Жидкостные приборы для измерения давления

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).

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.

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.

• 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.

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.

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.

Ответ: 161,7 кПа.

Жидкостные приборы для измерения давления

Исторически первыми, используемыми для измерения давления, были жидкостные приборы, в основу которых положен принцип уравновешивания измеряемого давления или разности давлений гидростатическим давлением столба жидкости в приборе. Величина измеряемого давления определяется из основного уравнения гидростатики:

Раабс = Р0 + gh,  (1.1)

где Раабс – абсолютное давление в точке А; Р0- внешнее давление (над свободной поверхностью); h –высота столба жидкости с плотностью  (между уровнями т. А и свободной поверхностью).

• Если точка А и свободная поверхность разделены несколькими столбами (слоями) жидкости с различными плотностями, то абсолютное давление находится суммированием давлений всех i столбов жидкости с внешним давлением
•  (1.2)

       1.2.2. Пьезометр

       Пьезометр (рис. 1.1.) применяется для измерения превышения давления над атмосферным, т.е. избыточного (манометрического) давления.

Пьезометр представляет собой открытую прозрачную (стеклянную) трубку с измерительной шкалой, которая подключается к сосуду в точке, расположенной на одном уровне с точкой искомого давления.

Уровень жидкости в пьезометре определяет величину гидростатического напора (h + h1) (или пьезометрическую высоту):

1.     откуда   (1.3)
2. где h1 – поправка на положение прибора, определяемая глубиной точки А от нулевого уровня шкалы прибора.
3.        При определении давления пьезометром вводится поправка на капиллярность мм, если трубка имеет малый диаметр (обычно d 5 мм), и поправка на температурное расширение (изменение плотности) жидкости.
4.        Погрешности при измерении связаны обычно с неточным определением плотности, неточностью установки и градуирования шкалы и визуальным снятием показаний.

Рис. 1.1. Пьезометр:

1 – открытая трубка; 2 – сосуд (трубопровод) под давлением; 3 – место измерения давления в произвольно выбранной т. А; 4 – кран для удаления воздуха из трубки; 5 – кран для отключения прибора.

       1.2.3. Обратный пьезометр

       Вакуум в закрытом сосуде можно измерить с помощью обратного пьезометра (рис. 1.2.), представляющего собой стеклянную трубку, опущенную в открытую емкость с жидкостью. Второй конец трубки присоединен к сосуду. Трубка снабжена шкалой. Жидкость в пьезометрической трубке поднимается на некоторую высоту (ваккуметрическую) hвак. Уравнение равновесия записывается в виде

откуда

Обратным пьезометром можно также определить избыточное или манометрическое давление в закрытом сосуде (рис. 1.3.)

(1.5)

Рис. 1.2. Обратный пьезометр при измерении вакуума: 1- пьезометрическая трубка; 2 – сосуд с вакуумом; 3 – кран для отключения прибора; 4 – емкость с жидкостью.

Рис. 1.3. Обратный пьезометр при измерении избыточного давления: 1 — пьезометрическая трубка; 2 – сосуд с избыточным давлением; 3 – кран для отключения прибора; 4 – емкость с жидкостью.

       В качестве рабочей жидкости в обратном пьезометре используется вода, ртуть, трансформаторное масло и т.д.

       Диапазон измерения определяется только плотностью жидкости и длиной пьезометрической трубки.

       1.2.4. Чашечные (однотрубные) мановакууметры.

       Близки по конструкции к обратному пьезометру чашечные однотрубные мановакууметры (рис. 1.4.). На рис. 1.4а показано применение мановакууметра для измерения избыточного давления, а на рис. 1.4б – вакуума.

       Объем жидкости, вытесненной из чашки, равен объему жидкости, поступившей в измерительную трубку

или (1.6)

где f и F – площади поперечного сечения измерительной трубки и чашки. Если f

Жидкостные манометры и дифманометры, принцип действия, область применения

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.

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:

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.

Жидкостные приборы давления

• Тема 1.2 Измерение давления
• 1 Классификация технических средств измерения давления
• 2 Измерительные преобразователи давления и разрежения
• 3 Дифференциальные манометры и измерительные преобразователи перепада давления
• Классификация средств измерения давления
• Под давле­нием в общем случае понимают предел отношения нормальной составляющей силы к площади, на которую действует сила.
• За единицу измерения давления в системе СИ принят паскаль (Па).
• Различают несколько разновидностей давления.
• Обычно изме­ряют избыточное давление ризб — при этом за нуль (начало отсчета) принимают атмосферное давление ратм — давление воздуха в при­земном слое атмосферы, ратм = 101325 Па.
• Сумма атмосферного и избыточного давлений представляет со­бой абсолютное давление: Рабс = Ратм + Ризб
• Если абсолютное давление меньше атмосферного, то их раз­ность называется разрежением, или вакуумом: Рвак =Ратм -Рабc
• В зависимости от вида и величины измеряемого давления при­боры для измерения давления условно подразделяют на:
• ■ манометры — для измерения избыточного давления в широ­ком диапазоне;
• ■ напоромеры — для измерения избыточного давления до 0,4х105Па;
• ■ вакуумметры — для измерения глубокого разрежения;
• ■ мановакуумметры —для измерения избыточного давления и вакуума;
• ■ тягомеры — для измерения разрежения до 0,4 • 105 Па;
• ■ тягонапоромеры — для измерения избыточного давления до 0,4-105 Па и разрежения до 0,4-105 Па;
• ■ дифференциальные манометры (дифманометры) — для измере­ния разности (перепада) давлений.
• ■ барометры — приборы для измерения барометрического давления атмосферного воздуха

1. По принципу действия приборы для измерения давления де­лятся на:
2. 1) жидкостные, основанные на уравновешивании измеряемого давления гидростатическим давлением столба жидкости;
3. 2) грузопоршневые, в которых измеряемое давление уравно­вешивается внешней силой, действующей на поршень;
4. 3) деформационные (пружинные), измеряющие давление по величине деформации различных упругих элементов или по раз­виваемой ими силе;
5. 4) электрические, основанные либо на преобразовании давле­ния в какую-нибудь электрическую величину, либо на изменении электрических свойств материала под действием давления.
6. В последние годы в процессы измерения внедряются приборы, работа которых основана на других принципах действия измерительных преобразователей давления:
7. — волоконно-оптические;
8. — индукционные;
9. — гальваномагнитные;
10. — объемного сжатия;
11. — акустические;

— диффузионные и т.д.

Первичные преобразователи давления могут формировать как неэлектрический, так и электрический выходной сигнал.

Преобра­зователи, формирующие неэлектрический выходной сигнал в виде силы или перемещения, объединяются в один блок с измеритель­ным прибором и используются для местного контроля давления, а также в системах локальной автоматики, где не требуется пере­дачи сигналов на большие расстояния.

Если результаты измерений необходимо передавать на расстояние, то целесообразно приме­нять приборы с возможностью промежуточного преобразования этого неэлектрического сигнала в унифицированный электриче­ский или пневматический. При этом первичный и промежуточный преобразователи объединяют в один измерительный преобразова­тель.

Измерительные преобразователи давления и разрежения

Жидкостные приборы давления

Жидкостные приборы отличаются простотой устройства и отно­сительно высокой точностью измерения; они широко применяются как для лабораторных, так и для технических измерений. Жидко­стные приборы служат для градуировки и поверки приборов других систем, для измерения небольших избыточных давлений, разрежений, разности давлений, а также атмосферного давления.

Двухтрубный U-образный манометр (рис. 1) состоит из стек­лянной трубки, изогнутой в виде буквы U. Трубка укреплена на доске со шкалой, расположенной между ветвями трубки. Трубка манометра заполнена жидкостью (ртутью, водой, спиртом).

Если давление в пространстве, присоединенном к манометру, ниже атмосферного, то жидкость в трубках манометра переместится в обратном направлении и высота ее столба будет соответство­вать разрежению (вакууму).

Присоединив оба свободных конца трубки — манометра к двум полостям с разными давлениями, можно по разности уровней жидкости в приборе определить разность давлений. Манометр наполняется жидкостью до нуле­вой отметки шкалы.

Для определения высоты столба жидкости необходимо делать два отсчета — снижения в одном колене, подъема в другом — и сум­мировать замеренные величины, т. е. Н = h1 + h2

Рисунок 1 — Двухтрубный (U-образный) манометр:

1 – стеклянная трубка; 2 – доска.

Рисунок 2 – Общий вид жидкостного манометра

Жидкостные приборы для измерения давления, принцип их действия

• Жидкостные приборы для измерения давлений, принцип их действия.
• К жидкостным относятся приборы, основанные на гидростатическом принципе действия,
• заключающемся в том, что измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости, высота которого служит мерой давления.

Приборы для измерения давления весьма разнообразны. Они классифицируются по различным признакам.

По характеру измеряемой величины приборы разделяются на:

— пьезометры — для измерения избыточного давления, т.е. разности между абсолютным и атмосферным давлением;

— вакуумметры — для измерения вакуума, т.е. разности между атмосферным и абсолютным давлением;

1. — дифференциальные манометры (дифманометры) для измерения произвольной разности давлений в двух произвольных точках.
2. — мановакууметры – для измерения как избыточного, так и
3. вакуумметрического давления.

Простейшим из жидкостных приборов является пьезометр — вертикальная стеклянная трубка диаметром 8-10 мм, снабжённая шкалой. Один конец трубки открыт и сообщается с атмосферой, другой присоединен к области, в котором измеряется давление. Под действием избыточного давления в сосуде жидкость поднимается по пьезометру на высоту Н, называемую в данном

• случае пьезометрической высотой

• Абсолютное давление в точке присоединения пьезометра вычисляется по формуле pабс = pатм + γhp
• или
• pабс = pатм + pизб
• Избыточное давление на том же уровне может быть определено по формуле pизб = pабс − pатм = γhp.
• Вакуумметр (или обратный пьезометр) представляет собой изогнутую трубку, один конец которой помещается в область вакуума, а другой – в открытый сосуд, заполненный жидкостью . Так как в области вакуума pатм > pвак, то жидкость под действием атмосферного давления из открытого
• сосуда поднимется в трубке на высоту hвак, называемую в данном случае вакуумметрической высотой.
• Величина вакуумметрического давления может быть определена из условия равновесия pабс + γhв = pатм,
• откуда следует, что
• pвак = pатм − pабс = γhвак

Величина вакуумметрического давления так же может быть выражена высотой столба жидкости, т.е. вакуумметрической высотой

hвак =pвак/γ

Жидкостные мановакууметры представляют собой U-образную трубку, один конец которой

присоединён к области измерения давления (избыточного или вакуумметрического), а другой открыт в атмосферу.

Трубка заполнена рабочей жидкостью (вода, масло, ртуть и др.). До подключения U-образного манометра к области давления рабочая жидкость в обоих коленах будет стоять на одном уровне .

После подключения — уровень рабочей жидкости в коленах будет либо снижаться, либо повышаться до установления равновесия. Разность

высот уровней жидкости в коленах является показанием прибора. Для отсчёта показаний прибор снабжён шкалой.

Показание прибора (значение h) зависит от разности давлений на поверхностях жидкости в коленах U-образного монавакууметра. Если давление в жидкости рассматриваемого сосуда

больше атмосферного, то уровень жидкости в левом колене будет ниже, чем в правом (открытым в атмосферу). Следовательно мановакууметр показывает величину избыточного давления.

1. Если давление в сосуде меньше атмосферного, то уровень жидкости в левом колене будет выше, чем в правом (открытым в атмосферу). Следовательно, мановакууметр показывает величину
2. вакуумметрического давления.
3. Из уравнения равновесия для первого случая pабс + ρghA = pатм + ρgh
4. получим
5. pабс − pатм = ρgh − ρghA.
6. Прибор измеряет избыточное давление, если pабс − pатм > 0, или вакуум, если pабс − pатм < 0.
7. Для определения разности давлений в двух произвольно взятых в точках применяется
8. жидкостный дифференциальный манометр, который представляет собой U- образную стеклянную трубку, частично
9. заполненную жидкостью.
10. Жидкостный дифманометр даёт показания разности (перепада) давлений, выраженной высотой столба налитой в него жидкости
11. h =(p1−p2)/γ
12. Следует обратить внимание на то, что избыточное давление или вакуум равны весовому давлению только в том случае, если в какой-либо точке столба жидкости давление оказалось равным атмосферному!

Приборы для измерения давления. Виды и работа. Применение

Характеристикой давления является сила, которая равномерно воздействует на единицу площади поверхности тела. Эта сила оказывает влияние на различные технологические процессы. Давление измеряется в паскалях. Один паскаль равен давлению силы в один ньютон на площадь поверхности в 1 м2. Применяют приборы для измерения давления.

Виды и работа

Приборы для измерения давления, называются манометрами. В технике чаще всего приходится определять избыточное давление. Значительный интервал измеряемых величин давлений, особые условия измерения их во всевозможных технологических процессах обуславливает разнообразие видов манометров, которые имеют свои различия по конструктивным особенностям и по принципу работы

Виды давления

• Атмосферное давление образуется атмосферой Земли.
• Вакуумметрическое давление – это давление, не достигающее величины атмосферного давления.
• Избыточное давление – это величина давления, превосходящая значение атмосферного давления.
• Абсолютное давление определяется от величины абсолютного нуля (вакуума).

Барометры

Барометром называют прибор, измеряющий давление воздуха в атмосфере. Существует несколько видов барометров.

Ртутный барометр действует на основе перемещения ртути в трубке по определенной шкале.

Жидкостный барометр работает по принципу уравновешивания жидкости давлением атмосферы.

Барометр-анероид работает на изменении размеров металлической герметичной коробки с вакуумом внутри, под действием давления атмосферы.

Электронный барометр является более современным прибором. Он преобразовывает параметры обычного анероида в цифровой сигнал, отображающийся на жидкокристаллическом дисплее.

 

Жидкостные манометры

В этих моделях приборов давление определяется высотой столба жидкости, которое выравнивает это давление. Жидкостные приборы для измерения давления чаще всего выполняют в виде 2-х стеклянных сосудов, соединенных между собой, в которые залита жидкость (вода, ртуть, спирт).

Рис-1

Один конец емкости соединен с измеряемой средой, а второй открыт. Под давлением среды жидкость перетекает из одного сосуда в другой до выравнивания давления. Разность уровней жидкости определяет избыточное давление. Такими приборами замеряют разность давлений и разрежение.

На рисунке 1а изображен 2-х трубный манометр, измеряющий вакуум, избыточное и атмосферное давление. Недостатком является значительная погрешность измерения давлений, имеющих пульсацию. Для таких случаев применяют 1-трубные манометры (рисунок 1б). В них один край сосуда большего размера. Чашка соединена с измеряемой полостью, давление которой передвигает жидкость в узкую часть сосуда.

При замере берется во внимание только высота жидкости в узком колене, так как жидкость изменяет свой уровень в чашке незначительно, и этим пренебрегают. Чтобы произвести замеры малых избыточных давлений используют 1-трубные микроманометры с трубкой, наклоненной под углом (рисунок 1в). Чем больше наклон трубки, тем точнее показания прибора, вследствие увеличения длины уровня жидкости.

Особой группой считаются приборы для измерения давления, в которых движение жидкости в емкости действует на чувствительный элемент – поплавок (1) на рисунке 2а, кольцо (3) (рисунок 2в) или колокол (2) (рисунок 2б), которые связаны со стрелкой, являющейся указателем давления.

Рис-2

Преимуществами таких приборов является дистанционная передача и их регистрация значений.

Деформационные манометры

В технической области приобрели популярность деформационные приборы для измерения давления. Их принцип работы заключается в деформации чувствительного элемента. Эта деформация появляется под действием давления. Упругий компонент связан со считывающим устройством, имеющим шкалу с градуировкой единицами давления.

Деформационные манометры делятся на:

• Пружинные.
• Сильфонные.
• Мембранные.

Рис-3

Пружинные манометры

В этих приборах чувствительным элементом является пружина, соединенная со стрелкой передаточным механизмом. Давление воздействует внутри трубки, сечение старается принять круглую форму, пружина (1) пытается раскручиваться, в результате стрелка передвигается по шкале (рисунок 3а).

Мембранные манометры

В этих приборах упругим компонентом является мембрана (2). Она прогибается под давлением, и воздействует на стрелку с помощью передаточного механизма. Мембрану изготавливают по типу коробки (3). Это увеличивает точность и чувствительность прибора из-за большего прогиба при равном давлении (рисунок 3б).

Сильфонные манометры

В приборах сильфонного типа (рисунок 3в) упругим элементом является сильфон (4), который выполнен в виде гофрированной тонкостенной трубки. В эту трубку воздействует давление. При этом сильфон увеличивается в длину и с помощью механизма передачи передвигает стрелку манометра.

Сильфонные и мембранные виды манометров используют для замеров незначительных избыточных давлений и вакуума, так как упругий компонент имеет небольшую жесткость. При применении таких приборов для измерения вакуума они получили название тягомеров. Прибор, измеряющий избыточное давление, является напоромером, для измерения избыточного давления и вакуума служат тягонапоромеры.

Приборы для измерения давления деформационного типа имеют преимущество в сравнении с жидкостными моделями. Они позволяют производить передачу показаний дистанционно и записывать их в автоматическом режиме.

Это происходит вследствие преобразования деформации упругого компонента в выходной сигнал электрического тока. Сигнал фиксируется приборами измерений, которые имеют градуировку по единицам давления. Такие приборы имеют название деформационно-электрических манометров. Широкое использование нашли тензометрические, дифференциально-трансформаторные и магнитомодуляционные преобразователи.

Дифференциально-трансформаторный преобразователь

Рис-4

Принципом работы такого преобразователя является изменение силы тока индукции в зависимости от величины давления.

Приборы с наличием такого преобразователя имеют трубчатую пружину (1), которая передвигает стальной сердечник (2) трансформатора, а не стрелку. В итоге изменяется сила индукционного тока, подающегося через усилитель (4) на измерительный прибор (3).

Магнитомодуляционные приборы для измерения давления

В таких приборах усилие преобразуется в сигнал электрического тока вследствие передвижения магнита, связанного с упругим компонентом. При движении магнит воздействует на магнитомодуляционный преобразователь.

Электрический сигнал усиливается в полупроводниковом усилителе и поступает на вторичные электроизмерительные устройства.

Тензометрические манометры

Преобразователи на основе тензометрического датчика работают на основе зависимости электрического сопротивления тензорезистора от величины деформации.

Рис-5

Тензодатчики (1) (рисунок 5) фиксируются на упругом элементе прибора. Электрический сигнал на выходе возникает вследствие изменения сопротивления тензорезистора, и фиксируется вторичными устройствами измерения.

Электроконтактные манометры

В схемах сигнализации, системах авторегулирования технологических процессов, приборах тепловой защиты популярными стали электроконтактные манометры. На рисунке изображена схема и вид прибора.

Рис-6

Упругим компонентом в приборе выступает трубчатая одновитковая пружина. Контакты (1) и (2) выполняются для любых отметок шкалы прибора, вращая винт в головке (3), которая находится на внешней стороне стекла.

При уменьшении давления и достижении его нижнего предела, стрелка (4) с помощью контакта (5) включит цепь лампы соответствующего цвета. При возрастании давления до верхнего предела, который задан контактом (2), стрелка замыкает цепь красной лампы контактом (5).

Классы точности

Измерительные манометры разделяют на два класса:

Образцовые приборы определяют погрешность показаний рабочих приборов, которые участвуют в технологии производства продукции.

Класс точности взаимосвязан с допустимой погрешностью, которая является величиной отклонения манометра от действительных величин. Точность прибора определяется процентным соотношением от максимально допустимой погрешности к номинальному значению. Чем больше процент, тем меньше точность прибора.

Образцовые манометры имеют точность намного выше рабочих моделей, так как они служат для оценки соответствия показаний рабочих моделей приборов. Образцовые манометры применяются в основном в условиях лаборатории, поэтому они изготавливаются без дополнительной защиты от внешней среды.

Пружинные манометры имеют 3 класса точности: 0,16, 0,25 и 0,4. Рабочие модели манометров имеют такие классы точности от 0,5 до 4.

Применение манометров

Приборы для измерения давления наиболее популярные приборы в различных отраслях промышленности при работе с жидким или газообразным сырьем.

Перечислим основные места использования приборы для измерения давления в:

• Газо- и нефтедобывающей промышленности.
• Теплотехнике для контроля давления энергоносителя в трубопроводах.
• Авиационной отрасли промышленности, автомобилестроении, сервисном обслуживании самолетов и автомобилей.
• Машиностроительной отрасли при применении гидромеханических и гидродинамических узлов.
• Медицинских устройствах и приборах.
• Железнодорожном оборудовании и транспорте.
• Химической отрасли промышленности для определения давления веществ в технологических процессах.
• Местах с применением пневматических механизмов и агрегатов.

Похожие темы: