1.2 Измерение давления

Давление представляет собой силу, действующую по нормам к поверхности тела и отнесенную к единице этой площади.

Для измерения давления используют различные типы манометров: жидкостные, деформационные (мембранные, сильфонные и пружинные), грузопоршневые, электрические.

Жидкостные манометры используют для измерения небольших значений избыточных давлений, вакуума или разности давлений

Они просты по устройству и дают достаточно точные показания. Жидкостные манометры бывают двух видов: V-образные и чашечные.

Жидкостные манометры. Разновидностью чашечных манометров является микроманометры с наклонной трубкой, применяемые для измерения малых давлений или разряжений.

В качестве манометрической жидкость используют ртуть, дистиллированную воду, этиловый спит, толуол и др.

В V-образном манометре (рисунок 7) избыточное давление или разряжение (Па) уравновешивается высотой столба жидкости (h) (м) и определяется по формуле

р=h(-_ср)g, (2)

где  - плотность манометрической жидкости, кг/м²;

_ср – плотность среды над рабочей жидкостьюю, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Если _ср, то формула 2.1 упрощается и имеет вид

р=hg, (3)

В чашечном манометре (рисунок 8) давление измеряется положением уровня жидкости в одной узкой трубке, а изменением высоты жидкости в самой чашке пренебрегают, если отношение площадей сечений измерительной трубки S и сосуда А меньше 0,01. т.е. S/А0,01. Если S/А0,01, то формула 2.2 принимает вид

р=hg(1+S/А), (4)

Рисунок 8 Чашечный манометр	Рисунок 9 Микроманометр с наклонной трубкой

При использовании микроманометра с накладной трубкой (рисунок 9) показание манометра пересчитываются по формуле

р=lS, (5)

Малые давления (до 1,6 кПа) с большой точностью можно измерить при помощи микроманометра типа ММН, устройство которого показано на рисунке 10.

Рисунок 10 Микроманометр типа ММН: 1 – плита; 2 – поршень; 3 – кронштейн; 4 – регулировочный винт; 5 и 10 – резиновые трубки; 6 и 7 – штуцера; 8 – трехходовой кран; 9 – корректор нуля; 11 – измерительная трубка; 12 – стойка; 13 – уровни; 14 – цилиндрический резервуар

Деформационные манометры.В практике измерения давления широкие применения нашли манометры, основанные на использовании упругой деформации чувствительного элемента.

Наибольшее распространение получили манометры прямого действия, в которых перемещение чувствительного элемента вызывает перемещение стрелки прибора. В качестве примера на рисунке 11 изображена принципиальная схема пружинного манометра, прямого действия. Чувствительным элементом является трубчатая пружина изогнутая труба 1.

Рисунок 11 Пружинный манометр: 1 – трубчатая пружина; 2 – корпус; 3 - зубчатые колеса; 4 – стрелки; 5 – зубчатый сектор; 6 – пробка с шариковой осью; 7 – поводок; 8 – штуцер; 9 – держатель; 10 – шкала; 11 – спиральный поршень

Трубка имеет овальные сечения и одним концом жестко соединен с держателем 9, укрепленным в корпусе 2 манометра. Другой конец пружиной трубки, закрытый пробкой 6 с шарнирной осью, поводком 7 соединен с зубчатым сектором 5 и зубчатым колесом 3. спиральная пружина 11 служит для устроения влияния зазора в зубчатом зацеплении. При помощи штуцера 8 манометр присоединяют к сосуду, давление в котором измеряется. При изменении давления пружинная трубка изменяет свою кривизну и поворачивает стрелку, показывающую значение давления на шкале 10.

Аналогичны по устройству трубчатые вакуумметры и мановакуумметры.

Грузопоршневые манометры. Эталонами образцовыми приборами для измерения известного давления до 600 МПа, также абсолютного давления от 0,00027 до 0,4 МПа является грузопоршневые манометры (рисунок 12).

Рисунок 12 Грузопоршневой манометр: 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – тарелка; 4 – винтовой пресс; 5 – чашка

Рабочими частями манометра является цилиндр 1 и поршень 2 с тарелкой 3, на которую можно положить груз. Под поршень манометра залито масло. Площадь поршня 1 см². Для подачи масла служит винтовой пресс 4. Измерение давления проводится во время вращения поршня и тарелки с грузом.

Грузопоршневые манометры являются хорошими приборами для измерения давления с высокой степенью точности. В работе они надежны.

Электрические манометры и вакуумметры. Широкое распространение при лабораторных исследованиях получили электрические измерительные преобразователи с силовой компенсацией.

Сверхвысокие давления измеряют манометрами сопротивления. В их преобразователях использую материалы (манганин, константан, платина др.), электрическое сопротивление которых зависит только от давления.

Глубокий вакуум измеряют емкостными манометрами или манометрами с термосопротивлениями.

Для измерения быстроизменяющихся давлений могут быть выбраны пьезокварцевые манометры, где используется явление возникновения электрических зарядов при сжатии кварцевых пластин 3 (рисунок 13).

Для этих же целей используют тензометрические манометры; в этом случае наклеивается на трубку, давление в которой надо измерить.

Рисунок 13 Преобразователь пьезоэлектрического манометра: 1 – мембрана; 2 – опоры; 3 – кварцевые пластины; 4 – пробка; 5 – шарик; 6 – электроды; 7 – проводник