Приборы для измерения давлений

Для измерения гидростатического давления применяются различные приборы, которые можно подразделить на две основные группы: жидкостные и механические.

а) Пьезометры – простейший представитель приборов жидкостного типа, измеряющий давление в жидкости высотой столба той же жидкости.

П ьезометр представляет собой стеклянную трубку небольшого диаметра (~ 5 мм), открытую с одного конца и вторым концом присоединяемую к сосуду, в котором измеряется давление.

Пусть p > p_атм (p – давление над поверхностью жидкости в сосуде). Тогда жидкость в трубке пьезометра поднимется выше уровня жидкости в сосуде на некоторую высоту h_п.

Гидростатическое давление в точке А жидкости взятой у основания пьезометрической трубки на глубине h от свободной поверхности жидкости в сосуде, определяется по основному уравнению гидростатики

,

и, следовательно

,

кроме того, имеем

,

приравнивая правые части равенства

,

находим

.

Отсюда видно, что высота поднятия жидкости в пьезометрической трубке (пьезометрическая высота) характеризует избыточное давление в сосуде и может служить мерой для определения его величины.

Измерение давлений высотой столба жидкости весьма удобно и часто применяется в технике, но только для измерения небольших давлений (не свыше 0,5 атм, в этом случае пьезометр очень чувствительный и точный прибор); при больших давлениях трубка пьезометра получается чрезмерно длинной, что осложняет измерения. В этих случаях применяются жидкостные манометры.

б) жидкостные манометры

В этих манометрах давление уравновешивается не жидкостью, находящейся в сосуде, а жидкостью большей плотности (ртуть), поэтому трубка оказывается значительно короче (ρ_ртути в 13,6 раз больше ρ_воды).

По аналогии с предыдущим,

,

отсюда

.

Для измерения больших давлений применяется поршневой манометр, представляющий собой обращённый гидравлический пресс.

Д ифференциальные манометры применяются в тех случаях, когда необходимо измерить не давление в сосуде, а разность давлений в двух сосудах или же в двух точках жидкости в одном и том же сосуде.

Для точки С имеем

,

откуда

,

или так как h₂ – h₁ = - h, то

.

Таким образом, разность давлений определяется разностью уровней в двух каналах дифференциального манометра.

Микроманометры применяются для повышения точности измерений незначительных по величине давлений.

П римером может служить наклонный микроманометр.

Он состоит из резервуара А, присоединяемого к сосуду, в котором измеряется давление, и манометрической трубки В, угол наклона которой α к горизонту можно менять.

Давление у основания трубки, измеряемое микроманометром, определяется выражением

.

Этот микроманометр обладает большой чувствительностью, так как он позволяет вместо малой высоты h отсчитывать длину l тем большую, чем меньше угол α.

Вакуумметры служат для измерения давления меньше атмосферного (в сосуде имеется вакуум).

В акуумметры обычно измеряют не непосредственно давление, а вакуум, то есть недостаток давления до атмосферного. Принципиально они ничем не отличаются от ртутных манометров.

Например, нужно измерить давление газа в сосуде В. В этом случае имеем

,

откуда

.

- высота, соответствующая вакууму в сосуде (p_вак = p_атм – p), её обычно называют вакуумметрической высотой и обозначают через h_вак.

Таким образом, величину вакуума также можно измерить высотой столба жидкости.

Например, если показание ртутного вакуумметра h_рт = 50 см, то вакуум

.

В отдельных случаях манометры и вакуумметры могут заполняться и другими жидкостями в зависимости от назначения и условий работы (спирт, эфир и т.п.) При этом, однако, надо иметь ввиду, что для заполнения вакуумметров нельзя применять летучие жидкости (спирт, эфир), так как при пониженном давлении они будут интенсивно испаряться и могут закипеть.

Приборы жидкостного типа применяются дл измерения сравнительно небольших давлений, в основном в лабораторной практике.

Когда же необходимо измерить большие давления, применяют приборы механического типа (пружинные, мембранные и др.) Устройство их рассматривается в специальном курсе КИП и автоматика.