3.1. Жидкостные приборы

Жидкостные приборы для измерения давления просты по устройству, обладают большой точностью и чувствительностью. Их действие основано на законе гидростатики. Измеряемое давление уравновешивается весовым давлением столба жидкости. Эти приборы имеют значительную инерцию, поэтому их применяют только для определения осредненного давления. Диапазон измеряемых давлений зависит от вида жидкости, но даже при использовании ртути верхний предел измерения обычно не превышает 3-10 Па. При визуальном определении положения уровня абсолютная погрешность составляет 0,5...1мм. Точность отсчета увеличивается, если прибор снабжен нониусом или другим специальным приспособлением.

Простейшим измерителем избыточного и вакуумметрического давления является пьезометр, представляющий собой стеклянную трубку с открытым и атмосферу верхним концом (рис. 3.1). Нижний конец пьезометра соединяется с местом измерения давления.

Под действием избыточного давления в сосуде (рис. 3.1,а) жидкость поднимается по пьезометру на высоту h. Избыточное (манометрическое) давление в точке А определяется по формуле:

, Па, (3.1)

где - удельный вес жидкости, Н/м³; - плотность жидкости, кг/м³;

- ускорение свободного падения, м/с².

Если пьезометр имеет малый диаметр, то в его показания вносят поправку на капиллярность, для воды , мм [4]. Эти приборы применяются для измерения небольших давлений - от 1 до 10 кПа, так как диапазон их ограничивается высотой трубок. Если давление в закрытом сосуде ниже атмосферного, то показание А соответствует вакууму (рис. 3.1, б).

Жидкостный мановакуумметр представляет собой U-образную трубку, один конец которой присоединен к точке измерения избыточного или вакуумметрического давления, а другой открыт в атмосферу (рис. 3.2). Трубка заполнена рабочей жидкостью (вода, спирт, ртуть и др.), имеющей малые вязкость и коэффициент теплового расширения. Показание прибора h зависит от разности давления в точках 1 и 2. Если давление в точке 1 больше атмосферного, то уровень в правом колене будет выше, чем в левом, и - Если давление в точке 1 меньше атмосферного, то .

Для первого случая уравнение равновесия имеет вид:

(3.2)

где р - давление в закрытом сосуде, Па;

- плотность жидкости, заполняющей сосуд и левую ветвь прибора, кг/м³;

- плотность рабочей жидкости, кг/м³;

- разность уровней точки А и рабочей жидкости в левой ветви, м;

- атмосферное давление, Па.

Давление в произвольной точке А жидкости получим из уравнения (3.2):

, Па (3.3)

Прибор измеряет избыточное давление, если , или вакуум, если .

Дифференциальный манометр (См приложение А) служит для определения разности давлений. Он состоит из U-образной стеклянной трубки, частично заполненной рабочей жидкостью плотностью р_р (рис. 3.3). Ветви трубки присоединяются к местам измерения давления. Под действием разности давлений рабочая жидкость к ветвях перемещается на величину h.

Запишем уравнение для давления в сосудах, мысленно перемещаясь от точки D к точке С по трубкам прибора:

, Па (3.4)

Отсюда

, Па (3.5)

Когда сосуды находятся на одном уровне (z = 0),

, Па (3.6)

Следовательно, если плотность меньше плотности , то давление в левом сосуде будет больше, чем в правом , и наоборот.

Микроманометры служат для измерения малых избыточных и вакуумметрических давлений (рис. 3.4). Трубку со шкалой для отсчетов наклоняют под углом 0 к горизонту. При этом часто используют рабочую жидкость малой плотности (например, спирт). В результате длина столбика жидкости увеличивается.

Избыточное давление в точке измерения определяется по формуле

, Па (3.7)

При этом относительная погрешность измерения меньше, чем относительная погрешность измерения высоты .