Приборы для измерения давления. Измерение вакуума в закрытом сосуде

При измерении атмосферного давления в нормальных физических условиях с помощью закрытого ртутного пьезометра ( барометра ) высота поднятия столбика ртути в пьезометрической трубке составляет 760 мм. Если в качестве рабочей жидкости использовать воду, то высота поднятия водяного столба при тех же условиях возрастает до 10,333 метра. Таким образом, необходимая длина пьезометрической трубки может быть уменьшена в 13,6 раза, при использовании в качестве рабочей жидкости ртути вместо воды, т.е. пропорционально отношению плотностей.

Давление может измеряться как в барометрических единицах , так и в физических атмосферах

Барометрическое давление:

а)B = 760 ртутного столба= 10,2 водяного столба =1,013Па

Физическая атмосфера:

б) 1 кгс/см = 740 ртутного столба = 10 водяного столба = 9,8 Па

Измерение гидростатического давления в жидкостях и газах осуществляется с помощью специальных приборов, различающихся между собой по назначению и принципу действия.

В зависимости от назначения и пределов измерения различают:

- манометры - приборы для измерения избыточных давлений;

- вакуумметры - приборы для измерения вакуума или разрежения;

- барометры - приборы для измерения абсолютного атмосферного давления воздуха;

- микроманометры - приборы для измерения малых избыточных давлений и небольших разряжений;

- дифференциальные манометры - приборы для измерения разности давлений в двух точках.

По принципу действия приборы для измерения давлений можно разделить на жидкостные, механические, электрические и комбинированные. В технике наибольшее распространение получили жидкостные и механические приборы для измерения давления.

3.6.1. Жидкостные приборы для измерения давлений

Основу конструкций жидкостных приборов составляют сообщающиеся сосуды, условия равновесия в которых были рассмотрены в предыдущем параграфе.

Простейшими приборами, для непосредственного определения избыточного давления в резервуарах с жидкостью являются пьезометры.

Пьезометр представляет собой открытую сверху прозрачную (стеклянную) трубку небольшого диаметра, нижний конец которой присоединен к резервуару, давление в котором измеряется (рис.3.6).

Рис.3.6 Измерение давления в сосуде с жидкостью

Возможности пьезометров значительно расширяются, если в них использовать другую рабочую жидкость, не смешивающуюся с той, которая находится в основном резервуаре.

Такие пьезометры, измеряющие давление жидкости (газа) с помощью другой несмешивающейся жидкости, называют жидкостными манометрами.

Как правило, в них в качестве рабочей жидкости применяют более плотные жидкости, например, ртуть.

Основу принципа действия жидкостных микроманометров составляет тот же закон сообщающихся сосудов, что и для обычных пьезометров. Конструктивное отличие состоит лишь в том, в микроманометре пьезометрическая трубка расположена не вертикально, а под некоторым углом к плоскости горизонта, расстояние , между уровнями, измеряемое вдоль длины наклонной трубки можно найти как:

(3.18)

Из этой зависимости следует, что при измерении небольших давлений с малозаметным перепадом уровней , показания пьезометра можно существенно увеличить, уменьшая угол наклона пьезометрической трубки к горизонту.

В силу своих конструктивных особенностей, жидкостные пьезометры и манометры используют для измерения небольших давлений, не превышающих 8 - 10 кПа ( 8 - 10 атм.).

Если давление на свободной поверхность жидкости оказывается меньше атмосферного, (рис.3.7.) то плоскость пьезометрического напора будет расположена ниже уровня свободной поверхности жидкости на величину , в данном случае имеет место разряжение или вакуум, который определяется как разница между атмосферным и абсолютным давлением.

Для измерения разрежения, помимо жидкостных, применяются механические вакуумметры (рис 3.7). Принцип их действия и конструкция такие же, как и механических манометров.

Рис.3.7 Измерение вакуума в закрытом сосуде

Для измерения давлений, свыше 4 - 5 кПа, обычно применяются механические манометры различных типов.

Принцип действия этих манометров основан на деформации упругих элементов под действием измеряемого давления и передаче этой деформации с помощью специальных механизмов на указатель (стрелку), перемещающийся вдоль проградуированной шкалы давлений.

Механические манометры измеряют только избыточное давление, поэтому при определении абсолютного давления к их показаниям надо прибавлять давлении окружающей среды.