1.2. Приборы

1.2.1. Измерение давления

Приборы, предназначенные для измерений давления жидкости и газов, называют манометрам (гр. manos редкий, неплотный + metreo мерю).

По принципу действия манометры делятся на жидкостные, деформационные, электрические.

Жидкостные манометры

Устройство и принцип действия наиболее распространенных жидкостных манометров наглядно представлен на рис. 1.1 и 1.2

На пластину со шкалой 1 закрепляется прозрачная U-образная трубка 2, которая заполнена жидкостью 3. В качестве жидкости используются ртуть, спирт, вода и др. В таком манометре абсолютное давление в объекте уравновешивается столбом жидкости высотой h с плотностью ρ и барометрическим давлением p _бар

p_aбс = g h ρ + р_бар .

Величина давления, равная ghρ, есть не что иное, как избыточное, тогда

Рис. 1.1 p_абс = p_изб + p_бар .

Такого вида жидкостные манометры называют «U-образными».

Если U-образный жидкостный манометр используется для из-

мерения разряжения, то манометрическая жидкость будет втягиваться внутрь объекта, рис. 1.2.

Отсюда

p_aбс = p_бар  р_раз ,

где р_раз – давление разряжения,

Рис. 1.2 р_раз = g ρ l. Наклон трубки к горизонту повышает точность измерения, так как

с уменьшением увеличивается разность уровней столбов жидко-

сти l в коленах трубки.

Из-за малых плотностей манометрических жидкостей такого вида манометры используются для измерения незначительных избыточных давлений или разряжений.

Деформационные манометры

На рис. 1.3 представлены отдельные виды деформационных манометров: а – трубчатый, б – мембранный и в – анероидный.

а б в

Рис. 1.3

Трубчатый манометр представлен на рис. 1.3, а. При помощи штуцера 1 манометр присоединяется к объекту, давление в котором необходимо измерить. Чувствительным элементом манометра является изогнутая стальная или латунная трубка 2, выполненная в виде полукольца. Трубка под действием результирующей силы, возникающей от давления, выпрямляется. Конец трубки связан передаточным механизмом 3 со стрелкой 4, которая поворачивается вокруг оси. Угол поворота стрелки линейно зависит от величины давления. Шкалы манометров проградуированы. Для измерения разрежения выпускаются трубчатые вакуумметры. Прибор, объединяющий манометр и вакуумметр, называется мановакууметром.

Рис. 1.2

В мембранном манометре рис.1.3, б чувствительным элементом является мембрана 1. В зависимости от величины p_абс мембрана деформируется, что приводит к перемещению стрелки.

Для измерения атмосферного давления широко используются деформационные манометры с анероидной коробкой (барометры), рис.1.3, в. Здесь чувствительным элементом является анероид 1, который выполнен в виде герметичной цилиндрической коробки с двумя гофрированными днищами. При изготовлении внутри анероида создается значительное разряжение. Тарировка шкалы осуществляется при помощи ртутного барометра. Изменение давления окружающей среды приводит к перемещению стрелки прибора.

Электрические манометры

Для дистанционного измерения давления в основном используются электрические манометры. Они состоят из чувствительного элемента (датчика давления), регистрирующего прибора и системы коммутации. В датчиках происходит прямое или косвенное преобразование давления в электрический параметр. По виду чувствительного элемента они подразделяются на датчики омического сопротивления, пьезоэлектрические, емкостные, ионизационные.

В качестве примера на рис.1.4 приведена схема электрического манометра с датчиком омического сопротивления. Здесь 1 – датчик давле-

ния; 2 – источник питания мостиковой схемы подключения датчика к регистрирующему устройству 3; R₁, R₂ и R₃ –калиброванные резисторы; 4 – регули-

ровочный резистор.

Рис. 1.4 Электрические манометры применяются для измерения высоких и сверхвысоких давлений, давлений, изменяющихся в объекте с различными частотами и амплитудами. Удобство их использования заключается в возможности проведения измерений на значительном удалении объекта и автоматической записи показаний.