Рідинні прилади вимірювання тиску

Рідинні прилади для вимірювання тиску завдяки простоті і надійності гідростатичного принципу, що покладений в їх основу, отримали широке поширення в різних галузях промисловості.

Основні переваги рідинних приладів:

– мала похибка;

– простота конструкції;

– невелика вартість;

– швидкість встановлення та запуску;

– вибухобезпечність.

Основні недоліки рідинних приладів:

– погана видимість шкали;

– крихкість внаслідок наявності скляних частин;

– можливість викиду робочої рідини при підвищенні тиску вище допустимого;

– неможливість дистанційної передачі і автоматичного запису показів;

– незначні межі вимірювань.

Барометр складається з відкритої посудини, заповненої ртуттю, та зі скляної трубки, верхній кінець якої запаяний, а нижній опущений у посудину під рівень ртуті (рис. 2.1). У верхній, частині трубки повітря нема, тому в ній, діє тиск насиченої пари ртуті . При 20° С . Значення атмосферного тиску обчислюють за формулою

(2.1)

де – питома маса ртуті;

–поправка на капілярність, яку приймають ;

d – внутрішній діаметр трубки.

Рис. 2.1. Ртутний барометр	Рис. 2.2. П’єзометр	Рис. 2.3. Рідинний манометр

П’єзометр – це прилад для вимірювання невеликого тиску в рідині за допомогою висоти стовпа цієї ж рідини (рис. 2.2). Він складається з вертикальної скляної трубки, верхній кінець якої відкритий і сполучений з атмосферою, а нижній приєднаний до посудини, в якій вимірюють тиск:

(2.2)

Рідинний манометр – це U -подібна скляна трубка, у коліні якої міститься рідина, важча від тієї, що заповнює посудину (рис. 2.3). Один кінець трубки приєднаний до посудини, другий відкритий. Тиск на вільній поверхні рідини р ₀ обчислюють за формулою

(2.3)

де – відповідно питома маса робочої рідини (наприклад, ртуті) і рідини, що міститься в посудині.

Рідинний вакуумметр подібний до рідинного манометра (рис. 2.4). Тиск на вільній поверхні рідини, якщо трубка приєднана вище від цієї поверхні, обчислюють за формулою

(2.4)

Для вимірювання різниці тисків у двох точках використовують диференціальний манометр (рис. 2.5). Це U -подібна трубка, заповнена робочою рідиною. Кожний з кінців трубки приєднаний до точок, між якими треба виміряти різницю тисків .

(2.5)

 

Рис. 2.4. Рідинний вакуумметр	Рис. 2.5. Рідинний дифманометр

 

За конструктивним виконанням розрізняють манометри:

U-подібні (рис. 2.6, а) – що являють собою трубку, зігнуту у форму букви U, закріплену на дошці зі шкалою. Якщо один кінець трубки з’єднати з середовищем, в якому вимірюється тиск, а інший залишити відкритим, то в одному коліні манометра рідина опуститься, а в іншому підніметься і надлишковий тиск (розрідження) визначиться за формулою

(2.6)

де – різниця висот робочої рідини в трубках.

– питома маса рідини.

Висота h в манометрі не залежить від форми і перерізу трубок, а залежить лише від тиску і питомої ваги рідини.

При відхиленні температури приладу від градуювальної необхідно вводити поправку по наступній формулі:

(2.7)

де – питома вага робочої рідини;

h – висота зрівноважуючого стовпа рідини;

– температурний коефіцієнт лінійного розширення шкали приладу в 1/ град;

– температурний коефіцієнт об’ємного розширення рідини в 1/ град,

t – температура навколишнього середовища;

– градуювальна температура приладу.

Найбільша абсолютна похибка U -подібних манометрів внаслідок неточності відліку висоти стовпів рідини в двох колінах складає ±1 мм стовпа робочої рідини.

Зручнішим є чашковий (однотрубний) манометр (рис. 2.6, б), що вимагає лише одного відліку.

Чашковий манометр складається з трубки і посудини великого діаметру, що замінює другу трубку приладу. Тиск в цьому випадку визначається рівнем рідини від нульової відмітки шкали. Вимірюваний тиск підводиться до посудини з великим діаметром, а кінець трубки залишається відкритим. При вимірюванні тиску, об’єм рідини, витиснений з широкої посудини, рівний об’єму рідини, що піднялася в трубці, тобто

(2.8)

де – зміни висоти рівня рідини в посудинах;

– площі поперечного перерізу посудин.

Рис. 2.6. Рідинні манометри:

а – U-подібний; б – чашковий; в – мікроманометр з похилою трубкою.

 

Знаючи, що , рівняння (2.8) можемо представити таким чином:

або

(2.9)

Отже надлишковий або вакууметричний тиск

(2.10)

Значення дуже мало відрізняється від одиниці, і при вимірюванні проводиться відлік по посудині з меншим діаметром.

Межі вимірювання чашкового манометра від –800 до 800 мм вод. ст. (або від –3923 до 3923 Па).

Для вимірювання малого тиску і розріджень застосовуються мікроманометри з похилою трубкою (рис. 2.6, в). Вони відрізняються від чашкового манометра розміщенням посудини малого діаметру (під кутом до горизонту). Тиск, що визначається манометром з похилої трубкою, обчислюється за формулою

(2.11)

де h – висота зрівноважуючого стовпа рідини;

– питома маса робочої рідини;

– кут нахилу трубки до горизонту.