2.10. Приборы для измерения давления жидкостей и газов.

Рис. 2.8. Жидкостные манометры:

Манометр с U-образной трубкой, которая крепится на пластинке, проградуированной в миллиметрах, и заполняется жидкостью с известной плотностью ρ₁ (спиртом, водой или ртутью). Для жидкости плот­ностью ρ₂ измеряемое в точке М давление

р_M=ρh₁h₂g.

Рис. 2.9.

В основу работы манометра с вертикальной трубкой положено существенное различие площадей сечения трубки и ре­зервуара. В этом приборе связь между уровнем жидкости в проградуированной в миллиметрах трубке и уровнем в резервуаре пре­небрежительно мала.

Рис. 2.10.

Для измерения разности давлений в двух точках служат диф­ференциальные манометры, простейшим из которых является U-образный манометр. При помощи такого манометра, обычно заполняемого ртутью, можно измерять разность дав­лений p₁ и p₂ жидкости плотностью p, которая полностью запол­няет соединительные трубки:

p₁-p₂=hg (ρ_рт – ρ)

где ρ_рт — плотность ртути.

Для измерения малых перепадов давления воды применяют двухжидкостный микроманометр представляющий собой перевернутую U-образную трубку с маслом или керосином в верхней части.

Искомый перепад

p₁ - p₂=hg (ρ₂-ρ₁)

где ρ₁ и ρ₂ — плотности масла (керосина) и воды соответственно.

Рис. 2.11.

Двухжидкостный чашечный манометр предназна­чен для измерения давления или разрежения воздуха в интервале 0,01 ...0,05 МПа. В чашку наливают ртуть, а в трубку, верхний и нижний участки которой имеют различные диаметры (соответ­ственно d₁ и d₂), — спирт или керосин. Давление определяется показанием H манометра.

Рис. 2.12

Микроманометр с наклонной трубкой рекомендует­ся для измерения малых давлений, так как его чувствительность

Рис. 2.13.

значительно выше, чем у U-образного манометра. Смещение мениска определяется углом наклона трубки α: h = l/sinα

Рис. 2.14.

Прибор жидкостного типа — пьезометр, измеряет давление в жид-

кости высотой столба той же жидкости. Пьезометр представляет собой стеклянную

трубку, открытую с одного конца, а вторым концом присоединяемую к сосуду, в

котором измеряется давление (рис. 2.14).

Пусть абсолютное давление р на поверхности жидкости в сосуде

будет больше атмосферного. Тогда жидкость в трубке пьезометра поднимется

выше уровня жидкости в сосуде на некоторую высоту h_п. Так как в покоящейся

жидкости поверхностями равных давлений являются горизонтальные плоскости,

давление в точке А будет таким же, как и на том же уровне в сосуде (р_А = р).

По основному уравнению гидростатики р_А = р_а + ρgh_п, но

р_А – р_а = р_и. Следовательно,

р_и = ρgh_п, (2.27)

Пьезометрическая высота характеризует избыточное давление на свободной поверхности. Эта высота может быть определена из формулы:

h_п = р_и / (ρg) (2.28)

Если пьезометрическую высоту измерять от точки В присоединения

пьезометра, то величина р_и в формуле (2.27) будет соответствовать избыточному

давлению в этой точке. Уровни жидкости в пьезометрах будут одинаковы незави-

симо от места их присоединения к сосуду. Поверхность, которую можно провести

по эти уровням, называют пьезометрической поверхностью.

Микроманометр Асканиа состоит из U-образной труб­ки, нижняя часть которой образована гибким шлангом. Трубка заполнена водой. Одна из ветвей трубки в своей верхней части сообщается с атмосферой и может перемещаться в вертикальной плоскости для приведения в другой ветви уровня воды к первоначальному положению. Перемещение этой ветви определяет из­меряемое давление.

Рис. 2.15.

Микроманометр Дебро представляет собой поплавок с проградуированной рейкой, помещенный в одну из двух коаксиальных трубок, наполненных водой. Считывание

результата измерения производится с помощью

микроскопа.

Рис. 2.17.

Механические манометры.

Чувствительным элементом маномет­ра Бурдона является трубка эллиптического сече­ния, изогнутая в виде полумесяца. Среда, в которой измеряется давление, заполняет ее до закрепленного конца. Подвижный ко­нец соединен рычажной передачей с показывающей стрелкой.

Рис. 2.18.

Мембранный манометр имеет небольшой резер­вуар с мембраной, деформирующейся под действием давления и соединенной с показывающей стрелкой.

Рис. 2.19.

Грузопоршневой манометр представляет собой эталонный прибор, для которо­го изготовитель составляет по­правочные таблицы в зависимо­сти от температуры и давления.

Рис. 2.20.

Электрические манометры.

Рис. 2.21. Схема емкостного датчика

У манометров с емкостными дат­чиками давления измерительный элемент образован детекторной мембраной 4 и двумя неподвижными электронами 2, образующими пару конденсаторов. Изменение давления приво­дит к дисбалансу между двумя

конденсаторами. Сигнал, пропорциональный разности их емкос­тей, обрабатывается электронным контуром.

В датчиках сопротивления тонкая мембрана, несущая на себе тензометрические датчики соединена в виде мостика Уитсона и находится под давлением. Дисбаланс мостика при нагрузке по­рождает пропорциональный ей сигнал.

Различают три типа датчиков сопротивления в зависимости от технологии их изготовления: металлические датчики, наклеенные на мембрану или расположенные в вакууме; полупроводниковые датчики на кремниевых пластинках; датчики, расположенные в виде толстых слоев.

В датчиках с дифференциальным трансформатором использует­ся трансформатор, сердечник которого перемещается под действи­ем элемента, деформирующегося под давлением. Возникающее при этом изменение связи между вто­ричными обмотками трансформатора преобразуется в соответ­ствующий сигнал электронной цепью.