Приборы для измерения давления

Барометрическое (атмосферное) давление измеряют барометрами различных конструкций.

Барометры могут быть жидкостными и металлическими. Принцип действия этих приборов очень прост, (рис. 82, а). Меняющееся с течением времени атмосферное (барометрическое) давление, действуя на открытую поверхность ртути, поднимает или опускает столбик ртути в трубке, из другого конца которой полностью удален воздух. Трубка обычно снабжена шкалой для отсчета величины давления. Широкое распространение получили металлические барометры, состоящие из гофрированной металлической коробки, из которой выкачан воздух, и стрелки, связанной с мембраной через систему рычагов. При расширении или сжатии коробки под действием изменяющегося атмосферного давления стрелка перемещается по шкале прибора. Отсчет по шкале дает величину давления (в паскалях или в миллиметрах ртутного столба).

Избыточное давление измеряется манометрами, которые бывают жидкостными или пружинными. Самым простым жидкостным манометром является пьезометр (рис. 82, б), представляющий собой прямую или изогнутую, обычно стеклянную трубку диаметром 5—12 мм. Он служит для измерения небольших давлений жидкости в сосудах. Для измерения давления газов, которые находятся под небольшим избыточным давлением, применяются жидкостные манометры в виде U-образной трубки, заполняемой рабочей жидкостью (спирт, вода, ртуть) до некоторого уровня (рис. 82, в). По величине перепада давления h уровней рабочей жидкости в U-образной трубке судят о величине избыточного давления.

Избыточное давление в сосуде больше атмосферного, так как h>0.

Р_ИЗБ = pgh,

где р — плотность жидкости в манометре, кг/м³; g — ускорение свободного падения, равное 9,81 кг/с²; h — высота столба жидкости, м.

Часто используют способ измерения гидростатического давления высотой столба жидкости. Например, 9,81 Па (1 кгс/м²) будет соответствовать высоте водяного столба (рg = 9810 Па):

Ниже приведены некоторые соотношения единиц измерения давления:

Измерения давлений ниже атмосферного (такие давления образуются во всасывающих трубопроводах) производят вакуумметрами.

Вакуумметр представляет собой изогнутую трубку, один конец которой помещают в область вакуума (сосуд А), а другой — в открытый сосуд В, заполненный жидкостью (рис. 82, г). Так как в области вакуума р_ВАК<р_АТМ, жидкость под действием атмосферного давления из сосуда В поднимается в трубку на высоту h_ВАК, величина (Па) которого может быть определена по уравнению:

р_ВАК = pgh_ВАК

Основным недостатком жидкостных приборов является узость диапазона измеряемых давлений, не превышающих 0,4 МПа для ртутных манометров. К недостаткам относятся также хрупкость стеклянных трубок и ядовитость паров ртути. Благодаря простоте устройства, стабильности показаний и легко достижимой высоты точности измерении жидкостные приборы широко применяются в лабораториях, а также как образцовые для градуировок шкал и проверок других приборов.

Пружинные приборы. Пружинные манометры используют для измерения избыточных давлений жидкостей или газов, в которых давление воспринимается упругим рабочим элементом (мембраной или трубчатой пружиной). Рабочим элементом трубчатого манометра (рис. 83) является согнутая по дуге окружности полая овальная трубка 1 (трубка Бурдона). Ее свободный конец 4 через систему рычагов 5 связан со стрелкой. Под действием изменяющегося избыточного давления трубка 1 (пружина) распрямляется или сворачивается, передвигая стрелку. Открытый конец трубки 1 запаян припоем в держателе 6, который укреплен на корпусе 3 манометра. Штуцер 7 с резьбой для присоединения прибора к месту измерения выполнен как одно целое с держателем. Внутри штуцера и держателя имеется канал, который сообщается с внутренней полостью трубки 1. В верхней части держателя 6 размещены две пластины, служащие для закрепления на них передаточного механизма 2.

Вакуумметр с трубчатой пружиной устроен так же, как манометр. При воздействии на внутреннюю полость трубки давления, меньше атмосферного, трубка сгибается. Некоторые трубчатые приборы измеряют не только избыточное давление, но и вакуум. Такие приборы называются нановакуумметрами. В зависимости от материала, формы и размеров трубки трубчатые приборы имеют шкалы с предельными значениями от 0,05—1000 МПа и удовлетворяют требованиям 0,5—6-го классов точности. Трубчатые пружины манометров, предназначенных для измерения давления до 25 МПа, изготовляют из медных сплавов; для измерения давления более 25 МПа применяют стальные трубчатые пружины. Широко распространены образцовые (классы точности 0,2; 0,4) пружинные манометры. Точность образцовых приборов увеличена благодаря высокому качеству материала трубки (уменьшено упругое последействие), тщательной пригонке передаточного механизма, применению условных шкал и стрелок. Число делений обычно 100, цена деления мала, отсчет осуществляется с большой точностью, что уменьшает погрешность наблюдения.