Жидкостные манометры

Жидкостные манометры отличаются простотой конструкций и срав- нительно высокой точностью измерения. Их широко применяют как в ка- честве переносных (лабораторных), так и технических приборов для изме- рения давления.

Переносной U-образный манометр, представляющий собой согну-

тую в виде буквы U стеклянную трубку 1 показан на рис.3.4.

Трубка закреплена на доске 2 со шкалой 3, расположенной между коленами трубки, и заполнена жидкостью (спиртом, водой, ртутью). Один

конец трубки соединен с полостью, в ко- торой измеряется давление, другой ко- нец трубки сообщается с атмосферой. Под действием измеряемого давления жидкость в трубке перемещается из од- ного колена в другое до тех пор, пока измеряемое давление не уравновесится гидростатическим давлением столба жидкости в открытом колене.

Система находится в равновесии, если гидростатическое давление столба жидкости в открытом колене уравнове- шивается давлением в другом колене:

Pa S = Pб S + HSg (ρ − ρ1), (3.1)

 

 

Рис.3.4. U-образный манометр: где P

 

- абсолютное давление в аппарате

1 – трубка; 2 – доска; 3 – шкала

 

Рб

а

или трубопроводе, Па; Pб - атмосферное давление, Па; S - площадь сечения труб- ки, м2; H - разность уровней жидкости в обоих коленах или высота уравновеши-

вающего столба жидкости, м; ρ - плот-

ность жидкости в манометре, кг/м3; ρ1 -

плотность среды, находящейся над жид-

костью в манометре, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2.

Из уравнения (3.1):

Рa Pи

= Pa − Pб

= Hg (ρ − ρ1). (3.2)

Если над жидкостью в приборе на-

ходится газ, то

Pи = Pa − Pб

= Hg ρ. (3.3)

 

Рис.3.5. Чашечный манометр:

1 – чашка; 2 – трубка

Если давление в пространстве, с которым соединен прибор, ниже атмо- сферного, то жидкость в трубках пере- местится в обратном направлении, и вы- сота ее столба будет соответствовать раз-

режению (вакууму). Присоединив оба свободных конца трубки прибора к двум полостям с разными давлениями, можно по разности уровней жидко- сти в приборе определить разность давлений.

Прибор наполнен жидкостью до нулевой отметки шкалы. Для опре- деления высоты столба жидкости необходимо делать два отсчета (сниже- ния в одном колене, подъема в другом) и суммировать замеренные вели- чины, т.е. Н = h1 + h2.

Чашечный манометр, являющийся разновидностью U-образного,

показан на рис.3.5. Одно из колен чашечного манометра выполнено в виде сосуда (чашки) 1, диаметр которого больше диаметра трубки 2, представ- ляющей собой другое колено. Полость с измеряемым давлением (больше атмосферного) соединяется с чашкой, а трубка соединяется с атмосферой. Так как площадь сечения чашки больше площади сечения трубки, жид- кость под действием давления в чашке опускается на высоту h1, которая меньше высоты подъема в трубке h2. Обычно площадь сечения чашки зна- чительно больше сечения трубки, поэтому величиной понижения уровня жидкости в чашке пренебрегают, и результат отсчитывают только по вы- соте столба жидкости в трубке от начального значения. Однако, при этом возникает погрешность, вызванная понижением уровня жидкости в чашке, что изменяет положение нуля шкалы. Например, при диаметре чашки D в десять раз большем диаметра трубки d, получим:

h1 = 0,01h2,

т. е. относительная погрешность составит 1%. Таким образом, погреш- ность прибора зависит от отношения площадей сечений трубки и чашки и может быть сколь угодно малой. На практике площади сечений чашки S и трубки s выбирают обычно такими, чтобы отношением s/S можно было

пренебречь. В основном для чашечных приборов s /S ≤ 1/400.

Давление определяется как:

Pи = Pa − Pб

= h 2 g (1+

s

)(ρ − ρ1). (3.4)

S