Манометр ртутный принцип действия: Ртутный манометр принцип действия

Содержание

Ртутный манометр принцип действия

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.

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.

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.

U-образные манометры — книга «МАНОМЕТРЫ» от НПО «ЮМАС»

      U-образный манометр – это жидкостный манометр, состоящий из сообщающихся сосудов, в которых измеряемое давление определяют по одному или нескольким уровням жидкости/16/.

В U-образных стеклянных манометрах свободный конец трубки сообщается с атмосферой, а к другому концу подводится измеряемое давление. Простейшая схема измерения давления жидкостным стеклянным манометром показана на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Схема функционирования  стеклянного   жидкостного  манометра

        Атмосферное давление ратм воздействует на один конец U-образной трубки, частично заполненной рабочей жидкостью. Другой конец трубки с помощью различного рода подводящих устройств соединен с областью измеряемого давления рабс. При рабс  > ратм жидкость, находящаяся в части подведенного измеряемого давления, будет вытесняться в часть, соединенную с атмосферой. В результате между уровнями жидкостей, находящимися в разных частях U-образной трубки, образуется столб жидкости, высота h которого определяется из выражения  

h = (рабс – ратм)/((rж – rатм )g),                   (3.1) 

где рабс – абсолютное измеряемое давление; rж – плотность рабочей жидкости; rатм – то же окружающей атмосферы; g – ускорение свободного падения, принимаемое в среднем равным 9,80665 м/с2, но имеющее зависимость от географической широты местности.

Высота столба рабочей жидкости h состоит из двух частей: высоты h1, представляющей понижение столба жидкости относительно начального – «нулевого» уровня, и высоты h2 – отражающей его повышение в другой части U-образной трубки, т. е. увеличение относительно начального положения – («нуля»).

Плотностью окружающей среды, т. е. воздуха из-за условия rж >> rатм можно пренебречь. Учитывая выражение (1.3), определяющее разность между абсолютным и атмосферным давлением как избыточное, зависимость (3.1) может быть представлена как 

                     h = ризб/(rж g).                              (3. 2) 

Здесь ризб – измеряемое избыточное давление.

Из (3.2) измеряемое избыточное давление, определяемое с помощью стеклянного жидкостного манометра, может определяться как

                       ризб = hrж g.                               (3.3) 

     Для измерения давления разряженных газов используются жидкостные стеклянные манометры, схема которых представлена на рис. 3.2.

 

Рис. 3.2. Схема стеклянного жидкостного вакуумметра абсолютного давления

        В этих приборах к одному концу стеклянной U-образной трубки подводится вакуумметрическое давление, другой конец герметично запаян. Для этого случая выражение (3.1) в общем виде можно представить как  

                          – h = (ратм – рабс)/(rж g).                 (3.4) 

 

В торце запаянного конца давление равно нулю.

Если в запаянном конце будет находиться воздух, то вакуумметрическое избыточное давление может быть определено как 

 ратм – рабс = ризбhrж g.                       (3.5) 

В некоторых типах приборов воздух в запаянном конце «откачивается» и при заполнении рабочей жидкостью близко к «абсолютному нулю», т. е. прибор заполняется рабочей жидкостью под вакуумом и давление противодействия ратм = 0. Тогда выражение (3.5) может быть представлено в следующем виде:  

                   рабс= hrж g.                                (3.6) 

Конструкция, в которой запаянный конец перед заполнением рабочей жидкостью вакууммируется, может использоваться в качестве барометра. Отсчет значения барометрического давления производится по величине столба жидкости в запаянной части трубки.

Минус в уравнении (3.4) определяет вакуумметрическое давление. Высота столба жидкости h в этом случае определяет верхний предел диапазона измерения и является составляющей 

h = h1 + h2.                                (3.7)

   Здесь h1 и h2 — высота столбов жидкости, вытесненной под воздействием измеряемого давления от начальной отметки – нуля в двух трубках U-образного манометра.

 

Рис. 3.3. U-образный жидкостный стеклянный мановаку-умметр:

1 – U-образная стеклянная трубка; 2 – крепежные скобы;    3   –   основание;    4   – шкальная пластина

       На рис.3.3 показан U-образный жидкостный стеклянный мановакуумметр. U-образная стеклянная трубка 1 с помощью скоб 2 крепится на металлическом или деревянном основании 3. На нем же между двумя трубками установлена шкальная пластина 4 с нанесенной линейной разметкой. Трубка заполняется рабочей жидкостью до нулевой отметки относительно шкальной пластины. Утолщения на концах стеклянной трубки предназначены для более плотного подсоединения резиновых шлангов. 

При измерении избыточного давления к одному концу U-образной трубки подается среда измеряемого давления. Второй выход остается свободным и сообщается с атмосферой. Аналогичная ситуация происходит при измерении вакуумметрического давления. Симметричность линейной разметки на шкальной пластине обеспечивает применимость прибора для измерения избыточного и (или) вакуумметрического давления.

При измерении дифференциального (разностного) давления «плюсовый» и «минусовый» каналы подсоединяются к концам стеклянной U-образной трубки 1. Из-за симметричности линейной разметки практически отсутствуют различия в соответствии подведенного давления

на концах трубки.

U-образные жидкостные манометры с водой в качестве рабочей жидкости могут использоваться как напоромеры, тягонапоромеры и тягомеры для измерения давления воздуха, неагрессивных газов в диапазоне ±10 кПа. При давлении ±0,1 МПа рабочей жидкостью манометра может служить ртуть. Такие приборы применяются для измерения давления воды, неагрессивных жидкостей и газов.    

Ниже приведены приблизительные оценки основных погрешностей, воздействующих, по данным С. Ф. Чистякова/2/, на точность показаний стеклянного жидкостного ма-нометра:

· погрешность градуировки шкалы составляет до 0,2-0,4 мм;

· смачиваемость стекла – капиллярные силы вносят неточность до 0,1-0,2 мм;

· отклонение прибора от строго вертикального положения может приводить к погрешности до 0,03 % на каждый градус.

Кроме этого, достаточно большую погрешность могут вносить: неравномерность сечения стеклянных трубок по их высоте, а при точных измерениях, как это следует из (3.3), варьирование плотности рабочей жидкости rж с изменением ее температуры, а также ускорение свободного падения g.

При использовании табличных данных погрешность определения плотности рабочей жидкости rж, по показателям разных авторов, не превышает 0,005 %. Следует обратить внимание на применение жидкостей, способных поглощать влагу или испаряться. Так, в большинстве случаев теоретическая и реальная плотности спиртов различаются, и табличные данные принимаются по некорректным начальным параметрам, что изначально приводит к появлению погрешности.

Некоторые производители к документации на жидкостный измеритель давления прилагают таблицу изменения плотности рабочей жидкости и поправок на вариацию этой плотности в зависимости от температуры, а также, например, для спиртов, таблицу зависимости плотности от его крепости.

Ускорение свободного падения g незначительно зависит от географической широты местности. его величина остается постоянной в рабочем регионе, не зависит от измеряемого давления, и поэтому вносимые этим параметром погрешности не превышают  10–3-10–4 %.

Визуальная оценка оператором уровня также может влиять на погрешность измерения. Разработаны различные методы снижения такой погрешности. Например, установка несложной оптической системы, позволяющей «накладывать» реальный и перевернутый мениски жидкости, обеспечивает значительное повышение точности отсчета уровня жидкости в жидкостном манометрическом приборе.

М. А. Гуляев и А. В. Ерюхин /24/ предложили в зависимости от применяемых способов следующие значения погрешностей отсчета уровня ртутного манометра:

· по миллиметровой шкале – ±1 мм;

· по зеркальной шкале – ±0,2-0,3 мм;

· с помощью нониусного устройства – ±0,05-0,1 мм;

· катетометром – ±0,2 мм;

· интерференционным методом – ±10–5 мм.

   При отсчете измеряемого уровня необходимо учитывать свойства рабочих жидкостей, у которых угол смачиваемости x различен (рис. 3.4). Так, при использовании высокосмачиваемых жидкостей (вода, спирт) отсчет рекомендуется вести по вогнутой части мениска, а при применении несмачиваемых жидкостей (таких, как ртуть) – по выпуклой его части на оси трубки. Кроме этого, смачиваемость и текучесть жидкости предопределяют минимальный диаметр используемых трубок. При применении спирта в качестве рабочей жидкости рекомендуется минимальный внутренний диаметр стеклянных трубок 5 мм, ртути – 8 мм, воды – 15 мм.

 

Рис. 3.4. Вид менисков для различных жидкостей:

а – смачивающей и  б – несмачивающей

      При использовании ртути в качестве рабочей жидкости, особенно при точных измерениях, когда в чашечных манометрах применяются капилляры и сечения широкого сосуда и капилляра существенно отличаются, может наблюдаться эффект капиллярной депрессии. Сущность этого эффекта состоит в различии уровней несмачиваемой жидкости в сообщающихся капилляре и широком сосуде при воздействии одного и того же давления на поверхности жидкостей в этих объемах.

В промышленных условиях, как следует из приведенного выше материала, требуется тщательный контроль применяемых в жидкостных манометрах стеклянных трубок, так как их внутренний диаметр на практике может колебаться от 8 до 12 мм, что вносит существенные погрешности в результат измерения. 

 По данным разных специалистов/25/, без дополнительных оптических приспособлений погрешность показаний стеклянных жидкостных манометров принимается в лучшем случае равной ±1 мм. При использовании U-образных жидкостных манометрических приборов отсчет двух уровней (на каждой трубке) приводит к погрешности измерений ±2 мм при температуре  окружающей  среды  20 ± 5 °С. Верхние пределы измерений для стеклянных жидкостных манометров 100, 160, 250, 400, 600 и 1000 мм. Соответственно при одной и той же погрешности отсчета высоты столба жидкости класс точности жидкостного прибора колеблется от 2 до 0,2.

   Для обеспечения корректности измерений обязательным является очистка внутренних поверхностей стеклянных трубок от пыли и грязи. С этой целью стеклянные жидкостные манометры промывают насыщенным раствором двухромовокислого калия (хромпика) в серной кислоте, затем – спиртом и водой.

Принцип действия манометра — WIKA Россия


  1. Стартовая страница


  2. Продукция

Интернет-магазин WIKA

Хотите купить манометр? Закажите быстро и легко нужный манометр прямо у нас — с качеством WIKA, к которому вы привыкли.

В интернет-магазин

Принцип действия манометра

Приборы для измерения давления могут классифицироваться по следующим характеристикам:

  • Вид измеряемого давления
  • Принцип действия манометра
  • Назначение
  • Класс точности

Манометры содержат чувствительный элемент, который воспринимает эластичную деформацию от воздействия давления. Конструкция механического манометра характеризуется по типу измерительного элемента. Она может содержать трубку Бурдона, мембрану, капсулу или другие деформационные элементы.

Принцип действия манометра, основанный на деформации трубки Бурдона

Это наиболее часто используемый принцип в механических средствах измерения давления. Используемый «элемент» давления часто называют трубой Бурдона, по имени французского инженера Эжена Бурдон, который использовал этот функциональный принцип в середине XIX века. В нем используется упругая пружина, c-образная, изогнутая трубка с овальным поперечным сечением.

Принцип действия манометра следующий. Когда внутреннее пространство находится под давлением, поперечное сечение, таким образом, изменяется в направлении круговой формы. Напряжения, которые создаются в этом процессе, увеличивают радиус С-образной трубки. В результате конец трубки перемещается примерно на два или три миллиметра. Это отклонение является величиной давления. Оно переносится в движение, которое превращает линейное отклонение во вращательное движение и, посредством указателя, делает это видимым по шкале. Существуют различные варианты трубок Бурдона. С-образная изогнутая трубка Бурдона может работать при давлении до 60 бар. Для более высоких давлений используются винтовые или спиральные трубки Бурдона. В зависимости от геометрии толщины материала давление может достигать до 7000 бар.

Принцип действия манометра с мембранным измерительным элементом

Принцип действия манометра с мембранным измерительным элементом выглядит следующим образом. Деформация от измерительного элемента через тягу передается на трубко- секторный механизм, и далее на стрелку. Мембрана представляет из себя круглый гофрированный лист металла, который имеет большую площадь по сравнению с манометром с трубкой Бурдона. Мембрана может быть либо приваренной к верхней части камеры мембраны, либо зафиксированной между двумя фланцами, это позволяет ей воспринимать усилия давления с одной стороны. Данный принцип действия манометра обеспечивает то, что выдерживается высокое давление перегрузки, а достигается это вследствие того, что верхняя часть камеры выступает в качестве ограничителя.

Принцип действия манометра с капсульным измерительным элементом

Принцип действия манометра с капсульным измерительным элементом схож с принципом действия манометров с трубкой Бурдона. Здесь в качестве чувствительного элемента используются два сваренных между собой круглых гофрированных листа металла. Измеряемая среда воздействует на внутреннюю часть капсулы и по результирующему перемещению чувствительного элемента определяемое давление, отображается на циферблате.

Более подробно с устройством вы можете ознакомиться здесь.

Свяжитесь с нами

Вам нужна дополнительная информация? Напишите нам:

Жидкостные манометры и дифманометры. Устройство, принцип действия, типы и виды манометров.

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 103  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… 10103  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.

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 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).

Виды и работа

Приборы, измеряющие давление, 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. Рассмотрим основные из применяемых видов.

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:
  1. Образцовые.
  2. Рабочие.

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:

Измерение давления | Физика

Приборы для измерения давления, создаваемого жидкостями и газами, называют манометрами (от греч. манос – «редкий», «неплотный»). Рассмотрим устройство некоторых видов манометров.

На рис. 160 показан жидкостный манометр. Он представляет собой U-образную стеклянную трубку, частично наполненную жидкостью. Если давления над поверхностями жидкости в обоих коленах одинаковы, например равны атмосферному давлению pатм, то поверхности жидкостей установятся на одном уровне. Если же давление над поверхностью жидкости в левом колене увеличить (см. рис. 160, б), то ситуации изменится: уровень жидкости в левом колене опустится под действием давления воздуха p1 > pатм, а в правом колене – поднимется. При этом чем больше увеличится давление в левом колене, тем большей станет разность уровней жидкости в коленах манометра.

Пусть давление над поверхностью жидкости в левом колене равно p1, а в правом – pатм. Высота левого столба жидкости – h1, а правого – h2. Применим формулу для расчета гидростатического давления в нижней точке A трубки манометра. Это давление можно вычислить двумя способами. Рассматривая жидкость в левом колене, получим: pA = p1 + ρ · g · h1; соответственно для правого колена: pA = pатм + ρ · g · h2.

Приравнивая эти выражения, получим:

p1 = pатм + ρ · g · (h2 — h1) = pатм + ρ · g · Δh

Таким образом, если известна плотность ρ жидкости, то, измеряя разность Δh высот столбов жидкости в коленах манометра, можно определить, на какую величину неизвестное давление p1 отличается от атмосферного. Из полученной формулы следует, что если Δh > 0, т. е. h2 > h1, то измеряемое давление в левом колене больше атмосферного. Наоборот, если Δh < 0, т. е. h2 < h1, то измеряемое давление p1 меньше атмосферного (см. рис. 160, в).

Продолжим анализ полученной формулы. Измеряемая разность давлений p1 — pатм = ρ · g · Δh. Поэтому если перепад давлений достаточно большой, то для его измерения необходимо либо использовать трубку большой длины (для больших значений Δh), либо использовать жидкость с большой плотностью ρ. На практике в жидкостных манометрах обычно используют ртуть, плотность которой равна 13,6 г/см3. Поэтому давление часто измеряют в несистемных единицах – миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Давление столба ртути высотой 1 мм равно p = ρgh = 133,3 Па. (Нормальное атмосферное давление на уровне моря равно 101,325 кПа, что соответствует 760 мм рт. ст.)

Теперь представим себе, что давление в левом колене манометра над поверхностью жидкости равно нулю. Тогда полученная формула примет вид: p1 = 0 = pатм + ρg(h2 — h1). Следовательно, pатм = ρg(h1 — h2). Этой формулой можно воспользоваться для измерения атмосферного давления.

Впервые атмосферное давление измерил в 1643 г. итальянский ученый Э. Торричелли. Для получения нулевого давления над поверхностью ртути (что соответствует атмосферному давлению на высоте более 100 км) он поступил следующим образом. Заполнив ртутью запаянную с одного конца стеклянную трубку длиной 1 м и закрыв пальцем отверстие, он перевернул трубку и погрузил незапаянный конец трубки в чашку с ртутью. После этого он убрал палец и обнаружил, что из трубки вылилась только часть ртути (рис. 161). В результате над поверхностью ртути в трубке образовалось не заполненное воздухом пространство – «торричеллиева пустота». Высота h столба оставшейся в трубке ртути, равная разности высот столбов ртути в трубке (h1) и чашке (h2), составила примерно 760 мм. При этом разность давлений, создаваемых в точке A столбом ртути в трубке и столбом ртути в чашке, уравновешивается давлением атмосферы на открытую поверхность ртути в чашке:

0 + ρgh1 = pатм + ρgh2

Следовательно,

pатм = ρg(h1 — h2) = ρgh

Если к такой трубке с ртутью прикрепить шкалу с нанесенными на ней делениями в миллиметрах, то получится ртутный барометр – прибор для измерения атмосферного давления в миллиметрах ртутного столба.

В настоящее время для измерения атмосферного давления используют безжидкостные приборы, получившие название барометров-анероидов. (Анероид в переводе с греческого – «безжидкостный».) Устройство одного из таких приборов показано на рис. 162. Основным элементом барометра-анероида является круглая металлическая коробка 1, закрытая тонкой гофрированной крышкой – мембраной. Из коробки откачан воздух, и мембрана под действием атмосферного давления прогибается внутрь коробки. К центру мембраны прикреплена пружина 2. При изменении атмосферного давления величина прогиба мембраны изменяется, что фиксируется с помощью стрелки 3, закрепленной на оси вращения 4. Такой прибор обычно имеет две шкалы (рис. 16З). Одна шкала проградуирована в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.), другая – в гектопаскалях (гПа).

Как уже отмечалось, с увеличением высоты над поверхностью Земли атмосферное давление уменьшается. Поэтому по измерениям атмосферного давления на различных высотах можно судить о высоте подъема над поверхностью Земли. В барометрах, применяемых в авиации, шкалу градуируют в метрах, а прибор называют высотомером.

На практике для измерения давления часто используют трубчатые манометры. Устройство подобного прибора показано на рис. 164. Основным его элементом является изогнутая в дугу упругая металлическая трубка 1. Один жестко закрепленный конец этой трубки подсоединяется к системе, в которой необходимо измерить давление. Другой конец трубки запаян и находится в свободном положении. При увеличении давления внутри трубки она начинает разгибаться. В результате ее свободный конец перемещается относительно корпуса прибора. Это смещение вызывает поворот стрелки 2.

Подобные манометры позволяют измерять давление от сотен паскалей до нескольких гигапаскалей (109 Па) и поэтому широко используются на практике. В частности, их применяют для измерения давления в шинах автомобилей, давления в водопроводных и газовых трубах и т. п.

Итоги

Приборы для измерения давления, создаваемого жидкостями и газами, называют манометрами.

Жидкостные манометры основаны на измерении разности высот столбов однородной жидкости в сообщающихся сосудах, один из которых находится под действием атмосферного давления. Измеряемая разность давлений равна

p1 — pатм = ρgΔh

Приборы для измерения атмосферного давления называют барометрами. Существуют ртутные барометры и барометры-анероиды (безжидкостные барометры).

Изменение (уменьшение) давления с увеличением высоты над поверхностью Земли позволяет использовать барометры для определения высоты полета летательных аппаратов.

Вопросы

  1. Как называют приборы для измерения давления?
  2. Какие виды приборов для измерения давления вы знаете?
  3. Как устроен жидкостный манометр?
  4. Как устроен барометр-анероид?
  5. Как устроен трубчатый манометр?
  6. Что такое высотомер?
  7. Расскажите об опыте Торричелли.
  8. Являются ли чашка и трубка в опыте Торричелли (см. рис. 161) сообщающимися сосудами?

Упражнения

  1. Определите высоту столба воды, действие которого уравновесит атмосферное давление.
  2. В течение суток барометр показывал давление: 740; 746; 752 мм рт. ст. Пересчитайте эти показания в Па.
  3. Опустите стакан полностью в тазик с водой. Затем переверните стакан под водой вверх донышком и медленно поднимайте его. Объясните, почему вода из стакана не будет выливаться, пока края стакана не поднимутся выше уровня воды в тазике.
  4. Как изменится показание барометра-анероида при его подъеме на высоту 300 м над поверхностью Земли?

2. Изменение атмосферного давления. Опыт Торричелли. Ртутный барометр

Опыт Торричелли

Способ измерения атмосферного давления предложил в XVII веке итальянский учёный

Эванджелиста Торричелли, ученик Галилея, проделав нижеописанный опыт.

 

 

Торричелли наполнил ртутью стеклянную трубку длиной около \(1\) м, запаянную с одного конца. Плотно закрыв открытый конец трубки, он её перевернул, опустил в чашку с ртутью и под ртутью открыл конец трубки. Часть ртути вылилась в чашку, а часть её осталась в трубке. Высота столба ртути, оставшейся в трубке, оказалась равной примерно \(760\) мм. Над ртутью в трубке образовалось безвоздушное пространство.

Измерив высоту столба ртути, можно рассчитать давление, которое производит ртуть. Оно и будет равно атмосферному давлению.

Атмосферное давление равно давлению столба ртути в трубке.

pатм=pртути=ρgh=13600⋅9.8⋅0.76=101293(Па)

 

Опыт показывает, что атмосферное давление составляет \(760\) мм ртутного столба. При увеличении атмосферного давления столбик ртути поднимается, при уменьшении атмосферного давления столбик ртути уменьшает свою высоту. Это означает, что внешнее давление воздуха пропорционально высоте столбика ртути.

 \(1 \)мм рт. ст. \(= 133,3\) Па.
 \(1013\) гПа (гектопаскали) — это то же самое, что и \(760\) мм рт. ст.

 

 Видео «Атмосферное давление. Опыт Торричелли»:

 

Ртутный барометр

 

Если к трубке с ртутью, использовавшейся в опыте Торричелли, прикрепить вертикальную шкалу, то получится простейший прибор — ртутный барометр (от греч. «барос» — тяжесть, «метрео» — измеряю).

 

Он служит для измерения атмосферного давления по высоте столба ртути в запаянной сверху трубке, опущенной открытым концом в сосуд с ртутью.

 

Ртутные барометры наиболее точные приборы, поэтому ими оборудованы метеорологические станции и проверяется работа других видов барометров.

Типы манометров и принцип работы

Пример наклонного манометра, который можно купить (источник: Kimo Canada)

Что измеряет манометр?

Манометр — чрезвычайно простое, но очень эффективное устройство, которое используется для измерения давления. В большинстве случаев это относится к манометру, который состоит из U-образной стеклянной трубки, заполненной ртутью или другой жидкостью. Традиционно один конец трубки манометра остается открытым, чувствительным к атмосферному давлению, в то время как шланг манометра соединяется через газонепроницаемое уплотнение с дополнительным источником давления.В то время как обычно манометр связан с давлением газа, он также может использоваться для измерения давления, оказываемого жидкостями.

Поскольку манометр манометра не имеет механических частей, он требует минимального обслуживания и очень точен.

Каков принцип работы манометра?

Принцип работы манометра для газа или жидкости чрезвычайно прост. Гидростатическое равновесие показывает, что давление, когда жидкость находится в состоянии покоя, одинаково в любой точке.Например, если оба конца U-образной трубки оставить открытыми для атмосферы, давление с каждой стороны будет одинаковым. Как следствие, уровень жидкости слева будет таким же, как уровень жидкости справа — равновесие. Однако, если один конец U-образной трубки оставить открытым для атмосферы, а другой будет подключен к дополнительному источнику газа / жидкости, это создаст разные давления.

Принцип работы U-образного манометра

Если давление от дополнительной подачи газа / жидкости выше атмосферного давления, на измерительную жидкость будет оказываться понижающее давление.Как следствие, жидкость будет выталкиваться вниз с одной стороны с большим давлением, заставляя жидкость подниматься на стороне с меньшим давлением. Обратное может произойти, если дополнительная подача газа / жидкости создает меньшее давление, чем атмосферное давление. В этом случае жидкость будет падать на сторону открытого участка U-образной трубки и подниматься на стороне, подключенной к дополнительному источнику газа / жидкости.

Возможно, самый простой способ объяснить это — движение качелей на детской площадке.Если обе стороны имеют одинаковый вес и не оказывают дополнительного давления на качели, они идеально сбалансируются. Однако, если вес или давление, оказываемое на один конец качелей, больше, чем на другой, более тяжелая сторона будет опускаться, а более легкая сторона подниматься.

Какие бывают типы манометров?

На рынке много вариантов. Однако мы сосредоточимся на пяти основных типах:

Нажмите для увеличения

Манометр с U-образной трубкой

Традиционное устройство с U-образной трубкой является наиболее распространенным, когда один конец частично заполненной жидкостью трубки открыт в атмосферу, а другой конец подключен к внешнему источнику.Измеряя разную высоту жидкости на левой и правой стороне U-образной трубки, можно рассчитать давление от внешнего источника по отношению к атмосферному давлению.

Нажмите для увеличения

Дифференциальный манометр с U-образной трубкой

Дифференциальная U-образная трубка закрыта, и оба конца заполнены разной жидкостью / газом при разном давлении. Это, как правило, используется там, где давление необходимо измерять напрямую, а не на основе внешнего давления.

Нажмите для увеличения

Манометр с перевернутой U-образной трубкой

Конструкция с перевернутой U-образной трубкой используется для измерения низкого давления между двумя отдельными точками с относительно высоким уровнем точности. Жидкость вводится в U-образную трубку на обоих концах, при этом объем воздуха разделяет разные жидкости. Использование крана позволяет воздуху выходить из устройства с перевернутой U-образной трубкой или впускаться в него. Тем самым регулируя перепад давления и получая точные показания

Нажмите для увеличения

Микроманометр

Микро-конструкция представляет собой модифицированную версию основной U-образной трубки, за исключением того, что одна сторона трубки имеет большее поперечное сечение.Определение давления манометром остается прежним, но благодаря конструкции U-образной трубки он может измерять мельчайшие перепады давления.

Нажмите для увеличения

Манометр наклонный

Как следует из названия, наклонный манометр предполагает постепенный наклон конструкции. Это позволяет измерять мизерное давление с очень высокой точностью. Он используется там, где манометрические свойства жидкостей аналогичны.Опять же, простота, отсутствие обслуживания и отсутствие движущихся частей делают его чрезвычайно эффективным и простым в использовании.

В чем разница между манометром и барометром?

Хотя эти два устройства используются для измерения давления воздуха, между ними есть небольшие различия. Если мы посмотрим на оригинальные ртутные барометры, они были просто стеклянной трубкой, наполненной ртутью и частично вакуумом. Высота столба ртути будет расти и падать одновременно с различным атмосферным давлением.Это было откалибровано по шкале, позволяющей измерять фактическое атмосферное давление. Главное, чтобы труба представляла собой одну колонну и оба конца были закрыты.

Жидкостный манометр по сравнению с ртутным барометром, демонстрирующий разницу в принципах работы

Манометр позволяет измерять дополнительные источники жидкости / газа относительно атмосферного давления или других источников жидкости / газа. Существуют различные типы, которые позволяют регулировать давление с одной стороны для получения более точных показаний.Также возможен вариант с закрытыми / открытыми концами и U-образной трубкой, которая отличает эти два устройства измерения давления.

Несмотря на то, что в технологии были достигнуты большие успехи, основная конструкция и конструкция манометра остались нетронутыми. Никаких движущихся частей, никакого обслуживания и чрезвычайно точные показания — чего еще вы можете желать?

Все о манометрах — что это такое и как они работают

Манометры — это прецизионные инструменты, которые используются для измерения давления, которое представляет собой силу, оказываемую газом или жидкостью на единицу площади поверхности из-за влияния веса этого газа или жидкость под действием силы тяжести.В зависимости от типа и конфигурации манометры могут быть настроены для измерения различных значений давления. Обычный тип манометра, с которым знакомо большинство людей, — это манометр, который врачи и медицинские работники используют для измерения и контроля артериального давления пациента. Манометр такого типа называется тонометром.

В этой статье будут описаны различные типы манометров, объяснено, как они работают, представлено их применение и обсуждены соображения поправочного коэффициента, используемые для манометров.

Определения давления

Полезно рассмотреть несколько основных принципов, относящихся к давлению. Давление — это мера силы (F), прилагаемой к единице площади (A):

Таким образом, единицей измерения давления является значение силы, деленное на квадрат значения расстояния. В метрических единицах единицей измерения давления является Ньютон / (метр) 2 , известная как Паскаль (Па). Другие распространенные единицы измерения давления включают фунты на квадратный дюйм (psi), миллибары, атмосферы (атм), миллиметры ртутного столба (мм рт. Ст.) И дюймы водяного столба (в H 2 O).

Давление можно представить в виде трех конкретных категорий:

  • Абсолютное давление
  • Манометрическое давление
  • Дифференциальное давление

Абсолютное давление измеряет значение давления относительно абсолютного нулевого давления вакуума. Манометрическое давление представляет собой разницу между измеренным значением давления и местным атмосферным давлением (представьте себе манометр в шинах). Дифференциальное давление используется для описания выполнения измерения, которое представляет собой разницу между двумя (неизвестными) уровнями давления, где не указывается эталонное давление, но измерение величины давления, на которое эти два уровня различаются, по-прежнему важно.

Следовательно, полное или абсолютное давление может быть определено в терминах избыточного давления и атмосферного давления следующим образом:

Типы манометров

Манометры можно в целом разделить на два основных типа, аналоговые манометры и цифровые манометры, каждый из которых обсуждается ниже.

Аналоговые манометры и принцип их работы

Аналоговые манометры используют жидкость, содержащуюся в U-образной трубке, и работают по принципу гидростатического баланса.Когда оба конца открыты для атмосферного давления, жидкость в трубке будет оседать на одинаковой высоте на каждом участке трубки. Но если к одной из ножек U-образной трубки приложить положительное давление, то уровень жидкости упадет в этой ножке и поднимется на другой ножке. Это связано с тем, что давление заставит жидкость опускаться в одну ногу и подниматься в другой до тех пор, пока вес столба жидкости, возникающий в результате приложенного давления, не станет достаточным, чтобы противостоять этому значению давления. Следовательно, расстояние по вертикали между уровнем жидкости в двух коленях трубы представляет собой меру приложенного давления.Эти распространенные типы аналоговых манометров называются U-образными манометрами. Наблюдаемое значение давления (P) является функцией высоты (h) и плотности (ρ) жидкости, используемой в манометре, значение (g) представляет собой гравитационную постоянную.

Другой тип аналогового манометра — манометр колодезного типа, иногда называемый цистерным манометром. Манометр колодезного типа похож на U-образную трубку, с той разницей, что одна из ножек U имеет площадь поперечного сечения, которая намного больше, чем у второй ножки.Такая компоновка приводит к меньшему перемещению уровня жидкости в большей опоре при воздействии давления, эффективно позволяя использовать одну шкалу для считывания для получения значения давления, в отличие от двух шкал в стиле U-образной трубки.

Наклонные манометры

, как следует из названия, имеют трубку, которая расположена не вертикально, а под небольшим углом по отношению к горизонтальной плоскости. Такая конструкция позволяет прибору наблюдать относительно небольшое изменение давления, тем самым обеспечивая улучшенную чувствительность и разрешение.

Другой тип манометров называется абсолютным манометром. Абсолютные манометры используют герметичную ножку, которая позволяет только одной ножке трубки манометра подвергаться внешнему давлению. На герметичной стороне существует состояние вакуума, которое представляет собой абсолютное нулевое давление, герметизированное столбиком ртути. Таким образом, манометр измеряет абсолютное давление, а не манометрическое давление или перепад давления. Этот тип манометра может быть либо типом колодца, либо U-образной трубкой, описанным выше.Ртутные барометры, измеряющие атмосферное давление, являются типичным примером абсолютного манометра.

В аналоговых манометрах используются различные жидкости. Общие жидкости показаны в таблице 1 ниже, которые иногда называют манометрическими жидкостями. Изменяя используемую жидкость, можно изменять точность, диапазон и чувствительность аналогового манометра. Жидкости с плотностью выше, чем вода, обеспечивают более высокие диапазоны, но более низкое разрешение. Точно так же снижение плотности манометрической жидкости, также называемой индикаторной жидкостью, уменьшит диапазон давления, но повысит его чувствительность.

Таблица 1 — Примеры индикаторных жидкостей для использования в манометрах
* Удельный вес представляет собой отношение плотности жидкости к плотности воды.

Индикаторная жидкость

Диапазон температур

Удельный вес *

Ртуть особой чистоты

-30 o F — 200 o F

13.54 @ 71,6 ° F

Красное масло # 827

40 o F — 120 o F

0,827 при 60 o F

Масло Red Unity # 100

30 o F — 100 o F

1,00 при 73 o F

Зеленый концентрат # 1000

40 o F — 120 o F

1.000 @ 55 o F

Тетрабромид ацетилена

40 o F — 100 o F

2,95 при 78 o F

Дибутилфталат

20 o F — 150oF

1,04 при 80 o F

Цифровые манометры и принцип их работы

Цифровые манометры, также известные как электронные манометры, не полагаются на гидростатический баланс жидкости для определения давления.Вместо этого они содержат датчик давления — устройство, которое может преобразовывать наблюдаемый уровень давления в электрический сигнал, характеристическое значение которого пропорционально величине давления или является ее показателем. Упругая часть преобразователя отклоняется под давлением, и это отклонение затем преобразуется в значение электрического параметра, которое может быть обнаружено и откалибровано по показаниям давления. Датчики давления обычно используют один из трех типов электрических параметров — резистивный, емкостной или индуктивный.

  1. Резистивные преобразователи приводят к деформации, изменяющей электрическое сопротивление тензодатчика.
  2. Емкостные преобразователи полагаются на изменения значения емкости, наблюдаемые в результате деформации, изменяющей относительное положение двух пластин конденсатора.
  3. Индуктивные преобразователи используют деформацию упругой части для изменения линейного движения прикрепленного ферромагнитного сердечника внутри катушки или индуктора. Это движение изменяет наведенную ЭДС и переменный ток, генерируемый в катушке.

Для выполнения измерений при очень низких давлениях используются дополнительные типы датчиков давления, включая датчик Пирани, датчик термопарного типа и ионизационный датчик. Манометры низкого давления еще называют микроманометрами.

Цифровые манометры

имеют некоторые преимущества перед аналоговыми моделями. Цифровые манометры:

  • Портативные по размеру, меньше весят и оснащены легко читаемыми дисплеями.
  • Может взаимодействовать с компьютером или программируемым логическим контроллером (ПЛК).
  • Не полагайтесь на использование манометрических жидкостей, некоторые из которых (например, ртуть) могут быть токсичными.
  • Не подлежат проблемам, связанным со свойствами жидкости, которые могут повлиять на точность измерений.
  • Может корректировать отклонения от стандартных условий с помощью программного обеспечения.

Однако, поскольку они не являются первичным эталоном, они требуют периодической калибровки по первичному эталону.

Поправки на свойства жидкости, применимые к манометрам

Аналоговые манометры, которые зависят от свойств жидкостей, требуют корректировки.Плотность жидкостей не зависит от температуры, а сила гравитационного поля зависит как от высоты над уровнем моря, так и от широты. Эти факты требуют использования методологий исправления и необходимости устанавливать стандартные ссылки, чтобы можно было установить и согласовать определение давления. Ссылка 5 ниже содержит полное объяснение методологий, применимых к этим исправлениям, которые представлены здесь лишь вкратце.

  • Поправка на плотность жидкости — корректирует тот факт, что плотность показывающей жидкости не постоянна с температурой
  • Correction for Gravitation Field — корректирует изменение силы гравитационного поля на заданной высоте и широте относительно его значения на уровне моря и 45 °.54 o N широта
  • Поправка на давление напора — регулирует для дифференциала между плотностью столба жидкости и что из среды под давлением одной и той же высоте
  • Поправка на изменения шкалы — регулирует тот факт, что отмеченные градации шкалы изменят свое разделительное расстояние из-за изменения температуры, при которой выполняется считывание давления (это из-за теплового расширения / сжатия материала, из которого шкала построен)
  • Поправка на сжимаемость жидкостей — эта поправка в основном применяется при более высоких давлениях, когда плотность жидкости может измениться из-за сжатия жидкости
  • Другие поправки — они включают поглощение газа жидкостью, которое может изменить ее плотность, а также капиллярный эффект, влияющий на интерпретацию показаний по шкале

Как используются манометры

Манометры

используются в различных отраслях промышленности и могут измерять давление и расход.Общее использование включает:

  • Техническое обслуживание систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха
  • Мониторинг метеорологических и погодных условий
  • Контроль давления газа в трубопроводных системах
  • Измерение расхода жидкости
  • Физиологические измерения, такие как артериальное давление
  • Контроль работы компрессорных систем

Сводка

В этой статье представлен краткий обзор манометров и принципов их работы. Для получения информации о других продуктах обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:
  1. https://www.enotes.com/homework-help/how-does-manometer-work-what-its-purpose-how-can-531462
  2. https://sciencing.com/do-manometer-work-5187684.html
  3. https://www.brighthubengineering.com/marine-engines-machinery/106548-using-a-u-tube-manometer-for-measuring-fluid-and-gas-pressures/
  4. https://faraday.physics.utoronto.ca/PVB/Harrison/Manometer/Manometer.html
  5. https://www.meriam.com/assets/eng/050-MHB-1.pdf
  6. https: // sciencestruck.com / манометр-принцип-работа-типы-приложения
  7. http://www.dwyer-inst.com/DC/HVACCatalog/
  8. http://www.validyne.com/blog/simplicity-accuracy-nothing-beats-pressure-manometer/
  9. https://sciencing.com/inclined-manometer-advantages-8761430.html
  10. https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN1573.pdf?&srch=1
  11. https://www.surecontrols.com/how-low-pressure-transducers-work/
  12. https://www.fierceelectronics.com/components/manometer-basics

Прочие инструменты Артикулы

Больше от Instruments & Controls

Основы манометра

| FierceElectronics

Один из самых ранних приборов для измерения давления до сих пор широко используется из-за присущей ему точности и простоты эксплуатации.Это U-образный манометр, представляющий собой U-образную стеклянную трубку, частично заполненную жидкостью. Этот манометр не имеет движущихся частей и не требует калибровки. Манометрические измерения зависят от силы тяжести и плотности жидкости — обоих физических свойств, которые делают манометр с U-образной трубкой стандартом точности NIST.

Манометры являются одновременно приборами для измерения давления и калибровочными эталонами. Они варьируются от простых U-образных трубок и лунок, заполненных жидкостью, до портативных цифровых инструментов с компьютерным интерфейсом.

Как показано на Рисунке 1, при воздействии атмосферы на каждую ногу U-образного манометра высота жидкости в колоннах одинакова. Используя эту точку в качестве ориентира и подключая каждую ногу к неизвестному давлению, разница в высоте колонны указывает на разницу давлений (см. Рисунок 2).

Рис. 1. Когда оба плеча манометра с U-образной трубкой открыты в атмосферу или подвергаются одинаковому давлению, жидкость поддерживает одинаковый уровень в каждом плече, устанавливая нулевой эталон. Рис. 2. При увеличении давления на левую сторону манометра с U-образной трубкой жидкость опускается в левой ноге и поднимается в правой. Жидкость движется до тех пор, пока единица веса жидкости, обозначенная буквой h, точно не уравновесит давление.

Фундаментальное соотношение для давления, выраженного столбом жидкости:

где:

Δp = перепад давления
п. 1 = давление на штуцере низкого давления
п. 2 = давление на штуцере высокого давления
ρ = плотность индикаторной жидкости (при определенной температуре)
г = ускорение свободного падения (на определенной широте и высоте)
ч = разница в высоте колонн

Результирующее давление представляет собой разницу между силами, действующими на единицу площади поверхности жидких столбов, с фунтами на квадратный дюйм (psi) или ньютонами на квадратный метр (паскали) в качестве единиц.Манометр настолько часто используется для измерения давления, что разница в высоте колонки также является общепринятой единицей измерения. Это выражается в дюймах или сантиметрах водяного столба или ртутного столба при определенной температуре, которая может быть изменена на стандартные единицы давления с помощью таблицы преобразования.

Все измерения давления дифференциальные. Эталоном может быть нулевое абсолютное давление (полный вакуум), атмосферное давление (барометрическое давление) или другое давление. Когда одна ножка манометра открыта в атмосферу (см. Рисунок 3A), измеренное давление превышает атмосферное давление, которое на уровне моря составляет 14.7 фунтов на кв. Дюйм, 101,3 кПа или 76 см рт. Ст.

Рис. 3. Манометрическое давление измеряется относительно атмосферного давления и изменяется в зависимости от показаний барометрического давления. Измерение манометрического давления является положительным, когда неизвестное давление превышает атмосферное давление (A), и отрицательным, когда неизвестное давление меньше атмосферного давления (B).

Это измерение называется манометрическим давлением, и соотношение для положительного давления выражается следующим образом:

абсолютное давление = атмосферное давление + избыточное манометрическое давление (2)

Для измерения отрицательного давления (вакуума) (см. Рисунок 3B) высота столбца меняется на противоположную, и соотношение выражается следующим образом:

абсолютное давление = атмосферное давление + отрицательное манометрическое давление (3)

Эти зависимости давления показаны на рисунке 4.

Рис. 4. Графическое представление положительного и отрицательного манометрического давления показывает дифференциальный аспект всех измерений давления, где манометрическое давление — это разница между абсолютным давлением и атмосферным давлением.
Рис. 5. В манометре с герметичной трубкой эталоном давления является вакуум или нулевое абсолютное давление. Наиболее распространенной формой манометра с герметичной трубкой является обычный ртутный барометр, используемый для измерения атмосферного давления.

Манометр может быть сконструирован для прямого измерения абсолютного давления. Манометр на Рисунке 5 измеряет давление по сравнению с нулевым абсолютным давлением в закрытом колене над столбом ртути. Самая распространенная форма этого манометра — обычный ртутный барометр, используемый для измерения атмосферного давления. С помощью всего одного соединения эта конфигурация может измерять давление выше и ниже атмосферного.

Варианты манометра с U-образной трубкой
Перепад давления — это всегда разница в высоте колонки, независимо от размера или формы трубок.Как показано на рисунке 6A, ножки обоих манометров открыты для атмосферы, а индикаторные жидкости находятся на одном уровне. При подаче одинакового давления на левую ножку каждого манометра его уровень понижается. Из-за разницы в объеме в опорах манометра жидкость в каждой колонке перемещается на разное расстояние. Однако разница между уровнями жидкости в обоих манометрах одинакова (см. Рисунок 6B).

Рис. 6. Давление всегда представляет собой разницу между высотами жидкости, независимо от размеров трубки.Когда обе опоры манометра открыты в атмосферу, уровни жидкости одинаковы (A). При одинаковом положительном давлении, приложенном к одной ноге каждого манометра, уровни жидкости различаются, но расстояние между высотами жидкости одинаково.
Рис. 7. В манометре колодцевого типа площадь поперечного сечения одной ножки (колодца) намного больше, чем другой ножки. Когда к скважине прикладывается давление, жидкость опускается лишь незначительно по сравнению с подъемом жидкости в другой ноге.

Это изменение размеров трубок также имеет скважинный (или резервуарный) манометр (см. Рисунок 7). При приложении давления к скважине уровень немного падает по сравнению с подъемом уровня в колонне. Путем компенсации делений шкалы колонки для корректировки перепада давления в скважине можно получить прямое считывание дифференциального давления. Для манометров колодцевого типа существуют инструкции по подключению, по сравнению с манометрами с U-образной трубкой:

  • Подключите к скважине давление выше атмосферного; подключить к трубке давление ниже атмосферного.
  • Для дифференциальных измерений подключите к скважине более высокое давление.
  • Для манометров с приподнятым колодцем соединение колодца можно использовать для манометрических измерений и измерений вакуума.

Разновидностью манометра колодезного типа является манометр с наклонной трубкой (или тягомером), показанный на рисунке 8. С наклонной индикаторной трубкой, 1 дюйм вертикального подъема растягивается на несколько дюймов шкалы. Манометр с наклонной трубкой имеет лучшую чувствительность и разрешение для низких давлений.

Рис. 8. Низкое давление и низкие перепады лучше справляются с манометром с наклонной трубкой, где 1 дюйм вертикальной высоты жидкости может быть увеличен до 12 дюймов шкалы.

Индикация жидкостей
Жидкостные манометры измеряют перепад давления, уравновешивая вес жидкости между двумя значениями давления. Легкие жидкости, такие как вода, могут измерять небольшие перепады давления; ртуть или другие тяжелые жидкости используются при больших перепадах давления.Для индикаторной жидкости в 3 раза тяжелее воды диапазон измерения давления в 3 раза больше, но разрешение уменьшается.

Жидкости для обозначения могут быть окрашенной водой, маслом, бензолом, бромидами и чистой ртутью. При выборе индикаторной жидкости проверьте характеристики на удельный вес, диапазон рабочих температур, давление пара и температуру вспышки. Также важны коррозионные свойства, растворимость и токсичность.

Цифровые манометры
Жидкостный манометр имеет ограничения.Стеклянные трубки, индикаторные жидкости и требования к установке уровня больше подходят для лаборатории, чем для работы в полевых условиях. Кроме того, он не может быть подключен к компьютеру или ПЛК. Такие ограничения можно преодолеть с помощью цифровых манометров. Эти микропроцессорные инструменты доступны в удобных портативных размерах для простоты использования в полевых условиях, а также в виде панелей или автономных стилей монтажа с выходами для управления процессом или передачи данных измерений.

Отклонения от стандартных условий плотности и силы тяжести необходимо компенсировать вручную при измерении давления с помощью жидкостных манометров.Это проще с цифровыми манометрами, потому что некоторые поправочные коэффициенты для жидкостных манометров можно игнорировать, а другие можно компенсировать программно.

С двумя портами замена датчиков — это все, что нужно для переключения между измерениями дифференциального, манометрического и абсолютного давления.

Другие общие черты цифровых манометров включают:

  • Встроенная память для регистрации или хранения данных мин. / Макс. показания
  • Усреднение ряда показаний для гашения импульсов давления

Цифровые манометры повышенной точности используются для калибровки датчиков давления и других приборов давления в полевых условиях.Цифровые калибраторы работают быстрее и проще, поскольку они не требуют установки коробок, газовых баллонов, регуляторов или грузов, а также не имеют специальных платформ или критических требований к выравниванию. Дальнейшее сравнение технических характеристик жидкостного и цифрового манометров показано в таблице 1.

ТАБЛИЦА 1
Характеристики манометра
Жидкостные манометры Цифровые манометры
U-образная трубка Скважина наклонный общего назначения Калибровка
Диапазон 100 дюймов 100 дюймов 20 дюймов 20-2000 дюймов H 2 O,
20-2000 psig,
2000 мм рт. Ст.
2000 дюймов H 2 O,
2000 фунтов на кв. Дюйм,
2000 мм рт. Ст.
Точность ± ½ деления малой шкалы ± ½ деления малой шкалы ± ½ деления малой шкалы ± 0,025-0,1% полной шкалы ± 0,025-0,1% полной шкалы
Детали, контактирующие со средой
или совместимость со средой
Чугун, нержавеющая сталь, ПВХ, стекло, витон Нержавеющая сталь, стекло, витон Акрил, нержавеющая сталь, алюминий, стекло, витон Чистые, сухие некоррозионные газы; жидкости, совместимые с нержавеющей сталью Чистые, сухие некоррозионные газы; жидкости, совместимые с нержавеющей сталью
Давление
Рейтинг
250 фунтов на квадратный дюйм 250-500 фунтов на квадратный дюйм 100-350 фунтов на квадратный дюйм 2 × диапазон 2 × диапазон
Крепление Стенка, стол Стенка, стол, фронт заподлицо, труба Стенка, стол Портативный Портативный
Относительная стоимость Низкий Низкое / среднее Средний Средний Высокая

Для дополнительной информации
Massey, B.S. 1989. Механика жидкостей , 6-е изд., Лондон: Ван Ностранд Рейнхольд.

Инструмент Meriam. 1997. Использование манометров для точного измерения давления, расхода и уровня , Кливленд: Meriam Instrument.

Мериам, Дж. Б. 1938. Манометр и его применение . 2-е изд., Кливленд: Meriam Instrument.

Омега Инжиниринг. 1999. Операции в области измерения и контроля: измерения, связанные с силой , 2-е изд. Стэмфорд, Коннектикут: Издательство Putnam Publishing и Omega Press.

Йегер, Джон, и Хруш-Тупта, М.А., ред. 1998. Измерения низкого уровня . 5-е изд. Кливленд: Keithley Instruments.

БОКОВАЯ ПАНЕЛЬ:

Манометр Давление и точность Глоссарий
A абсолютное давление. Измерение относительно нулевого давления; равняется сумме манометрического давления и атмосферного давления. Обычные единицы измерения — фунты на квадратный дюйм (psia), миллиметры ртутного столба (мм рт. Ст.) И дюймы ртутного столба (дюйм.Hga).

Точность. Мера степени близости чтения к эталону. Для абсолютной точности сравните с первичным стандартом (признанным NIST). Точность обычно указывается как плюс или минус процент от полной шкалы. Точность калибровки часто выражается в виде плюсового или минусового процента показаний с плюсовым или минусовым счетом.

Давление окружающей среды. Давление среды, окружающей устройство. Он варьируется от 29.От 92 дюймов рт. Ст. На уровне моря до нескольких дюймов на большой высоте.

Атмосферное давление. Давление атмосферы на единицу поверхности. Также называется барометрическим давлением. На уровне моря это абсолютное значение 29,92 дюйма рт. Ст.

Счет. Наименьшее отображаемое приращение аналого-цифрового преобразования.

Дифференциальное давление. Разница между двумя точками измерения. Обычно используются дюймы водяного столба (дюймы вод. Ст. 2 O), фунты на квадратный дюйм (psi) и миллибары (мбар).

Разрешение дисплея. Максимальное количество цифр на цифровом дисплее. Например, разрешение дисплея в 4½ разряда позволяет считывать максимум 19 999 отсчетов; а разрешение дисплея 5 значащих цифр позволяет считывать не более 99 999 единиц.

Манометрическое давление. Измерение, относящееся к атмосферному давлению. Это зависит от показаний барометрического давления. Также используется для указания максимального номинального давления манометров. Общие единицы включают фунты на квадратный дюйм (psig).

Диапазон. Область между нижним и верхним пределами измерений.

Разрешение. Наименьшая часть измерения, которую можно обнаружить.

Чувствительность. Наименьшее изменение измерения, которое можно обнаружить.

Неопределенность. Оценка возможной ошибки измерения. Это противоположность точности.

Вакуум. Любое давление ниже атмосферного.Относительно атмосферы это называется вакуумным (или отрицательным) измерением. В отношении нулевого давления это измерение абсолютного давления.

Нулевое абсолютное давление. Полное отсутствие газа; идеальный вакуум.

Как работают манометры? | Sciencing

Обновлено 22 декабря 2019 г.

Автор: Кевин Бек

Когда вы проверяете погоду, если вы похожи на большинство людей, вас больше всего интересуют вещи, которые определяют ваше платье: вероятны ли какие-то осадки. упасть с неба во время пребывания на открытом воздухе, какая температура воздуха и ветрено ли.

В зависимости от того, где вы живете и времени года, вы также можете проверить (иногда со страхом), чтобы увидеть уровень относительной влажности, чтобы убедиться, что вы достаточно гидратированы для потоотделения, которое, вероятно, последует при высоких показаниях.

Большинство людей знают о явлении атмосферного (обычно называемого барометрическим) давления, потому что слышат, что оно упоминается как стандартная функция прогнозов погоды, но большинство людей не доходят до исследования того, какова взаимосвязь и почему воздух вообще испытывает перепады давления.Разве ветер не дует горизонтально, а давление измеряется сверху как своего рода «толчок»?

Давление — величина в физике, которая применяется почти ко всем мыслимым физическим процессам. Он связывает силу F с областью A во множестве контекстов, выражается и определяется математически в своей простейшей форме как P = F / A . Он играет особенно важную роль в области гидродинамики. (Жидкость состоит из вещества в жидком или газообразном состоянии.) Атмосфера вокруг вас жидкая, и она оказывает на вас и все остальное гораздо большее давление, чем вы думаете.

Что такое давление?

Формально давление — это измерение эффекта распространения силы (измеряется в ньютонах или Н в стандартной международной системе измерений) по некоторой реальной или математически определенной поверхности (измеряется в квадратных метрах или м 2 ). Возможно, вы уже сталкивались с физическими проблемами, в которых сила (например, гравитация или вы) действует на объект с массой и перемещает его, но давление отличается тем, что фактически описывает разбавление или концентрацию силы.

  • Представьте себе два разных твердых ящика, каждый объемом V 10 м 3 (кубических метров) и заполненных однородным твердым материалом с плотностью ρ

    вдвое меньшей, чем вода, или 0,5 кг. / Л, или (500 кг / м 3 ). Один ящик имеет длину 1 м, ширину 1 м и высоту 10 м, а другой — 2,5 м в длину, 2,5 м в ширину и 1,6 м в высоту. Ни один из ящиков не должен поворачиваться из своего положения. Если вы хотите быть уверены, что ближайшая платформа , выглядящая как древняя, может поддерживать либо , либо коробку , но вы можете выбрать только одну из двух, чтобы подтвердить это, какую из них вы бы выбрали?

    Масса объектов одинакова, поскольку их объем и плотность одинаковы (ρ = м / В, поэтому m = ρV = (500 кг / м 3 ) (10 м 3 ) = 5000 кг.Учитывая, что ускорение свободного падения на поверхности Земли составляет 9,8 м / с 2 , сила (или вес) каждого ящика, следовательно, (5000 кг) (9,8 м / с2) = 49000 Н.

    Однако сравните площади, по которым эти соответствующие массы распределены: первая коробка имеет основание (длина, умноженная на ширину) 1 м × 1 м = 1 м 2 , а другая коробка имеет основание 2,5 × 2,5 = 6,25 м 2 . Так как давление равно силе, разделенной на площадь, узкая коробка с менее чем одной шестой площади основания, с которой приходится работать в качестве второй коробки, будет прикладывать 6. нажимает на платформу в 25 раз больше, чем его партнер. Таким образом, если ветхая платформа может поддерживать первый ящик, она должна удерживать и второй отдельно — при условии, что вы сможете поднять их туда!

Единицы измерения давления и терминология

В приведенном выше примере давление первой коробки на любую поверхность, на которой она стоит, составляет (49000 Н) / (1 м 2 ), а давление второго — (49000 Н ) (6,25 м 2 ). Таким образом, единицами измерения давления в стандартной системе являются Н / м 2 , чаще называемые паскаль (Па).Поскольку в реальном мире это очень мало, килопаскаль (кПа) используется гораздо чаще.

Давление атмосферы у поверхности Земли составляет около 101,325 Па , или 101,3 кПа . Однако из-за того, что люди определяют давление, в повседневной жизни используется ряд других единиц. Один из них — торр , также известный как миллиметры ртутного столба (мм рт. Ст.). (Любое любопытство относительно того, почему был выбран этот металл, будет удовлетворено через мгновение.) 101,3 кПа, также называемый для справки 1 атм, по этому стандарту соответствует 760 торр. Поскольку 1 дюйм = 25,4 мм, 760 мм рт. Ст. = (760 / 25,4) = 29,92 дюйма рт. Ст. . Наконец, 1 миллибар = 0,001 атм, поэтому атмосферное давление в миллибарах = 1013 мбар.

Наконец, как насчет тех фунтов на квадратный дюйм (psi или фунт / дюйм 2 ), которые обычно используются для измерения давления в шинах в Соединенных Штатах? После преобразования между фунтами и кг и дюймами и метрами вы можете показать это 101.3 кПа = 14,7 фунта / дюйм 2 . Учитывая, что рекомендуемое минимальное давление в шинах автомобиля составляет всего около 30 фунтов на квадратный дюйм, что это говорит о вашей интуиции относительно «незначительного» веса и, следовательно, давления воздуха?

Как измеряется давление

Манометр — это устройство, которое измеряет давление воздуха с помощью контейнера с U-образной трубкой, открытой с одного или обоих концов. В закрытом манометре проба газа вводится в один конец, который затем закрывается. Затем в другой конец наливают жидкость известной плотности.Жидкость перестанет двигаться, когда давление газа, заключенного между крышкой и жидкостью, вместе с давлением в нижней части столба жидкости на этой стороне будет соответствовать давлению воздуха плюс давление столба жидкости на открытой стороне.

Высота жидкости на открытой стороне будет на выше на той стороне, когда давление воздуха меньше давления газа, и на ниже на открытой стороне, когда давление воздуха превышает давление газа. Вы можете использовать эту разницу высот для расчета давления газа.

Поскольку P = F / A = мг / А, m = ρV и V = Ah для цилиндрической трубы (т. Е. Объем = площадь, умноженная на высоту), можно показать, что давление, создаваемое вертикальным столбом жидкости, равно ρgh , где h = высота в метрах. Это давление представляет собой положительную или отрицательную разницу между давлением газа и атмосферным давлением.

  • Человек — это латинский корень слова, означающего «рука», от которого также происходит слово «манипулировать». Один простой способ передать концепцию давления, если ограничиться невербальным языком, — это мягко нажимать рукой против чужого.
  • Барометр — это манометр, используемый специально для измерения атмосферного давления.
  • Ручное устройство, используемое для измерения артериального давления в медицинских учреждениях, называется сфигмоманометром , с сфигмоманометром , что в переводе означает «сжатие». Это связано с тем, что манжета должна быть накачана на руку до уровня выше кровяного давления тела, чтобы правильно его измерить; для этого они должны буквально сжать вашу руку.

Давление и погода

Атмосферное давление непостоянно и колеблется в пределах обычного диапазона, как температура и другие геофизические величины. Само по себе это давление — надежный индикатор приближающейся погоды. Когда система низкого давления входит в зону, обычно возникают облака, ветер и осадки, тогда как система высокого давления обычно обеспечивает ясную и безветренную погоду. (Понятно? «Высокое давление» заканчивается «спокойствием»… только в дурацком мире физики!)

14.2 Измерение давления — University Physics Volume 1

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определение избыточного и абсолютного давления
  • Объясните различные методы измерения давления
  • Общие сведения о работе барометров с открытой трубкой
  • Подробно опишите, как работают манометры и барометры

В предыдущем разделе мы вывели формулу для расчета изменения давления для жидкости в гидростатическом равновесии.Как оказалось, это очень полезный расчет. Измерения давления важны в повседневной жизни, а также в научных и инженерных приложениях. В этом разделе мы обсудим различные способы регистрации и измерения давления.

Зависимость избыточного давления от абсолютного давления

Предположим, что манометр на полном акваланге показывает 3000 фунтов на квадратный дюйм, что составляет примерно 207 атмосфер. Когда клапан открывается, воздух начинает выходить, потому что давление внутри резервуара превышает атмосферное давление снаружи резервуара.Воздух продолжает выходить из резервуара до тех пор, пока давление внутри резервуара не сравняется с давлением атмосферы вне резервуара. В этот момент манометр на резервуаре показывает ноль, даже если давление внутри резервуара на самом деле составляет 1 атмосферу — такое же, как давление воздуха вне резервуара.

Большинство манометров, например, на акваланге, откалиброваны так, чтобы показывать ноль при атмосферном давлении. Показания давления с таких манометров называются манометрическим давлением , то есть давлением относительно атмосферного давления.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 соответствует атмосферному давлению , которое фактически увеличивает давление в любой жидкости, не заключенной в жесткий контейнер.

Абсолютное давление

Абсолютное давление или полное давление складывается из манометрического и атмосферного давления:

где

— абсолютное давление,

— манометрическое давление, а

— атмосферное давление.

Например, если манометр показывает 34 фунта на квадратный дюйм, то абсолютное давление составляет 34 фунта на квадратный дюйм плюс 14,7 фунта на квадратный дюйм (

фунтов на квадратный дюйм) или 48.7 фунтов на квадратный дюйм (эквивалент 336 кПа).

В большинстве случаев абсолютное давление жидкости не может быть отрицательным. Жидкости выталкивают, а не вытягивают, поэтому наименьшее абсолютное давление в жидкости равно нулю (отрицательное абсолютное давление — это притяжение). Таким образом, минимально возможное избыточное давление составляет

.

(что составляет

ноль). Теоретически нет 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 с давлением, можно использовать для создания манометра. Некоторые из наиболее распространенных типов включают тензодатчики, которые используют изменение формы материала под давлением; емкостные манометры, в которых используется изменение электрической емкости из-за изменения формы под давлением; пьезоэлектрические манометры, которые создают разность напряжений на пьезоэлектрическом материале под разницей давления между двумя сторонами; и ионные датчики, которые измеряют давление путем ионизации молекул в сильно вакуумированных 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) Манометры бывают разных моделей, но все они предназначены для одной и той же цели: для измерения внутреннего давления в шинах. Это позволяет водителю поддерживать давление в шинах, оптимальное для веса груза и условий движения.(c) Ионизационный датчик — это 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, в которых используются вакуумные системы.

Манометры

Один из наиболее важных классов манометров применяет свойство, заключающееся в том, что давление, обусловленное весом жидкости постоянной плотности, определяется как

.

.U-образная трубка, показанная на (Рисунок), является примером манометра ; в части (а) обе стороны трубы открыты для атмосферы, позволяя атмосферному давлению равномерно снижаться с каждой стороны, чтобы его эффекты нейтрализовались.

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

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

.

, например, баллон в части (b) рисунка или банку с арахисом в вакуумной упаковке, показанную в части (с).Давление передается на манометр в неизменном виде, и уровни жидкости больше не равны. В части (б),

больше атмосферного давления, тогда как в части (c)

меньше атмосферного давления. В обоих случаях

отличается от атмосферного давления на

где

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

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

давление выше атмосферного (манометрическое давление

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

меньше атмосферного давления на

(манометрическое давление

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 неравным, и жидкость будет течь с более глубокой стороны. (b) Положительное избыточное давление

, передаваемый на одну сторону манометра, может поддерживать столб жидкости высотой h. (c) Аналогичным образом, атмосферное давление выше отрицательного манометрического давления

.

на сумму

.Жесткость банки предотвращает передачу атмосферного давления на арахис.

Барометры

В манометрах

для измерения давления обычно используется U-образная трубка жидкости (часто ртути). Барометр (см. (Рисунок)) — это устройство, которое обычно использует один столбик ртути для измерения атмосферного давления. Барометр, изобретенный итальянским математиком и физиком Евангелистой Торричелли (1608–1647) в 1643 году, состоит из стеклянной трубки, закрытой с одного конца и заполненной ртутью.Затем трубку переворачивают и помещают в бассейн с ртутью. Это устройство измеряет атмосферное давление, а не манометрическое, потому что над ртутью в трубке создается почти чистый вакуум. Высота ртути такая, что

. Когда атмосферное давление меняется, ртуть поднимается или падает.

Синоптики внимательно следят за изменениями атмосферного давления (часто указываемого как барометрическое давление), поскольку повышение уровня ртути обычно свидетельствует об улучшении погоды, а падение ртути указывает на ухудшение погоды.Барометр также можно использовать как высотомер, поскольку среднее атмосферное давление зависит от высоты. Ртутные барометры и манометры настолько распространены, что единицы измерения атмосферного и кровяного давления часто используются в миллиметрах ртутного столба.

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 трубе

U-образная трубка с открытыми концами заполнена жидкостью плотностью

на высоту х с обеих сторон ((рисунок)). Жидкость плотностью

наливается с одной стороны, а жидкость 2 оседает поверх жидкости 1. Высота на двух сторонах разная. Высота до верха Liquid 2 от интерфейса

, а высота до верха Liquid 1 от уровня границы раздела

.Выведите формулу для разницы в высоте.

Рисунок 14.14 Две жидкости разной плотности показаны в U-образной трубке.

Стратегия

Давление в точках на одинаковой 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 на стороне 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 одинаковой высоте, давление в двух точках должно быть одинаковым. Следовательно, имеем

Следовательно,

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

.

Результат будет понятен, если мы установим

, что дает

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

Проверьте свое понимание

Ртуть — опасное вещество. Как вы думаете, почему ртуть обычно используется в барометрах вместо более безопасной жидкости, такой как вода?

[показывать-ответ q = ”fs-id1170958618402 ″] Показать решение [/ показывать-ответ]

[скрытый-ответ a = ”fs-id1170958618402 ″]

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

[/ hidden-answer]

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 составляет

.

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

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

Сводка единиц давления
Блок Определение
Единица СИ: Паскаль
Английская единица: фунты на квадратный дюйм (

или фунт / кв. Дюйм)

Единицы давления прочие

14.4. Измерение давления — Physics LibreTexts

Цели обучения

  • Определение избыточного и абсолютного давления
  • Объясните различные методы измерения давления
  • Общие сведения о работе барометров с открытой трубкой
  • Подробно опишите, как работают манометры и барометры

В предыдущем разделе мы вывели формулу для расчета изменения давления для жидкости в гидростатическом равновесии. Как оказалось, это очень полезный расчет.Измерения давления важны в повседневной жизни, а также в научных и инженерных приложениях. В этом разделе мы обсудим различные способы регистрации и измерения давления.

Зависимость избыточного давления от абсолютного давления

Предположим, что манометр на полном акваланге показывает 3000 фунтов на квадратный дюйм, что составляет примерно 207 атмосфер. Когда клапан открывается, воздух начинает выходить, потому что давление внутри резервуара превышает атмосферное давление снаружи резервуара.Воздух продолжает выходить из резервуара до тех пор, пока давление внутри резервуара не сравняется с давлением атмосферы вне резервуара. В этот момент манометр на резервуаре показывает ноль, даже если давление внутри резервуара на самом деле составляет 1 атмосферу — такое же, как давление воздуха вне резервуара.

Большинство манометров, например, на акваланге, откалиброваны так, чтобы показывать ноль при атмосферном давлении. Показания давления от таких манометров называются манометром давлением , то есть давлением относительно атмосферного давления.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 увеличивает давление в любой жидкости, не заключенной в жесткий контейнер.

Определение абсолютного давления

Абсолютное давление или полное давление складывается из манометрического и атмосферного давления:

\ [p_ {abs} = p_ {g} + p_ {atm} \ label {14.11} \]

, где p abs — абсолютное давление, p g — избыточное давление, а p атм — атмосферное давление.

Например, если манометр показывает 34 фунта на квадратный дюйм, то абсолютное давление составляет 34 фунта на квадратный дюйм плюс 14,7 фунта на квадратный дюйм (p атм фунтов на квадратный дюйм) или 48.7 фунтов на квадратный дюйм (эквивалент 336 кПа).

В большинстве случаев абсолютное давление жидкости не может быть отрицательным. Жидкости выталкивают, а не вытягивают, поэтому наименьшее абсолютное давление в жидкости равно нулю (отрицательное абсолютное давление — это притяжение). Таким образом, минимально возможное манометрическое давление p g = −p атм (что делает p abs равным нулю). Теоретически нет 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 с давлением, можно использовать для создания манометра. Некоторые из наиболее распространенных типов включают тензодатчики, которые используют изменение формы материала под давлением; емкостные манометры, в которых используется изменение электрической емкости из-за изменения формы под давлением; пьезоэлектрические манометры, которые создают разность напряжений на пьезоэлектрическом материале под разницей давления между двумя сторонами; и ионные датчики, которые измеряют давление путем ионизации молекул в сильно вакуумированных камерах.Различные манометры полезны в разных диапазонах давления и в разных физических ситуациях. Некоторые примеры показаны на рисунке \ (\ PageIndex {1} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): (a) Манометры используются для измерения и контроля давления в газовых баллонах. Сжатые газы используются во многих промышленных и медицинских целях. (b) Манометры бывают разных моделей, но все они предназначены для одной и той же цели: для измерения внутреннего давления в шинах. Это позволяет водителю поддерживать давление в шинах, оптимальное для веса груза и условий движения.(c) Ионизационный датчик — это 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, в которых используются вакуумные системы.

Манометры

В одном из наиболее важных классов манометров применяется свойство, заключающееся в том, что давление, обусловленное весом жидкости постоянной плотности, определяется выражением p = h \ (\ rho \) g.U-образная трубка, показанная на рисунке \ (\ PageIndex {2} \), является примером манометра ; в части (а) обе стороны трубы открыты для атмосферы, позволяя атмосферному давлению равномерно снижаться с каждой стороны, чтобы его эффекты нейтрализовались.

Манометр, только одна сторона которого открыта в атмосферу, является идеальным устройством для измерения манометрического давления. Манометрическое давление p g = h \ (\ rho \) g и определяется путем измерения h. Например, предположим, что одна сторона U-образной трубки подключена к некоторому источнику давления p abs , например баллону в части (b) рисунка или вакуумной банке с арахисом, показанной в части (с).Давление передается на манометр в неизменном виде, и уровни жидкости больше не равны. В части (b) p abs больше атмосферного давления, тогда как в части (c) pabs меньше атмосферного давления. В обоих случаях p abs отличается от атмосферного давления на величину h \ (\ rho \) g, где \ (\ rho \) — плотность жидкости в манометре. В части (b) p abs может поддерживать столб жидкости высотой h, поэтому он должен оказывать давление h \ (\ rho \) g, превышающее атмосферное давление (манометрическое давление p g положительное).В части (c) атмосферное давление может поддерживать столб жидкости высотой h, поэтому p abs меньше атмосферного давления на величину h \ (\ rho \) g (манометрическое давление p g отрицательное) .

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): 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 неравным, и жидкость будет течь с более глубокой стороны. (b) Положительное манометрическое давление p g = h \ (\ rho \) g, передаваемое на одну сторону манометра, может поддерживать столб жидкости высотой h.(c) Аналогично, атмосферное давление больше отрицательного манометрического давления p g на величину h \ (\ rho \) g. Жесткость банки предотвращает передачу атмосферного давления на арахис.

Барометры

В манометрах

для измерения давления обычно используется U-образная трубка жидкости (часто ртути). Барометр (рисунок \ (\ PageIndex {3} \)) — это устройство, которое обычно использует один столбик ртути для измерения атмосферного давления. Барометр, изобретенный итальянским математиком и физиком Евангелистой Торричелли (1608–1647) в 1643 году, состоит из стеклянной трубки, закрытой с одного конца и заполненной ртутью.Затем трубку переворачивают и помещают в бассейн с ртутью. Это устройство измеряет атмосферное давление, а не манометрическое, потому что над ртутью в трубке создается почти чистый вакуум. Высота ртути такова, что h \ ​​(\ rho \) g = p атм . Когда атмосферное давление меняется, ртуть поднимается или падает.

Синоптики внимательно следят за изменениями атмосферного давления (часто указываемого как барометрическое давление), поскольку повышение уровня ртути обычно свидетельствует об улучшении погоды, а падение ртути указывает на ухудшение погоды.Барометр также можно использовать как высотомер, поскольку среднее атмосферное давление зависит от высоты. Ртутные барометры и манометры настолько распространены, что единицы измерения атмосферного и кровяного давления часто используются в миллиметрах ртутного столба.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): ртутный барометр измеряет атмосферное давление. Давление, обусловленное весом ртути, h \ (\ rho \) g, равно атмосферному давлению. Атмосфера способна поднять ртуть в трубке на высоту h, потому что давление над ртутью равно нулю.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): Высота жидкости в открытой U-образной трубе

U-образная трубка с обоими открытыми концами заполнена жидкостью плотностью \ (\ rho_ {1} \) на высоту h с обеих сторон (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Жидкость с плотностью \ (\ rho_ {2} <\ rho_ {1} \) наливается с одной стороны, и Жидкость 2 оседает поверх Жидкости 1. Высота на двух сторонах разная. Высота до верха жидкости 2 от границы раздела составляет h 2 , а высота до верха жидкости 1 от уровня поверхности раздела составляет h 1 .Выведите формулу для разницы в высоте.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): две жидкости разной плотности показаны в U-образной трубке.

Стратегия

Давление в точках на одинаковой 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 на стороне 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.

Давление на стороне с жидкостью 1 = p 0 + \ (\ rho_ {1} \) gh 1

Давление на стороне с жидкостью 2 = p 0 + \ (\ rho_ {2} \) gh 2

Раствор

Поскольку две точки находятся в жидкости 1 и находятся на одинаковой высоте, давление в двух точках должно быть одинаковым. Следовательно, имеем

\ [p_ {0} + \ rho_ {1} gh_ {1} = p_ {0} + \ rho_ {2} gh_ {2} \ ldotp \ nonumber \]

Следовательно,

\ [\ rho_ {1} h_ {1} = \ rho_ {2} h_ {2} \ ldotp \ nonumber \]

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

.

\ [h_ {2} — h_ {1} = \ left (1 — \ dfrac {p_ {1}} {p_ {2}} \ right) h_ {2} \ ldotp \ nonumber \]

Результат имеет смысл, если мы установим \ (\ rho_2 = \ rho_1 \), что даст h 2 = h 1 .{5} \; Па \ лдотп \]

Миллибар — удобная единица измерения для метеорологов, потому что среднее атмосферное давление на уровне моря на Земле составляет 1,013 x 10 5 Па = 1013 мбар = 1 атм. Используя уравнения, полученные при рассмотрении давления на глубине в жидкости, давление также можно измерить в миллиметрах или дюймах ртутного столба. Давление внизу 760-миллиметрового столба ртути при 0 ° C в контейнере, из которого откачана верхняя часть, равно атмосферному давлению. Таким образом, 760 мм рт. Ст. Также используется вместо давления в 1 атмосферу.{5} \; Па $ $$ 1 \; торр = 1 \; мм \; Hg = 122,39 \; Па $

Авторы и ссылки

  • Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

u трубка манометр для измерения давления

U-образная трубка наполовину заполнена жидкостью, одна сторона которой соединена с исследуемой областью, а другая сторона — с эталонным атмосферным давлением, приложенным к другой.Это используется для измерения разницы низких давлений между двумя точками, где требуется более высокая точность. Манометры с жидкостным столбом измеряют давление, определяя вертикальное смещение жидкости известной плотности в известном гравитационном поле. Измерение давления с помощью манометра. потому что ни одно прослушивание не открыто для атмосферы. Индустриальный парк Bookham. © Dwyer Instruments, Inc. Все права защищены. 3-1. Название U-образная трубка происходит от ее формы. Если показание манометра составляет 26 мм рт. Ст., Рассчитайте разницу давлений между точками, когда вода течет по трубе.Разница в высоте 8 мм рт. Ст. Когда фильтр загрязняется, жидкость определяет диапазон измеряемых давлений. Для дальнейшего повышения читаемости и чувствительности индикаторная трубка манометра колодезного типа наклонена, как показано на рис. У нас имеется широкий выбор цифровых и U-образных манометров для измерения давления жидкости или газа. Манометр — это измеритель влажности, что означает, что на дне трубки общее давление в каждой конечности должно быть одинаковым. О прессе Авторские права Связаться с нами Создатели Рекламировать Разработчикам Условия Политика конфиденциальности и безопасность Как работает YouTube Тестирование новых функций Кроме того, A и B находятся на разных уровнях.1 показана схема этого манометра. Означает ли это, что существует такая же разница давлений? Типичные диапазоны полной шкалы для манометров варьируются от 10 дюймов красного масла, указывающего жидкость, и шкалы с компенсацией для считывания давления непосредственно в дюймах водяного столба. Манометр U-образный высотой 0,5 м; Щелевое основание; Метиловый оранжевый; Длина трубки Бунзена; Правило 0,5 метра; Сифон (для предотвращения попадания воды в газопровод) Примечания по охране труда и технике безопасности. Измерение давления — Википедия Купить манометр CRAFT MART с U-образной трубкой, используемый для измерения давления… Ртутный манометр с открытым концом используется для измерения давления, создаваемого… Разница в высоте «h», которая представляет собой сумму показаний выше и ниже нуля, указывает величину вакуума. в трубе? В этом видеоуроке по химии объясняется, как решать проблемы с давлением манометра, а также объясняется, как работают манометры. Рис. Плотность ртути = 13,6 г / куб.см, плотность воды = 1 г / куб. Операции по измерению давления будут проводиться с использованием U-образных и наклонных трубчатых манометров. MasterCard, Visa, Paypal, JCB, Maestro.Это устройство показывает разницу между двумя давлениями (перепад давления) или между единичным давлением и атмосферой (манометрическое давление), когда одна сторона открыта в атмосферу. Эти устройства дешевы (100 евро) и обычно стоят (см. Рис.). Принцип основан на статическом балансе между измеренным давлением и напором столба жидкости. жидкости в манометре. Давление определяется как сила, приходящаяся на единицу площади, и наиболее точный способ измерить низкое давление воздуха — это уравновесить столб жидкости известного веса и измерить высоту столба жидкости, уравновешенного таким образом.Бесплатная доставка. 3-2. В манометрах с наклонной трубкой одна ножка направлена ​​по диагонали вверх. другие условия. 05.09.17 ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ (FMHM) SASIDHAR.G 11 U-образный манометр U-образный манометр: для преодоления ограничений пьезометра 12. Наклонно-вертикальный инструмент Dwyer Durablock®, T: +1 800.872.9141 +1 219.879.8000 Факс: +1 219.872.9057. 13,56×103 кг / м3. Необходимо учитывать 1000 кг / м3, поэтому мы используем приведенное выше: На этот раз перепад давления равен всего лишь манометру с трубкой Бурдона, который будет откалиброван с помощью манометра с поршневым манометром.используется для падения давления в воздушном потоке. U-образная трубка была изобретена Христианом Гюйгенсом в 1661 году (до н.э.) с использованием воды или масла в качестве жидкости. Все оптовики для измерения давления манометров с u-трубкой и производители для измерения давления с u-образными манометрами поступают от членов. Приборы позволяют измерять или отображать параметры — давление, температуру и т. Д. На шкале. Простой манометр представляет собой немного усовершенствованный вариант трубки пьезометра. Измерения давления выполняются путем уравновешивания вертикального напора индикаторной жидкости с измеряемым давлением.Манометр U-образный высотой 0,5 м; Щелевое основание; Метиловый оранжевый; Длина трубки Бунзена; Правило 0,5 метра; Ловушка (для предотвращения попадания воды в источник газа) Здоровье и безопасность… представляет собой жидкость или другую жидкость со значительно высокой плотностью, тогда она не может быть манометрами для измерения давления. Смотрите другие видео по адресу: https://www.tutorialspoint.com/videotutorials/ index.htmЛекция Автор: Er. Это тогда колонки. измеряемой жидкости и. Ниже приведены три различных типа манометров: 1. Манометр с U-образной трубкой. Манометр для жидкости — широко используемое устройство для измерения давления жидкости в стационарных и лабораторных условиях.Манометры — это устройства для измерения давления, которые обычно используются в повседневной жизни. Поскольку g — это ускорение свободного падения в трубе. не воздух, но имеет значительную плотность, чем указанное выше r1gh. Использование манометров с U-образной трубкой для измерения давления подачи газа. что я получил с веб-сайта Dwyer Instrumentation -. Измерения давления выполняются путем уравновешивания вертикального напора индикаторной жидкости с измеряемым давлением. Осталось всего 7 штук. В последнем случае эталонная сторона откачивается, как правило, с помощью механического вакуумного насоса.построен. прибор действует как манометр дифференциального давления. Принцип работы манометра заключается в том, что измеряемое давление прикладывается к одной стороне трубки, вызывая движение жидкости, как показано на рисунке выше. Доступны интернет-магазины! Первоначально столбцы жидкости манометра в обоих плечах U-образной трубки находятся на одном уровне. Аппаратура и материалы. U-образная трубка манометра для измерения давления. или же. Высота наклонной опоры равна Lsina, где L — длина измеряемой жидкости в наклоне, а a — угол.На следующем рисунке две точки A и B относятся к жидкостям с разным удельным весом. U-образный манометр показан ниже, Конструкция U-образного манометра: Позвольте мне объяснить вам конструкцию U-образного манометра. Манометр с трубкой Бурдона будет откалиброван с помощью поршневого манометра собственного веса. У ртутных манометров перепад давления увеличивается. Для измерения высоких давлений с помощью U-образного манометра используется тяжелая манометрическая жидкость, а для измерения низких давлений — легкая манометрическая жидкость.Hg), используя ртуть в качестве жидкости и дюймы водяного столба (дюйм. U-образный манометр: это U-образная трубка, открытая с обоих концов, заполненная несмешивающейся жидкостью. Наклонная ножка с другой стороны. 13,20 фунтов стерлингов 13 фунтов стерлингов. делает даже рулонный манометр Dwyer Slack Tube® такой же точной, как лабораторный прибор. Измеряется. Показания снимаются непосредственно со шкалы на уровне жидкости в индикаторной трубке. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАНОМЕТРА. Для измерения скорости воздуха обычно используется наклонная шкала. до 1 дюйма ш.c. (давление скорости 1 дюйм водяного столба = 4000 футов в минуту). U-образные манометры. Максимальное значение P1 — P2 ограничено высотой манометра. Предполагая, что китайские производители U-образных манометров для измерения давления — выберите U-образную трубку высокого качества 2021 года. Манометр для измерения давления по лучшей цене от сертифицированных китайских производителей высокого давления, поставщиков нагнетательных насосов, оптовых продавцов и заводов на Made-in-China.com, стр. 3 Манометр с U-образной трубкой — это «жидкостные» весы. в открытом состоянии жидкость находится на одинаковой высоте в каждой ножке.Столбец измеряемой жидкости (например, наклонная трубка Для равновесия в исходной точке в ОПРЕДЕЛЕНИИ ДАВЛЕНИЯ Все типы опорных значений давления легко измеряются манометром. 4 Рисунок 7 Дифференциальный манометр с U-образной трубкой. Гидростатический. Манометр с перевернутой U-образной трубкой. Манометр с U-образной трубкой — это основной базовый стандарт измерения давления. Если измеряемая жидкость — две колонки по 8 мм. Большинство продуктов можно купить в интернет-магазине. Резервуар (колодец) может быть достаточно большим, чтобы можно было заменить уровня в резервуаре можно пренебречь, или шкала может быть компенсирована изменением уровня жидкости в резервуаре.Принцип действия и работа типов дифференциальных манометров приведены ниже. U-образные манометры. Рис. Контактные данные. 05.09.17 ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ (FMHM) SASIDHAR.G 11 U-образный манометр U-образный манометр: для преодоления ограничений пьезометра 12. На рис. Плотность и размер манометра сведены к минимуму. Оба конца трубки находятся под давлением. Единицы измерения — Н / м2, Па или фунт / кв. Дюйм. Если давление на одном конце U-образной трубки больше, чем на другом, эту разницу в давлении можно измерить, просто найдя РАЗНИЦУ по высоте (h) жидкости в двух концах U-образной трубки.Обычно он состоит из воздушного крана в верхней части манометрического жидкостного типа. ТЕОРИЯ Давление (символ: p или P) — это сила, приложенная перпендикулярно к поверхности объекта на единицу площади, по которой эта сила распределяется. Аппаратура и материалы. колодезного типа и наклонной трубы. Они представляют собой тип аналоговых манометров, обычно используемых в качестве приборов для измерения перепада давления с расходомерами, часто используемых при измерении перепада давления в трубках Пито, соплах и отверстиях в системах воздушного потока и вентиляции.Разница в высоте двух U-образных манометров. Вертикальное сечение используется в основном для определения статического давления выше диапазона наклонного сечения. Для измерения давления внутри сосуда или трубы, в которой находится жидкость, к стенкам контейнера или трубы, в которой остается жидкость, прикрепляют трубку, чтобы жидкость могла подниматься в трубке. Случай 1: Для избыточного давления. ТЕОРИЯ Давление (символ: p или P) — это сила, приложенная перпендикулярно к поверхности объекта на единицу площади, по которой эта сила распределяется.Давление в левой конечности возникает из-за: (а) Манометр с U-образной трубкой состоит из стеклянной трубки, изогнутой в U-образной форме, один конец которой соединен с точкой, в которой необходимо измерить давление, а другой конец остается открытым. в атмосферу. Использование U-образной трубки позволяет измерять давление жидкостей и газов одним и тем же прибором. Манометры, заполненные ртутью, используются для измерения перепада и абсолютного давления в более широком диапазоне. дюймы водяного столба, дюймы ртутного столба). Манометр — простейший пример такого типа устройства для измерения давления.Дифференциальный манометр с U-образной трубкой Он используется для измерения разности давлений в двух точках трубы или между двумя трубами на разных уровнях. Рассмотрим манометр с U-образной трубкой, показанный на рисунке 1, разница в давлении между неизвестным давлением p и атмосферой определяется как функция перепада высоты h. Принцип работы U-образного манометра. Манометр с U-образной трубкой является основным стандартом, поскольку разница в высоте между двумя колонками всегда является истинным показателем давления независимо от изменений внутреннего диаметра трубки.2-3. Манометр с U-образной трубкой. Как следствие, жидкость будет выталкиваться вниз с одной стороны с большим давлением, заставляя жидкость подниматься на стороне с меньшим давлением. Барометр (рис. \ (\ PageIndex {3} \)) — это устройство, которое обычно использует один столбик ртути для измерения атмосферного давления. Рис. Один конец подсоединен к жидкостной системе, давление которой необходимо измерить, а другой конец открыт для атмосферы. ртуть) высотой h2 (b) жидкость, давление которой измеряется, вступает в контакт с другой U-образной трубкой манометр особой формы, название которой происходит от U-образной трубки.Гидростатический. ВАРИАНТЫ КОНСТРУКЦИИ МАНОМЕТРА Манометр — это устройство, используемое для измерения давления в определенной точке жидкости путем уравновешивания столба жидкости той же или другой жидкостью. Наклонный манометр часто называют тяговым манометром, потому что он широко используется для определения избыточной тяги в воздухозаборниках и дымоходах котла. Дифференциальные манометры 3. Столб измеряемой жидкости (например, или манометрическое давление. Из таблицы преобразования 1 бар соответствует 0,75 м рт. Ст. Этот принцип делает даже сворачиваемый манометр Dwyer Slack Tube® такой же точной, как лабораторный прибор.Манометр Meriam 10AA25 — это универсальный и экономичный прибор для измерения давления, вакуума или дифференциального давления. — плотность. Мы обсудим здесь следующие два случая. Если p2 — атмосферное давление, тогда приборы, использующие этот принцип, называются манометрами. Давление в правой конечности возникает из-за того, что: (а) Эти два являются очень простыми и простыми устройствами измерения давления, полезными для простых приложений. Манометр с U-образной трубкой используется для измерения давления жидкости и газа в различных условиях.Затем трубка изгибается в форме буквы U и фиксируется в вертикальном положении. Простые манометры 2. Доступны интернет-магазины! Блок манометров и манометров представляет собой рамную конструкцию с задней стенкой, на которой размещены: вертикальный U-образный манометр, U-образный манометр с наклонной кромкой, манометр Бурдона для измерения вакуума, манометр Бурдона для измерения положительного давления и; узел шприца для нагнетания и снижения давления; в измерительных приборах. давление на входе выше по потоку, что приводит к разнице в высоте манометра с U-образной трубкой — это основной базовый эталон для измерения давления.Использование манометров с U-образной трубкой для измерения давления подачи газа. Мы не предоставляем продукты или услуги для измерения давления с помощью u-образного манометра, пожалуйста, свяжитесь с ними напрямую и внимательно проверьте информацию их компаний. Самая простая форма манометра состоит из U-образной стеклянной трубки, содержащей жидкость. жидкость, например ртуть, которую вытесняют, чтобы указать давление. Если U-образная трубка заполнена водой до половины и давление воздуха оказывается на одну из колонн, жидкость вытесняется.Прецизионные вертикальные манометры. Hg), используя ртуть в качестве жидкости и дюймы водяного столба (дюймы. Ответ: Давление, приложенное к правой трубе = 26,5 дюймов WC = 6600,8 Па. Предположим, что вода протекала по трубе и имела действительно большой диаметр по сравнению с правой. сторона, то вы не используете колонку с измеряемой жидкостью (например, Surrey KT23 3EU Email: [email protected] Мы используем те же данные, что и в примере выше, за исключением того, что U-образная трубка наклонена на 45 o. Порты по обе стороны от воздушного фильтра (на входе и выходе).2-1. Таким образом, небольшая разница в высоте значительно изменяет длину столба жидкости. Манометры обычно используют U-образную трубку жидкости (часто ртути) для измерения давления. который я получил с веб-сайта Dwyer Instrumentation — http://www.dwyer-inst.com/htdocs/PRESSURE/qsmodel250-451.cfm. Использование манометров для измерения давления Манометр с U-образной трубкой является самым простым из устройств для измерения давления. Идея, лежащая в основе типа колодца, заключается в том, что если вы сделали левую часть U-образной трубки справа, на жидкость в колодце будет оказано положительное давление, что приведет к очень небольшому понижению уровня.В промышленности существует множество методов измерения давления. ПРОСТОЙ МАНОМЕТР. Разница в высоте «h», которая представляет собой сумму показаний выше и ниже нуля, указывает давление. U-образные манометры. Здесь изучается метод использования манометра с U-образной трубкой для измерения жидкости под умеренным давлением, жидкости под вакуумом, газа под давлением или газа под вакуумом и поясняется с помощью аккуратных иллюстраций. Можно использовать ртуть, потому что у нее высокий уровень. Когда вакуум применяется к одной ноге, жидкость поднимается в этой ноге и опускается в другую.Плотность ртути указана на рис. Дифференциальные манометры используются для измерения разницы давлений между двумя точками в трубе или между двумя разными трубами. Методы измерения давления. Проведены некоторые экспериментальные работы. Для измерения расхода воздуха используется U-образный манометр, заполненный ртутью. Чтобы наклонный манометр был основным устройством, наклонная трубка должна быть прямой и однородной. Барометр (рис. \ (\ PageIndex {3} \)) — это устройство, которое обычно использует один столбик ртути для измерения атмосферного давления.деления могут быть нанесены на стекло, чтобы дать прямое показание давления. Манометр Meriam 10AA25 — это универсальный и экономичный прибор для измерения давления, вакуума или дифференциального давления. Если измерение манометрического давления составляет 3-2. ртуть) высотой h 1 (b) столб измеряемой жидкости (например, этот манометр состоит из U-образной трубки, в которую заполнена манометрическая жидкость. Уровень жидкости в индикаторной трубке существенно повысился. На схеме, показанной здесь (Рисунок 4) эта разница составляет 11 см.Вопрос 3: Сколько давления прикладывается к этому водяному манометру с U-образной трубкой, в единицах «дюймы… Дифференциальный манометр с U-образной трубкой. Манометр с U-образной трубкой… В манометре с U-образной трубкой давление заставляет столб жидкости перемещаться. . Один конец этой стеклянной трубки будет соединен с точкой, где нам нужно измерить давление, а другой конец будет открыт в атмосферу. Измеряемое давление прикладывается к одной стороне U-образной трубки. Если оба порта соединены с двумя разными неизвестными давлениями, давление прямо пропорционально разнице высот. Простой манометр состоит из трубки, изогнутой в U-образной форме.В этот момент уровни жидкости в двух вертикальных колоннах должны быть одинаковыми, поскольку в настоящее время они подвергаются одинаковому давлению. Манометры с U-образной трубкой — одна из самых простых доступных разновидностей. ртуть) высотой h3 и (b) гидростатические датчики (такие как манометр с ртутным столбом) сравнивают давление с гидростатической силой на единицу площади у основания столба жидкости. Для манометрического давления; Для вакуумного давления; Одноколонный манометр; Манометр с наклонной трубкой или чувствительный манометр; 1. Например, с помощью этих устройств постоянно контролируется давление в трубопроводных системах.Шкала компенсировала падение уровня в колодце. Он состоит из трубки А стеклянной трубки 1, изогнутой к U-образной форме, заполненной на половину своего объема жидкостью 2 (вода, ртуть). В простейшем виде манометр представляет собой U-образную трубку, примерно наполовину заполненную жидкостью. тогда как из приведенного выше примера высота столба воды 10 м равна 1 2-4. Для улучшения и расширения читаемости некоторые манометры Dwyer U-типа и колодезного типа доступны с калибром .826 sp. Они используются для измерения манометрического давления и являются основными приборами, используемыми в мастерской для калибровки.столбцы. U-образные манометры. Операции по измерению давления будут проводиться с использованием U-образных и наклонных трубчатых манометров. Распространенными типами манометров являются U-образные манометры. Вот изображение наклонного манометра. Пример — измерение перепада давления с помощью наклонного U-образного манометра. Справа на жидкость в индикаторной трубке оказывается положительное давление, которое толкает ее вниз до точки на шкале, равной давлению. Дифференциальные манометры используются для измерения разницы давлений между двумя точками трубы или между двумя разными трубами.2-1). Поэтому небольшая разница в высоте… Слева, при одинаковом давлении жидкости в колодце и индикаторной трубке, показание равно нулю. потому что ни одно прослушивание не открыто для атмосферы. Разница давлений считывается прямо со шкалы и является мерой приложенного давления. Одна ветвь U-образной трубки присоединяется к точке измерения трубопровода, по которому течет жидкость, давление которой необходимо измерить. ВНИМАНИЕ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Формирование сигнала на манометре состоит из маркировки. Один конец подключен к источнику давления; другой открыт для атмосферы.Напротив показан манометр с U-образной трубкой. Манометры Манометры — один из старейших видов измерения давления. Манометры могут использоваться для измерения манометрического давления, дифференциального давления и абсолютного давления. http://www.dwyer-inst.com/htdocs/PRESSURE/qsmodel250-451.cfm. Уровень жидкости в колодце увеличивается пропорционально. Химаншу… Поддиметр ООО. Это обеспечивает реальное удобство для человека, которому в противном случае пришлось бы садиться в самолет с 60-дюймовым жестким стеклянным U-образным манометром. U-образная трубка была изобретена Христианом Гюйгенсом в 1661 году.имеем: где r1 — плотность 9 4. Манометр с перевернутой U-образной трубкой используется для измерения небольших перепадов давления в жидкостях. Манометр с U-образной трубкой, в одной из его различных форм, представляет собой инструмент, обычно используемый в промышленности для визуального измерения давления, на которое может воздействовать человек-оператор. жидкости в манометре. 20 £ 13,74 £ 13,74. Давление из-за этого может быть проигнорировано, поскольку этот член будет очень маленьким по сравнению с этим манометром очень легко. Когда оба конца трубки открыты, жидкость находится на одинаковой высоте в каждой ноге.бар. Манометры — это устройства для измерения давления, которые обычно используются в повседневной жизни. обратите внимание на изменения уровня в левой части, но смотрите на них как на нормальные в 2-4. стекло гнутое в U-образную форму. Контактная информация. не воздух, но имеет значительную плотность. жидкость, давление которой измеряется, контактирует с другой наклонной ногой на другой стороне. результатом для p1 является измерение абсолютного давления. 2-2. воздух) высоты h и (c) давление p1. Была получена плотность вместо воздуха и то же значение.См. Рис. Построенный. диапазон от 1 мбар до 1,5 бар может быть легко достигнут. Это обеспечивает реальное удобство для человека, которому в противном случае пришлось бы садиться в самолет с 60-дюймовым жестким стеклянным U-образным манометром.

Related Posts

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.