Как измерить давление жидкостным манометром

Жидкостные манометры и дифманометры, принцип действия, область применения

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

Виды и типы приборов

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

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:

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

Манометр жидкостный: принцип действия

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

Схема U-образного жидкостного манометра

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

Инструкция по расчету

Разница высоты между уровнями жидкости рассчитывается по формуле:

h = (Рабс – Ратм)/((rж – rатм )g)
где:
Рабс – абсолютное измеряемое давление.
Ратм – атмосферное давление.
rж – плотность рабочей жидкости.
rатм – плотность окружающей атмосферы.
g – ускорение свободного падения (9,8 м/с2)
Показатель высоты рабочей жидкости H складывается из 2-ух составляющих:
1. h1 – понижение столба по сравнению с исходным значением.
2. h2 – повышение столба в другой части трубки в сравнении с исходным уровнем.
Показатель rатм в расчетах часто не учитывают, поскольку rж >> rатм. Таким образом, зависимость можно представить как:
h = Ризб/(rж g)
где:
Ризб – избыточное давление измеряемой среды.
На основе приведенной формулы, Ризб = hrж g.

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

Схема жидкостного вакуумметра абсолютного давления

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

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

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

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

Преимущества и недостатки

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

Среди ключевых преимуществ измерительных приборов с жидкостным наполнением следует отметить:

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.

Уважаемый пользователь. Уведомляем Вас о том, что персональные данные, которые Вы можете оставить на сайте, обрабатываются в целях его функционирования. Если Вы с этим не согласны, то пожалуйста покиньте сайт. В противном случае это будет считаться согласием на обработку Ваших персональных данных.
Политика конфиденциальности

Источник

Как измерить давление жидкостным манометром

Если разность давлений воздуха в сосуде и во внешней атмосфере не очень велика, то ее легко измерить при помощи -образной стеклянной трубки, частично наполненной жидкостью (рис. 11). Пренебрегая собственным весом воздуха, мы получим следующие соотношения. В сечении А давление жидкости равно тому давлению под которым находится воздух в сосуде. В другом колене -образной трубки на той же высоте, т.е. в сечении В, давление также равно (сообщающиеся сосуды!) На свободной поверхности жидкости, т. е. в сечении С, давление жидкости равно атмосферному давлению Обозначая превышение уровня жидкости в правом колене над уровнем в левом колене через мы

получим на основании уравнения (6), что

Таким образом, U-образная трубка, наполненная жидкостью, позволяет весьма просто измерять разности давлений воздуха, пока эти разности не очень велики. В разных видоизменениях она является основной частью многих манометров. Для того чтобы не надо было отсчитывать уровень жидкости в двух сечениях трубки (в сечениях на рис. 11), одно из ее колен часто выполняется в виде широкого сосуда (рис. 12); тогда колебания уровня в этом сосуде получаются столь малыми, что ими можно пренебрегать. Для отметки на трубке нулевой точки необходимо соединить с атмосферой оба отверстия манометра. Для измерения очень небольших разностей давления либо применяются уточненные способы отсчета уровня жидкости в трубке, либо трубка манометра делается наклонной. Более точный отсчет уровня достигается при помощи передвижного микроскопа или проектирования на экран шкалы, плавающей в трубке манометра, в увеличенном масштабе (способ Бетца).

Рис. 11. Гидростатическое измерение давления -образная трубка)

Рис. 12. Жидкостный манометр

Примерами манометра с наклонной трубкой могут служить манометрический уровень Теплера (рис. 13 и 15) и микроманометр Крелля (рис. 14). В обоих этих приборах перемещению столба жидкости в трубке на расстояние х соответствует изменение высоты уровня на величину хътщ следовательно, разность давлений будет равна

Однако точное измерение малого наклона а трубки представляет некоторые трудности; кроме того, без тщательной проверки нельзя быть уверенным в том, что трубка совершенно прямая. Поэтому для точных

Рис. 13. Манометрический уровень Теплера

Рис. 14. Микроманометр Крелля

Рис. 15. Манометрический уровень Теплера

измерений при помощи таких приборов производится их предварительная тарировка.

Тарировка микроманометра Крелля производится следующим образом. Измеряют диаметр широкого цилиндрического сосуда (этот сосуд должен быть выточен очень точно). Затем, пользуясь уровнем, тщательно выравнивают прибор, после чего начинают подливать в широкий сосуд взвешенные порции жидкости и каждый раз отсчитывают по шкале положение жидкости в узкой трубке. Каждая порция жидкости, налитая в широкий сосуд, нагружает первоначальный уровень и приводит к увеличению давления на величину, равную весу порции, деленной на площадь поперечного сечения широкого сосуда При этом равновесие первоначальной системы жидкости получается совершенно таким же, как если бы соответствующее увеличение давления было вызвано воздухом. То обстоятельство, что долитая в сосуд жидкость в действительности смешивается с остальной жидкостью, для наших рассуждений значения не имеет. Полученные соответственные значения давления и положения жидкости в узкой трубке позволяют построить необходимую для отсчетов шкалу или составить таблицу.

Манометрический уровень Теплера является в высшей степени чувствительным прибором для измерения самых небольших разностей давлений, если только при работе с ним соблюдать тщательные меры предосторожности, указанные самим Тендером. Основная часть прибора представляет собой изогнутую посредине стеклянную трубку (рис. 13), внутри которой находится столбик нелетучей, легко подвижной жидкости (ксилол). Длина

этого столбика равна около 25 см. Трубка проходит через наполненный водой сосуд из (рис. 15) со стеклянными стенками, причем непосредственно позади трубки укрепляется шкала с миллиметровыми делениями (на рис. 15 изгиб трубки не показан). Сосуд с водой стоит на металлической доске наклон которой может регулироваться при помощи винта Угол поворота винта отсчитывается по лимбу. Так как шаг винта известен, то, зная угол его поворота, можно определить наклон доски Микроскоп укрепленный на доске позволяет наблюдать перемещение мениска жидкости в правом конце трубки Одинаковому давлению на обоих концах трубки соответствует определенное нулевое положение манометрического уровня. Зная это положение, можно определить наблюдаемую разность давлений либо по перемещению мениска жидкости в трубке либо по углу, на который надо повернуть винт чтобы вернуть мениск в прежнее положение. Для тарирования, необходимого при первом способе, наблюдают перемещение мениска, происходящее только вследствие вращения винта при отсутствии разности давлений на обоих концах трубки и строят кривую или таблицу, связывающую это перемещение с углом поворота винта. Чем меньше угол перелома а трубки тем, очевидно, чувствительнее манометрический уровень. При очень малом угле а Тендеру удавалось измерять разности давлений порядка

Рис. 16. Прецизионный манометр Рейхардта

Для измерения очень малых разностей давления существуют также манометры без жидкости. Один из таких приборов, сконструированный Рейхардтом, обладает особенно большой чувствительностью: он позволяет измерять разности давлений в водяного столба и даже меньшие. Он представляет собой коробку (рис. 16), разделенную на две полости I и II. Эти полости соединены резиновыми трубками с теми пространствами, в которых надо измерить разность давлений. В перегородке между полостями имеется щель, через которую проходит с зазором в изогнутый по дуге круга легкий поршень К. Этот поршень вместе с присоединенной к нему стрелкой подвешен в точке на платиновой проволоке наподобие гальванометра. Резиновые трубки, подводящие в прибор давления должны быть широкими, так как иначе неизбежное течение газа или воздуха через зазор между стенками щели и поршнем, может вызвать в трубках заметное понижение давления.

Применение жидкостных манометров привело к установлению особого рода единиц для давления, широко распространившихся в практике. В самом деле, давление жидкости можно условиться измерять

непосредственно высотой того столба жидкости, который уравновешивается этим давлением. Так как жидкостные манометры могут наполняться разными жидкостями с разными удельными весами, то при таком способе измерения давления необходимо каждый раз указывать название жидкости. Так, например, говорят о миллиметрах водяного столба, ртутного столба (сокращенно: вод. ст., рт. ст.). Как легко подсчитать, вод. самом деле, столб воды с площадью основания в и высотой имеет объем в и весит Первое соотношение вод. особенно легко запоминается. Это привело к тому, что единица давления получила очень широкое распространение в технике (в авиационной, вентиляционной и т.д.). В тех случаях, когда требуется высокая точность отсчета высоты столба жидкости, вода как жидкость для измерения давления мало пригодна, так как она легко и неравномерно прилипает к стенкам стеклянной трубки. Значительно удобнее жидкости, растворяющие жир (алкоголь, толуол, ксилол и т.д.). Для измерения значительных разностей давлений удобнее всего применять ртуть, которая в чистом виде даст в не слишком узких трубках очень удобный для отсчета мениск. Удельный вес ртути равен 13,6 г/см2 (точнее 13,595 г/см3 при 0°С), поэтому Обратно, Единицей давления в 1 мм рт. ст. обычно пользуются в физике. В последнее время для нее предложено название тор (в честь Торичелли, см. § 9).

Источник

Что измеряет манометр и какое давление показывает

Ни одно современное здание не обходится без отопительной системы. А для ее стабильной и безопасной эксплуатации требуется точный контроль давления теплоносителя. Если давление в пределах гидравлического графика стабильное, то отопительная система работает нормально. Однако при ее повышении появляется риск разрыва трубопровода.

Понижение давления также может привести к таким негативным последствиям, как, например, образование кавитации, то есть в трубопроводе образуются пузырьки воздуха, которые, в свою очередь, могут вызвать коррозию. Поэтому поддерживать нормальное давление крайне необходимо, и благодаря манометру это становиться возможным. Помимо отопительных систем такие приборы применяются в самых различных областях.

Описание и назначение манометра

Манометр представляет собой прибор, измеряющий уровень давления. Существуют такие виды манометров, которые применяются в самых разных отраслях, и, разумеется, для каждой из них предназначен свой манометр. Для примера можно взять барометр — прибор, предназначенный для измерения давления атмосферы. Они широко применяются в машиностроении, в сельском хозяйстве, в строительстве, в промышленности и в других сферах.

Эти приборы измеряют давление, и это понятие растяжимое, по крайней мере, и у этой величины также есть свои разновидности. Чтобы ответить на вопрос о том, какое давление показывает манометр, стоит рассмотреть этот показатель в целом. Это величина, определяющая отношение силы, действующей на единицу площади поверхности, перпендикулярно этой поверхности. Практически любой технологический процесс сопровождается этой величиной.

Виды давления:

Для измерения каждого из перечисленных выше видов показателей существуют определенные типы манометров.

Классификация приборов

Типы манометров различаются по двум признакам: по виду измеряемого ими показателя и по принципу действия.

По первому признаку они подразделяются на:

Они работают по принципу уравновешивания разницы давлений определенной силой. Поэтому устройство манометров разное, в зависимости от того, как именно происходит это уравновешивание.

По принципу действия они делятся на:

По назначению существуют такие виды манометров, как:

Устройство и принцип действия

Устройство манометра может иметь различную конструкцию в зависимости от вида и предназначения. Так, например, устройство, измеряющее напор воды, имеет довольно простую и понятную конструкцию. Она состоит из корпуса и шкалы с циферблатом, которая отображает значение. В корпусе имеется встроенная пружина трубчатая либо мембрана с держателем, трипко-секторным механизмом и упругий элемент. Прибор функционирует по принципу уравнивания давления за счет силы изменения формы (деформации) мембраны либо пружины. А деформация, в свою очередь, приводит в движение чувствительный упругий элемент, действие которого отображается на шкале с помощью стрелки.

Жидкостные манометры состоят из длинной трубки, которую наполняют жидкостью. В трубке с жидкостью находится подвижная пробка, на которую влияет рабочая среда, измерять силу напора следует в зависимости от перемещения уровня жидкости. Манометры могут предназначаться для измерения разницы, такие устройства состоят из двух трубок.

Поршневые — состоят из цилиндра и поршня, расположенного внутри. Рабочая среда, в которой измеряется давление воздействует на поршень и уравновешивается грузом некоторой величины. Когда показатель изменяется, поршень перемешается и приводит в действие стрелку, которая показывает значение давления.

Термопроводные состоят из нити накаливания, которые нагреваются, когда через них пропускается электрический разряд. Принцип работы таких приборов основан на снижении теплопроводности газа с давлением.

Манометр Пирани назван так в честь Марчелло Пирани, который впервые сконструировал устройство. В отличие от термопроводных, состоит из металлической проводки, которая также нагревается во время прохождения через нее тока и охлаждается под воздействием рабочей среды, а именно газа. При уменьшении давления газа снижается и эффект охлаждения, а температура проводки возрастает. Величина измеряется посредством измерения напряжения в проводе во время прохождения через нее тока.

Существует два вида ионизационных устройств: с горячим и холодным катодом.

Первый вид был сконструирован Баярдом Аллертом, состоит из электродов, которые работают в режиме триода, а в качестве катода выступает нить накала. Самый распространённый вид горячего катода — ионный манометр, в конструкции которого помимо коллектора, нити и сетки встроен небольшой ионный коллектор. Такие приборы очень уязвимы, они могут легко потерять калибровку, в зависимости от условий работы. Поэтому показания этих приборов всегда логарифмичны.

Холодный катод также имеет свои разновидности: интегрированный магнетрон и манометр Пеннинга. Их главное отличие заключается в положении анода и катода. В конструкции этих приборов нет нити накалывания, поэтому им для работы им требуется напряжение до 0,4 кВт. Использовать такие устройства не эффективно при низком уровне давления. Поскольку они могут просто не заработать и не включиться. Принцип их работы основан на выработке тока, что невозможно при полном отсутствии газа, особенно для манометра Пеннинга. Так как устройство работает только в определенном магнитном поле. Оно необходимо для создания нужной траектории движения ионов.

Маркировка по цвету

Манометры, измеряющие давление газа, имеют цветные корпуса, их специально окрашивают в различные цвета. Существует несколько основных цветов, которые используются для окрашивания корпуса. Как, например, манометры, которые измеряют давление кислорода, имеют корпус голубого цвета с условным обозначением О2, аммиачные манометры имеют корпус, окрашенный в желтый цвет, ацетиленовые — белого цвета, водородные — темно-зеленого, хлорные — серого. Приборы, измеряющие давление горючих газов, окрашиваются в красный цвет, а негорючих —черный.

Преимущества использования

В первую очередь, стоит отметить универсальность манометра, который заключается в возможности контролировать давление и поддерживать ее на определенном уровне. Во-вторых, устройство позволяет получить точные показатели нормы, так и отклонение от них. В-третьих, доступность практически любо человек может себе позволить приобрести данный прибор. В-четвертых, устройство способно работать стабильно и бесперебойно на протяжении длительного времени, и не требует специальных условий или навыков.

Использование таких устройств в таких областях, как медицина, химическая промышленность, машино- и автомобилестроение, морской транспорт и других требующих точного контроля давления, значительно облегчает работу.

Класс точности прибора

Манометров очень много, и каждому виду присваивается определенный класс точности согласно предписаниям ГОСТ, под которым понимается допустимая погрешность, выражающаяся в процентном отношении к диапазону измерений.

Существует 6 классов точности: 0,4; 0,6; 1; 1,5; 2,5; 4. У каждого типа манометра они также различаются. Приведенный выше список относится к рабочим манометрам. Для пружинных устройств, к примеру, соответствуют следующие показатели 0,16; 0,25 и 0,4. Для поршневых — 0,05 и 0,2 и так далее.

Класс точности имеет обратно пропорциональную зависимость от диаметра шкалы прибора и от типа прибора. То есть, если диаметр шкалы больше, то точность и погрешность манометра уменьшается. Класс точности условно принято обозначать следующими латинскими буквами KL также можно встретить и CL, которая указывается на шкале прибора.

Значение погрешности можно вычислить. Для этого используется два показателя: класс точности или KL и диапазон измерений. Если класс точности (KL) равен 4, то диапазон измерений составит 2,5 МПа (Мегапаскаль), а погрешность будет равна 0,1 МПа. Вычисляется по формуле произведение класса точности и диапазона измерений, деленное на 100. Поскольку погрешность выражается в процентах, результат нужно переводить в проценты путем деления на 100.

Помимо основного вида, существует и дополнительная погрешность. Если для вычисления первого вида используются идеальные условия или натуральные величины, влияющие на особенности конструкции прибора, то второй вид напрямую зависит от условий. Например, от температуры и вибрации или других условий.

Источник