5.2. Жидкостные манометры
В жидкостных манометрах величиной, характеризующей измеряемое давление, является видимая высота столба (уровень) уравновешивающей жидкости в стеклянной измерительной трубке. К приборам этого вида относятся однотрубные (чашечные) и двухтрубные (U-образные) манометры. Жидкостные манометры служат для измерения небольших избыточных давлений, не превышающих 0,2 МПа. В качестве уравновешивающей жидкости используется ртуть, дистиллированная вода или этиловый спирт.
Простейший жидкостный манометр (двухтрубный манометр) представляет собой стеклянную трубку, снабженную миллиметровой шкалой (рис. 16). Манометр заполняется жидкостью, которая в обоих коленах манометра по закону сообщающихся сосудов устанавливается на одном уровне.
При измерении давления один конец манометра соединяется при помощи трубки с установкой, в которой замеряется давление, другой конец стеклянной трубки остается открытым и сообщается с атмосферой.
Рис. 16. U -образный манометр
Если давление в установке будет больше атмосферного, то уровень жидкости в колене, соединенном с установкой, опустится, а уровень жидкости в противоположном колене поднимется вверх. При давлении меньше атмосферного уровень жидкости в колене, присоединенном к установке, поднимется вверх, а в противоположном колене опустится. Величина избыточного давления или разрежения будет определяться разностью уровней жидкости в обеих трубках, т.е. величиной
p = gh. (5.6)
Из уравнения (5.6) следует, что для ограниченной высоты трубок манометра (по условиям прочности и удобства отсчета), которая не должна превышать 1,5 м, при избыточных давлениях 0,015 – 0,2 МПа применяется ртуть (с большой плотностью), а при более низких давлениях – вода, спирт.
Однотрубные (чашечные) манометры (рис. 17) состоят из цилиндрического сосуда и сообщающейся с ним измерительной стеклянной трубки. При этом площадь сечения сосуда значительно больше, чем измерительной трубки. Рабочую жидкость заливают в широкий сосуд настолько, чтобы уровень ее в измерительной трубке находился против нулевой отметки шкалы. При измерении давления в объекте его соединяют с помощью трубки с сосудом прибора, а при измерении разрежения – с измерительной трубкой.
Рис. 17. Схема чашечного (однотрубного) манометра
Пусть под действием давления, разрежения или разности давлений жидкость в измерительной трубке поднимется на высоту h1, а в широком сосуде опустится на высоту h2, тогда высота столба h, соответствующая измеряемой величине, будет равна
h= h1 + h2. (5.7)
Поскольку объемы жидкости, вытесненной из сосуда и вошедшей в сосуд, равны, то
h1 f = h2F. (5.8)
Из (5.7) и (5.8) получим h = h1(1+f/F) или
h = h1(1+d2/D2). (5.9)
В большинстве случаев d2/D2 1/400, поэтому h2 можно пренебречь, т.е h h1, или pи =hg. Но при точных измерениях используют формулу (5.9).
Жидкостные манометры отличаются точностью и постоянством показаний. Их недостатки – громоздкость, хрупкость и малые пределы измерений, не превышающие 800 мм рт. ст. Поэтому жидкостные манометры используются, главным образом, в качестве контрольных при проверке стационарных приборов на малые давления или при научно-исследовательских работах.
Установка манометров и поправки к показаниям
жидкостных манометров
Жидкостные манометры закрепляются в вертикальном положении по отвесу в местах, не подверженных вибрации и нагреву, находящихся вблизи мест отбора давления. Они могут быть установлены выше или ниже мест отбора, а соединительная линия и пространство над жидкостью может быть заполнены другой, более легкой жидкостью (например, водой, если в манометре применяется ртуть). Тогда нужно вводить поправку к показаниям прибора, учитывающую этот столб жидкости (рис. 18).
Рис. 18. Случаи, когда необходимо введение поправки к показаниям жидкостного манометра
В этом случае
pи = g (h ± Hc), (5.10)
где H – высота столба жидкости от точки отбора до уровня уравновешивающейся жидкости, c – плотность жидкости в соединительной линии. Указанная поправка не вводится, если соединительная линия заполнена газом (из-за малой плотности).
Абсолютная погрешность измерения жидкостными манометрами, зависящая от правильности измерения невооруженным глазом, составляет ±(0,5 – 1 мм). Уменьшают эту погрешность путем применения оптических приспособлений (визиров).