Приборы для измерения давления


Приборы, служащие для измерения избыточного давления, называются манометрами. В зависимости от конструкции и назначения манометры манометры могут быть жидкостными и механическими. Самый простейший жидкостной манометр – пьезометр, который свое название получил от слияния двух греческих слов (пьезо – давление и метр - измеряю). Наибольшее применение пьезометр получил для измерения малых давлений в лабораторных условиях. Пьезометр представляет собой стеклянную трубку (Рис. 2.17), подключенную одним концом к месту измерения давления (точка а) и открытую с другого конца. В закрытом сосуде над свободной поверхностью жидкости едйствует избыточное давление р0. В результате этого в пьезометре, подключенном к сосуду на глубине h, жидкость поднимается на высоту Н.

Уравнение равновесия для точки а, взятой в начальном сечении трубки будет иметь вид:

откуда

Следовательно, уровень жидкости в пьезометре Н указывает избыточное давление в точке подключения пьезометра. Если к сосуду подключить закрытый с другого конца пьезометр, предварительно откачав из него воздух, то уровень жидкости в пьзометре покажет величину абсолютного давления. 

Для измерения давления в жидкости меньшего, чем атмосферное служит вакуумметр (Рис. 2.18).

Принцип работы вакуумметра заключается в следующем. В открытый резервуар с жидкостью опущена стеклянная трубка, сообщающаяся с закрытым резервуаром, из которого выкачана часть воздуха  Под действием атмосферного давления на свободной поверхности открытого сосуда часть жидкости войдет в трубку и установится на высоте Нвак.

Уравнение равновесия в точке а, будет иметь вид:

откуда

т.е. разность между атмосферным и абсолютным давлением в закрытом резервуаре определяется высотой столба жидкости в вакуумметре.

               

При измерении избыточного давления более 20000–30000 Па в жидкостных манометрах в качестве рабочей жидкости целесообразно применять ртуть.

Ртутно-чашечные приборы  представляют собой U – образную трубку, в левом колене которой установлена чашка, заполненная ртутью (Рис. 2.19). Размер чашки должен быть таким, чтобы при вытеснении ртути в правое колено трубки изменение уровня ртути в чашке было бы незначительным. Нуль шкалы ртутно-чашечного прибора совпадает с уровнем ртути в чашке при h=0.

Абсолютное гидростатическое давление в точке О (Рис. 2.19 а) на поверхности ртути в чашке манометра  т.е.  Следовательно, высота ртутного столба h, указывает избыточное давление в сосуде, к которому подключен ртутно-чашечный манометр.

Ртутно-чашечным вакуумметром измеряют недостаток давления до атмосферного (Рис.2.19 b). Если резервуар, подключенный к левому колену вакуумметра, находится под вакуумом, то ртуть в правом колене опустится по сравнению с ее уровнем в чашке на высоту h. Эта высота, отсчитываемая от поверхности ртути в чашке, пропорциональна вакууму в резервуаре, к которому подключен вакуумметр

Для измерения разности давлений применяют дифференциальные манометры.

Дифференциальный манометр (Рис. 2.20), плотность рабочей жидкости в котором, например, ртуть, больше плотности жидкости, заполняющей резервуары 1 и 2 (rраб > rж), применяют при измерении больших перепадов давлений.

На поверхности раздела двух жидкостей (плоскость А–А – поверхность уровня), давления в левой и правой трубках равны, т.е.

Следовательно,

 и перепад давления в сосудах  можно определить по разности уровней ртути в дифференциальном манометре с учетом различия в плотности рабочей жидкости и жидкости, заполняющей сосуды.

При малых разностях давлений применяют дифференциальные манометры (Рис. 2.21), в которых плотность рабочей жидкости, например, масло, меньше плотности жидкости, заполняющей резервуары 1 и 2 (rраб < rж).  В этом случае  При значениях  rраб, близких к  rж, чувствительность манометра к перепаду давлений достаточно велика.

Для измерения очень малых давлений или перепадов давлений применяют микроманометры. Для увеличения точности показаний измерительная трубка устанавливается наклонно, и поэтому измерительная шкала растягивается пропорционально значению sina. При необходимости угол наклона можно изменить в желаемых пределах. Манометр заполняется легкими жидкостями, дающими малые мениски (спирт). При помощи таких микроманометров можно измерять давления и перепады давления порядка 10 Па с точностью до ± 1 Па.

Для удобства отсчета давления шкала может быть выполнена в более крупном масштабе, в этом случае сразу получается готовая величина измеряемого давления.

Для технических измерений давления, превышающего 200 – 300  кПа, обычно применяют пружинные и мембранные манометры (Рис. 2.22). Давление, подводимое к пружинному манометру (Рис. 2.22 а), вызывает деформацию латунной трубки-пружины 3 (трубка Бурдона) переменного сечения, согнутой по окружности. Трубка-пружина стремиться разогнуться, и движение ее конца преобразуется в перемещение стрелки 2, показывающей величину измеряемого давления на циферблате 1. Подобно этому в мембранном манометре деформация мембраны 4 также передается стрелке, показывающей измеряемое давление (Рис.2.22 b).