2.2. Рідинні прилади для вимірювання тиску

2.2.1. Рідинний барометр

Барометром називається прилад для визначення величини атмосферного тиску. Термін походить від грецьких слів baros – тягар і metron – міра.

Перший ртутний барометр винайшов близько 1640 року італійський фізик і математик Торрічеллі (1608-1647), який власне і відкрив існування атмосферного тиску і вакууму (так звана торрічеллієва пустота).

Н айпростіший ртутний барометр складається з відкритої чашки з ртуттю та зі скляної трубки (рис. 2). Якщо довгу скляну трубку, закриту з одного кінця, заповнити ртуттю і опустити відкритим кінцем у посудину з ртуттю, то рівень рідини у трубці понизиться, і над її поверхнею утворюється пустота. Абсолютний тиск у цій пустоті p_s дорівнює тиску насичених парів ртуті при даній температурі. Так, при температурі 20 ^оС для ртуті p_s =0,24 Па = 0,0018 мм. рт. ст.

Рис. 2. Принципова схема

ртутного барометра

Тиск стовпа ртуті зрівноважує атмосферний тиск, що діє на вільній поверхні О–О рідини у чашці. Тоді висота h стовпа ртуті є мірою величини атмосферного тиску:

pа = рs + ртg(h+hкап+h) ,

(10)

де _рт – питома маса ртуті, при температурі 20 ^оС _рт = 13546 кг/м³;  h_кап – висота капілярного опускання ртуті; наближено h_кап = 10/d, де d – діаметр трубки, мм; h – поправка на опускання рівня ртуті в чашці за рахунок підняття у трубці; h = hd²/(D²-d²), D  – діаметр чашки. Шкалу ртутних барометрів градуюють здебільшого не в одиницях довжини, а в одиницях тиску з врахуванням поправок h_кап і h.

2.2.2. П’єзометр

П ’єзометр – це найпростіший і один з найбільш точних приладів для вимірювання надлишкового тиску. У п’єзометрі величина тиску в рідині вимірюється висотою стовпа тієї ж рідини (рис. 3). П’єзометр являє собою трубку з прозорого матеріалу діаметром 10...15 мм, що дозволяє практично повністю виключити похибку, зумовлену капілярним підняттям рідини. При менших діаметрах трубок у показ п’єзометра потрібно вносити поправку на капілярний ефект; для води ця поправка становить h_кап = –30/d, де d – діаметр трубки п’єзометра, мм.

Висота підняття рідини відносно точки приєднання до резервуару (чи трубопроводу) h_п є кількісною мірою надлишкового тиску в даній точці:

рн =   hп ,

(11)

де h_п – п’єзометрична висота, м.

Рис. 3. П’єзометр

При вимірюванні п’єзометричної висоти відлік необхідно робити по нижньому рівню вгнутого меніска для рідин, що змочують стінку (наприклад, для води), або ж по верхньому рівню випуклого меніска для рідин, що не змочують стінку (наприклад, для ртуті). Абсолютна похибка вимірювання тиску п’єзометром становить 0,5 мм відповідного стовпа рідини, що для води дорівнює 4,9 Па. Основний недолік цього приладу – малий діапазон вимірюваних тисків (до 0,2...0,3 ат).