерения давления в диапазоне 1330-0,0133 Па (10-0,0001 мм рт. ст.) часто применяют компрессионный ртутный манометр Мак-Леода, принцип действия которого основан на закономерном уменьшении известного объема газа при сжатии под действием ртути. Благодаря этому давление газа достигает заметной величины, а исходный объем газа, равный 100-300 мл, сокращается обычно в 10000-100000 раз. Наиболее употребительны измерительные баллоны шарообразной или грушевидной форм объемом в 100 мл.

Предложено много конструкций компрессионного манометра; две модели приведены на рис. 114. Чувствительность манометра Мак-Леода зависит от отношения объемов измерительного сосуда и измерительного капилляра (от степени сжатия).

Увеличивая объем измерительного сосуда при одновременном уменьшении объема капилляра, можно достигнуть любой степени точности измерения высокого вакуума. На практике точность показания манометра ограничивается массой ртути, препятствующей увеличению объема измерительного сосуда, и диаметром измерительного капилляра. Если диаметр капилляра меньше 0,5 мм, ртуть прилипает к стенкам и капилляр легко забивается.

Манометры Мак-Леода применяют для абсолютных измерений и калибровки вакуумметров других типов. Однако ими нельзя измерять давление паров углеводородов, воды и ртути, так как эти вещества при сжатии конденсируются и адсорбируются на стеклянных стенках прибора.

При пользовании простым манометром Мак-Леода поступают следующим образом: через отвод 8 манометр присоединяют к установке. Резервуар с ртутью 6 опускают так, чтобы ртуть вытекла из баллона 1 и капилляра 2. После того как вакуум в системе установится, резервуар 6 поднимают на такую высоту, чтобы уровень ртути в боковом, открытом капилляре 4 оказался на высоте верхнего конца запаянного капилляра 2. Объем воздуха, оставшегося в капилляре 2, пропорционален первоначальному остаточному давлению. Давление, в соответствии с законом Бойля-Мариотта, может быть вычислено по формуле:

где V1 – обьем баллона 1 вместе с капилляром; V2 – объем воздуха в капилляре 2 после сжатия; dh – разность уровней ртути в капиллярах.

Обычно манометры снабжаются шкалой, прокалиброванной для прямого отсчета давления по величине dh.

В некоторых случаях в паспорте манометра приводится постоянная капилляра К, измеряемая объемом на единицу длины капилляра. В этом случае давление может быть рассчитано по формуле:

Этот метод позволяет построить линейную шкалу зависимости разности уровней ртути от измеряемого давления для данного манометра. Зная разность уровней ртути dh, точный объем V1 и площадь сечения капилляра S, измеряемый вакуум можно также вычислить по формуле:

На основе этих вычислений можно заранее изготовить нелинейную квадратичную шкалу для данного манометра. Линейная шкала удобнее для измерения более высоких давлений, а квадратичная – для более низких.

Показывающие манометры для измерения избыточного давления

Для измерения избыточного давления применяются манометры с одновитковой и многовитковой трубчатыми пружинами. Показывающие лабораторные манометры изготовляют с одновитковой трубчатой пружиной. Последняя представляет собой полую металлическую трубку овального сечения, изогнутую по дуге и закрытую с одного конца. Второй конец пружины впаян в штуцер, соединяющий манометрическую трубку с установкой, в которой измеряется давление. Под действием давления трубчатая пружина меняет форму своего сечения, в результате чего ее запаянный конец перемещается пропорционально измеряемому давлению (трубка разгибается).

Для измерения давления до 5 МПа (50 кгс/см2) трубки изготовляют из латуни и бронзы, для более высоких давлений – из стали.

Показывающие манометры выпускают в круглом корпусе диаметром от 40 до 250 мм с верхними пределами измерений от 0,1 до 160 МПа. Нижний предел у всех манометров равен нулю.

Корпуса манометров, предназначенных для измерения давления различных газов, окрашиваются в соответствующие цвета: для кислорода – в голубой, водорода – в темно-зеленый, ацетилена – в белый, хлора и фосгена – в серовато-зеленый, горючих газов – в красный, а остальных негорючих газов – в черный.

Вакуумметры для различных диапазонов давления

Диапазон давлений, измеряемых вакуумметрами, значителен 1013 – 1,33 * 10 в минус 12 Па (760-10 в минус 13 мм рт. ст.), поэтому в настоящее время применяют различные манометры, каждый из которых имеет свой диапазон измеряемого давления.

Термопарный манометр типа ВТ-3 предназначен для индикации давления в диапазоне 665-66,5 Па (5-0,5 мм рт. ст.) и для измерения давления в диапазоне 13,3 – 0,133 Па (0,1 – 0,001 мм рт. ст.). Прибор состоит из измерительной установки и термопарного манометрического преобразователя (лампы) ЛТ-2 или ЛТ-4М. Измерительная установка обеспечивает питание манометрического преобразователя, измерение тока подогревателя и т. э. д. с.

В диапазоне индикации давления вакуумметр работает только с преобразователем ЛТ-2, работающим в режиме постоянства т. э. д. с., в диапазоне измерения давления – с преобразователями ЛТ-2 или ЛТ-4М, работающими в режиме постоянства тока нагревателя.

Отсчет давлений производится по градуировочным графикам, приведенным в приложении к выпускному аттестату, и инструкции по эксплуатации прибора.

Принцип действия термопарного манометрического преобразователя давления основан на зависимости теплопроводности газа от давления. Температура нагревателя определяет электродвижущую силу термопарного преобразователя. Если в преобразователе, вакуумно соединенном с обследуемым объемом, ток нагревателя поддерживать постоянным, то т. э. д. с. термопарного преобразователя будет определяться давлением окружающего газа, так как изменение температуры нагревателя зависит от теплопроводности окружающего газа. Следовательно, при понижении давления теплопроводность газа уменьшится, температура нагревателя увеличится, и возрастет т. э. д. с. термопары.

Ионизационно-термопарный вакуумметр ВИТ-2 имеет два диапазона измерений: 26,6-0,133 Па (0,2 – 0,001 мм рт. ст.) и 0,133 – 1,33 * 10 в минус 5 Па (10 в минус 3 – 10 в минус 7 мм рт. ст.). Точность измерения давлений в области высокого вакуума не очень велика, и порой определяется лишь порядок величины давления.

Прибор состоит из датчика, соединяемого с вакуумной системой, и отдельного блока электрического питания и измерения. Показания прибора зависят от вида газа, и он требует предварительной градуировки по каждому газу.

Принцип действия ионизационно-термопарных приборов основан на том, что при создании потока электронов в разреженном газе будет происходить ионизация и между двумя электродами, к которым подводится электрическое напряжение, возникнет ионный ток. Сила ионного тока при прочих равных условиях будет пропорциональна плотности газа, а следовательно, при определенной температуре пропорциональна его давлению.

Вакуумметр радиоизотопный ВР-4 предназначен для измерения давления газов в диапазоне давлений 1,33 * 0,01 – 1013 Па (10 в минус 4 – 760 мм рт. ст.) как в лабораторных, так и в производственных условиях.

Вакуумметр ВР-4 состоит из измерительной установки с выносным каскадом и радиоизотопного преобразователя МР-8.

Принцип действия преобразователя основан на свойстве а-частиц ионизировать газ, в результате чего образуется ионный ток, пропорциональный давлению газа.

Плутоний-238, используемый в преобразователе в качестве радиоактивного вещества, не обладает проникающим излучением. Прибор безопасен в эксплуатации. Вскрывать преобразователь категорически запрещается.

Регулирование давления

Приспособления, при помощи которых можно регулировать давление в вакуумируемой системе, по характеру действия могут быть разделены на две группы:

1) регулирующие давление путем периодического впуска воздуха в систему, когда разрежение превышает заданную величину;
2) регулирующие давление путем периодического включения и выключения вакуум-насоса.

Простое и достаточно эффективное приспособление для регулирования давления путем впуска воздуха в вакуумированную систему представлено на рис. 115. На шлифованной поверхности крана имеются риски, начинающиеся у отверстий и постепенно сходящие на нет. Скорость впуска воздуха регулируется длиной и диаметром капилляра.

Для регулирования вакуума наиболее распространены маностаты, в основе действия которых лежит гидростатический принцип (рис. 116). Кран 1 остается открытым до тех пор, пока не будет достигнуто нужное разрежение, затем его закрывают. Если в процессе работы давление в системе повышается, то в промывную склянку 2 через слой жидкости поступит такое количество газа, что разность давлений снова окажется постоянной. Нужная разность давлений устанавливается путем регулирования высоты положения уравнительного сосуда 3.

В качестве маностатной жидкости лучше всего пользоваться дибутилфталатом, силиконовым маслом, маслом для вакуум-насосов.

Ртутные маностаты контактного действия с помощью реле замыкают или размыкают электрическую цепь, что сопровождается включением или выключением электродвигателя вакуумного насоса. Одна из моделей изображена на рис. 117, а. Маностат состоит из замкнутой О-образной стеклянной трубки с краном вверху и с боковым отводом, присоединяемым к вакуумируемой системе. Нижняя часть трубки наполнена ртутью, которая постоянно соприкасается с одним нижним контактом и почти достигает второго контакта. Вначале устанавливают требуемое разрежение при открытом кране маностата, после чего кран закрывают. При увеличении вакуума ртуть в правом колене поднимается и замыкает электрическую цепь, в результате чего реле отключает питание электродвигателя вакуум-насоса.

Маностат другой конструкции (рис. 117,6) представляет собой манометрическую трубку с небольшим резервуаром, который соединен краном с нижней частью открытого колена трубки и трехходовым краном с верхней частью открытого колена и с атмосферой. Один из контактов введен в нижний изгиб трубки, а другой – в закрытое колено на середине расстояния между уровнями ртути в обоих коленах. В этом положении маностат установлен на нуль. Открывая нижний кран, можно спустить некоторое количество ртути из первого колена в резервуар и, таким образом, установить маностат на желаемое остаточное давление, при достижении которого электрическая цепь будет разомкнута. Для уменьшения требуемого остаточного давления резервуар, маностата, включенного в эвакуированную систему, соединяют при помощи трехходового крана с атмосферой, в результате чего ртуть в правом колене поднимается на нужную высоту.

В жидкостных манометрах измеряемое давление или разность давлений уравновешивается гидростатическим давлением столба жидкости. В приборах используется принцип сообщающихся сосудов, в которых уровни рабочей жидкости совпадают при равенстве давлений над ними, а при неравенстве занимают такое положение, когда избыточное давление в одном из сосудов уравновешивается гидростатическим давлением избыточного столба жидкости в другом. Большинство жидкостных манометров имеют видимый уровень рабочей жидкости, по положению которого определяется значение измеряемого давления. Эти приборы используются в лабораторной практике и в некоторых отраслях промышленности.

Существует группа жидкостных дифманометров , в которых уровень рабочей жидкости непосредственно не наблюдается. Изменение последнего вызывает перемещение поплавка или изменение характеристик другого устройства, обеспечивающих либо непосредственное показание измеряемой величины с помощью отсчетного устройства, либо преобразование и передачу ее значения на расстояние.

Двухтрубные жидкостные манометры . Для измерения давления и разности давлений используют двухтрубные манометры и дифманометры с видимым уровнем, часто называемыми U -образными. Принципиальная схема такого манометра представлена на рис. 1, а. Две вертикальные сообщающиеся стеклянные трубки 1, 2 закреплены на металлическом или деревянном основании 3, к которому прикреплена шкальная пластинка 4. Трубки заполняются рабочей жидкостью до нулевой отметки. В трубку 1 подается измеряемое давление, трубка 2 сообщается с атмосферой. При измерении разности давлений к обеим трубкам подводятся измеряемые давления.

Рис. 1. Схемы двухтрубного (в) и однотрубного (б) манометра :

1, 2 — вертикальные сообщающиеся стеклянные трубки; 3 — основание; 4 — шкальная пластина

В качестве рабочей жидкости используются вода, ртуть, спирт, трансформаторное масло. Таким образом, в жидкостных манометрах функции чувствительного элемента, воспринимающего изменения измеряемой величины, выполняет рабочая жидкость, выходной величиной является разность уровней, входной — давление или разность давлений. Крутизна статической характеристики зависит от плотности рабочей жидкости.

Для исключения влияния капиллярных сил в манометрах используются стеклянные трубки с внутренним диаметром 8. 10 мм. Если рабочей жидкостью служит спирт, то внутренний диаметр трубок может быть снижен.

Двухтрубные манометры с водяным заполнением применяются для измерения давления, разрежения, разности давлений воздуха и неагрессивных газов в диапазоне до ±10 кПа. Заполнение манометра ртутью измерения расширяет пределы до 0,1 МПа, при этом измеряемой средой может быть вода, неагрессивные жидкости и газы.

При использовании жидкостных манометров для измерения разности давлений сред, находящихся под статическим давлением до 5 МПа, в конструкцию приборов вводятся дополнительные элементы, предназначенные для защиты прибора от одностороннего статического давления и проверки начального положения уровня рабочей жидкости.

Источниками погрешностей двухтрубных манометров являются отклонения от расчетных значений местного ускорения свободного падения, плотностей рабочей жидкости и среды над ней, ошибки в считывании высот h2 и h3.

Плотности рабочей жидкости и среды даются в таблицах теплофизических свойств веществ в зависимости от температуры и давления. Погрешность считывания разности высот уровней рабочей жидкости зависит от цены деления шкалы. Без дополнительных оптических устройств при цене деления 1 мм погрешность считывания разности уровней составляет ±2 мм с учетом погрешности нанесения шкалы. При использовании дополнительных устройств для повышения точности считывания h2, h3 необходимо учитывать расхождение температурных коэффициентов расширения шкалы, стекла и рабочего вещества.

Однотрубные манометры . Для повышения точности отсчета разности высот уровней используются однотрубные (чашечные) манометры (см. рис. 1, б). У однотрубного манометра одна трубка заменена широким сосудом, в который подается большее из измеряемых давлений. Трубка, прикрепленная к шкальной пластинке, является измерительной и сообщается с атмосферой, при измерении разности давлений к ней подводится меньшее из давлений. Рабочая жидкость заливается в манометр до нулевой отметки.

Под действием давления часть рабочей жидкости из широкого сосуда перетекает в измерительную трубку. Поскольку объем жидкости, вытесненный из широкого сосуда, равен объему жидкости, поступившему в измерительную трубку,

Измерение в однотрубных манометрах высоты только одного столба рабочей жидкости приводит к снижению погрешности считывания, которая с учетом погрешности градуировки шкалы не превышает ± 1 мм при цене деления 1 мм. Другие составляющие погрешности, обусловленные отклонениями от расчетного значения ускорения свободного падения, плотности рабочей жидкости и среды над нею, температурными расширениями элементов прибора, являются общими для всех жидкостных манометров.

У двухтрубных и однотрубных манометров основной погрешностью является погрешность считывания разности уровней. При одной и той же абсолютной погрешности приведенная погрешность измерения давления снижается при увеличении верхнего предела измерения манометров. Минимальный диапазон измерения однотрубных манометров с водяным заполнением составляет 1,6 кПа (160 мм вод. ст.), при этом приведенная погрешность измерения не превышает ±1 %. Конструктивное выполнение манометров зависит от статического давления, на которое они рассчитаны.

Микроманометры . Для измерения давления и разности давлений до 3 кПа (300 кгс/м2) используются микроманометры, которые являются разновидностью однотрубных манометров и снабжены специальными приспособлениями либо для уменьшения цены деления шкалы, либо для повышения точности считывания высоты уровня за счет использования оптических или других устройств. Наиболее распространенные лабораторные микроманометры — это микроманометры типа ММН с наклонной измерительной трубкой (рис. 2). Показания микроманометра определяются по длине столбика рабочей жидкости п в измерительной трубке 1, имеющей угол наклона а.

Рис. 2. Схема микроманометра ММН :

1 — измерительная трубка; 2 — сосуд; 3 — кронштейн; 4 — сектор

На рис. 2 кронштейн 3 с измерительной трубкой 1 крепится на секторе 4 в одном из пяти фиксированных положений, которым соответствуют к = 0,2; 0,3; 0,4; 0,6; 0,8 и пять диапазонов измерения прибора от 0,6 кПа (60 кгс/м2) до 2,4 кПа (240 кгс/м2). Приведенная погрешность измерений не превышает 0,5 %. Минимальная цена деления при к = 0,2 составляет 2 Па (0,2 кгс/м2), дальнейшее снижение цены деления, связанное с уменьшением угла наклона измерительной трубки, ограничено снижением точности считывания положения уровня рабочей жидкости из-за растягивания мениска.

Более точными приборами являются микроманометры типа ММ, называемые компенсационными. Погрешность считывания высоты уровня в этих приборах не превышает ±0,05 мм в результате использования оптической системы для установления начального уровня и микрометрического винта для измерения высоты столба рабочей жидкости, уравновешивающего измеряемое давление или разность давлений.

Барометры применяются для измерения атмосферного давления. Наиболее распространенными являются чашечные барометры с ртутным заполнением, отградуированные в мм рт. ст. (рис. 3).

Рис. 3. Схема чашечного ртутного барометра : 1 — нониус; 2 — термометр

Погрешность считывания высоты столба не превышает 0,1 мм, что достигается использованием нониуса 1, совмещаемого с верхней частью мениска ртути. При более точном измерении атмосферного давления необходимо вводить поправки на отклонение ускорения свободного падения от нормального и значение температуры барометра, измеряемой термометром 2. При диаметре трубки менее 8. 10 мм учитывается капиллярная депрессия, обусловленная поверхностным натяжением ртути.

Компрессионные манометры (манометры Мак—Леода), схема которых представлена на рис. 4, содержат резервуар 1 с ртутью и погруженной в нее трубкой 2. Последняя сообщается с измерительным баллоном 3 и трубкой 5. Баллон 3 заканчивается глухим измерительным капилляром 4, к трубке 5 подключен капилляр сравнения 6. Оба капилляра имеют одинаковые диаметры, чтобы на результатах измерения не сказывалось влияние капиллярных сил. Давление в резервуар 1 подается через трехходовой кран 7, который в процессе измерения может находиться в положениях, указанных на схеме.

Рис. 4. Схема компрессионного манометра :

1 — резервуар; 2, 5 — трубки; 3 — измерительный баллон; 4 — глухой измерительный капилляр; 6 — капилляр сравнения; 7 — трехходовой кран; 8 — устье баллона

Принцип действия манометра основан на использовании закона Бойля—Мариотта, согласно которому для фиксированной массы газа произведение объема на давление при неизменной температуре представляет постоянную величину. При измерении давления выполняются следующие операции. При установке крана 7 в положение а измеряемое давление подается в резервуар 1, трубку 5, капилляр 6, и ртуть сливается в резервуар. Затем кран 7 плавно переводится в положение с. Поскольку атмосферное давление значительно превышает измеряемое р, ртуть вытесняется в трубку 2. При достижении ртутью устья баллона 8, отмеченного на схеме точкой О, от измеряемой среды отсекается объем газа V, находящийся в баллоне 3 и измерительном капилляре 4. Дальнейшее повышение уровня ртути сжимает отсеченный объем. При достижении ртутью в измерительном капилляре высоты hи впуск воздуха в резервуар 1 прекращается и кран 7 устанавливается в положение b. Изображенное на схеме положение крана 7 и ртути соответствует моменту снятия показаний манометра.

Нижний предел измерения компрессионных манометров составляет 10 -3 Па (10 -5 мм рт. ст.), погрешность не превышает ±1 %. У приборов пять диапазонов измерения и они охватывают давления до 10 3 Па. Чем ниже измеряемое давление, тем больше баллон 1, максимальный объем которого составляет 1000 см3, а минимальный 20 см3, диаметр капилляров равен соответственно 0,5 и 2,5 мм. Нижний предел измерения манометра в основном ограничен погрешностью определения объема газа после сжатия, зависящей от точности изготовления капиллярных трубок.

Набор компрессионных манометров совместно с мембранно- емкостным манометром входит в состав государственного специального эталона единицы давления в области 1010 -3 . 1010 3 Па.

Достоинствами рассмотренных жидкостных манометров и дифманометров являются их простота и надежность при высокой точности измерений. При работе с жидкостными приборами необходимо исключать возможность перегрузок и резких изменений давления, так как в этом случае может происходить выплескивание рабочей жидкости в линию или атмосферу.

Жидкостные манометры (U-образные, чашечные, с наклонной трубкой)

Жидкостные манометры (U-образные, чашечные, с наклонной трубкой)

Приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается весом столба жидкости

а — U-образный (двухтрубный):

б — чашечный (однотрубный):

в — поплавковый; 

г — колокольный

I.Жидкостные трубные манометры

  1. Состоят из трубки и прямолинейной шкалы, наименьшее деление шкалы 1 мм.

  2. Шкала обычно двусторонняя с нулевой отметкой посередине.

  3. О
    ба конца трубки заполнены жидкостью.

Достоинства:

  1. Жидкостные манометры просты по конструкции,

  2. достаточно точны и имеют стабильные показания.

Недостатки:

  1. могут быть использованы для измерения давления и разрежения в небольших пределах, так как при увеличении пределов измерения  растут габаритные размеры приборов.

  2. приборы обладают недостаточной механической прочностью (из-за стеклянных трубок).

Принцип действия U-образных жидкостных манометров:

  1. При подводе давления к одному концу трубки жидкость перетекает и сквозь стекло видна разница в уровнях жидкости. Разность уровней, выраженная в миллиметрах, дает значение измеряемого давления.

  2. Д ля определения высоты столба жидкости необходимо сделать два отсчета (снижение в одном колене и подъем в другом) и суммировать их величины, т. е.

H=h2+h3

  1. Если в трубку налита ртуть, величина давления выразится в миллиметрах ртутного столба. При заполнении трубки водой давление будет измеряться в миллиметрах водяного столба.

  2. Присоединив оба колена трубки к полостям с различными давлениями Р1 и Р2, можно определить разность давлений.


II.Чашечный манометр

  1. Одно из колен чашечного манометра выполнено в виде чашки, диаметр которой больше диаметра трубки, представляющей собой другое колено.

  2. Так как площадь сечения чашки больше площади сечения трубки, жидкость под действием давления в чашке опускается на высоту, которая меньше высоты подъема в трубке. Результат отсчитывают только по высоте столба жидкости в трубке от начального значения.

  3. На практике площади сечений чашки S и трубки s выбирают

s/S =1/400

  1. При измерении избыточного давления ризм измеряемая среда подается в бачок-резервуар.

  2. При работе с вакуумом ризм подводят к стеклянной трубке.

  3. Для дифференциального параметра линию «плюсового» давления соединяют с бачком-резервуаром, а «минусовую» – со стеклянной трубкой.


1 – бачок-резервуар; 

2 – стеклянная трубка;

 3 – основание; 

  1. – шкала

III.Жидкостный чашечный микроманометр с наклонной трубкой типа ММН


1 – бачок-резервуар; 

2 – стеклянная трубка; 

3 – основание; 

4 – шкала;   

5 – платформа;   

– дополнительный резиновый шланг; 

7 – наклонный упор;

8 – фиксирующий зажим

Конструкция, принцип действия

  1. Бачок-резервуар 1 установлен на платформе 5, к которой жестко прикреплена шкала 4 с установленной на ней стеклянной трубкой. Её выход для удобства с помощью резинового шланга 6 выведен к бачку-резервуару.

  2. Наклонное расположение стеклянной трубки увеличивает протяженность рабочей шкалы при одном и том же диапазоне измерения и повышает точность данных. Наклон шкалы может изменяться ее перемещением по наклонному упору 7 с фиксацией зажимом 8.

  3. Измеряемая среда с избыточным давлением  ризм подводится к бачку-резервуару. Под ее воздействием рабочая жидкость вытесняется в стеклянную трубку, наклоненную под углом a к платформе 5.

  4. Длина столба жидкости в стеклянной трубке при этом составляет l. Величина перепада жидкости, образуемого под влиянием измеряемого давления, может быть определена выражением: 

h1 = l sina


ДОПОЛНИТЬ

1.Жидкостные манометры — приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается_____________________________.

ВЫБРАТЬ ОТВЕТ

2. Дистанционную передачу имеют следующие жидкостные манометры (больше 1 ответа):

а — поплавковый

б — чашечный (однотрубный)

в — U-образный (двухтрубный)

г — колокольный

3. Приборы состоят из трубки и прямолинейной шкалы, наименьшее деление шкалы 1 мм. Шкала обычно двусторонняя с нулевой отметкой посередине. Оба конца трубки заполнены жидкостью:

а -Чашечные манометры

б — Жидкостные трубные манометры

ВЫБРАТЬ ОТВЕТ

4.Одно из колен выполнено в виде бачка -резервуара, другое – в виде трубки, представляющей собой второе колено.

а — Чашечные манометры

б -Жидкостные трубные манометры

5. При измерении избыточного давления чашечным манометром: 

а — давление  подводят к стеклянной трубке

б — измеряемая среда подается в бачок-резервуар

ДОПОЛНИТЬ

6. Для дифференциального параметра чашечным манометром, линию «плюсового» давления соединяют с________, а «минусовую» подводят __________.

7. Жидкостный чашечный микроманометр с наклонной трубкой: наклонное расположение стеклянной трубки увеличивает _________________________при одном и том же диапазоне измерения и повышает точность данных.

ВЫБРАТЬ ОТВЕТ

8. Величина перепада жидкости, образуемого под влиянием измеряемого давления, может быть определена выражением: h1 = L sinα

а – принцип действия жидкостных трубных манометров

б — принцип действия чашечных манометров

в — принцип действия жидкостного чашечного микроманометра с наклонной трубкой

9. Для определения высоты столба жидкости необходимо сделать два отсчета (снижение в одном колене и подъем в другом) и суммировать их величины:

а – принцип действия чашечных манометров

б — принцип действия жидкостных трубных манометров

в — принцип действия жидкостного чашечного микроманометра с наклонной трубкой

10.УСТАНОВИТЬ СООТВЕТСТВИЕ

1

Измеряемая среда с избыточным давлением   подводится к бачку-резервуару. Под ее воздействием жидкость вытесняется в стеклянную трубку, наклоненную под углом  к платформе. Наклон шкалы может изменяться ее перемещением по наклонному упору.

А

Чашечные манометры

2

При подводе давления к одному концу трубки жидкость перетекает и сквозь стекло видна разница в уровнях жидкости. Для определения высоты столба жидкости необходимо сделать два отсчета.

Б

Жидкостные микроманометры с наклонной трубкой

3

Так как площадь сечения чашки больше площади сечения трубки, жидкость под действием давления в чашке опускается на высоту, которая меньше высоты подъема в трубке. Результат отсчитывают только по высоте столба жидкости в трубке от начального значения.

В

Жидкостные трубные манометры

10 ОТВЕТОВ – «5»
8-9 ОТВЕТОВ – «4»
6-7 ОТВЕТОВ – «3»

Манометры

Манометры

Принцип действия

Манометры измеряют давление на основе комбинации перепада высоты столба жидкости и плотности жидкости в столбе жидкости. Манометр типа U, который считается первичным эталоном давления, определяет давление по следующему уравнению:

P = P2 – P1 = hw ρg

Где:

P = перепад давления

P1 = Давление на соединение низкого давления

P2 = Давление на соединение высокого давления

hw = перепад высот столбиков жидкости между двумя ножками манометра

ρ = массовая плотность жидкости в столбцах

g = ускорение свободного падения

5.1 Типы манометров

5.1.1 U-образные трубчатые манометры

«Принцип работы манометра типа U показан на рисунке 5-1. Это просто стеклянная трубка, согнутая в форме буквы U и частично заполненная какой-то жидкостью. Когда обе части прибора открыты для атмосферы или находятся под одинаковым давлением, рис. 5-1, жидкость поддерживает точно такой же уровень или нулевое значение. Как показано на

Рисунок 5-2, если на левую сторону инструмента оказывается давление, жидкость отступает в левой части и поднимается в правой части.Жидкость движется до тех пор, пока единица веса жидкости, обозначенная буквой «H», точно не уравновесит давление. Это известно как гидростатический баланс. Высота жидкости от одной поверхности до другой — это фактическая высота жидкости, противодействующая давлению.

Давление всегда представляет собой высоту жидкости от одной поверхности до другой, независимо от формы или размера трубок, как показано на рис. 5-3.

У левого манометра однородная трубка, у среднего — увеличенное колено, а у правого — неправильное.Манометры в верхней части открыты для атмосферы на обеих ветвях, поэтому уровень жидкости в обеих ветвях показывает один и тот же. Приложение одинакового давления к левому плечу каждого манометра, как показано на рис. 5-4, вызывает изменение уровня жидкости в каждом манометре. Из-за различий в объеме ветвей манометра расстояния, пройденные столбами жидкости, различны. Однако «H», общее расстояние между уровнями жидкости, остается одинаковым в трех манометрах»15.

5.1.2 наклонных трубчатых манометра

«Многие приложения требуют точных измерений низкого давления, таких как сквозняки и очень низкие перепады. Чтобы лучше справляться с этими приложениями, индикаторная трубка манометра расположена под наклоном, как показано на рис. 5-5, что обеспечивает лучшее разрешение. Такое расположение может позволить 12-дюймовой длине шкалы представлять 1-дюймовую высоту по вертикали. С делениями шкалы можно считать давление 0,00036 фунтов на квадратный дюйм (1/100 дюйма водяного столба)»15.

5.1.3 Манометры скважинного типа

Манометр колодезного типа показан на рис. 5-6. В этой конструкции давление прикладывается к скважине для жидкости, прикрепленной к одной индикаторной трубке. По мере того, как жидкость движется вниз в скважине, жидкость вытесняется в меньшую показывающую ногу манометра. Это позволяет прямое считывание по одной шкале.

В манометре скважинного типа используется принцип объемного баланса, при котором количество жидкости, вытесненной из скважины, равно добавленной жидкости в меньшем индикаторном столбце.Площадь лунки и внутренний диаметр индикатора должны тщательно контролироваться, чтобы обеспечить точность прибора.

Манометр колодезного типа не соответствует требованиям первичного стандарта, как описано в параграфе 1.5, и может рассматриваться как одна из форм вторичного стандарта.

5.2 Внутренние поправочные коэффициенты

5.2.1 Поправка на плотность жидкости

Манометры показывают правильное давление только при одной температуре.Это связано с тем, что плотность индикаторной жидкости изменяется в зависимости от температуры. Если индикаторной жидкостью является вода, дюймовая шкала указывает на один дюйм воды только при 4°C. На той же шкале ртуть указывает на один дюйм ртутного столба только при 0°C. Если показания с использованием воды или ртути снимаются при 20°C, то показания не будут точными. Внесенная ошибка составляет около 0,4% от показаний для ртути и около 0,2% от показаний для воды. Поскольку манометры используются при температурах выше и ниже стандартной температуры, необходимы поправки.Простым способом корректировки изменений плотности является соотношение плотностей.

Где:

ho = Приведенная высота индикаторной жидкости к стандартной температуре

ht = высота индикаторной жидкости при температуре при считывании

ρo = плотность индикаторной жидкости при стандартной температуре

ρt = плотность индикаторной жидкости при считывании

Использование этого метода является очень точным, когда известно соотношение плотность/температура.Данные по воде и ртути легко доступны.

Плотность (г/см3) как функция температуры (°C) для ртути:

= 13,556786 [1 – 0,0001818 (Т – 15,5556)]

Плотность (г/см3) как функция температуры для воды:

= 0,9998395639 + 6,798299989 х 10-5 (Т)

– 9.10602556X10-6 (Т2) + 1.005272999 х

10-7 (Т3) – 1,126713526 х 10-9 (Т4) +

6,591795606 х 10-12 (Т5)

Для других жидкостей шкалы манометров и плотности жидкости могут быть составлены таким образом, чтобы считывать дюймы воды или ртутного столба при заданной температуре.Манометр по-прежнему показывает правильные показания только при одной температуре, и для точной работы нельзя пренебрегать температурными поправками.

5.2.2 Гравитационная коррекция

Необходимость в гравитационных поправках возникает из-за того, что гравитация в месте расположения прибора определяет вес столба жидкости. Как и температурная коррекция, гравитационная коррекция представляет собой соотношение.

go = Международная стандартная гравитация (980,665

Гал.)

gt = сила тяжести в месте установки прибора (в

Гал.)

Изменение широты на уровне моря на 10° приведет к ошибке в считывании приблизительно 0,1%.

На экваторе (0° широты) ошибка составляет примерно 0,25%. Увеличение высоты на 5000 футов (1524 м) приведет к ошибке примерно 0,05%.

Для точной работы необходимо иметь значение силы тяжести, измеренное в месте расположения прибора. Значения гравитации были определены Береговой и геодезической службой США во многих точках Соединенных Штатов. Используя эти значения, У.S. Геодезическая служба может выполнить интерполяцию и получить значение силы тяжести, достаточное для большинства работ. Для получения отчета о силе тяжести необходимы инструменты широты, долготы и высоты. Подобные агентства доступны в странах за пределами США. Обратитесь в местные органы власти за агентством и процедурами для определения местной силы тяжести.

Если высокая степень точности не требуется и значения местной силы тяжести не определены, можно получить расчеты для различий в местной силе тяжести.Гравитация на известной широте:

Gx = 980,616 [1 – 0,0026373 cos(2x) + 0,0000059cos2(2x)]

Где:

Gx = значение силы тяжести на широте x, уровень моря (см/сек2)

x = широта (градусы)

Соотношение для внутренних значений силы тяжести на высотах над уровнем моря:

Gt = Gx – 0,000094H + 0,00003408(H-h2)(см/сек2)

Где:

H = высота (в футах) над средним уровнем моря

h2 = Средняя высота (в футах) общей местности в радиусе 100 миль от точки

5.2.3 Коррекция напора среды под давлением

Обычно дифференциальное давление измеряется высотой столба жидкости. Собственно перепад давления, измеряемый по указателю высоты жидкости, есть разность между плотностью столба жидкости и плотностью равной по высоте напорной среды.

Связь:

Где:

ρpm = плотность рабочей среды

Значимость влияния корректировки среды под давлением на показания манометра зависит от показывающей жидкости и среды под давлением.Необходимость этой коррекции зависит от требований пользователя к точности. Наиболее распространенной средой под давлением является воздух. Отсутствие поправки на воздух по сравнению с водой дает ошибку 0,12% (используя плотность воздуха как 0,0012 г/см3). При точной работе плотность воздуха можно определить точно зная температуру, давление и относительную влажность воздуха. Поправка на воздух относительно ртути чрезвычайно мала (ошибка 0,008 %), и ее обычно можно не учитывать. Еще одно применение, часто используемое в проточных приложениях, — это вода над ртутью.Коррекция среды под давлением в этой ситуации обязательна. Если поправка не применяется, вносится ошибка 7,4%. Во многих случаях шкалы манометров могут иметь встроенную коррекцию.

5.2.4 Коррекция масштаба

Другим фактором, влияющим на точность манометра, является шкала. Как и в случае с индикаторными жидкостями, на шкалу влияют изменения температуры. При более высоких температурах шкала будет расширяться, а градуировки будут дальше друг от друга. Противоположный эффект будет иметь место при более низких температурах.Все весы Meriam изготавливаются при температуре 22°C (71,6°F). Сдвиг температуры на 10°C по сравнению с этой температурой вызовет погрешность показаний примерно на 0,023% по алюминиевой шкале. Все весы Meriam изготовлены из алюминия.

хо = ht [1 + а(Т – То)]

Где:

á = Коэффициент линейного расширения материала шкалы (0,0000232/°C для алюминия)

T = температура при считывании показаний манометра To = температура при изготовлении шкалы

5.2.5 Сжимаемость, абсорбированные газы и капиллярность

Сжимаемость индикаторных жидкостей незначительна, за исключением нескольких применений. Чтобы сжимаемость имела эффект, манометр должен использоваться при измерении высоких перепадов давления.

При высоких перепадах давления усадка жидкости (увеличение плотности) может стать заметной на манометре. При 250 PSI плотность воды изменяется примерно на 0,1%.

В зависимости от требований к точности сжимаемость может быть или не быть критической.Связь между давлением и плотностью воды следующая:

р = 0,00000364 р + 0,9999898956

Где:

ρ= плотность воды (г/см3) при 4°C и давлении p

p = давление в PSIA

Поскольку необходимость корректировки возникает очень редко, другие показатели сжимаемости жидкости не определялись. Сжимаемость Меркурия незначительна.

Поглощенные газы – это газы, растворенные в жидкости. Наличие растворенных газов снижает плотность жидкости.Воздух представляет собой обычно растворенный газ, который поглощается большинством жидкостей для манометров. Ошибка плотности воды, полностью насыщенной воздухом, составляет 0,00004% при 20°С. Эффект является переменным и требует рассмотрения для каждого газа, находящегося в контакте с конкретной жидкостью. Единственным исключением является ртуть, в которой не обнаруживаются поглощенные газы. Это делает ртуть отличной жидкостью для манометров в условиях вакуума и абсолютного давления.

Капиллярные эффекты возникают из-за поверхностного натяжения или характеристик смачивания между жидкостью и стеклянной трубкой.В результате поверхностного натяжения большинство жидкостей образуют выпуклый мениск.

Ртуть — единственная жидкость, которая не смачивает стекло и, следовательно, не образует вогнутый мениск. Для стабильных результатов вы всегда должны наблюдать за мениском жидкости одинаково, независимо от того, выпуклый он или вогнутый. Чтобы уменьшить влияние поверхностного натяжения, манометры должны иметь трубы большого диаметра. Это уплощает мениск, облегчая чтение. Трубка большого диаметра также помогает дренажу жидкости. Чем больше отверстие, тем меньше временной лаг во время дренирования.Еще одним сдерживающим фактором является накопление коррозии и грязи на поверхности жидкости. Присутствие инородного тела изменяет форму мениска. В случае с ртутью помогает постукивание по трубке или ее вибрация, чтобы уменьшить погрешность показаний. последнее замечание о капиллярных эффектах — добавление смачивающего агента к жидкости манометра. Добавление смачивающего агента помогает получить симметричный мениск.

5.2.6 Параллакс (читаемость)

Чтобы получить стабильные результаты, уровень мениска на манометре должен считываться, когда глаза находятся на уровне мениска.Размещение глаз на уровне мениска устраняет искажения при чтении, вызванные углом чтения, параллаксом и т. д. Если имеется задняя сторона зеркала, это поможет расположить глаза оператора в правильном положении перед снятием показаний.

Чтобы воспроизвести процедуру заводской калибровки, считайте самый низкий отображаемый уровень жидкости, измеренный по волосяной линии, на которой был установлен исходный ноль.

Источник: Аметек

14.2 Измерение давления – University Physics Volume 1

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определение манометрического и абсолютного давления
  • Объяснить различные методы измерения давления
  • Понимание работы барометров с открытой трубкой
  • Подробно опишите, как работают манометры и барометры

В предыдущем разделе мы вывели формулу для расчета изменения давления жидкости, находящейся в гидростатическом равновесии.Как оказалось, это очень полезный расчет. Измерения давления важны как в повседневной жизни, так и в науке и технике. В этом разделе мы обсудим различные способы регистрации и измерения давления.

Манометрическое давление в сравнении с абсолютным давлением

Предположим, манометр на полном баллоне с аквалангом показывает 3000 фунтов на квадратный дюйм, что составляет примерно 207 атмосфер. Когда клапан открывается, воздух начинает выходить, потому что давление внутри бака больше, чем атмосферное давление снаружи бака.Воздух продолжает выходить из бака до тех пор, пока давление внутри бака не сравняется с давлением атмосферы снаружи бака. В этот момент манометр на баке показывает ноль, хотя давление внутри бака на самом деле составляет 1 атмосферу — такое же, как давление воздуха снаружи бака.

Большинство манометров, например, на акваланге, откалиброваны так, чтобы показывать ноль при атмосферном давлении. Показания давления от таких манометров называются манометрическим давлением , что представляет собой давление по отношению к атмосферному давлению.Когда давление внутри резервуара превышает атмосферное давление, манометр показывает положительное значение.

Некоторые манометры предназначены для измерения отрицательного давления. Например, многие физические эксперименты должны проводиться в вакуумной камере, жесткой камере, из которой откачивается часть воздуха. Давление внутри вакуумной камеры меньше атмосферного, поэтому манометр на камере показывает отрицательное значение.

В отличие от манометрического давления, абсолютное давление учитывает атмосферное давление , которое фактически добавляется к давлению в любой жидкости, не заключенной в жесткий контейнер.

Абсолютное давление

Абсолютное давление или полное давление представляет собой сумму манометрического давления и атмосферного давления:

   

где

   

— абсолютное давление,

   

— манометрическое давление, а

   

— атмосферное давление.

Например, если шинный манометр показывает 34 фунта на кв. дюйм, то абсолютное давление равно 34 фунта на квадратный дюйм плюс 14,7 фунта на квадратный дюйм (

   

фунтов на квадратный дюйм), или 48.7 фунтов на квадратный дюйм (эквивалентно 336 кПа).

В большинстве случаев абсолютное давление в жидкостях не может быть отрицательным. Жидкости толкают, а не тянут, поэтому наименьшее абсолютное давление в жидкости равно нулю (отрицательное абсолютное давление — это притяжение). Таким образом, наименьшее возможное манометрическое давление равно

.

   

(что составляет

   

ноль). Нет теоретического предела тому, насколько большим может быть манометрическое давление.

Измерение давления

Для измерения давления используется множество устройств, от шинных манометров до тонометров.Многие другие типы манометров обычно используются для проверки давления жидкостей, например, механические манометры. Мы рассмотрим некоторые из них в этом разделе.

Любое свойство, которое известным образом изменяется в зависимости от давления, может быть использовано для создания манометра. Некоторые из наиболее распространенных типов включают тензометрические датчики, в которых используется изменение формы материала под действием давления; емкостные манометры, в которых используется изменение электрической емкости из-за изменения формы под действием давления; пьезоэлектрические манометры, которые генерируют разность потенциалов на пьезоэлектрическом материале под действием разности давлений между двумя сторонами; и ионизационные датчики, которые измеряют давление путем ионизации молекул в высоковакуумных камерах.Различные манометры полезны в разных диапазонах давления и в разных физических ситуациях. Некоторые примеры показаны на (Рисунок).

Рисунок 14.11 (a) Манометры используются для измерения и контроля давления в газовых баллонах. Сжатые газы используются во многих промышленных и медицинских целях. (b) Шинные манометры бывают разных моделей, но все они предназначены для одной и той же цели: измерения внутреннего давления в шине. Это позволяет водителю поддерживать давление в шинах, оптимальное для веса груза и условий движения.(c) Ионизационный датчик представляет собой высокочувствительное устройство, используемое для контроля давления газов в замкнутой системе. Молекулы нейтрального газа ионизируются за счет высвобождения электронов, и ток преобразуется в показания давления. Ионизационные датчики обычно используются в промышленных приложениях, которые полагаются на вакуумные системы.
Манометры

Один из наиболее важных классов манометров обладает тем свойством, что давление, обусловленное весом жидкости постоянной плотности, определяется выражением

.

   

.U-образная трубка, показанная на (рис.), является примером манометра ; в части (а) обе стороны трубы открыты для атмосферы, что позволяет атмосферному давлению одинаково падать с каждой стороны, так что его эффекты нейтрализуются.

Манометр, только одна сторона которого открыта для атмосферы, является идеальным устройством для измерения манометрического давления. Манометрическое давление

   

и находится путем измерения ч . Например, предположим, что одна сторона U-образной трубки подключена к некоторому источнику давления

.

   

, например воздушный шар в части (b) рисунка или упакованная под вакуумом банка из-под арахиса, показанная в части (c).Давление передается на манометр в неизменном виде, и уровни жидкости уже не равны. В части (б),

   

больше атмосферного давления, тогда как в части (c)

   

меньше атмосферного давления. В обоих случаях

   

отличается от атмосферного давления на величину

   

где

   

— плотность жидкости в манометре.В части (б),

   

может поддерживать столб жидкости высотой ч , поэтому он должен оказывать давление

   

выше атмосферного давления (манометрическое давление

   

положительный). В части (c) атмосферное давление может поддерживать столб жидкости высотой 90 295 h 90 296 , поэтому 90 007

   

меньше атмосферного давления на величину

   

(манометр

   

отрицательный).

Рисунок 14.12 Манометр с открытой трубкой имеет одну сторону, открытую в атмосферу. (a) Глубина жидкости должна быть одинаковой с обеих сторон, иначе давление, оказываемое каждой стороной на дно, будет неодинаковым, и жидкость будет течь с более глубокой стороны. (b) Положительное манометрическое давление

   

, передаваемое на одну сторону манометра, может поддерживать столб жидкости высотой h. (c) Точно так же атмосферное давление больше, чем отрицательное манометрическое давление

   

на сумму

   

.Жесткость банки предотвращает передачу атмосферного давления на арахис.

Барометры

Манометры обычно используют U-образную трубку жидкости (часто ртути) для измерения давления. Барометр (см. (Рисунок)) — это устройство, которое обычно использует один столбик ртути для измерения атмосферного давления. Барометр, изобретенный итальянским математиком и физиком Эванджелистой Торричелли (1608–1647) в 1643 г., представляет собой стеклянную трубку, закрытую с одного конца и наполненную ртутью.Затем трубку переворачивают и помещают в бассейн с ртутью. Это устройство измеряет атмосферное давление, а не манометрическое давление, потому что над ртутью в трубке почти чистый вакуум. Высота ртути такова, что

   

. При изменении атмосферного давления ртутный столбик поднимается или опускается.

Синоптики внимательно следят за изменениями атмосферного давления (часто сообщаемого как атмосферное давление), поскольку повышение ртути обычно сигнализирует об улучшении погоды, а понижение ртути указывает на ухудшение погоды.Барометр также можно использовать как высотомер, поскольку среднее атмосферное давление меняется с высотой. Ртутные барометры и манометры настолько распространены, что для измерения атмосферного давления и кровяного давления часто используются единицы мм рт.

Рисунок 14.13 Ртутный барометр измеряет атмосферное давление. Давление из-за веса ртути,

   

, соответствует атмосферному давлению. Атмосфера способна поднять ртуть в трубке на высоту h, потому что давление над ртутью равно нулю.

Пример

Высота жидкости в открытой U-образной трубке

U-образная трубка с открытыми обоими концами заполнена жидкостью с плотностью

   

до высоты и с обеих сторон ((Рисунок)). Жидкость плотностью

   

выливается в одну сторону, и Жидкость 2 оседает поверх Жидкости 1. Высота на двух сторонах различна. Высота до верха Liquid 2 от интерфейса

.

   

и высота до верха Liquid 1 от уровня интерфейса

   

.Вывести формулу разницы высот.

Рисунок 14.14 Две жидкости с различной плотностью показаны в U-образной трубке.
Стратегия

Давление в точках на одной высоте с двух сторон U-образной трубки должно быть одинаковым, пока эти две точки находятся в одной и той же жидкости. Поэтому мы рассматриваем две точки на одном уровне в двух рукавах трубки: одна точка — это граница раздела со стороны жидкости 2, а другая — точка в рукаве с жидкостью 1, которая находится на том же уровне, что и интерфейс в другой руке.Давление в каждой точке обусловлено атмосферным давлением плюс вес жидкости над ним.

   

Решение

Поскольку две точки находятся в жидкости 1 и находятся на одной высоте, давление в этих двух точках должно быть одинаковым. Таким образом, у нас есть

   

Следовательно,

   

Это означает, что разница высот с двух сторон U-образной трубы составляет

   

Результат имеет смысл, если мы установим

   

что дает

   

Если две стороны имеют одинаковую плотность, они имеют одинаковую высоту.

Проверьте свое понимание

Ртуть является опасным веществом. Как вы думаете, почему в барометрах обычно используется ртуть, а не более безопасная жидкость, такая как вода?

[reveal-answer q=»fs-id1170958618402″]Показать решение[/reveal-answer]

[скрытый ответ a=”fs-id1170958618402″]

Плотность ртути в 13,6 раз больше плотности воды. Для измерения атмосферного давления требуется примерно 76 см (29,9 дюйма) ртутного столба, тогда как для измерения атмосферного давления потребуется примерно 10 м (34 фута) ртутного столба.) воды.

[/скрытый ответ]

Единицы давления

Как указывалось ранее, единицей измерения давления в системе СИ является паскаль (Па), где

   

Помимо паскаля, широко используются многие другие единицы измерения давления ((Рисунок)). В метеорологии атмосферное давление часто описывается в миллибарах (мбар), где

   

Миллибар — удобная единица измерения для метеорологов, потому что среднее атмосферное давление на уровне моря на Земле равно

.

   

.Используя уравнения, полученные при рассмотрении давления на глубине в жидкости, давление также можно измерить в миллиметрах или дюймах ртутного столба. Давление на дне 760-мм ртутного столба

   

в контейнере, верхняя часть которого вакуумирована, равно атмосферному давлению. Таким образом, вместо давления в 1 атмосферу также используется 760 мм ртутного столба. В лабораториях физики вакуума ученые часто используют другую единицу измерения, называемую торр, названную в честь Торричелли, который, как мы только что видели, изобрел ртутный манометр для измерения давления.Один торр равен давлению в 1 мм рт.

Сводка единиц давления
Блок Определение
Единица СИ: Паскаль

   

Английская единица измерения: фунты на квадратный дюйм (

   

или psi)

   

Другие единицы измерения давления

   

   

   

Принцип работы типового жидкостного манометра (б) 2) .

Национальный метрологический институт (НМИ) несет основную ответственность за проектирование, разработку и обслуживание первичных эталонов давления для создания цепочки прослеживаемости для калибровки сложных промышленных приборов с использованием различных эталонов давления, таких как ультразвуковой интерферометрический манометр (UIM), пневматический поршень. манометр (APG), уравновешенный поршневой манометр (FPG) и оптический интерферометрический манометр (OIM). UIM является одним из самых точных эталонов давления в категории жидкостных манометров с расширенной относительной погрешностью, полученной на уровне 7.2 ppm (k = 2) показания в диапазоне давлений от 1 Па до 130 кПа. Однако из-за токсичности ртути и сложности обращения с ней большинство НМИ выведено из эксплуатации. Для квантовой реализации Паскаля некоторые НМИ разрабатывают новые эталоны давления на основе интерферометра Фабри-Перо. Некоторые из них установили высокоточные поршневые манометры с отслеживаемыми размерами в качестве основного эталона давления. Метрология барометрического давления Национальной физической лаборатории Индии (NPLI) также пытается разработать эталон давления на основе интерферометра Фабри Перо.ПНГ работает в качестве эталона давления в NPLI с 2002 года, используя UIM в качестве источника прослеживаемости, имеющего расширенную относительную неопределенность 12 частей на миллион (k = 2) показания. Однако недавно NPLI установила ПНГ в качестве основного эталона давления в диапазоне от 6,5 кПа до 360 кПа с расширенной относительной неопределенностью в 76 частей на миллион (k = 2) показания, содержащейся в ограничении измерения метрологии размеров. Чтобы еще больше усилить диапазон низкого давления, FPG обеспечивает прослеживаемость в диапазоне давлений от 1 Па до 15 кПа с расширенной относительной погрешностью 25 частей на миллион (k = 2).Эти эталоны давления, т. е. UIM, APG и FPG, прошли множество критических сравнений, двусторонних сравнений и внутренних калибровок для установления возможностей калибровочных измерений (CMC). В этой обзорной статье рассказывается о пути проектирования, разработки и поддержки этих стандартов по всему миру с особым вниманием в NPLI.

Разница между манометром и барометром : Подробности Обсуждение

Одно из этих двух устройств можно найти во многих домах, особенно в прибрежных районах с нестабильной погодой.Это барометр.

Нет, вам не нужно быть охотником за штормами, чтобы установить в вашем доме барометр. А другой, манометр? Это не так часто. Это связано с практическими причинами.

Хотя они измеряют давление, они не совсем одинаковы, не так ли? Даже принцип работы тот же. Итак, в чем же разница между барометром и манометром?

Что ж, если вы мало что знаете об этих двух устройствах и о том, чем они отличаются друг от друга, думаю, я могу вам помочь.

Я рассмотрю каждый отдельный пункт об этих двух устройствах. Итак, не будем больше тратить ваше время.

Сначала мы рассмотрим детали каждого из устройств. Это поможет понять основное различие между ними. Если вы не хотите читать подробности и хотите получить сводку, вы можете прокрутить вниз до нашего раздела краткого сравнения.

Те из вас, кто ботан, держитесь меня.

Что такое манометр?

Манометр – прибор для измерения давления.Его диапазон охватывает как газообразные, так и жидкие вещества, т. е. он измеряет как газ, так и жидкость. Люди используют его большую часть времени для измерения давления жидкости и газа, но у него больше применений, особенно в промышленности.

Принцип работы

Принцип работы манометра прост. Он использует жидкость для измерения внешней силы или давления. Вот как это работает:

Предположим, у вас есть U-образная трубка и вы наливаете в нее любую жидкость. Если жидкость достигает одинаковой высоты в обеих трубках, то можно сказать, что давление, воздействующее на обе трубки, одинаково, т.е.е., это атмосферное давление, действующее на обоих концах.

Мы можем расширить этот принцип работы, чтобы измерять давление многих вещей!

Измерение атмосферного давления с помощью манометра

Использование манометров для измерения атмосферного давления, возможно, является преуменьшением потенциала этого устройства, но вы могли бы, если бы захотели.

Манометр с закрытой трубкой представляет собой манометр, одна из трубок которого закрыта стеклом или пробкой. Открытый конец этого манометра с закрытой трубкой получает давление воздуха, и мы проверяем, насколько выше он толкает жидкость в другом столбце.

Разница между предыдущей и текущей высотами и есть ваше атмосферное давление.

Измерение давления другой жидкости с помощью манометра

Все немного сложнее, когда вы хотите измерить давление, оказываемое жидкостью.

Ваша тонкая U-образная трубка заполнена либо водой, либо ртутью. Один конец как всегда открыт, а другой конец в данном случае не закрыт; скорее, у него есть воронка с резиновой маской, закрывающей вход.

Когда вы вставляете воронку в жидкость, жидкость оказывает давление на резиновую маску, которая затем переносится на U-образную трубку.Вы заметите, что жидкость на другой стороне поднялась. Разница высот и есть давление жидкости.

Измерение давления газа манометром

Манометры для измерения давления газа имеют разную конструкцию. У вас все та же U-образная трубка с жидкостью, но на одном ее конце есть контейнер, который будет заполнен выбранным вами газом.

Жидкость будет находиться на разной высоте в двух трубках. Скажем, в одной пробирке А, а в другой Б. Разница между этими двумя точками, т.е.е. (A-B), это давление вашего газа.

Измерение положительного и отрицательного давления

Вы можете узнать, испытывает ли выбранная вами среда отрицательное давление. Это просто. Высота жидкости изменится после того, как вы подсоедините манометр к емкости, наполненной жидкостью или газом. Если высота уменьшается, значит в системе отрицательное давление.

Но если высота увеличивается, в системе возникает положительное давление.

Где используются манометры?

Манометры в основном используются в промышленности и во многих лабораториях по всему миру.

Например, U-образные манометры используются в системах вентиляции для контроля воздушного потока. Вы можете использовать манометр с закрытой трубкой для измерения атмосферного давления вместо барометра.

Жидкость, используемая в манометрах

Жидкость, используемая в манометрах, должна быть нелетучей. Кроме того, жидкость не может изменить свое состояние из-за незначительной разницы температур. И именно поэтому ртуть выбрана для промышленного использования. Но для экспериментальных установок для удобства можно использовать воду.

Что такое барометр?

Барометр используется для измерения атмосферного давления вокруг нас. Вы можете видеть, что это обычно используется для понимания изменения погоды в регионе. Это одно из самых простых измерительных устройств в мире химии, но именно это делает его идеальным для повседневного использования.

Как это работает?

Барометр — гораздо более простой инструмент для измерения атмосферного давления. Вам понадобится только плоская емкость и тюбик. И контейнер, и трубка будут заполнены одной и той же жидкостью.Наиболее часто используемой жидкостью является ртуть, поскольку она сохраняет свою жидкую природу в большинстве нормальных температурных условий.

После того, как вы их наполните, мы перевернем трубку вверх дном и сольем ее отверстие с жидкостью в контейнере. Таким образом, жидкость будет соединена. Теперь измерим высоту жидкости в трубке.

Эта высота представляет собой атмосферное давление атмосферы, с которой вы экспериментируете.

Что измеряют барометром?

С помощью барометра можно измерить только атмосферное давление, в отличие от манометра.Принцип работы барометра не позволяет поместить в систему какую-либо жидкость для измерения ее давления.

Варианты использования

Барометры в основном используются для проверки погодных условий. Поскольку они довольно точно определяют изменение атмосферного давления, вы можете использовать их для прогнозирования поведения погоды.

Если вы объедините наблюдения за ветром с вашим барометрическим/атмосферным давлением, вы сможете предсказать, столкнетесь ли вы с бурей в вашем районе.

Это устройство также используется для измерения скорости самолета.Он делает это, измеряя давление, создаваемое воздухом, когда самолет летит по небу.

Измерение отрицательного и положительного давления

Простой барометр может измерять только положительное давление атмосферы. Но он может определить, испытывает ли окружение отрицательное давление.

Если уровень ртути не повышается, значит, в помещении отрицательное давление. Но вы не можете получить отрицательное чтение.

Барометр и манометр: в чем разница?

Теперь, когда мы увидели, что делают эти два устройства и как они работают, я думаю, самое время указать на фактические различия между ними.

Дизайн и конструкция

Они похожи по работе с жидкостью и разнице в высоте. Но между их дизайном и конструкцией есть принципиальная разница.

Основная конструкция манометра представляет собой U-образную трубку, наполовину заполненную жидкостью. С другой стороны, барометр состоит из сосуда и обычной тонкой трубки, наполненной жидкостью.

Возможности измерения

Они находятся в двух разных мирах, когда речь заходит о диапазоне вещей, которые они могут измерить.Да, они оба измеряют воздушное или атмосферное давление.

Но способность манометра измерять жидкость дает ему много возможностей. Одним из примеров может быть многожидкостный манометр. Это сложный манометр, о котором мы поговорим в другой раз.

Показания измерения

Еще один случай, когда они отличаются, это способность давать отрицательные показания. Конструкция манометра позволяет измерять отрицательное давление в вашей системе. Но барометр может дать вам представление только о ситуациях с нулевым давлением.

Ситуации, в которых они используются

Манометры нашли широкое применение, от промышленных машин до измерения оптимальных условий в лаборатории.

Но барометр в основном используется для прогнозирования погодных условий. По своему собственному барометру можно предсказать немедленное поведение погоды. Но если вы ведете историю изменения атмосферного давления, она может сказать вам, что произойдет через несколько дней.

В сочетании с другими данными о погоде, такими как скорость ветра, вы можете прогнозировать будущие осадки и штормы.

Типы

Оба этих измерительных прибора могут быть разных форм и размеров. А вот манометр, что неудивительно, имеет чуть больший диапазон.

Барометр в основном бывает двух типов:

Это основной тип барометра, использующий контейнер и трубку. И жидкость, используемая в нем, — ртуть, отсюда и его название.

Барометр-анероид не использует жидкость для измерения атмосферного давления. Это немного сложнее. Это устройство было изобретено в 1844 году и использовало небольшую, но гибкую металлическую коробку, называемую анероидной капсулой или ячейкой.Материал этой коробки — сплав бериллия и меди.

Существует еще один тип, называемый цифровым барометром, но в основном это электронная версия двух предыдущих.

Но манометры бывают разных типов. Среди них:

  • U-образный манометр
  • Увеличенный ножной манометр
  • Колодезный манометр
  • Наклонно-трубный манометр

Существует еще один способ разделения манометров. Это манометр с открытым концом и манометр с закрытым концом.

Вот краткая сравнительная таблица барометра и манометра. Я надеюсь, что это будет полезно.

9079

Манометр: U-Tube

Барометр: Контейнер и прямая трубка

Измерение жидкости или давления газа

Манометр: Да

Барометр: Нет

Манометр: Промышленные приложения и лаборатории

Барометр: для прогнозы погоды

Отрицательное давление Чтение

Манометр: Да, дает отрицательные показания давления

Барометр: Нет, может определять только нулевое атмосферное давление

Манометр: 4 типа

Барометр: 2 типа

Манометр и барометр: взаимозаменяемы?

Поскольку в чем-то они похожи, а в чем-то различны, их взаимозаменяемость очень ограничена.Манометры могут делать многое, чего не может сделать простой барометр.

Но поскольку манометр с закрытой или герметичной трубкой практически является барометром, теоретически и технически его можно использовать для измерения атмосферного давления. Но это будет непросто, так как нет готовых манометров, как барометры для прогноза погоды.

Другие случаи, такие как измерение давления жидкости или газообразного вещества, с помощью барометра невозможны. Следовательно, их взаимозаменяемость ограничивается общими характеристиками.

Final Words

Несмотря на сходство принципа работы и измерения давления, это два совершенно разных устройства. В большинстве случаев вы даже не можете использовать одно вместо другого. Как вы можете видеть из приведенной выше информации, разница между барометром и манометром заключается более чем в одном аспекте.

Какой из них для вас? Только вы можете решить это. Это не тот случай, когда один лучше другого.

Если вам нужно следить за изменениями погоды вокруг вас, вам подойдет барометр.Но если вы работаете в лаборатории или на заводе, работающем с газами и жидкостями, вы будете часто использовать манометры.

14.2 Измерение давления – University Physics Volume 1

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определение манометрического и абсолютного давления
  • Объяснить различные методы измерения давления
  • Понимание работы барометров с открытой трубкой
  • Подробно опишите, как работают манометры и барометры

В предыдущем разделе мы вывели формулу для расчета изменения давления жидкости, находящейся в гидростатическом равновесии.Как оказалось, это очень полезный расчет. Измерения давления важны как в повседневной жизни, так и в науке и технике. В этом разделе мы обсудим различные способы регистрации и измерения давления.

Манометрическое давление в сравнении с абсолютным давлением

Предположим, манометр на полном баллоне с аквалангом показывает 3000 фунтов на квадратный дюйм, что составляет примерно 207 атмосфер. Когда клапан открывается, воздух начинает выходить, потому что давление внутри бака больше, чем атмосферное давление снаружи бака.Воздух продолжает выходить из бака до тех пор, пока давление внутри бака не сравняется с давлением атмосферы снаружи бака. В этот момент манометр на баке показывает ноль, хотя давление внутри бака на самом деле составляет 1 атмосферу — такое же, как давление воздуха снаружи бака.

Большинство манометров, например, на акваланге, откалиброваны так, чтобы показывать ноль при атмосферном давлении. Показания давления от таких манометров называются манометрическим давлением , что представляет собой давление по отношению к атмосферному давлению.Когда давление внутри резервуара превышает атмосферное давление, манометр показывает положительное значение.

Некоторые манометры предназначены для измерения отрицательного давления. Например, многие физические эксперименты должны проводиться в вакуумной камере, жесткой камере, из которой откачивается часть воздуха. Давление внутри вакуумной камеры меньше атмосферного, поэтому манометр на камере показывает отрицательное значение.

В отличие от манометрического давления, абсолютное давление учитывает атмосферное давление , которое фактически добавляется к давлению в любой жидкости, не заключенной в жесткий контейнер.

Абсолютное давление

Абсолютное давление или полное давление представляет собой сумму манометрического давления и атмосферного давления:

[латекс] {р} _ {\ текст {абс}} = {р} _ {\ текст {г}} + {р} _ {\ текст {атм}} [/латекс]

, где [латекс]{р}_{\текст{абс}}[/латекс] — абсолютное давление, [латекс]{р}_{\текст{г}}[/латекс] — манометрическое давление, а [латекс] {p}_{\text{атм}}[/latex] — атмосферное давление.

Например, если манометр показывает 34 фунта на квадратный дюйм, то абсолютное давление равно 34 фунта на квадратный дюйм плюс 14.7 фунтов на квадратный дюйм ([латекс] {p} _ {\ text {атм}} [/ латекс] в фунтах на квадратный дюйм) или 48,7 фунтов на квадратный дюйм (эквивалентно 336 кПа).

В большинстве случаев абсолютное давление в жидкостях не может быть отрицательным. Жидкости толкают, а не тянут, поэтому наименьшее абсолютное давление в жидкости равно нулю (отрицательное абсолютное давление — это притяжение). Таким образом, наименьшее возможное манометрическое давление равно [латекс]{p}_{\text{g}}=\text{−}{p}_{\text{атм}}[/latex] (что делает [латекс]{ р} _ {\ текст {абс}} [/ латекс] ноль). Нет теоретического предела тому, насколько большим может быть манометрическое давление.

Измерение давления

Для измерения давления используется множество устройств, от шинных манометров до тонометров. Многие другие типы манометров обычно используются для проверки давления жидкостей, например, механические манометры. Мы рассмотрим некоторые из них в этом разделе.

Любое свойство, которое известным образом изменяется в зависимости от давления, может быть использовано для создания манометра. Некоторые из наиболее распространенных типов включают тензометрические датчики, в которых используется изменение формы материала под действием давления; емкостные манометры, в которых используется изменение электрической емкости из-за изменения формы под действием давления; пьезоэлектрические манометры, которые генерируют разность потенциалов на пьезоэлектрическом материале под действием разности давлений между двумя сторонами; и ионизационные датчики, которые измеряют давление путем ионизации молекул в высоковакуумных камерах.Различные манометры полезны в разных диапазонах давления и в разных физических ситуациях. Некоторые примеры показаны на рисунке.

Рисунок 14.11 (a) Манометры используются для измерения и контроля давления в газовых баллонах. Сжатые газы используются во многих промышленных и медицинских целях. (b) Шинные манометры бывают разных моделей, но все они предназначены для одной и той же цели: измерения внутреннего давления в шине. Это позволяет водителю поддерживать давление в шинах, оптимальное для веса груза и условий движения.(c) Ионизационный датчик представляет собой высокочувствительное устройство, используемое для контроля давления газов в замкнутой системе. Молекулы нейтрального газа ионизируются за счет высвобождения электронов, и ток преобразуется в показания давления. Ионизационные датчики обычно используются в промышленных приложениях, которые полагаются на вакуумные системы.
Манометры

Один из наиболее важных классов манометров использует то свойство, что давление, обусловленное весом жидкости постоянной плотности, определяется выражением [латекс]p=h\rho g[/латекс].U-образная трубка, показанная на рисунке, является примером манометра ; в части (а) обе стороны трубы открыты для атмосферы, что позволяет атмосферному давлению одинаково падать с каждой стороны, так что его эффекты нейтрализуются.

Манометр, только одна сторона которого открыта для атмосферы, является идеальным устройством для измерения манометрического давления. Манометрическое давление равно [латекс] {p} _ {\ text {g}} = h \ rho g [/латекс] и определяется путем измерения ч . Например, предположим, что одна сторона U-образной трубки соединена с некоторым источником давления [латекс]{p}_{\text{абс}},[/латекс], таким как воздушный шар в части (b) рисунка или упакованная под вакуумом банка из-под арахиса, показанная в части (c).Давление передается на манометр в неизменном виде, и уровни жидкости уже не равны. В части (b) [латекс] {p} _ {\ text {абс}} [/латекс] превышает атмосферное давление, тогда как в части (с) [латекс] {р} _ {\ текст {абс} }[/latex] меньше атмосферного давления. В обоих случаях [латекс]{р}_{\текст{абс}}[/латекс] отличается от атмосферного давления на величину [латекс]h\rho g,[/latex], где [латекс]\ро[/латекс ] — плотность жидкости в манометре. В части (b) [латекс]{p}_{\text{абс}}[/латекс] может поддерживать столб жидкости высотой ч , поэтому он должен оказывать давление [латекс]h\rho g[ /latex] выше атмосферного давления (манометрическое давление [latex]{p}_{\text{g}}[/latex] положительное).В части (c) атмосферное давление может поддерживать столб жидкости высотой ч , поэтому [латекс]{р}_{\текст{абс}}[/латекс] меньше атмосферного давления на величину [латекс] h\rho g[/latex] (манометрическое давление [латекс]{p}_{\text{g}}[/латекс] отрицательно).

Рисунок 14.12 Манометр с открытой трубкой имеет одну сторону, открытую в атмосферу. (a) Глубина жидкости должна быть одинаковой с обеих сторон, иначе давление, оказываемое каждой стороной на дно, будет неодинаковым, и жидкость будет течь с более глубокой стороны.(b) Положительное манометрическое давление [латекс]{p}_{\text{g}}=h\rho g[/латекс], передаваемое на одну сторону манометра, может поддерживать столб жидкости высотой h. (c) Точно так же атмосферное давление больше, чем отрицательное манометрическое давление [латекс] {р} _ {\ текст {г}} [/латекс] на величину [латекс] h \ rho g [/латекс]. Жесткость банки предотвращает передачу атмосферного давления на арахис.
Барометры

Манометры обычно используют U-образную трубку жидкости (часто ртути) для измерения давления.Барометр (см. рисунок) — это устройство, которое обычно использует один столбик ртути для измерения атмосферного давления. Барометр, изобретенный итальянским математиком и физиком Эванджелистой Торричелли (1608–1647) в 1643 г., представляет собой стеклянную трубку, закрытую с одного конца и наполненную ртутью. Затем трубку переворачивают и помещают в бассейн с ртутью. Это устройство измеряет атмосферное давление, а не манометрическое давление, потому что над ртутью в трубке почти чистый вакуум.Высота ртути такова, что [латекс]h\rho g={p}_{\text{атм}}[/латекс]. При изменении атмосферного давления ртутный столбик поднимается или опускается.

Синоптики внимательно следят за изменениями атмосферного давления (часто сообщаемого как атмосферное давление), поскольку повышение ртути обычно сигнализирует об улучшении погоды, а понижение ртути указывает на ухудшение погоды. Барометр также можно использовать как высотомер, поскольку среднее атмосферное давление меняется с высотой. Ртутные барометры и манометры настолько распространены, что для измерения атмосферного давления и кровяного давления часто используются единицы мм рт.

Рисунок 14.13 Ртутный барометр измеряет атмосферное давление. Давление из-за веса ртути, [латекс]h\rho g[/латекс], равно атмосферному давлению. Атмосфера способна поднять ртуть в трубке на высоту h, потому что давление над ртутью равно нулю.

Пример

Высота жидкости в открытой U-образной трубке

U-образная трубка с открытыми обоими концами заполнена жидкостью с плотностью [латекс]{\rho }_{1}[/латекс] на высоту ч с обеих сторон (рисунок).Жидкость с плотностью [латекс]{\rho}_{2} \lt {\rho}_{1}[/латекс] наливается в одну сторону, и жидкость 2 оседает поверх жидкости 1. Высота с двух сторон разные. Высота до верха Liquid 2 от интерфейса равна [latex]{h}_{2}[/latex], а высота до верха Liquid 1 от уровня интерфейса равна [latex]{h}_{ 1}[/латекс]. Вывести формулу разницы высот.

Рисунок 14.14 Две жидкости с различной плотностью показаны в U-образной трубке.
Стратегия

Давление в точках на одной высоте с двух сторон U-образной трубки должно быть одинаковым, пока эти две точки находятся в одной и той же жидкости.Поэтому мы рассматриваем две точки на одном уровне в двух рукавах трубки: одна точка — это граница раздела со стороны жидкости 2, а другая — точка в рукаве с жидкостью 1, которая находится на том же уровне, что и интерфейс в другой руке. Давление в каждой точке обусловлено атмосферным давлением плюс вес жидкости над ним.

[латекс]\begin{array}{c}\text{Давление на стороне с жидкостью 1}={p}_{0}+{\rho}_{1}g{h}_{1}\hfill \\ \text{Давление на стороне с жидкостью 2}={p}_{0}+{\rho }_{2}g{h}_{2}\hfill \end{array}[/latex]

Решение

Поскольку две точки находятся в жидкости 1 и находятся на одной высоте, давление в этих двух точках должно быть одинаковым.Таким образом, у нас есть

[латекс] {p} _ {0} + {\ rho } _ {1} g {h} _ {1} = {p} _ {0} + {\ rho } _ {2} g {h} _ {2}.[/латекс]

Следовательно,

[латекс] {\ rho } _ {1} {h} _ {1} = {\ rho } _ {2} {h} _ {2}. [/latex]

Это означает, что разница высот с двух сторон U-образной трубы составляет

[латекс]{h}_{2}-{h}_{1}=(1-\frac{{p}_{1}}{{p}_{2}}){h}_{2 }.[/латекс]

Результат имеет смысл, если мы установим [latex]{p}_{2}={p}_{1},[/latex], что дает [latex]{h}_{2}={h}_{1 }.[/latex] Если две стороны имеют одинаковую плотность, они имеют одинаковую высоту.

Проверьте свое понимание

Ртуть является опасным веществом. Как вы думаете, почему в барометрах обычно используется ртуть, а не более безопасная жидкость, такая как вода?

Показать решение

Плотность ртути в 13,6 раз больше плотности воды. Для измерения атмосферного давления требуется примерно 76 см (29,9 дюйма) ртутного столба, тогда как для измерения атмосферного давления потребуется примерно 10 м (34 фута) воды.{2}.\circ \text{C}[/latex] в контейнере, верхняя часть которого вакуумирована, равно атмосферному давлению. Таким образом, вместо давления в 1 атмосферу также используется 760 мм ртутного столба. В лабораториях физики вакуума ученые часто используют другую единицу измерения, называемую торр, названную в честь Торричелли, который, как мы только что видели, изобрел ртутный манометр для измерения давления. Один торр равен давлению в 1 мм рт.

Английская единица измерения: фунты на квадратный дюйм ([латекс] {\ текст {фунт/дюйм.{5}\,\текст{Па}[/латекс]
[латекс]1\,\text{торр}=1\,\text{мм рт.ст.}=133,3\,\text{Па}[/латекс]

Резюме

  • Манометрическое давление – это давление относительно атмосферного давления.
  • Абсолютное давление представляет собой сумму манометрического и атмосферного давления.
  • Манометры с открытой трубкой имеют U-образные трубки, один конец которых всегда открыт. Они используются для измерения давления. Ртутный барометр — прибор, измеряющий атмосферное давление.
  • Единицей давления в системе СИ является паскаль (Па), но обычно используются несколько других единиц.

Концептуальные вопросы

Объясните, почему жидкость достигает одинакового уровня по обе стороны манометра, если обе стороны открыты для атмосферы, даже если трубки имеют разный диаметр.

Показать решение

Атмосферное давление обусловлено весом воздуха над ним. Давление, сила, приходящаяся на площадь, по манометру будет одинаковой на той же глубине атмосферы.

Проблемы

Найдите манометрическое и абсолютное давление в баллоне и банке с арахисом, показанных на рисунке, при условии, что манометр, подключенный к баллону, использует воду, а манометр, подключенный к банке, содержит ртуть. Выразите в единицах измерения сантиметры воды для воздушного шара и миллиметры ртутного столба для банки, приняв [латекс]h=0,0500\text{м}[/латекс] для каждого.

Какой высоты должен быть наполненный водой манометр, чтобы измерять артериальное давление до 300 мм рт.ст.?

Предполагая, что велосипедные шины абсолютно гибкие и выдерживают вес велосипеда и велосипедиста только за счет давления, рассчитайте общую площадь шин, соприкасающихся с землей, если общая масса велосипеда и велосипедиста равна 80.{5}\,\text{Па}[/латекс].

Глоссарий

абсолютное давление
сумма манометрического давления и атмосферного давления
манометрическое давление
давление относительно атмосферного давления

Манометры жидкостные назначение принцип действия прибора. Технический жидкостный термометр. Манометр жидкостный: принцип работы

Глава 2. ЖИДКОСТНЫЕ МАНОМЕТРЫ

Вопросы водоснабжения для человечества всегда были очень важны, и приобрели особую актуальность с развитием городов и появлением в них разного рода производств.В то же время все более актуальной становилась проблема измерения давления воды, то есть давления, необходимого не только для обеспечения подачи воды по водопроводу, но и для приведения в действие различных механизмов. Честь первооткрывателя принадлежит крупнейшему итальянскому художнику и ученому Леонардо да Винчи (1452-1519), который первым применил пьезометрическую трубку для измерения давления воды в трубопроводах. К сожалению, его работа «О движении и измерении воды» была опубликована только в 19 веке.Поэтому принято считать, что первый жидкостный манометр был создан в 1643 г. итальянскими учеными Торричелли и Вивиаиа, учениками Галилео Галилея, которые при изучении свойств ртути, помещенной в трубку, обнаружили существование атмосферного давления. как появился ртутный барометр. В течение следующих 10-15 лет во Франции (Б. Паскаль и Р. Декарт) и Германии (О. Герике) были созданы различные типы жидкостных барометров, в том числе с водяным наполнением. В 1652 году О.Герике продемонстрировал вес атмосферы эффектным экспериментом с откачанными полушариями, которые не могли разделить две упряжки лошадей (знаменитые «магдебургские полушария»).


Дальнейшее развитие науки и техники привело к появлению большого количества жидкостных манометров разных типов, нашедших применение;: до сих пор во многих отраслях промышленности: метеорологии, авиационной и электровакуумной технике, геодезии и геологоразведке, физике и метрология и др.Однако из-за ряда особенностей принципа действия жидкостных манометров их удельный вес по сравнению с другими типами манометров относительно невелик и в дальнейшем, вероятно, будет уменьшаться. Тем не менее они по-прежнему незаменимы для измерений с особо высокой точностью в диапазоне давлений, близких к атмосферному. Жидкостные манометры не утратили своего значения и в ряде других областей (микроманометрия, барометрия, метеорология, в физико-технических исследованиях).

2.1. Основные типы жидкостных манометров и принципы их действия

Принцип работы жидкостных манометров можно проиллюстрировать на примере П-образного жидкостного манометра (рис. 4, ), состоящий из двух соединенных между собой вертикальных трубок 1 и 2,

наполовину заполненных жидкостью. В соответствии с законами гидростатики при равных давлениях R я и р 2 На уровне I-I будет установлено свободных поверхностей жидкости (менисков) в обеих трубках… Если одно из давлений превышает другое (Р\ > стр 2), перепад давления приведет к падению уровня жидкости в трубке 1 и соответственно подъем в трубке 2, до достижения состояния равновесия. При этом на уровне

II-P уравнение равновесия принимает вид

Ар = pi -p 2 = H P»g, (2.1)


и.е. перепад давлений определяется давлением столба жидкости высотой H при плотности р.

Уравнение (1.6) с точки зрения измерения давления является основным, так как давление в конечном итоге определяется основными физическими величинами — массой, длиной и временем. Это уравнение справедливо для всех без исключения типов жидкостных манометров. Отсюда следует определение, что жидкостным манометром называется манометр, в котором измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости, образующегося под действием этого давления.Важно подчеркнуть, что мерой давления в жидкостных манометрах является

высоты стола жидкости, именно это обстоятельство привело к появлению единиц измерения давления мм водяного столба. ст., мм рт.ст. и другие, естественно вытекающие из принципа действия жидкостных манометров.

Чашечный манометр жидкости (рис. 4, б) состоит из соединенных между собой чашек 1 и вертикальная трубка 2, площадь поперечного сечения стакана существенно больше, чем у трубки.Поэтому под действием перепада давления Ar изменение уровня жидкости в стакане намного меньше подъема уровня жидкости в трубке: H \ = H g f / F, где Н ! — изменение уровня жидкости в стакане; Н 2 — изменение уровня жидкости в трубке; / — площадь поперечного сечения трубы; Ф — площадь поперечного сечения чашки.

Отсюда высота столба жидкости, уравновешивающего измеренное давление H — H x + Н 2 = # 2 (1 + ф/ф), и измеренный перепад давления

Pi — Pr = H 2 р? — (1 + ж/ж ). (2.2)

Следовательно, при известном коэффициенте k = 1 + ф/ф перепад давления можно определить по изменению уровня жидкости в одной трубке, что упрощает процесс измерения.

Двухчашечный манометр (рис. 4, v) состоит из двух чашек, соединенных гибким шлангом 1 и 2, один из которых жестко закреплен, а второй может двигаться в вертикальном направлении. При равных давлениях Р\ и стр 2 стаканчики, а значит и свободные поверхности жидкости, находятся на одном уровне I-I. Если Р\ > Р 2 затем чашка 2 повышается до достижения равновесия в соответствии с уравнением (2.1).

Единство принципа действия жидкостных манометров всех типов определяет их универсальность в плане возможности измерения давления любого вида — абсолютного и избыточного, а также перепада давления.

Абсолютное давление будет измеряться, если p 2 = 0, т.е. когда пространство над уровнем жидкости в трубке 2 Выкачано . Тогда столб жидкости в манометре уравновесит абсолютное давление в трубке

i, Т.e.p a6c = tf p g.

При измерении избыточного давления одна из трубок сообщается с атмосферным давлением, например, р 2 = р тш. Если в этом случае абсолютное давление в трубке 1 больше атмосферного давления (R i>p в м)> то в соответствии с (1.6) столб жидкости в трубке 2 уравновешивает избыточное давление в трубке 1 } я.е., р и = Н Р г: Если, наоборот, р х 1 будет мерой отрицательного избыточного давления p и = -H р г.

При измерении разности двух давлений, каждое из которых не равно атмосферному давлению, уравнение измерения имеет вид Ар = р \ — р 2 — = Н — Р «г. Как и в предыдущем случае, разница может принимать как положительные, так и отрицательные значения.

Важной метрологической характеристикой средств измерения давления является чувствительность измерительной системы, во многом определяющая точность отсчетов при измерениях и инерционность. Для манометрических приборов под чувствительностью понимают отношение изменения показаний прибора к вызвавшему его изменению давления (u = AN/Ar) . Обычно, когда чувствительность не постоянна в диапазоне измерений

n = лим на Ap — * ¦ 0, (2.3)

, где AN изменение показаний жидкостного манометра; Ар — соответствующее изменение давления.

С учетом уравнений измерения получаем: чувствительность П-образного или двухчашечного манометра (см. рис. 4, а и 4, в)

n = (2А’а ~>

чувствительность чашечного манометра (см. рис. 4, б)

Р-ры \ llF) ¦ (2″ 4’ 6)

Как правило, для манометров парциального давления F »/, поэтому снижение их чувствительности по сравнению с U-образными манометрами незначительно.

Из уравнений (2.4, a ) и (2.4, б), следует, что чувствительность целиком определяется плотностью жидкости R, заполнение измерительной системы прибора. Но, с другой стороны, значение плотности жидкости по (1.6) определяет диапазон измерения манометра: чем он больше, тем больше верхний предел измерений. Таким образом, относительная величина ошибки чтения не зависит от значения плотности.Поэтому для повышения чувствительности, а следовательно, и точности разработано большое количество отсчетных устройств, основанных на разных принципах работы, начиная от фиксации положения уровня жидкости относительно шкалы манометра на глаз (отсчет погрешность около 1 мм) и заканчивая применением наиболее точных интерференционных методов (погрешность отсчетов 0,1-0,2 мкм). Некоторые из этих методов можно найти ниже.

Диапазоны измерений жидкостных манометров в соответствии с (1.6) определяются высотой столба жидкости, т. е. размером манометра и плотностью жидкости. Самой тяжелой жидкостью в настоящее время является ртуть, плотность которой р = 1,35951·10 4 кг/м 3 . Столб ртути высотой 1 м развивает давление около 136 кПа, т. е. давление, немногим превышающее атмосферное. Поэтому при измерении давлений порядка 1 МПа размеры манометра по высоте сравнимы с высотой трехэтажного дома, что представляет значительные эксплуатационные неудобства, не говоря уже об излишней громоздкости конструкции.Тем не менее были предприняты попытки создания сверхвысокоскоростных ртутных манометров. Мировой рекорд был установлен в Париже, где на основе конструкций знаменитой Эйфелевой башни был смонтирован манометр с высотой ртутного столба около 250 м, что соответствует 34 МПа. В настоящее время этот манометр разобран за ненадобностью. Однако в рядах действующих остается ртутный манометр Физико-технического института ФРГ, уникальный по своим метрологическим характеристикам.Этот манометр, установленный в i0-этажной башне, имеет верхний предел измерения 10 МПа с погрешностью менее 0,005 %. Подавляющее большинство ртутных манометров имеют верхние пределы порядка 120 кПа и лишь изредка до 350 кПа. При измерении относительно небольших давлений (до 10-20 кПа) измерительная система жидкостных манометров заполняется водой, спиртом и другими легкими жидкостями. При этом диапазоны измерения обычно составляют до 1-2,5 кПа (микроманометры). Для еще более низких давлений были разработаны методы повышения чувствительности без использования сложных считывателей.

Микроманометр (рис. 5), состоит из чашки I, , соединенная с трубкой 2, установленная под углом a до горизонтального уровня

I-I. Если при равных давлениях pi и p 2 поверхности жидкости в стакане и трубке находились на уровне I-I, то увеличение давления в стакане (R 1> Pr) приведет к тому, что уровень жидкости в чашке упадет и поднимется в трубке.В этом случае высота столба жидкости H 2 и его длина по оси трубы L 2 будут связаны соотношением H 2 = L 2 грех а.

Учитывая уравнение неразрывности жидкости H, F = b 2 /, легко получить уравнение измерений микроманометра

p t -p 2 = H р»г = Л 2 ф (син + -), (2.5)

где Б 2 — перемещение уровня жидкости в трубке вдоль ее оси; а — угол наклона трубы к горизонту; остальные обозначения совпадают.

Из уравнения (2.5) следует, что для sin a «1 и ф/ф «1 перемещение уровня жидкости в трубке будет во много раз больше высоты столба жидкости, необходимой для уравновешивания измеряемого давления.

Чувствительность микроманометра с наклонной трубкой по (2.5)

Как видно из (2.6), максимальная чувствительность микроманометра при горизонтальном расположении трубки (а = О)

т. е. по отношению к площади чашки и трубки, она больше на П-образный манометр.

Второй способ повысить чувствительность — уравновесить давление столбом из двух несмешивающихся жидкостей. Двухчашечный манометр (рис.6) заполнена жидкостями так, что их граница

Рис. 6. Двухчашечный микроманометр с двумя жидкостями (p,>p 2) сечение

находилось в пределах вертикального сечения трубки, примыкающей к чашке 2. При pi = p 2 давление на уровне I-I

Hi Пи 2 Р 2 (Pi > P2)

Тогда, когда давление в чашке повысится 1 уравнение равновесия будет иметь вид

Ap = pt -p 2 = D#[(P1 -p 2) + f/F (Pi + Пр)] г, (2.7)

, где рх — плотность жидкости в стакане 7; p 2 — плотность жидкости в стакане 2.

Кажущаяся плотность столба двух жидкостей

Pk = (Pi — P2) + ф/ф (Pi + Pr) (2.8)

Если плотности Pi и p 2 имеют близкие значения друг к другу, то a f/F». 1, то кажущуюся или эффективную плотность можно привести к значению p min = f / F я + п 2) = 2р х ф/ф.

п.н. пк * %

где p k — кажущаяся плотность в соответствии с (2.8).

Как и прежде, повышение чувствительности этими методами автоматически уменьшает диапазоны измерения жидкостного манометра, что ограничивает их применение областью применения микроманометра™. Учитывая также большую чувствительность рассматриваемых методов к влиянию температуры при точных измерениях, как правило, используют методы, основанные на точных измерениях высоты столба жидкости, хотя это и усложняет конструкцию жидкостных манометров.

2.2. Поправки на показания и погрешности жидкостных манометров

В уравнения для измерения жидкостных манометров в зависимости от их точности необходимо вводить поправки, учитывающие отклонения условий эксплуатации от условий калибровки, вид измеряемого давления и особенности принципиальной схемы конкретных манометров.

Условия эксплуатации определяются температурой и гравитационным ускорением в месте измерения.Температура изменяет как плотность жидкости, используемой для уравновешивания давления, так и длину шкалы. Ускорение свободного падения в месте измерения, как правило, не соответствует его нормальному значению, принятому при калибровке. Поэтому давление

P = Pp }

ПЕРЕВЕРНУТЫЙ U ТРУБНЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ МАНОМЕТР

Сегодня здесь мы поймем основную концепцию перевернутого U-образного дифференциала. манометр для измерения разницы низких давлений между двумя точками в жидкости, в теме гидромеханики, с помощью этого поста.

Проведем инструктаж первого дифференциального манометра Дифференциал манометр также является одним из типов приборов для измерения давления, который в основном используется для измерения разницы давлений между двумя точками в трубе или между две разные трубы. Предположим, что у нас есть две трубы, как показано на следующем рисунке. А есть одна точка в первой трубе, а B — другая точка во второй трубе. Будет один U-образная трубка, содержащая тяжелую жидкость, и два конца этого U-образного манометра будут быть связанным с этими двумя точками i.е. точка А и точка Б. Давление разница между точкой А и точкой В будет измеряться с помощью дифференциальный манометр. Дифференциальные манометры в основном используется для измерения давления выше атмосферного.

Типы дифференциальных манометров U-образная трубка дифференциальный манометр Перевернутый U-образный дифференциальный манометр Мы уже обсуждали основную концепцию U-образного дифференциального манометра, теперь пора идти вперед, чтобы понять основную концепцию перевернутой U-образной трубки дифференциальный манометр.

Дифференциальный манометр с перевернутой U-образной трубкой Перевернутый Дифференциальный манометр с U-образной трубкой будет использоваться для измерения вакуумметрического давления. Перевернутый Дифференциальный манометр с U-образной трубкой будет иметь одну перевернутую U-образную трубку, содержащую легкая жидкость. Позволять Мы считаем, что перевернутый U-образный дифференциальный манометр соединен с двумя точки в двух трубах, как показано здесь на следующем рисунке. Эти две трубы заполнены жидкостью с разным удельным весом. Как показано здесь на рисунке, точка А и точка В находятся на разных уровнях.Позволять мы рассмотрим следующие термины, упомянутые здесь. Р Б = Давление в точке B Нам нужно измерить разницу давлений между точкой A и точкой B или нам нужно найти выражение для разницы давлений, т.е. P A  – Р Б . ч   = Разница уровня световой жидкости в U-образной трубке ч 1 = Высота уровня жидкости в левой части манометра ниже нулевой линии ч 2 = Высота уровня жидкости в правой части манометра ниже базовой линии ρ 1  = Плотность жидкости, находящейся в трубе А ρ 2  = Плотность жидкости, находящейся в трубе B ρ L  = Плотность легкой жидкости Мы теперь будет определять давление ниже нулевой линии в левой части манометра и также зафиксируем здесь значение давления ниже нулевой линии справа лим манометра и мы приравняем эти два давления, чтобы узнать перепад давления, т.е. P A  – P B . Давление в левой конечности ниже исходной линии XX = P A  — ρ 1 г ч 1 Давление в правой конечности ниже базовой линии XX = P B  — ρ 2 г ч 2 — ρ L г ч В виде давление одинаково для горизонтальной поверхности, поэтому мы будем иметь следующее уравнение, как указано здесь. Р А  — ρ 1 g ч 1 = P B  — ρ 2 g ч 2 — ρ L г ч

P A  — P B  =  ρ 1 г ч 1 — ρ 2 г h 2 — ρ L g h Мы узнаем основные определение и вывод полного давления и центра давления, в теме механики жидкости, в нашем следующем посте.

Делать у вас есть предложения? Пожалуйста, напишите в поле для комментариев.

Ссылка:

Гидромеханика, Р. К. Бансал

Читайте также сообщить об этом объявлении .

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.