Жидкостные манометры
Жидкостные манометры отличаются простотой конструкции и сравнительно высокой точностью измерения. Их широко применяют как в качестве переносных (лабораторных), так и технических приборов для измерения давления. Переносной U-образный манометр, представляющий собой согнутую в виде буквы U стеклянную трубку 1, показан на рис.2. 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 которой измеряется давление, другой конец трубки сообщается с атмосферой. Под действием измеряемого давления жидкость в трубке перемещается из одного колена в другое до тех пор, пока измеряемое давление не уравновесится гидростатическим давлением столба жидкости в открытом колене. Если давление в полости, с которой соединен прибор, ниже атмосферного, то жидкость в коленах переместится в обратном направлении, и высота ее столба будет соответствовать вакууму. Присоединив оба колена трубки к полостям с различными давлениями Р1 и Р2, можно определить разность давлений. Манометр заполняют жидкостью до нулевой отметки шкалы. Для определения высоты столба жидкости необходимо сделать два отсчета (снижение в одном колене и подъем в другом) и суммировать их величины, т. е. H = h1 + h2 [1].
Рис.2. U – образный манометр
Деформационные манометры
По виду упругого чувствительного элемента (рис.3) деформационные приборы делятся на следующие группы [1]:
1) приборы с трубчатой пружиной, или собственно пружинные (рис.3а, б);
2) мембранные приборы, у которых упругим элементом служит мембрана (рис.3в), анероидная или мембранная коробка (рис.3г, д), блок анероидных или мембранных коробок (рис.3е, ж);
3) пружинно - мембранные с гибкой мембраной (рис.3з);
4) приборы с упругой гармониковой мембраной (сильфоном) (рис.3к);
5) пружинно - сильфонные (рис.3и).
Рис. 1. Типы пружинных устройств
Рис. 3. Виды упругих чувствительных элементов
Манометры с одновитковой трубчатой пружиной
Приборы с одновитковой трубчатой пружиной (манометры, вакуумметры, мановакуумметры и дифманометры) наиболее распространены. Действие пружинных приборов основано на измерении величины деформации одновитковой полой пружины различного вида. Эта деформация преобразуется передаточными механизмами того или иного вида в угловое или линейное перемещение указателя по шкале прибора.
Основная деталь прибора с одновитковой трубчатой пружиной – согнутая по дуге окружности трубка эллиптического или плоскоовального сечения (рис.4). Одним концом трубка заделана в держатель, оканчивающийся ниппелем с резьбой для присоединения к полости, в которой измеряется давление. Внутри держателя есть канал, соединяющийся с внутренней полостью трубки (рис.4).
Рис.4. Схема трубчатой пружины (а) и ее
эллиптическое (б), плоскоовальное (в) поперечные сечения:
1 – трубка; 2 – держатель
Если в трубку подать жидкость, газ или пар под избыточным давлением, то кривизна трубки уменьшится, и она распрямляется; при создании разрежения внутри трубки кривизна ее возрастает, и трубка скручивается. Так как, один конец трубки закреплен, то при изменении кривизны трубки, ее свободный конец перемещается по траектории близкой к прямой и при этом воздействует на передаточный механизм, который поворачивает стрелку показывающего прибора (рис.3а). Деформация трубки объясняется тем, что на внутреннюю поверхность трубки радиусами r и R давление создает разные усилия за счет того, что площадь поверхности по радиусу r меньше чем площадь по радиусу R (рис.4).