Назначение и устройство жидкостного манометра

Назначение и устройство жидкостного манометра

Жидкостные манометры – профессиональные приборы, решающие проблему высокоточного измерения жидкостной среды. В статье мы рассмотрим их внешний вид, схему работы, разновидности, расскажем об их использовании.

Назначение и устройство жидкостного манометра

Функционирование жидкостного манометра базируется на принципе сообщающихся сосудов. Фиксируемое давление уравновешивается массой жидкостного наполнителя. Его уровень передвигается на высоту, которая пропорциональна прилагаемой нагрузке. Схема прибора проста.

Измерительная система выглядит как стеклянная трубка с парой колен, наполненная рабочей средой. Учитывая, что на ее поверхности образуется лишь атмосферное давление, вещество останавливается на одинаковом уровне. Значения измерений указывают в единицах раствора (дюймах, см, мм жидкости, ртутного столба).

Например, если в трубке налита ртуть, данные указываются в мм ртутного столба. В случае повреждения такого прибора велик риск заражения ядовитыми парами. Ртутные манометры отличаются узостью диапазона измеряемых давлений.

Назначение и устройство жидкостного манометра

Такие устройства снабжаются ртутоуловителями. Они применяются на практике как образцовые приборы для градуировок шкал.

Уровни рабочей среды совпадают в случае равенства давлений над ними. Если они не равны, то принимают положение, при котором избыток давления в первом сосуде уравновешивается давлением избытка жидкостного столба во втором. У многих изделий уровень рабочей среды видимый. По его показателю определяются значения проведенных замеров.

Назначение и устройство жидкостного манометра

Приборы не только точны, но и отличаются стабильностью показаний. У них минимальная погрешность, оптимальная скорость установки и пуска.

Они взрывобезопасны, однако характеризуются недостаточной механической прочностью стеклянных трубок.

Их минусами являются незначительность пределов измерений, а также невозможность передачи в дистанционном формате, автоматической фиксации показаний.

Назначение и устройство жидкостного манометра

В промышленном использовании и лабораторных условиях применяют разные модификации жидкостных манометров. Чаще других востребованы несколько вариантов устройств. Они просты и надежны, поэтому отличаются широким спектром применения. Сегодня их используют для определения разницы давления, его избыточности, разрежения, замера атмосферной нагрузки.

Назначение и устройство жидкостного манометра

В основе данных приборов сообщающиеся сосуды с конкретным давлением по одному либо нескольким уровням жидкости. Первый конец трубки соединен с системой для проведения замеров. Второй герметично спаянный либо свободно сообщается с атмосферой. Стороны устройства имеют одинаковую длину.

Трубка устанавливается на металлическое основание. У нее полистирольная шкала, градуированная в мм.

Назначение и устройство жидкостного манометра

Для выполнения замеров избытка давления в один конец поступает среда при свободном втором. Так же измеряется и вакуумметрическое давление. У прибора симметричная разметка на шкале. Жидким веществом может быть вода, ртуть или спирт. Двухтрубные устройства применяются в сферах медицины, метеорологии, промышленности, трубопроводах.

Назначение и устройство жидкостного манометра Назначение и устройство жидкостного манометра

Однотрубный жидкостный манометр работает так же, как и традиционные U-образные аналоги. Однако в сравнении с ними у него нет второй трубки. Вместо нее в конструкции предусмотрена емкость, площадь которой гораздо больше площади сечения базовой трубки. По сути, устройство состоит из чашки с отверстием внизу, к которому подсоединена открытая трубка.

В отличие от предыдущего прибора здесь применяется только жидкостный столб, нет потребности в вычислении суммарных колебаний уровней жидкости. Рабочей жидкостью может быть вода либо ртуть. Ее заливают в сосуд до нулевой отметки шкалы. Приборы используют для тарировки, а также поверки рабочих приборов, реже они являются рабочими устройствами.

Назначение и устройство жидкостного манометра

Кольцевые модификации, именуемые кольцевыми весами, высокоточны. Их жидкостный столб расположен в кольцевом канале. Разность давлений приводит к перетеканию жидкости. Когда измеряется давление, центр тяжести перемещается, сдвигая стрелку указателя. При измерении устройством фиксируется наклонный угол оси кольцевого канала.

Прибор имеет вид металлической трубки, изогнутой в кольцо и закрепленной на призме. В нижнюю часть кольца подается жидкость, в верхней есть перегородка. Равномерность шкалы обеспечивается особым лекальным устройством. Манометры такого типа используют для измерения давления и его перепада, определения вакуума. Они надежны и просты в исполнении.

Измерительная система данных приборов содержит в качестве одного из элементов жидкость. Однако работают устройства по-другому. В ходе проведения измерений происходит вытеснение напором стороннего штока и уравновешивание его уровня посредством калиброванных грузов.

При подборе необходимых параметров веса штока с грузами обеспечивается его подъем на уровень, который пропорционален измеряемому давлению.

Давление в данном случае вычисляется противовесовой массой, геометрическими значениями устройства, углом поворота корпуса. У корпуса есть 2 измерительные камеры, необходимые для подачи давления по имеющимся шлангам. Сфера применения устройств аналогична.

Пользоваться манометром несложно. Измеряемое давление напрямую связывается с плотностью рабочей среды, которая применяется в приборе. Прежде чем приступить к использованию, нужно уточнить, какой тип жидкости является рабочей средой (вода, спирт, ртуть).

Кроме того, имеет значение определение вида давления. Если трубки классического U-образного прибора открыты, жидкость будет подвергаться атмосферному давлению. Бывает, что они закрыты и присоединены к источнику давления. Когда концы трубок открыты, одинаковый уровень жидкости объясняется идентичным давлением, оказываемым на них.

При приложенном давлении на второй столб жидкостный уровень в первой трубке увеличивается. При этом высота второго столба снижается. Шкала устройства демонстрирует фактическую разность между приложенным и атмосферным давлением.

Однако при проведении такого измерения нужно помнить о смещении показателей высоты в обеих трубках.

Зачастую шкала прибора имеет специальное устройство, позволяющее регулировать положение самой шкалы.

Прежде чем приступить к проведению измерений, нужно удостовериться в совпадении уровня жидкости в обеих трубках. После этого нужно проследить за тем, чтобы оба уровня совпали с отметкой на шкале.

Данное обнуление способствует получению более точных данных, исправной работе прибора, говорит о чистоте используемой жидкости.

Манометры используют для измерения не только небольших, но и отрицательных давлений.

U-образные устройства с используемой водой применяются как напоромеры, тягонапоромеры и тягомеры при диагностировании воздушного напора, а также неагрессивных газов. Диапазон определений жидкостных манометров задается показателем высоты в трубке (размерами самого прибора и плотности используемого вещества).

Устройства применяют для градуировки манометров иных разновидностей, которые предназначены для измерения небольшого атмосферного давления, вакуума и разности давлений.

Чашечные (одно- и двухчашечные) модификации применяются для замера разницы давлений до 3 МПа. Их именуют микроманометрами с наклонной трубкой. Они безынерционные, относятся к усилительным звеньям. При увеличении чувствительности приборов автоматически уменьшается диапазон измерений микроманометров.

Условия их эксплуатации задаются температурой и ускорением падения в месте проведения замеров. Из-за воздействия температуры происходит изменение плотности, используемой для уравновешивания давления. Кроме того, изменяется длина шкалы. Погрешности измерений объясняются неточностями шкал, ошибками при отсчетах высот жидкостных столбов.

Манометр — из чего состоит? Виды и типы

Термин «манометр» в основе имеет два греческих слова: «измерять» и «неплотный». Из этого понятны его назначение и основные функции — измерения в неких неплотных средах (жидкостях и газах).

Манометр — это прибор для измерения искусственно созданного давления газа или жидкости в замкнутой системе.

Не следует путать его с барометром, который тоже показывает давление, но только атмосферное. В то время как с помощью манометра можно измерить, с какой силой жидкость или газ давит на стенки герметично закрытой емкости. Условно говоря, он показывает плотность воздуха внутри закрытого пространства.

Единица измерения давления: паскаль (Па). Она отражает силу в 1 Н, которая равномерно действует на площадь 1 кв. м. Также давление иногда измеряют в барах, атмосферах, миллиметрах ртутного или водяного столба.

Для чего нужен манометр

В зависимости от модификации манометры могут использоваться в самых разных сферах:

  • при накачивании автомобильных шин;
  • в обслуживании систем кондиционирования и отопления;
  • в гидравлических узлах для передвижения железнодорожной стрелки;
  • для контроля давления в пневматических агрегатах на производстве;
  • в нефтяной и газодобывающей промышленности;
  • для обслуживания двигателей на морских судах и т. д.

Основное назначение манометра — проинформировать об избыточном или недостаточном давлении воды, пара, газа или иной рабочей среды. В промышленности также выделяют сигнальные приборы, которые помогают предотвратить взрывы и техногенные катастрофы из-за разрыва емкостей с опасными веществами (например, аммиаком или горячим паром).

Читайте также:  Как залить масло в рохлю

Жидкостный манометр

Этот тип манометров появился первым еще в XVII веке. Он ведет свое начало от опытов Торричелли — одного из учеников Галилео Галилея.

Итальянский ученый погружал в емкость запаянную с одного конца и наполненную ртутью трубку. Некоторое количество ртути выливалось из трубки, и в ее верхней части получался вакуум. Соответственно, при повышении атмосферного давления ртутный столбик в трубке поднимался, а при понижении — опускался.

Назначение и устройство жидкостного манометра

Принцип работы жидкостного манометра в целом похож на принцип работы системы из опыта Торричелли. Этот прибор представляет собой систему сообщающихся сосудов — две трубки, соединенные в U-образную конструкцию. Система наполовину заполнена жидкостью (обычно ртутью), и если на нее действует только атмосферное давление — уровень жидкости в обеих трубках будет одинаков.

Если одну из трубок подключить к накачивающему устройству или к закрытой емкости, на жидкость в ней будет действовать измеряемое давление (Р1). В то время как на жидкость во второй трубке действует только атмосферное давление (Р2). При изменении Р1 уровень жидкости во второй трубке тоже будет меняться.

Измерив разность высоты столба Δh = h1 − h2, можно узнать, насколько изменилось давление Δp = p1 − p2.

Назначение и устройство жидкостного манометра

  • Результат измерений, полученный в сантиметрах ртутного столба, переводят в паскали из расчета:
  • 1 см ртутного столба (при 0°C) = 1333,22 Па.
  • Для получения результата сразу в паскалях можно воспользоваться формулой, которая определяет давление воды на стенки емкости:
  • Р = ρgh, где ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, h — высота столба.
  • Ускорение свободного падения (g) равно 9,8 H/кг.

Слава изобретателя манометра принадлежит Торричелли, но на самом деле он был придуман на столетие раньше Леонардо да Винчи. Гениальный художник и ученый написал трактат по гидравлике, в котором рассказал о замере давления воды с помощью U-образной системы. Однако этот труд до широкой публики дошел только в XIX веке.

Другие виды манометров

Жидкостный манометр дает возможность точных измерений, но у него есть большой недостаток: конструкция боится ударов и вибраций. Поэтому сегодня такие приборы используются в основном в лабораториях.

С развитием промышленности возникли другие типы манометров, которые могут измерять давление в любых условиях — на подвижных механизмах, при сильных вибрациях и т. д.

По конструкции выделяют деформационные и поршневые (грузопоршневые) приборы.

Деформационные манометры

Манометр деформационного типа — это компактное механическое устройство, измеряющее давление сразу в паскалях (без перевода из других единиц).

Его рабочим элементом является дугообразная или спиральная трубка Бурдона, в которую накачивается газ.

Если давление внутри трубки повышается, она начинает распрямляться, и это движение через систему тяг передается на стрелку. При снятии давления она возвращается в свое первоначальное положение.

Вместо трубки может быть использована пружина, мембрана или другой чувствительный элемент, который деформируется под давлением. Принцип действия манометра остается тем же: деформация передается на стрелку, движущуюся по шкале.

Назначение и устройство жидкостного манометра

Деформационные металлические манометры чаще всего используются в быту и на производстве. Они компактны, отлично переносят вибрации, не требуют строго вертикальной установки. Если нужно выбрать, к примеру, автомобильный манометр, он будет именно такого типа.

Деформационный манометр был изобретен случайно. В 1845 году швейцарский ученый Р. Шинц наблюдал, как на производстве рабочие восстанавливали сплющенную металлическую трубку, заглушив один ее конец и закачав внутрь воду. Под действием давления трубка разогнулась, а ученому пришла в голову мысль использовать такой же элемент для измерений, но работать с воздухом, а не с водой.

Поршневые манометры

Несмотря на то, что поршневые манометры были созданы раньше деформационных, они получили меньшее распространение. Сегодня такие приборы используются для исследования скважин в нефте- и газодобывающей промышленности, а также для сверки показаний в лабораториях.

На рисунке ниже можно увидеть, из чего состоит манометр поршневого типа. В самом простом варианте это емкость с маслом, соединенная при помощи штуцера с измеряемой средой. В емкость погружен цилиндр с тщательно притертым поршнем (зазор между стенками цилиндра и поршнем должен быть минимальным). На торце поршня закреплена тарель, на которую могут укладываться грузы.

Назначение и устройство жидкостного манометра

  1. Снизу на поршень действует измеряемое давление Р, сверху оно уравновешивается некой силой, создаваемой весом самого поршня и грузов G1+ G2.
  2. Давление под поршнем рассчитывается по формуле:
  3. , где G1— масса грузов, G2— масса поршня с тарелью, g — ускорение свободного падения, F — площадь поршня.

  4. Также давление можно выразить через силу согласно закону Паскаля:
  5. P = F / S, где F — сила, действующая на поршень, S — площадь поршня.

С помощью поршневых маномеров впервые измеряли давление ученые-физики Георг Паррот и Эмиль Ленц. Но широкое распространение эти приборы получили благодаря некому Рухгольцу, который запустил их в массовое производство.

Задачи

Чтобы научиться решать задачи под руководством опытного преподавателя, приходите на онлайн-курсы по физике для 9 класса!

Задача 1

В канистру налит бензин и высота столба составляет 0,6 м. Плотность бензина — 710 кг/м2. Определите давление бензина на дно канистры. Ускорение g равно 9,8 H/кг.

  • Решение:
  • Нам известно:
  • h = 0,6 м;
  • ρ = 710 кг/м2.
  • Согласно формуле, определяющей давление жидкости на стенки сосуда:
  • Р = ρgh;
  • P = 710 × 9,8 × 0,6 = 4174,8 Па = 4,7 кПа.
  • Ответ: 4,7 кПа.

Задача 2

На поршень, погруженный в цилиндр с маслом, положили груз весом 3 кг. Площадь поршня составляет 2 см2, а его вес — 300 гр. Чему равна сила давления под поршнем?

  1. Решение:
  2. Итак, у нас дано:
  3. G1= 3 кг;
  4. G2= 300 гр = 0,3 кг;
  5. F = 2 см2 = 0,0002 м2;
  6. Ускорение g равно 9,8 H/кг.

Назначение и устройство жидкостного манометра

Ответ: 161,7 кПа.

Жидкостные манометры и дифманометры, принцип действия, область применения

Назначение и устройство жидкостного манометра

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:

Назначение и устройство жидкостного манометра

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.

h1 – понижение столба по сравнению с исходным значением. 2. h2 – 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:

Назначение и устройство жидкостного манометра

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.

Глава 2. жидкостные манометры

Глава 2. ЖИДКОСТНЫЕ МАНОМЕТРЫ

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 Вивиаии, 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”).

Назначение и устройство жидкостного манометра

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.

Не потеряли
своего значения жидкостные манометры и в
ряде других областей (микроманометрии,
барометрии, метеорологии, при
физико-технических исследованиях).

2.1.
Основные типы жидкостных манометров и
принципы их действия

Принцип действия
жидкостных манометров можно
проиллюстрировать на примере U-образного
жидкостного манометра (рис. 4, а),
состоящего из двух соединенных между собой
вертикальных трубок 1 и 2,

Назначение и устройство жидкостного манометра

наполовину
заполненных жидкостью. В соответствии с
законами гидростатики при равенстве
давлений рi и р2
свободные поверхности жидкости (мениски) в
обеих трубках установятся на уровне I—I.

Если одно из давлений превышает другое
р2), 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—П уравнение
равновесия примет вид

Ap=pi -р2 =Н
• Р ' g,
   (2.1)

Назначение и устройство жидкостного манометра

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

Уравнение (1.6) 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
стол а жидкости, менно 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.

Чашечный жидкостный
манометр (рис. 4, б) состоит из
соединенных между собой чашки 1 и
вертикальной трубки 2, причем
площадь поперечного сечения чашки
существенно больше, чем трубки.

Поэтому под
воздействием разности давлений Ар
изменение уровня жидкости в чашке гораздо
меньше, чем подъем уровня жидкости в трубке:
Н = Нг • f/F, где Н! —
изменение уровня жидкости в чашке;
Н2 — изменение уровня
жидкости в трубке; / — площадь сечения
трубки; F — площадь сечения
чашки.

Отсюда высота столба жидкости,
уравновешивающей измеряемое давление Н
— Нх
+ Н2 = #2 (1 +
f/F), а измеряемая разность
давлений

Pi — Рг = Н2 • р • ?-(1
+ f/F).    (2.2)

Поэтому при
известном коэффициенте к= 1 +
f/F разность давлений может быть
определена по изменению уровня жидкости в
одной трубке, что упрощает процесс
измерений.

Двухчашечный манометр (рис. 4,
в) состоит из двух соединенных при
помощи гибкого шланга чашек 1 и 2,
одна из которых жестко закреплена, а вторая
может перемещаться в вертикальном
направлении.

При равенстве давлений
Р и р2 чашки, а
следовательно, свободные поверхности
жидкости находятся на одном уровне I—I.

Если
Рр2, то чашка
2 поднимается вплоть до достижения
равновесия в соответствии с уравнением
(2.1).

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

Абсолютное давление
будет измерено, если р2 = 0, т. е.
когда пространство над уровнем жидкости в
трубке 2 откачано. Тогда столб
жидкости в манометре будет уравновешивать
абсолютное давление в
трубке

i,T.e.pa6c=tf • р
g.

При измерении избыточного
давления одна из трубок сообщается с
атмосферным давлением, например,
р2 = ртш.

Если при этом
абсолютное давление в трубке 1
больше чем атмосферное давление i
>раТм)> то в соответствии с (1.

6)
столб жидкости в трубке 2
уравновесит избыточное давление в трубке
1}т. е. ри = Н • р •
g: Если, наоборот, рх

Манометры | 7 класс | Физика

Содержание

Из предыдущих уроков мы знаем, что для измерения атмосферного давления используют барометры: ртутные и анероиды.

Но как измерить давление воздуха, существенно отличающееся по величине от атмосферного давления? Для этого тоже существуют специальные приборы, речь о которых и пойдет на данном уроке.

Определение и виды

Как называют приборы для измерения давлений, больших или меньших атмосферного?

Манометр (от греческого «манос» — «редкий, неплотный» и «метрео» — «измерять») — это прибор, используемый для измерения давлений больших или меньших атмосферного.

Манометры бывают двух основных видов: жидкостные и металлические. Давайте рассмотрим устройство и принцип работы каждого из них.

{«questions»:[{«content»:»Для измерения давления, которое намного больше или меньше атмосферного, используют [[choice-33]]»,»widgets»:{«choice-33»:{«type»:»choice»,»options»:[«манометр»,»ртутный барометр»,»динамометр»,»альтиметр»,»барометр-анероид»],»answer»:[0]}}}]}

Открытый жидкостный манометр

Устройство открытого жидкостного манометра представляет собой двухколенную стеклянную трубку, наполненную жидкостью (рисунок 1). К одному концу стеклянной трубки прикреплена резиновая трубка. Она соединена с плоской коробочкой, затянутой резиновой пленкой.

Рисунок 1. Открытый жидкостный манометр

Почему в открытом манометре уровни однородной жидкости в обоих коленах одинаковые?Трубка такого манометра представляет собой сообщающиеся сосуды. Так как на поверхность жидкости действует только атмосферное давление, она устанавливается на одинаковом уровне.

{«questions»:[{«content»:»Перед началом измерений жидкость в коленах открытого жидкостного манометра находится[[choice-38]]»,»widgets»:{«choice-38»:{«type»:»choice»,»options»:[«на одинаковых уровнях»,»на разных уровнях»,»только в одном колене»],»answer»:[0]}}}]}

Измерение давления воздуха с помощью жидкостного манометра

Что произойдет, если мы надавим пальцем на пленку? На рисунке 2 видно, что уровень жидкости в колене манометра, который соединен с резиновой трубкой, понизится.

Рисунок 2. Изменение уровня жидкости в коленах манометра

Вспомним закон Паскаля: давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Значит, когда мы надавили на пленку, мы увеличили давление воздуха в коробке.

https://www.youtube.com/watch?v=_81zTPs1bUo\u0026t=496s

Сама коробка соединена с коленом стеклянной трубки. Значит, давление передается и на жидкость в этом колене. Обозначим его «первым». То есть давление в первом колене будет больше давления во втором, потому что на второе колено действует только атмосферное давление воздуха.

Мы увидим, что жидкость придет в равновесие и остановится. Это случится, когда избыточное давление в первом колене сравняется с давлением избыточного столба жидкости в другом.

От силы нажатия на пленку будет зависеть оказываемое давление. Чем сильнее мы будем нажимать, тем выше будет избыточный столб жидкости. Значит, изменение давления связано с высотой этого избыточного столба.

{«questions»:[{«content»:»Если оказать давление на жидкость в первом колене жидкостного манометра, то уровень жидкости во втором колене[[choice-45]]»,»widgets»:{«choice-45»:{«type»:»choice»,»options»:[«повысится»,»понизится»,»не изменится»],»answer»:[0]}}}]}

Измерение давления жидкости с помощью жидкостного манометра

С помощью жидкостного манометра мы можем измерить давление и в жидкостях. Обратите внимание на рисунок 3, а.

Рисунок 3. Измерение давления жидкости с помощью открытого жидкостного манометра

Конструкция манометра не изменена. Но тем не менее мы можем погрузить коробочку, обтянутую пленкой, в емкость с водой. Чем глубже находится коробочка, тем больше становится разность высот жидкости в коленах манометра (рисунок 3, б). Можно сказать, что тем большее давление производит жидкость в емкости.

Как показать, что давление в жидкости на одной и той же глубине одинаково по всем направлениям?Для этого нам нужно переворачивать коробочку в разные стороны на одной глубине. Мы увидим, что показания манометра не будут меняться.

Давление в жидкости по всем направлениям на одной глубине/высоте одинаково.

{«questions»:[{«content»:»На одной и той же глубине давление в жидкости[[choice-48]]»,»widgets»:{«choice-48»:{«type»:»choice»,»options»:[«одинаково по всем направлениям»,»отсутствует»,»максимально в направлении действия силы тяжести»],»answer»:[0]}}}]}

Металлический манометр

Внешний вид металлического манометра представлен на рисунке 4. А вот его внутреннее устройство может быть двух разных типов. Рассмотрим каждый из них.

Рисунок 4. Металлический манометр

  • Внутренне устройство металлического манометра 1-го типа показано на рисунке 5.

Рисунок 5. Устройство металлического манометра 1-го типа

Изогнутая пустотелая трубка 1 запаяна с одного конца. С другой стороны она соединяется с краном 4. Этот кран сообщается с сосудом, в котором необходимо измерить давление.

При увеличении давления трубка начинает разгибаться. При помощи рычажного механизма 4 и зубчатки 3 она передает движение стрелке 2. Так стрелка начинает двигаться вдоль шкалы прибора.

Трубка обладает некоторой упругостью. Поэтому при уменьшении давления она возвращается в свое изначальное положение. Стрелка же возвращается к нулевому делению шкалы.

{«questions»:[{«content»:»В основе устройства металлического манометра находится [[fill_choice-51]], которая при увеличении давления разгибается и заставляет двигаться стрелку прибора.»,»widgets»:{«fill_choice-51»:{«type»:»fill_choice»,»options»:[«полая трубка»,»зубчатка»,»трубка с жидкостью»],»answer»:0}}}]}

Устройство металлического манометра 2-го типа

На рисунке 6 представлено устройство металлического манометра 2-го типа.

Рисунок 6. Устройство металлического манометра 2-го типа

Различие в строении заключается только в том, что трубка 1 запаяна с двух сторон. При этом она имеет выход для подключения к сосуду, в котором необходимо измерить давление. Также здесь присутствуют две тяги (рычага) 2. При разгибании трубки, они заставляют стрелку 3 двигаться вдоль шкалы прибора.

Заметим, что, несмотря на небольшие различия в устройстве (рисунки 5 и 6), принцип действия металлических манометров остается одним и тем же.

Применение манометров

Манометры являются одними из самых распространенных приборов, которые можно встретить в различных системах. Например, в котлах отопления, газопроводах, водопроводах, компрессорах, автоклавах, баллонах, баллонных пневматических винтовках и т. д.

Преимущества работы с ними очевидны. Они помогают держать под контролем уровень давления в различных механизмах.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector