7.2. Жидкостные приборы

7.2.1. Ртутный барометр

Вопросы водоснабжения для человечества были всегда очень важными, а особую актуальность приобре­ли с развитием городов и появлением в них различного вида производств. При этом все более актуальной стано­вилась проблема измерения давления воды, т.е. напора, необходимого не только для обеспечения подачи воды через систему водоснабжения, но и для приведения в действие различных механизмов. Честь первооткрыва­теля в этой области принадлежит крупнейшему италь­янскому художнику и ученому Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.), который впервые применил пьезометрическую трубку для измерения давления воды в трубопроводах. К сожалению, его труд "О движении и измерении воды" был опубликован лишь в XIX веке. Поэтому принято считать, что впервые жидкостной манометр был создан в 1643 г. итальянскими учеными Торричелли и Вивиани, учениками Галилео Галилея, которые при исследо­вании свойств ртути, помещенной в трубку, обнаружили существование атмосферного давления. Так появился ртутный барометр. В течение последующих 10-15 лет во Франции (Б. Паскаль и Р. Декарт) и Германии (О. Герике) были созданы различные разновидности жидкостных барометров, в том числе и с водяным заполнением.

Дальнейшее развитие науки и техники привело к по­явлению большого количества жидкостных манометров различных типов, применяемых до настоящего времени в различных отраслях техники. Однако в силу ряда специ­фических особенностей принципа действия жидкостных манометров их спрос по сравнению с манометрами других типов относительно невелик и, вероятно, будет уменьшать­ся и в дальнейшем. Тем не менее, при измерениях особо высокой точности в области давлений, близких к атмос­ферному давлению, они пока незаменимы.

К жидкостным приборам относятся: ртутный баро­метр, пьезометр, U-образный манометр, чашечный ма­нометр, вакуумметр, дифференциальный манометр и микроманометр.

Ртутный барометр служит для измерения атмосфер­ного давления Р_атм (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Ртутный барометр

Он состоит из открытой в атмосферу чашки, заполненной ртутью, и стеклянной труб­ки, верхний конец которой запаян, а нижний опущен под Уровень ртути. Воздух из трубки предварительно выка­чан, в силу чего трубка заполняется насыщенным паром ртути, давление Р_н.п. которого чрезвычайно мало:

Р_н.п. = 0,0015 мм. рт. ст. при 20˚С.

Атмосферное давление Р_атм, действуя на поверхность ртути в чашке, поднимает ртуть в трубке на высоту h, при которой сумма давлений столба ртути и паров ртути уравновешивается атмосферным давлением:

Р_{атм =} Р_н.п.+ , Н/м².

где Р_н.п. - давление насыщенных паров ртути, Н/м²;

_рт - плотность ртути, кг/м³,

g - ускорение силы тяжести, м/с²;

h - показание прибора, м;

h₁ - поправка на капиллярность, м; h₁ = 10/d;

d - диаметр трубки, мм;

h₂ - поправка на опускание ртути в чашке за счет подъе­ма ртути в стеклянной трубке, м;

h₂ = h * d²/(D² – d²);

D - диаметр чашки, мм.

Шкалы барометров обычно градуированы в едини­цах давления с учетом поправок h₁ и h₂ .