2.6 Приборы для измерения давления в жидкости

Все приборы для измерения давления в жидкости измеряют только избыточное давление. Они бывают следующих видов:

1. Жидкостные:

а) пьезометры;

б) U-образные манометры;

в) микроманометры.

2. Механические (металлические) манометры:

а) пружинные;

б) мембранные.

3. Вакуумметры бывают жидкостные U-образные, механические (металлические) — пружинные.

Ж идкостные приборы:

Рисунок 11 — Схема

пьезометра

Пьезометры — это вертикальные стеклянные трубки диаметром 6 — 12 мм с верхним концом, открытым в атмосферу (рисунок 11).

Определим избыточное давление р_изб на свободной поверхности жидкости в резервуаре.

Горизонтальная поверхность, проведённая по свободной поверхности жидкости в резервуаре, является поверхностью равного давления, так что давления в точках 1 и 2 одинаковые:

Р₁=Р₂. (23)

Но Р₁ = Р_о = Р_атм + Р_изб.

Давление в точке 2 по основному уравнению гидростатики:

Р₂ = Р_атм +gh.

Подставляем Р₁ и Р₂ в равенство (23):

Р_атм + Р_изб = Р_атм +gh,

откуда избыточное давление на свободной поверхности жидкости в резервуаре

Р_изб = gh. (24)

Из равенства (24) можно получить:

(25)

В формуле (25) h — пьезометрическая высота, то есть высота, на которую поднимается жидкость плотностью  в пьезометре под действием избыточного давления Р.

U-образные манометры служат:

а) Для измерения давления в одной точке (рисунок 12)

Рисунок 12 — Схема U-образного манометра для измерения избыточного давления в одной точке

Рисунок 13 — Схема U-образного манометра для измерения разности давлений в двух точках

Можно показать, что избыточное давление в резервуаре

Р_изб = gh.

б) Для измерения разности давлений в двух точках (рисунок 13)

Разность давлений в двух резервуарах:

Р = Р₁ – Р₂ = gh.

в) Микроманометры (рисунок 14) служат для измерения небольших избыточных давлений.

Рисунок 14 — Схема микроманометра

Можно показать, что избыточное давление в месте подключения микроманометра:

.

а) пружинные — могут быть изготовлены для измерения избыточного давления до 10 тысяч атмосфер (рисунок 15 а).

Рисунок 15 а, б — Схемы механических (металлических)

манометров

Избыточное давление подводится внутрь полой изогнутой металлической трубки 1, прогиб конца которой передаётся стрелке 2, показывающей на шкале 3 величину избыточного давления.

б) мембранные — могут быть изготовлены для измерения избыточного давления до 30 атмосфер (рисунок 15 б).

Избыточное давление подводится под низ волнообразной мембраны 3, прогиб которой рычагом 4 передаётся стрелке 1, показывающей на шкале 3 величину избыточного давления.

2.7 Сообщающиеся сосуды

Рис.16 - Расчетная схема сообщающихся сосудов

Рассмотрим схему сообщающихся сосудов, заполненных несмешивающимися жидкостями, имеющими различные плотности ₁ и ₂. проведем по границе раздела двух жидкостей в правом колене плоскость равного давления, след которой на схеме –горизонтальная прямая 00. абсолютные давления в точках 1 и 2, как и в любых других точках жидкости, лежащих на этой плоскости, будут одинаковыми (Р₁=Р₂). В соответствии с основным уравнением гидростатики Р₁ и Р₂ могут быть:

Таким образом, высоты столбов жидкостей в сообщающихся сосудах обратно пропорциональны их плотностям.

Если в сообщающиеся сосуды будет налита одна и та же жидкость, то уровни ее в обоих коленах расположатся на одинаковой высоте, так как ₁ = ₂ = . Тогда, в соответствии с уравнением , или h₁=h₂.

Принцип сообщающихся сосудов широко используется в технике, например в измерительных приборах жидкостного типа.

Задача: определим природу давления в верхней точке правого сосуда и его значение, если манометрическое давление в верхней точке левого сосуда Р_м=13 кПа, высота уровней жидкости в левом и правом сосудах – соответственно h₁=600 мм, h₂=450 мм, относительная плотность масла _м=0,88.

_{Р ешение: определяем плотность масла}

_м=_ст=0,88·1000=880 кг/м³.

Проведем на границе раздела воды и ртути плоскость равного давления, след которой на схеме – линия 00. абсолютное давление в точках 1 и 2 будет одинаковым, т.е. ₁ = ₂.

В соответствии с основным уравнение гидростатики получим:

, где

- абсолютное давление жидкостей в верхних точках сосудов. Тогда , откуда

=13000+1000·9.81·0.6-880·9.81·0.45-13600·9.81·(0.6-0.45)=-5010 Па.

Следовательно, в верхней точке правого сосуда – вакуум Р_в=5010 Па.