Жидкостные приборы для измерений давления

Принцип действия жидкостных приборов основан на уравнове­шивании измеряемого давления гидростатическим давлением столба рабочей (затворной) жидкости, заполняющей манометр, и определе­нии давления по высоте подъема этого столба.

Наибольшее распространение в лабораторной практике получили жидкостные {/-образные (двухтрубные) и чашечные жидкостные

б

\ /

і

11 {

13

г

~7

в

1

Рис. 9.1. Схема жидкостных приборов:

1 — рабочая жидкость; 2 — стеклянные трубки; 3 — шкала; 4 — поплавок; 5 — направляющая втул­ка; 6 — стрелка; 7 — барабан с диаграммной лентой; 8 — чернильница; 9 — электропривод; 10 — шток; 11 — чашка; 12 — наклонная шкала; 13 — наклонная трубка

приборы, которые могут выполнять функции манометра, вакууммет­ра и дифференциального манометра.

Схема С-образного прибора показана на рис. 9.1, а. Он содержит две стеклянные сообщающиеся трубки, установленные вертикально на металлическом или деревянном основании. Трубки заполнены ра­бочей жидкостью (вода, спирт, ртуть) до нулевых отметок 0—0. Вдоль трубок расположена шкала для отсчета значений уровней рабочей жидкости в трубках.

(9.1)

При подаче в трубки давлений Р_х и Р₂ в случае, если давление Р\ > Ръ уровень жидкости в левой (на рисунке) трубке будет пони­жаться, а в правой — повышаться до тех пор, пока разность давлений не будет уравновешена гидростатическим давлением столба рабочей жидкости. В состоянии равновесия справедливо выражение

Л - Рг = Рgh,

где р — плотность рабочей жидкости; g — ускорение свободного па­дения; h — высота уравновешивающего столба рабочей жидкости (Л=Л, + А₂).

Если плотность среды над рабочей жидкостью соизмерима с плотностью рабочей жидкости, выражение (9.1) видоизменяется:

Р\ ~ Рг = (р - Pc)g (Лі + h₂),

где р_с — плотность среды над рабочей жидкостью.

При точных измерениях высота столба h определяется как сумма высот hi и h₂, так как может иметь место непостоянство площадей внутренних поперечных сечений трубок. Если есть уверенность в том, что трубки имеют постоянное внутреннее поперечное сечение, то, считая, что /г, = h₂, можно удвоить, например, высоту поднятия h₂ рабочей жидкости в правой трубке, тогда выражение (9.1) примет вид

Р_{- Р_г = 2(р - р_с)gh₂.

Рассмотренный режим работы соответствует измерению разности давлений, т. е. прибор в данном случае служит дифференциальным манометром. Если при измерении давления Р₂ принять равным атмо­сферному, т. е. правая трубка соединена с атмосферой, то (/-образ­ный прибор обеспечивает измерения избыточного давления. Если же правую трубку соединить с источником разрежения, а левую — с ат­мосферой, то прибор становится вакуумметром.

(/-образные приборы являются простыми и в то же время наибо­лее точными жидкостными средствами измерений давления. Они по­зволяют измерять давления в диапазоне от 0—400 до 0—1600 мм спиртного, водяного или ртутного столба. Погрешность измерений со­ставляет 2 мм, а при использовании специальной зеркальной шка­лы — 1 мм.

В лабораторной практике применяют самопишущие двухтрубные манометры (рис. 9.1, б). Здесь на поверхности рабочей жидкости в правой трубке размещен поплавок, который через шток соединен со стрелкой. При изменении уровня рабочей жидкости стрелка переме­щается вдоль образующей вращающегося барабана, снабженного диаграммной лентой. При этом с помощью чернильницы на диа­граммной ленте непрерывно регистрируется значение измеряемого давления Р.

В чашечных манометрах (рис. 9.1, в) процедура считывания пока­заний упрощена; одна из трубок заменена сосудом большого диамет­ра (чашкой).

и

h -h₂ i-

где F и /— площади поперечного сечения чашки и трубки.

Используя выражения (9.1) и (9.2), для чашечного манометра на­ходим:

(9.3)

На практике отношение ///’принимают равным 1/200—1/400. Тогда отношением f/Fu скобках выражения (9.3) можно пренебречь.

(9.4)

Для измерений очень малых значений давления, разрежения и разности давлений применяют чашечный манометр с наклонной трубкой (рис. 9.1, г), который называют микроманометром с наклон­ной трубкой. Здесь расположение трубки под углом к горизонту по­зволяет существенно увеличить точность определения высоты h₂ подъема рабочей жидкости, так как считывание показаний в данном приборе осуществляется в делениях п наклонной шкалы. Как видно из рис. 9.1, г, число делений п связано с высотой h₂ выражением

h₂ = п sin а,

где а — угол наклона трубки.

Принимая в выражении (9.3) f/F = 0 и используя выражение (9.4), для чашечного манометра с наклонной трубкой находим

Р\ — Р₂ = рgn sin а.

Чашечный манометр с наклонной трубкой заполняют спиртом или водой.

9.3.