Принцип работы жидкостного манометра: Жидкостные манометры и дифманометры, принцип действия, применение

Жидкостные манометры и дифманометры, принцип действия, применение

Жидкостные (трубные) манометры функционируют по принципу сообщающихся сосудов – за счет уравновешивания фиксируемого давления весом жидкости-наполнителя: столб жидкости сдвигается на высоту, которая пропорциональна приложенной нагрузке. Измерения на основе гидростатического метода привлекают сочетанием простоты, надежности, экономичности и высокой точности. Манометр с жидкостью внутри оптимально подходит для измерения перепадов давления в пределах 7 кПа (в специальных вариантах исполнения – до 500 кПа).

Виды и типы приборов

Для лабораторных измерений или промышленного применения используются различные варианты манометров с трубной конструкцией. Наиболее востребованы такие виды приборов:

• U-образные. Основа конструкции – сообщающиеся сосуды, в которых определение давления осуществляется по одному или сразу нескольким уровням жидкости. Одна часть трубки соединяется с трубопроводной системой для проведения измерения. В то же время другой конец может быть герметически запаян или иметь свободное сообщение с атмосферой.
• Чашечные. Однотрубный жидкостный манометр во многом напоминает конструкцию классических U-образных приборов, но вместо второй трубки здесь применяется широкий резервуар, площадь которого в 500-700 раз больше площади сечения основной трубки.
• Кольцевые. В устройствах данного типа столб жидкости заключен в кольцевом канале. При изменении давления происходит перемещение центра тяжести, что в свою очередь приводит к перемещению стрелки указателя. Таким образом, прибор для измерения давления фиксирует угол наклона оси кольцевого канала. Эти манометры привлекают высокой точностью результатов, которые не зависят от плотности жидкости и газовой среды на ней. В то же время сфера применения таких изделий ограничивается их высокой стоимостью и сложностью обслуживания.
• Жидкостно-поршневые. Измеряемое давление вытесняет сторонний шток и уравновешивает его положение калиброванными грузами.
  Подобрав оптимальные параметры массы штока с грузами, удается обеспечить его выталкивание на величину, пропорциональную к измеряемому давлению, а, следовательно, удобную для контроля.

Применение жидкостного манометра

Простота и надежность измерений на основе гидростатического метода объясняют широкое применение прибора с жидкостным наполнителем. Такие манометры незаменимы при проведении лабораторных исследований или решении различных технических задач. В частности, приборы используются для таких типов измерений:

• Небольшие избыточные давления.
• Разность давлений.
• Атмосферное давление.
• Разрежение.

Важное направление применения трубных манометров с жидким наполнителем – поверка контрольно-измерительных приборов: тягомеров, напоромеров, вакуумметров барометров, дифманометров и некоторых типов манометров.

Манометр жидкостный: принцип действия

Самый распространенный вариант конструкции приборов – U-образная трубка. Принцип действия манометра показан на рисунке:

Схема U-образного жидкостного манометра

Один конец трубки имеет сообщение с атмосферой – на него воздействует атмосферное давление Pатм. Другой конец трубки с помощью подводящих устройств подключается к целевому трубопроводу – на него воздействует давление измеряемой среды Рабс. Если показатель Рабс выше Pатм, то жидкость вытесняется в трубку, сообщающуюся с атмосферой.

Инструкция по расчету

Разница высоты между уровнями жидкости рассчитывается по формуле:

h = (Рабс – Ратм)/((rж – rатм )g)
где:
Рабс – абсолютное измеряемое давление.
Ратм – атмосферное давление.

rж – плотность рабочей жидкости.
rатм – плотность окружающей атмосферы.
g – ускорение свободного падения (9,8 м/с2)
Показатель высоты рабочей жидкости H складывается из 2-ух составляющих:
1. h2 – понижение столба по сравнению с исходным значением.
2. h3 – повышение столба в другой части трубки в сравнении с исходным уровнем.
Показатель rатм в расчетах часто не учитывают, поскольку rж >> rатм. Таким образом, зависимость можно представить как:
h = Ризб/(rж g)
где:
Ризб – избыточное давление измеряемой среды.
На основе приведенной формулы, Ризб = hrж g.

Если необходимо измерить давление разряженных газов, применяются измерительные приборы, в которых один из концов герметически запаян, а к другому с помощью подводящих устройств подключают вакуумметрическое давление. Конструкция показана на схеме:

Схема жидкостного вакуумметра абсолютного давления

Для таких приборов применяется формула:
h = (Ратм – Рабс)/(rж g).

Давление в запаянном торце трубки равно нулю. При наличии в нем воздуха расчеты вакуумметрического избыточного давления выполняются как:
Ратм – Рабс = Ризб – hrж g.

Если воздух в запаянном конце откачан, и давление противодействия Ратм = 0, то:
Рабс= hrж g.

Конструкции, в которых воздух в запаянном конце откачивается и перед заполнением вакууммируется, подходят для применения в качестве барометров. Фиксация разницы высоты столба в запаянной части позволяет произвести точные расчеты барометрического давления.

Преимущества и недостатки

Жидкостные манометры имеют как сильные, так и слабые стороны. При их использовании удается оптимизировать капитальные и эксплуатационные издержки на контрольно-измерительные мероприятия. В то же время следует помнить о возможных рисках и уязвимых местах таких конструкций.

Среди ключевых преимуществ измерительных приборов с жидкостным наполнением следует отметить:

• Высокая точность измерений. Приборы с низким уровнем погрешности могут использоваться в качестве образцовых для поверки различного контрольно-измерительного оборудования.
• Простота использования. Инструкция по использованию прибора является предельно простой и не содержит каких-либо сложных или специфических действий.
• Невысокая стоимость. Цена жидкостных манометров значительно ниже по сравнению с другими типами оборудования.
• Быстрый монтаж. Подключение к целевым трубопроводам производится с помощью подводящих устройств. Осуществление монтажа/демонтажа не требует специального оборудования.

При использовании манометрических устройств с жидкостным наполнением следует учитывать и некоторые слабые стороны таких конструкций:

• Резкий скачок давления может привести к выбросу рабочей жидкости.
• Возможность автоматической фиксации и передачи результатов измерений не предусмотрена.
• Внутреннее устройство жидкостных манометров определяет их повышенную хрупкость
• Приборы характеризуются достаточно узким диапазоном измерений.
• Корректность измерений может быть нарушена некачественной очисткой внутренних поверхностей трубок.

Инструкция для жидкостного манометра

Для гидростатических измерений в манометрах могут использоваться различные рабочие жидкости: дистиллированная вода, ртуть, этиловый спирт, жидкость Туле и другие наполнители. При их использовании важно помнить о возможных рисках. В частности, вода приводит к коррозии железосодержащих сплавов, ртуть несет угрозу здоровью человека, а ацетилен и некоторые другие виды наполнителей являются психотропными веществами.

Жидкостные манометры и дифманометры. Устройство, принцип действия, типы и виды манометров.

В жидкостных манометрах измеряемое давление или разность давлений уравновешивается гидростатическим давлением столба жидкости. В приборах используется принцип сообщающихся сосудов, в которых уровни рабочей жидкости совпадают при равенстве давлений над ними, а при неравенстве занимают такое положение, когда избыточное давление в одном из сосудов уравновешивается гидростатическим давлением избыточного столба жидкости в другом. Большинство жидкостных манометров имеют видимый уровень рабочей жидкости, по положению которого определяется значение измеряемого давления. Эти приборы используются в лабораторной практике и в некоторых отраслях промышленности.

Существует группа жидкостных дифманометров, в которых уровень рабочей жидкости непосредственно не наблюдается. Изменение последнего вызывает перемещение поплавка или изменение характеристик другого устройства, обеспечивающих либо непосредственное показание измеряемой величины с помощью отсчетного устройства, либо преобразование и передачу ее значения на расстояние.

Двухтрубные жидкостные манометры. Для измерения давления и разности давлений используют двухтрубные манометры и дифманометры с видимым уровнем, часто называемыми U -образными. Принципиальная схема такого манометра представлена на рис. 1, а. Две вертикальные сообщающиеся стеклянные трубки 1, 2 закреплены на металлическом или деревянном основании 3, к которому прикреплена шкальная пластинка 4. Трубки заполняются рабочей жидкостью до нулевой отметки. В трубку 1 подается измеряемое давление, трубка 2 сообщается с атмосферой. При измерении разности давлений к обеим трубкам подводятся измеряемые давления.

Рис. 1. Схемы двухтрубного (в) и однотрубного (б) манометра:

1, 2 — вертикальные сообщающиеся стеклянные трубки; 3 — основание; 4 — шкальная пластина

В качестве рабочей жидкости используются вода, ртуть, спирт, трансформаторное масло. Таким образом, в жидкостных манометрах функции чувствительного элемента, воспринимающего изменения измеряемой величины, выполняет рабочая жидкость, выходной величиной является разность уровней, входной — давление или разность давлений. Крутизна статической характеристики зависит от плотности рабочей жидкости.

 Для исключения влияния капиллярных сил в манометрах используются стеклянные трубки с внутренним диаметром 8… 10 мм. Если рабочей жидкостью служит спирт, то внутренний диаметр трубок может быть снижен.

Двухтрубные манометры с водяным заполнением применяются для измерения давления, разрежения, разности давлений воздуха и неагрессивных газов в диапазоне до ±10 кПа. Заполнение манометра ртутью измерения расширяет пределы до 0,1 МПа, при этом измеряемой средой может быть вода, неагрессивные жидкости и газы.

При использовании жидкостных манометров для измерения разности давлений сред, находящихся под статическим давлением до 5 МПа, в конструкцию приборов вводятся дополнительные элементы, предназначенные для защиты прибора от одностороннего статического давления и проверки начального положения уровня рабочей жидкости.

Источниками погрешностей двухтрубных манометров являются отклонения от расчетных значений местного ускорения свободного падения, плотностей рабочей жидкости и среды над ней, ошибки в считывании высот h2 и h3.

Плотности рабочей жидкости и среды даются в таблицах теплофизических свойств веществ в зависимости от температуры и давления. Погрешность считывания разности высот уровней рабочей жидкости зависит от цены деления шкалы. Без дополнительных оптических устройств при цене деления 1 мм погрешность считывания разности уровней составляет ±2 мм с учетом погрешности нанесения шкалы. При использовании дополнительных устройств для повышения точности считывания h2, h3 необходимо учитывать расхождение температурных коэффициентов расширения шкалы, стекла и рабочего вещества.

Однотрубные манометры. Для повышения точности отсчета разности высот уровней используются однотрубные (чашечные) манометры (см. рис. 1, б). У однотрубного манометра одна трубка заменена широким сосудом, в который подается большее из измеряемых давлений. Трубка, прикрепленная к шкальной пластинке, является измерительной и сообщается с атмосферой, при измерении разности давлений к ней подводится меньшее из давлений. Рабочая жидкость заливается в манометр до нулевой отметки.

Под действием давления часть рабочей жидкости из широкого сосуда перетекает в измерительную трубку. Поскольку объем жидкости, вытесненный из широкого сосуда, равен объему жидкости, поступившему в измерительную трубку,

Измерение в однотрубных манометрах высоты только одного столба рабочей жидкости приводит к снижению погрешности считывания, которая с учетом погрешности градуировки шкалы не превышает ± 1 мм при цене деления 1 мм. Другие составляющие погрешности, обусловленные отклонениями от расчетного значения ускорения свободного падения, плотности рабочей жидкости и среды над нею, температурными расширениями элементов прибора, являются общими для всех жидкостных манометров.

У двухтрубных и однотрубных манометров основной погрешностью является погрешность считывания разности уровней. При одной и той же абсолютной погрешности приведенная погрешность измерения давления снижается при увеличении верхнего предела измерения манометров. Минимальный диапазон измерения однотрубных манометров с водяным заполнением составляет 1,6 кПа (160 мм вод. ст.), при этом приведенная погрешность измерения не превышает ±1 %. Конструктивное выполнение манометров зависит от статического давления, на которое они рассчитаны.

Микроманометры. Для измерения давления и разности давлений до 3 кПа (300 кгс/м2) используются микроманометры, которые являются разновидностью однотрубных манометров и снабжены специальными приспособлениями либо для уменьшения цены деления шкалы, либо для повышения точности считывания высоты уровня за счет использования оптических или других устройств. Наиболее распространенные лабораторные микроманометры — это микроманометры типа ММН с наклонной измерительной трубкой (рис. 2). Показания микроманометра определяются по длине столбика рабочей жидкости п в измерительной трубке 1, имеющей угол наклона а.

Рис. 2. Схема микроманометра ММН:

1 — измерительная трубка; 2 — сосуд; 3 — кронштейн; 4 — сектор

На рис. 2 кронштейн 3 с измерительной трубкой 1 крепится на секторе 4 в одном из пяти фиксированных положений, которым соответствуют к = 0,2; 0,3; 0,4; 0,6; 0,8 и пять диапазонов измерения прибора от 0,6 кПа (60 кгс/м2) до 2,4 кПа (240 кгс/м2). Приведенная погрешность измерений не превышает 0,5 %. Минимальная цена деления при к = 0,2 составляет 2 Па (0,2 кгс/м2), дальнейшее снижение цены деления, связанное с уменьшением угла наклона измерительной трубки, ограничено снижением точности считывания положения уровня рабочей жидкости из-за растягивания мениска.

Более точными приборами являются микроманометры типа ММ, называемые компенсационными. Погрешность считывания высоты уровня в этих приборах не превышает ±0,05 мм в результате использования оптической системы для установления начального уровня и микрометрического винта для измерения высоты столба рабочей жидкости, уравновешивающего измеряемое давление или разность давлений.

Барометры применяются для измерения атмосферного давления. Наиболее распространенными являются чашечные барометры с ртутным заполнением, отградуированные в мм рт. ст. (рис. 3).

Рис. 3. Схема чашечного ртутного барометра: 1 — нониус; 2 — термометр

Погрешность считывания высоты столба не превышает 0,1 мм, что достигается использованием нониуса 1, совмещаемого с верхней частью мениска ртути.       При более точном измерении атмосферного давления необходимо вводить поправки на отклонение ускорения свободного падения от нормального и значение температуры барометра, измеряемой термометром 2. При диаметре трубки менее 8… 10 мм учитывается капиллярная депрессия, обусловленная поверхностным натяжением ртути.

Компрессионные манометры (манометры Мак—Леода), схема которых представлена на рис. 4, содержат резервуар 1 с ртутью и погруженной в нее трубкой 2. Последняя сообщается с измерительным баллоном 3 и трубкой 5. Баллон 3 заканчивается глухим измерительным капилляром 4, к трубке 5 подключен капилляр сравнения 6. Оба капилляра имеют одинаковые диаметры, чтобы на результатах измерения не сказывалось влияние капиллярных сил. Давление в резервуар 1 подается через трехходовой кран 7, который в процессе измерения может находиться в положениях, указанных на схеме.

Рис. 4. Схема компрессионного манометра:

1 — резервуар; 2, 5 — трубки; 3 — измерительный баллон; 4 — глухой измерительный капилляр; 6 — капилляр сравнения; 7 — трехходовой кран; 8 — устье баллона

Принцип действия манометра основан на использовании закона Бойля—Мариотта, согласно которому для фиксированной массы газа произведение объема на давление при неизменной температуре представляет постоянную величину. При измерении давления выполняются следующие операции. При установке крана 7 в положение а измеряемое давление подается в резервуар 1, трубку 5, капилляр 6, и ртуть сливается в резервуар. Затем кран 7 плавно переводится в положение с. Поскольку атмосферное давление значительно превышает измеряемое р, ртуть вытесняется в трубку 2. При достижении ртутью устья баллона 8, отмеченного на схеме точкой О, от измеряемой среды отсекается объем газа V, находящийся в баллоне 3 и измерительном капилляре 4. Дальнейшее повышение уровня ртути сжимает отсеченный объем. При достижении ртутью в измерительном капилляре высоты hи впуск воздуха в резервуар 1 прекращается и кран 7 устанавливается в положение b. Изображенное на схеме положение крана 7 и ртути соответствует моменту снятия показаний манометра.

Нижний предел измерения компрессионных манометров составляет 10^-3 Па (10^-5 мм рт. ст.), погрешность не превышает ±1 %. У приборов пять диапазонов измерения и они охватывают давления до 10³  Па. Чем ниже измеряемое давление, тем больше баллон 1, максимальный объем которого составляет 1000 см3, а минимальный 20 см3, диаметр капилляров равен соответственно 0,5 и 2,5 мм. Нижний предел измерения манометра в основном ограничен погрешностью определения объема газа после сжатия, зависящей от точности изготовления капиллярных трубок.

Набор компрессионных манометров совместно с мембранно- емкостным манометром входит в состав государственного специального эталона единицы давления в области 1010^-3… 1010³  Па.

Достоинствами рассмотренных жидкостных манометров и дифманометров являются их простота и надежность при высокой точности измерений. При работе с жидкостными приборами необходимо исключать возможность перегрузок и резких изменений давления, так как в этом случае может происходить выплескивание рабочей жидкости в линию или атмосферу.

Манометры для измерения давления воды – устройство, виды и отличия от манометров для воздуха

Манометр – это прибор, позволяющий измерить давление в водной системе или среде. С помощью этого простого устройства можно получить точные показатели давления в любой точке трубопровода или насосного агрегата. Ниже изучим конструкцию, принцип работы и отличия между разными видами манометров.

Устройство манометра для измерения давления воды

Манометр для измерения давления воды в водопроводе обладает очень простой конструкцией. Прибор состоит из корпуса и шкалы, на которой указывается измеряемая величина. Внутри корпуса может быть расположена трубчатая пружина или двухпластинчатая мембрана. Также внутри устройства находится держатель, трибко-секторный механизм и упругий чувствительный элемент.

Принцип действия прибора основывается на уравновешивании показателей давления посредством силы деформации мембраны или пружины. В результате этого процесса упругий чувствительный элемент смещается, что приводит в действие показывающую стрелку устройства.

Классификация манометров по принципу работы

В наши дни работающие в условиях давления устройства используются практически во всех сферах жизнедеятельности человека. Следовательно, вместе с ними применяются и манометры, дающие точную информацию о показателях давления. При этом измерительные приборы могут отличаться между собой по конструкции и принципу действия. Имеющиеся на рынке устройства делятся на такие виды:

• Поршневые манометры – в их устройство входит цилиндр, внутри которого располагается поршень. При работе на одну часть поршневого насоса действует рабочая среда – газ или жидкость, а с другой – давление груза определенной величины. Вместе с перемещением бегунка в действие приводится стрелка на шкале прибора;
• Жидкостные манометры – в их конструкцию входит трубка, внутри которой находится жидкость и подвижная пробка. В процессе использования жидкостного манометра рабочая жидкость воздействует на пробку, в результате чего меняется уровень жидкости внутри трубки. В этот момент начинает двигаться стрелка прибора;
• Деформационные манометры – внутри таких приборов располагается мембрана, деформация которой приводит в действие указательную стрелку над шкалой устройства.

Современные манометры также делятся между собой на механические и электронные устройства. Механический манометр для насоса или системы водоснабжения имеет простую конструкцию, однако не может достаточно точно измерить давление. В конструкцию электронного прибора входит контактный узел, который более точно измеряет давление рабочей среды.

По способу использования манометры делятся между собой на такие виды:

• Стационарные – такие приборы монтируются и применяются только на определенном агрегате без возможности демонтажа измерительного устройства. Зачастую на используемом агрегате также применяется регулятор давления для воды с манометром;
• Переносные – эти измерительные приборы могут демонтироваться и использоваться для работы с разными агрегатами и в различных системах. Переносной прибор обладает меньшими габаритами.

Каждый из перечисленных видов приборов нашел свое активное применение. Многие из современных моделей используются в системе отопления частного дома или в квартире, другие – применяются для обслуживания крупных промышленных предприятий.

Чем отличается манометр для воды от манометра для воздуха?

Не знакомые с измерительными приборами люди часто не могут отличить манометр давления воды в системе водоснабжения от прибора, который используется для измерения давления воздуха и газа. Внешне оба эти устройства практически не отличаются друг от друга. Тем не менее, различие между ними все-таки есть.

Разница между манометром для воды и воздуха заключается в конструкции и принципе их действия. В приборах для воды роль чувствительного элемента играет мембрана и сосуд с жидкостью. В воздушных манометрах чувствительным элементом служит трубчатая пружина, которая при работе заполняется газом или воздухом.

Как проверить давление воды без манометра?

Узнать показатели давления воды в трубопроводе можно без помощи манометра. Все, что для этого требуется – это использовать самодельное приспособление из прозрачного 2-метрового шланга, которое очень просто изготовить своими руками.

В основном, шланг применяется с целью получения замеров давления воды на выходе из крана. Чтобы узнать нужные показатели, один конец шланга вставляется в кран, а второй закупоривается пробкой. После этого в шланг нужно впустить немного воды.

Прежде, чем начать «эксперимент», потребуется выполнить 2 условия:

• Установить шланг в вертикальное положение;
• Переместить нижний конец шланга так, как указано в схеме.

Далее определить приблизительное давление воды можно по указанной формуле: P=Pатм*H0/h2, где:

• P – давление в системе, измеряемое в атмосферах;
• Pатм – давление, которое присутствует внутри шланга до момента открытия крана;
• H0 – высота воздушного столба внутри шланга до момента открытия крана;
• h2 – высота воздушного столба после заполнения шланга водой.

Нужно отметить, что собранное приспособление по принципу действия полностью повторяет обыкновенный жидкостный манометр.

Проверка давления исходя из расхода воды

Второй способ определения давления заключается в выполнении расчетов с использованием данных о количестве воды, вытекающей из крана. Помимо этих данных, также потребуется:

• Узнать конфигурацию трубопровода и определить, из какого материала он изготовлен;
• Рассчитать диаметр трубы;
• Определить интенсивность вытекания жидкости;
• Определить степень открытия крана.

Чтобы рассчитать давление, понадобится мерная 3-литровая емкость и секундомер. Емкость нужно подложить под кран и засечь время, за которое она полностью наполнится водой.

Определить приблизительное давление можно уже после выполненной операции, однако полученные результаты будут очень неточными. Ведь в любом случае банка будет полностью заполнена менее, чем за 10 секунд, из-за чего полученная величина давления будет значительно меньше, чем по регламенту. Тем не менее, отталкиваться всегда нужно от того, что 3-литровая емкость будет полностью заполняться водой за 7 и менее секунд. В таком случае давление внутри трубопровода будет наиболее приближенным к регламентированному.

Измерение давления | Физика

Приборы для измерения давления, создаваемого жидкостями и газами, называют манометрами (от греч. манос – «редкий», «неплотный»). Рассмотрим устройство некоторых видов манометров.

На рис. 160 показан жидкостный манометр. Он представляет собой U-образную стеклянную трубку, частично наполненную жидкостью. Если давления над поверхностями жидкости в обоих коленах одинаковы, например равны атмосферному давлению pатм, то поверхности жидкостей установятся на одном уровне. Если же давление над поверхностью жидкости в левом колене увеличить (см. рис. 160, б), то ситуации изменится: уровень жидкости в левом колене опустится под действием давления воздуха p1 > p_атм, а в правом колене – поднимется. При этом чем больше увеличится давление в левом колене, тем большей станет разность уровней жидкости в коленах манометра.

Пусть давление над поверхностью жидкости в левом колене равно p₁, а в правом – p_атм. Высота левого столба жидкости – h₁, а правого – h₂. Применим формулу для расчета гидростатического давления в нижней точке A трубки манометра. Это давление можно вычислить двумя способами. Рассматривая жидкость в левом колене, получим: p_A = p₁ + ρ · g · h₁; соответственно для правого колена: p_A = p_атм + ρ · g · h₂.

Приравнивая эти выражения, получим:

p₁ = p_атм + ρ · g · (h₂ — h₁) = p_атм + ρ · g · Δh

Таким образом, если известна плотность ρ жидкости, то, измеряя разность Δh высот столбов жидкости в коленах манометра, можно определить, на какую величину неизвестное давление p₁ отличается от атмосферного. Из полученной формулы следует, что если Δh > 0, т. е. h₂ > h₁, то измеряемое давление в левом колене больше атмосферного. Наоборот, если Δh < 0, т. е. h₂ < h₁, то измеряемое давление p₁ меньше атмосферного (см. рис. 160, в).

Продолжим анализ полученной формулы. Измеряемая разность давлений p₁ — pатм = ρ · g · Δh. Поэтому если перепад давлений достаточно большой, то для его измерения необходимо либо использовать трубку большой длины (для больших значений Δh), либо использовать жидкость с большой плотностью ρ. На практике в жидкостных манометрах обычно используют ртуть, плотность которой равна 13,6 г/см³. Поэтому давление часто измеряют в несистемных единицах – миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Давление столба ртути высотой 1 мм равно p = ρgh = 133,3 Па. (Нормальное атмосферное давление на уровне моря равно 101,325 кПа, что соответствует 760 мм рт. ст.)

Теперь представим себе, что давление в левом колене манометра над поверхностью жидкости равно нулю. Тогда полученная формула примет вид: p₁ = 0 = p_атм + ρg(h₂ — h₁). Следовательно, pатм = ρg(h₁ — h₂). Этой формулой можно воспользоваться для измерения атмосферного давления.

Впервые атмосферное давление измерил в 1643 г. итальянский ученый Э. Торричелли. Для получения нулевого давления над поверхностью ртути (что соответствует атмосферному давлению на высоте более 100 км) он поступил следующим образом. Заполнив ртутью запаянную с одного конца стеклянную трубку длиной 1 м и закрыв пальцем отверстие, он перевернул трубку и погрузил незапаянный конец трубки в чашку с ртутью. После этого он убрал палец и обнаружил, что из трубки вылилась только часть ртути (рис. 161). В результате над поверхностью ртути в трубке образовалось не заполненное воздухом пространство – «торричеллиева пустота». Высота h столба оставшейся в трубке ртути, равная разности высот столбов ртути в трубке (h₁) и чашке (h₂), составила примерно 760 мм. При этом разность давлений, создаваемых в точке A столбом ртути в трубке и столбом ртути в чашке, уравновешивается давлением атмосферы на открытую поверхность ртути в чашке:

0 + ρgh₁ = p_атм + ρgh₂

Следовательно,

p_атм = ρg(h₁ — h₂) = ρgh

Если к такой трубке с ртутью прикрепить шкалу с нанесенными на ней делениями в миллиметрах, то получится ртутный барометр – прибор для измерения атмосферного давления в миллиметрах ртутного столба.

В настоящее время для измерения атмосферного давления используют безжидкостные приборы, получившие название барометров-анероидов. (Анероид в переводе с греческого – «безжидкостный».) Устройство одного из таких приборов показано на рис. 162. Основным элементом барометра-анероида является круглая металлическая коробка 1, закрытая тонкой гофрированной крышкой – мембраной. Из коробки откачан воздух, и мембрана под действием атмосферного давления прогибается внутрь коробки. К центру мембраны прикреплена пружина 2. При изменении атмосферного давления величина прогиба мембраны изменяется, что фиксируется с помощью стрелки 3, закрепленной на оси вращения 4. Такой прибор обычно имеет две шкалы (рис. 16З). Одна шкала проградуирована в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.), другая – в гектопаскалях (гПа).

Как уже отмечалось, с увеличением высоты над поверхностью Земли атмосферное давление уменьшается. Поэтому по измерениям атмосферного давления на различных высотах можно судить о высоте подъема над поверхностью Земли. В барометрах, применяемых в авиации, шкалу градуируют в метрах, а прибор называют высотомером.

На практике для измерения давления часто используют трубчатые манометры. Устройство подобного прибора показано на рис. 164. Основным его элементом является изогнутая в дугу упругая металлическая трубка 1. Один жестко закрепленный конец этой трубки подсоединяется к системе, в которой необходимо измерить давление. Другой конец трубки запаян и находится в свободном положении. При увеличении давления внутри трубки она начинает разгибаться. В результате ее свободный конец перемещается относительно корпуса прибора. Это смещение вызывает поворот стрелки 2.

Подобные манометры позволяют измерять давление от сотен паскалей до нескольких гигапаскалей (10⁹ Па) и поэтому широко используются на практике. В частности, их применяют для измерения давления в шинах автомобилей, давления в водопроводных и газовых трубах и т. п.

Итоги

Приборы для измерения давления, создаваемого жидкостями и газами, называют манометрами.

Жидкостные манометры основаны на измерении разности высот столбов однородной жидкости в сообщающихся сосудах, один из которых находится под действием атмосферного давления. Измеряемая разность давлений равна

p₁ — p_атм = ρgΔh

Приборы для измерения атмосферного давления называют барометрами. Существуют ртутные барометры и барометры-анероиды (безжидкостные барометры).

Изменение (уменьшение) давления с увеличением высоты над поверхностью Земли позволяет использовать барометры для определения высоты полета летательных аппаратов.

Вопросы

1. Как называют приборы для измерения давления?
2. Какие виды приборов для измерения давления вы знаете?
3. Как устроен жидкостный манометр?
4. Как устроен барометр-анероид?
5. Как устроен трубчатый манометр?
6. Что такое высотомер?
7. Расскажите об опыте Торричелли.
8. Являются ли чашка и трубка в опыте Торричелли (см. рис. 161) сообщающимися сосудами?

Упражнения

1. Определите высоту столба воды, действие которого уравновесит атмосферное давление.
2. В течение суток барометр показывал давление: 740; 746; 752 мм рт. ст. Пересчитайте эти показания в Па.
3. Опустите стакан полностью в тазик с водой. Затем переверните стакан под водой вверх донышком и медленно поднимайте его. Объясните, почему вода из стакана не будет выливаться, пока края стакана не поднимутся выше уровня воды в тазике.
4. Как изменится показание барометра-анероида при его подъеме на высоту 300 м над поверхностью Земли?

Устройство и принципы работы жидкостного и металлического манометров

1. Манометры 7 класс

МАНОМЕТРЫ
7 КЛАСС
Автор:
учитель физики МОУ «СОШ № 1»
г. Ивантеевки
Гагарина Марианна Сергеевна
Цель урока:
дать представление об устройстве и принципах работы
жидкостного и металлического манометров, рассмотреть их
применение в различных областях.
Задачи:
— обучающие:
изучить устройство и принцип действия открытого
жидкостного и металлического манометров; научить
пользоваться ими;
— развивающие:
развивать познавательный интерес, коммуникативные и
экспериментаторские компетенции учащихся;
— воспитывающие:
воспитывать доброжелательное отношение к участникам
учебного процесса, понимание необходимости заботиться о
своем здоровье и приобретении житейских навыков.
Тест
1. Кто из ученых предложил способ измерения
атмосферного давления?
А) Ньютон
В) Ломоносов
Б) Паскаль
Г) Торричелли
2. Какой буквой обозначают атмосферное давление?
А) F
В) р
Б) m
Г) S
3. Какова единица атмосферного давления?
А) кг или г
В) Н или кН
Б) Па или мм рт. ст.
Г) м/с или км/ч
Тест
4. Как называется прибор для измерения
атмосферного давления?
А) альтимер
В) мензурка
Б) барометр
Г) высотомер
5. Чему равно значение нормального атмосферного
давления?
А) 1 Н
В) 760 Н
Б) 1 Па
Г) 760 мм рт. ст.
6. Как называется прибор для измерения высоты,
используемый в авиации?
А) высотомер
В) анероид
Б) альтимер
Г) ареометр
Ответы
1
2
3
4
5
6
Г
В
Б
Б
Г
А
Тема урока:
Манометры
Манометры – приборы для измерения давлений,
больших или меньших атмосферного (от греческого
«манос» – редкий, неплотной и «метрео» — измеряю.
Манометры бывают:
а) жидкостные
б) металлические
Жидкостный манометр состоит из двухколенной
стеклянной трубки, в которую налита какая – нибудь
жидкость.
Устройство и принцип работы
открытого жидкостного манометра
Устройство металлического манометра
1.
2.
3.
4.
5.
Согнутая в дугу металлическая трубка
Рычаг
Зубчатка
Стрелка
Кран
Ответьте на вопросы:
1. В каких единицах
градуируется шкала
металлического манометра?
2. Чему равна цена деления?
3. Назовите предел
измерения.
4. Какое давление
показывает манометр?
5. Выразите это давление в
Паскалях.
Манометры применяются во всех случаях, когда необходимо
знать, контролировать и регулировать давление. Наиболее часто
манометры применяют в теплоэнергетике, на химических,
нефтехимических предприятиях, предприятиях пищевой
отрасли.
Сфигмоманометр (тонометр) — прибор для измерения
артериального давления. Состоит из манжеты, надеваемой на
руку пациенту, устройства для нагнетания воздуха в манжету и
манометра, измеряющего давление воздуха в манжете. Также,
сфигмоманометр оснащается либо стетоскопом, либо
электронным устройством, регистрирующим пульсации
воздуха в манжете.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Закрепление
С какими приборами мы сегодня познакомились?
Почему в открытом манометре уровни жидкости в
обоих коленах одинаковые?
Почему при погружении коробочки в воду
изменяются уровни жидкости в коленах
манометра?
Как с помощью жидкостного манометра показать,
что на одной и той же глубине давление одинаково
по всем направлениям?
Как устроен металлический манометр?
В каких единицах градуируется шкала
металлического манометра?
Домашнее задание:
§ 45.
Источники
1. А.В. Перышкин. Физика. 7 класс. — М.: Дрофа
2. Е.М. Гутник, Е,В. Рыбакова. Методические материалы
для учителя. Физика. 7 класс. — М.; Дрофа
3. http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669b5254-e92111dc-95ff-0800200c9a66/4_12.swf
4. http://ru.wikipedia.org/wiki/%CC%E0%ED%EE%EC%E5%
F2%F0
5. http://images.yandex.ru/yandsearch?text=%D0%BC%D0%B0
%D0%BD%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80

Жидкостные манометры

В таких приборах измеряемое давление (разрежение) либо разность давлений уравновешивается давлением столба манометрической жидкости, заполняющей прибор. Диапазон измерения — 10 — 105 Па.

Рисунок 1 — Жидкостные манометры

 

Жидкостные манометры применяют в основном при определении давления в лаб. условиях и при поверке других манометры Погрешность измерения U-образных и чашечных манометры (0,5-1,0%) определяется погрешностью самого прибора, ошибкой отсчета показаний и несоответствием действительного и расчетного значений плотности манометрической жидкости. Двухчашечные (компенсационные) микроманометры с верхними пределами измерения до 2,5-103 Па имеют погрешность 0,02-0,05%. При малых пределах измерения (до 104 Па) манометры заполняют легкими жидкостями (водой, спиртом, толуолом, силиконовым маслом), при увеличении пределов измерения до 105 Па — ртутью.
В поплавковых, колокольных и кольцевых дифманометрах мера измеряемого давления (перепада) — не высота столба жидкости, а определяемое им положение подвижного элемента прибора. Манометрической жидкостью в поплавковых дифманометрах обычно служит ртуть или силиконовое масло. Пределы измерения серийных приборов (от 4-103 Па до 0,16 MПа) обеспечиваются изменением высоты и диаметра одного из сосудов дифманометра. Погрешность не более 2,5% от верхнего предела измерения. Колокольные дифманометры (манометрическая жидкость — вода или масло) используют для измерения малых давлений и перепадов давлений от 25 до 400 Па. Погрешность 1,5 и 2,5% от диапазона измерения.

В кольцевых дифманометрах (кольцевых весах) замкнутый сосуд с непроницаемой перегородкой в верхней части установлен на призматическую опору, которая расположена в центре тяжести сосуда. 4 Па, погрешность 1,0 и 1,5% от предела шкалы. Поплавковые, колокольные и кольцевые дифманометры — показывающие или записывающие приборы, которые манометры б. снабжены счетчиками расхода, регуляторами, сигнализаторами, а также устройствами для получения унифицированных пневматических или электрических сигналов дистанционной передачи.

 

Наиболее распространенным и самым простым по устройству является U-образный прибор показаный на рисунке 2.

Рисунок 2 — U-образный жидкостной манометр

 

Он состоит из изогнутой в виде буквы U стеклянной трубки 4, примерно до половины заполненной рабочей жидкостью 3. С помощью скобок 1 трубка прикреплена к доске 2, между ветвями трубки размещена шкала 5. Когда давления Р1 и Р2 равны, уровни жидкости в левой и правой ветвях U-образной трубки находятся против нулевой отметки шкалы. При неравенстве давлений, например, Р1>Р2, уровень в левой ветви опустится, а в правой — поднимется. Отсчет нужно производить дважды: от нуля вниз до уровня в левой ветви и от нуля вверх до уровня в правой ветви; полученные значения отсчетов (их сумма равна h) надо сложить. Это рекомендуется делать, поскольку трубки обеих ветвей прибора могут немного отличаться по диаметру. В этом случае жидкость будет опускаться (в левой) и подниматься (в правой) ветвях на неодинаковое количество делений. Значение измеряемой величины (разность давлений Р1 и Р2) определяется по шкале прибора:
P1-P2=hpg
р — плотность рабочей жидкости;
g – ускорение силы тяжести

 

Жидкостные манометры — Энциклопедия по машиностроению XXL

Этот принцип измерения давлений используется в жидкостных манометрах и барометрах. В жидкостном манометре (рис.  [c.505]

К жидкостным манометрам относятся пьезометры (рис. 2.5, а) и U-образные манометры (рис. 2.6). Измерительной жидкостью в пьезометрах, которые применяются для измерения небольших давлений, является жидкость, давление в которой измеряется. Измерительной жидкостью в  [c.13]

U-образных манометрах может быть вода, ртуть, спирт. Область применения того или иного жидкостного манометра определяется значением измеряемого давления, так как от этого зависят габариты прибора. Жидкостные приборы используются и для измерения вакуумметрического давления. Замерив по манометр-вакуумметру значение /г, давление рассчитывают по уравнению гидростатики (2.4). Так, избыточное давление в точке А (рис. 2.6), измеренное U-об-разным манометром.  [c.13]

Так как частота измеряемых процессов должна быть в 5—10 раз меньше собственной частоты прибора, то жидкостный манометр может измерять давления с очень малыми частотами колебания.  [c.492]

Жидкостные манометры. Очень распространенными являются U-образные ртутные манометры, которые при всей своей простоте обеспечивают высокую точность измерений. Такой манометр состоит из стеклянной трубки,, прикрепленной к доске со шкалой (рис. 21). Один конец трубки соединяется с областью, в которой необходимо измерить давление, например, с резервуаром А, а другой является открытым, соединенным с атмосферой. Трубка заполняется ртутью примерно на половину высоты. До подключения манометра к области давления ртуть будет стоять в обоих коленах на одном уровне. После того как манометр будет соединен с областью давления, ртуть в левом колене начнет понижаться, а в правом — повышаться до тех пор, пока вся система не уравновесится. При этом равновесие наступит в тот момент, когда будет достигнуто равенство давлений в сечении 5—S (рис. 21)  [c.44]

Рис. 12. Измерение жидкостным манометром в газовой среде

U-образные жидкостные манометры. Для измерения небольших избыточных давлений и разрежений используют U-образные жидкостные манометры (рис. 4.1). В качестве рабочей жидкости обычно применяется вода (иногда ртуть и другие жидкости). Внутренний диаметр стеклянной трубки должен быть не менее 8… 10 мм, так как при меньшем диаметре начинают про-  [c.35]

Поправки к показаниям жидкостных манометров. При точном измерении давления жидкостными манометрами необходимо учитывать погрешности, связанные с влиянием температуры и ускорения свободного падения на показания приборов.  [c.37]

Простейшим прибором трубчатого типа является U-об-разная стеклянная трубка, заполненная примерно на половину своей высоты рабочей жидкостью. Определение давления производится по вертикальному расстоянию между уровнями рабочей жидкости в коленах прибора. На рис. 77 приведены схемы U-образных жидкостных манометров. Величины давлений, измеряемых этими приборами, могут быть соответственно подсчитаны по формулам  [c.129]

Таким образом, схема измерения давления жидкостным манометром непосредственно следует из представления о давлении как о силе, приходящейся на единицу площади.  [c.59]

При изготовлении жидкостного манометра необходимо обратить внимание на чистоту трубки и применяемой манометрической жидкости.  [c.59]

На рис. 2.2 показана схема измерения избыточного давления жидкости или газа с помощью U-образного жидкостного манометра и жидкостного вакуумметра по разности высот h рабочей жидкости  [c.16]

Приборы для измерения давления и разрежения подразделяют на жидкостные, пружинные и поршневые. В жидкостных приборах измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости. Простейший жидкостный манометр состоит из U-образной стеклянной трубки, заполненной жидкостью до некоторой отметки. Кроме U-образного манометра, применяют однотрубные жидкостные микроманометры с наклонной трубкой. Наибольшее распространение для измерения давления и разрежения получили пружинные манометры — показывающие или самопишущие. Манометры часто снабжают устройством для дистанционной передачи показаний или сигнализации. Поршневые манометры применяют для проверки рабочих и образцовых пружинных манометров.  [c.262]

Микромер с жидкостным манометром имеет серьезные недостатки-  [c.242]

Дополнительным достоинством описанной конструкции является возможность наблюдения по шкале жидкостного манометра 5 за действительными размерами вала при завершении чистового шлифования.  [c.276]

Для измерения давления применяются следующие приборы барометры измеряют атмосферное давление, манометры — избыточное (на рис. 1.7 показан жидкостный манометр), вакуумметры — ва-  [c.16]

Для измерения относительно больших давлений жидкостные манометры приобретают большую (часто неприемлемую) высоту. В этом случае вопрос измерения решается применением манометра Д. И. Менделеева, представляющего собой ряд последовательно соединенных трубок, наполовину заполненных ртутью, над которой находится вода  [c. 10]

Поршневые манометры отличаются наибольшей точностью (погрешность от 0,01 до 0.2%) в диапазоне давлений, где не могут быть использованы жидкостные манометры.  [c.11]

Жидкостные манометры и вакуумметры измеряют избыточное давление или вакуум в единицах высоты h столба  [c.456]

Для измерения относительно больших давлений жидкостные манометры приобретают боль-Шую (часто неприемлемую) высоту. В этом случае для измерения можно применить манометр Д. И. Менделеева, представляющий собой рад  [c.10]

Поршневые манометры отличаются наибольшей точностью (погрешность от 0,01 до 0,2%) в диапазоне давлений, где не могут быть использованы жидкостные манометры. Область давлений, измеряемых поршневыми манометрами, весьма широка от 1 до 10 ООО кГ/см и выше. Принцип действия поясняется фиг. 8, на которой представлен манометр с про-  [c.11]

Жидкостные манометры и вакуумметры измеряют избыточное давление или вакуум в единицах высоты к столба рабочей жидкости, удельный вес которой больше удельного веса жидкости, передающей давление к прибору. Применяются  [c.610]

Жидкостные вакуумметры 11 Жидкостные дифманометры 11 Жидкостные манометры 610 Жидкостные приборы для измерения давлений 10 Жидкостные термометры 4  [c.710]

Жидкостный манометр может показывать 1) разность давлений в двух точках присоединения (например, до ротационного счетчика и после него, как эго видно из рис. 29 или в газопроводе)  [c.53]

Необходимо также проверить исправность противопожарного инвентаря и контрольно-измерительных приборов. Жидкостные манометры и тягомеры должны быть наполнены водой или ртутью до нулевой отметки на шкале.  [c.104]

На рис. 1.1 приведены схемы приборов для измерения давления. Жидкостный манометр представляет собой U-образную трубку, заполиенную жидкостью и одним концом присоединенную к сосуду, в котором измеряется давление газа (рис. 1,1, а, б). На жидкость на другом конце трубки действует атмосферное давление Ратм- Если давление в сосуде РаЛс больше Рят, жидкость занимает положение, соответствующее рис. 1.1, а. В этом случае разность уровней столбов жидкости в обоих коленах U-образной трубки соответствует избыточному давлению  [c.9]

Большие абсолютные давления и перепады давлений можно замерять с помощью жидкостных манометров, и вакуумметров. Они отличаются от пьезометров тем, что мановакуумметрические трубки заполняют какой-либо тяжелой жидкостью, чаще всего ртутью. Один из типов ртутного манометра показан на рис. 8. Подводящая трубка 5 и верхняя часть промежуточного сосуда 2 заполнены той же жидкостью, что и сосуд 4. Удельный вес этой жидкости обозначим через Нижняя часть промежуточного сосуда и манометрическая вертикальная трубка 3 заполнены ртутью, удельный вес которой  [c.25]

Абсолютная погрешность измерения давления жидкостными манометрами при визуальном определении положений уровня составляет 1—2 мм, что соответствует классу точности 0,1—0,2 (при Я=1 м). Точность таких маномет-  [c.59]

Газовый термометр тарируется по тройной точке воды (То = 273,16 К). Для этого его помещают в специальные ванны, где реализовано существование всех трех фаз — льда, воды и пара. Давление газа ра в газовом термометре при этом несколыко превышает атмосферное и точно измеряется жидкостным манометром по перепаду Но. Далее газовый термометр помещают в систему, где необходимо измерить температуру Т. Допустим Т>То, тогда давление газа в газовом термометре увеличится, уровень ртути в левом колене манометра опустится, а в правом поднимется. Чтобы обеспечить условие постоянства объема газа (3.2), через вентиль О в манометр подают ртуть, чтобы при каждом измерении ее уровень в левом колене находился на отметке С. Установившийся перепад Я, соответствующий новому значению р, показан на рис. 3.1. Температура определяется по (3.2) Т=То р/ро) = 72  [c.72]

Оилоизмерительные устройства испытательных машин регистрируют величину либо уравновешивающего, либо активного усилия. Первые находят наиболее широкое применение, причем большинство современных машин имеют маятниковые силоизме-рители, а в некоторых конструкциях гидравлических машин для измерения уравновеишвающего усилия применяются манометрические силоизмерители в виде 1пружинного или жидкостного манометра.  [c.10]

Ответ правильный. Анализируя формулу для определения разности давлений по двужидкостному дифференциальному манометру Ар = h (р — p )g, видим, что при заданном пределе измерения h (для обычных жидкостных манометров глаз различает h > 1 мм) Ар будет тем меньше (т.е. точность измерения выше), чем меньше р . Следовательно, отпадает ртуть как жидкость с наибольшей плотностью. Но бензин использовать вообще невозможно при данной конструкции манометра, так как он имеет плотность меньшую, чем у воды, и поэтому будет всплывать в ней. Остается для использования четыреххлористый углерод, плотность которого р = 1600 кг/м .  [c.23]

Признаками неудалеиной влаги в газопроводах являются колебания жидкости в жидкостных манометрах (качка) на газовом вводе. При обнаружении таких колебаний, являющихся причиной неспокойной работы газовых горелок, кочегар должен вызвать слесаря-газовика для удаления влаги из газопровода.  [c.11]

По ходу газа на газовом вводе размещается следующее осноь ное оборудование запорная задвижка на обводном газопроводе / (см. рис. 13), главная задвижка 2, фильтр 3, запорный предохранительный клапан 4 с дополнительной головкой 5 или без нее регулятор давления 6 и газовый счетчик 7. Для измерения давления газа, поступающего в котельную после регулятора, устанаь ливается жидкостный манометр 9, а для контроля за давление,. в городской сети на вводе — ртутный или пружинный манометр 12.  [c.35]

Жидкостные манометры основаны на принципе изменения уровней жидкости в U-образной трубке. Один конец трубки соединен с газопроводом или воздухопроводом, находящимся под некоторым избыточным давлением, другой конец оставлен открытым. Поэтом, под действием измеряемого давления газа или воздуха жидкость, кадящаяся в U-образной трубке, вы-теспится несколько из одного колена в другое. Столб жидкости между нижним и верхним уровнями жидкости показывает измеряемое давление в мм вод. ст. (в водяном манометре—рис. 25) или в мм рт. ст. (в ртутном манометре—рис. 26).  [c.52]

---

Что такое манометр?

Манометр — это прибор для измерения интенсивности жидкости. Манометры необходимы для настройки и настройки гидравлических машин и незаменимы при их устранении. Без манометров гидросистемы были бы непредсказуемыми и ненадежными. Манометры помогают убедиться в отсутствии утечек или изменений давления, которые могут повлиять на рабочее состояние гидравлической системы.

Гидравлическая система предназначена для работы в заданном диапазоне давления, поэтому манометр должен быть рассчитан на этот диапазон.Доступны манометры гидравлического давления для измерения давления до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, хотя максимальное гидравлическое давление обычно находится в диапазоне от 3000 до 5000 фунтов на квадратный дюйм. Гидравлические манометры часто устанавливаются на порте давления насоса или рядом с ним для индикации давления в системе, но их можно установить в любом месте машины, где необходимо контролировать давление, особенно если подсхемы работают при величине давления, отличной от давления насоса, например после редукционного клапана. Часто редукционные клапаны имеют штуцер для манометра, позволяющий напрямую контролировать его настройку давления на выходе.

Манометры

используются в гидравлических системах уже более ста лет, поэтому может быть сюрпризом то, что конструкции манометров продолжают развиваться. Эволюция манометров для гидравлических систем, как правило, связана с увеличением специфических особенностей применения. Например, манометры теперь чаще конструируются с гидравлическими соединениями давления (такими как SAE / метрическая прямая резьба) для предотвращения утечек в системе. Аналоговые манометры с настраиваемой шкалой более распространены, а цифровые манометры с настраиваемой прошивкой позволяют производить измерение утечек на основе давления или других параметров, таких как крутящий момент, нагрузка, сила и твердость.

Пневматические системы и системы сжатого воздуха также изобилуют манометрами, поскольку давление также измеряется во многих местах по всей системе. Давление измеряется в ресивере (ах), а также на каждом FRL или отдельном регуляторе в системе. Иногда давление измеряется и на пневмоприводах. Обычно пневматические манометры рассчитаны на давление не более 300 фунтов на квадратный дюйм, хотя типичные системы работают около 100 фунтов на квадратный дюйм.

Давление измеряется тремя способами: абсолютным, манометрическим и вакуумным.Абсолютное давление — это мера фактического давления, включая окружающий воздух, которое отсчитывается от нуля при идеальном вакууме, но может достигать 14,7 фунтов на квадратный дюйм на уровне моря. Показания абсолютного давления учитываются в приложениях, взаимодействующих с окружающим воздухом, таких как расчет степени сжатия для требований расхода (куб. Футов в минуту). Манометрическое давление отсчитывается от давления окружающей среды и используется в большинстве приложений, работающих в окружающем воздухе, но не с ним, например, в гидравлических системах. При отключении от оборудования манометрическое давление будет равно нулю.Наконец, вакуумное «давление» выражается в Торр или сравнивается с давлением окружающей среды, как в единицах «дюймы ртутного столба», которые измеряют давление ниже атмосферного.

Гидравлический манометр может выдерживать различные диапазоны давления в зависимости от типа манометра и материала, из которого он изготовлен. По этой причине стиль датчика и материал составляют два наиболее важных критерия выбора датчиков.

Существует множество типов манометров, наиболее распространенными из которых являются трубки Бурдона и манометры с сильфоном.Трубки Бурдона работают, принимая давление и преобразуя его в механическую энергию. Эта энергия перемещает шкалу манометра, отображающую текущее давление в системе. Манометры с трубкой Бурдона в настоящее время являются одними из наиболее распространенных манометров и имеют различные конфигурации, такие как изогнутые, спиральные и спиральные. Различные типы трубок, размер трубки и материал, из которого она изготовлена, зависят от диапазона давления. Следует отметить одну важную характеристику — поперечное сечение трубки изменяется с увеличением давления.Как правило, по мере увеличения рабочего давления манометра форма поперечного сечения конструкции трубки постепенно изменяется с овальной формы на круглую.

Работа с трубкой Бурдона проста. Они состоят из полукруглой и плоской металлической трубки, закрепленной на одном конце и прикрепленной к чувствительному рычажному механизму на другом. По мере увеличения давления внутри трубки сила жидкости пытается выпрямить изогнутую трубку. Затем трубка отходит от рычага, который, будучи соединенным с иглой на дисплее, показывает давление в отверстии для жидкости.

В то время как манометры с сильфоном работают аналогично трубкам Бурдона, они отличаются тем, что используют пружину для определения количества энергии, необходимой для нажатия шкалы. Пружина расширяется и сжимается под действием давления в трубках, и энергия, создаваемая этим движением, передается на шестерни, которые перемещают шкалу давления.

Диапазон давления, при котором будет работать манометр, является основным фактором выбора для типа материала, из которого изготовлен манометр. Манометры, работающие при более высоких давлениях, обычно изготавливаются из таких материалов, как сталь; при работе при более низком давлении они, как правило, из бронзы.

Большинство манометров в Северной Америке поставляются с 1/4 дюйма. Наружная резьба NPT, но набирает популярность резьба SAE. Использование переходников для контрольных точек в различных местах гидравлической системы позволяет проводить измерения во время поиска и устранения неисправностей без необходимости покупать десятки манометров. Фитинг контрольной точки присоединяется к манометру, который можно навинтить на контрольные точки по всей цепи, что позволяет подключаться под давлением для измерения в различных точках системы. Большинство калибров 21⁄2 дюйма.в диаметре и могут быть как для верхнего, так и для панельного монтажа, но манометры доступны во всех мыслимых размерах, материалах и конструкциях.

Используется ли правильный манометр для испытательного оборудования или действующего оборудования, он помогает сократить дорогостоящие простои. В приложениях с механическими датчиками для гидравлических систем распространенными угрозами надежности датчиков являются вибрация, пульсация и скачки давления. Поэтому лучше искать манометры, разработанные специально для гидравлических систем.Эти особенности включают в себя: кованый латунный корпус для предотвращения разрушения внутренних компонентов резонансными частотами; заполненный жидкостью корпус для защиты манометра от вибрации и циклов экстремального давления; и ограничитель для предотвращения повреждения манометра скачками давления. Хотя жидкость, используемая в манометре, варьируется от приложения к приложению, обычно используется глицерин, который хорошо работает во многих условиях. Чем выше вязкость жидкости, тем больше она гасит вибрации. При выборе манометра с сухим, водяным или глицериновым наполнением также важно учитывать следующее: диапазон температур, необходимое время срабатывания стрелки, изменения давления и величину ожидаемой вибрации от области применения.

Наконец, в зависимости от требований приложения, для предотвращения преждевременного выхода из строя манометра могут потребоваться дополнительные приспособления для манометров, такие как специальные ограничители, поршневые демпферы или даже мембранные разделители.

Что такое манометр и как он работает?

Манометр — это измерительный прибор, используемый для измерения уровня давления в жидкости или газе в различных отраслях промышленности. Это важный инструмент, так как он также помогает контролировать уровни давления в жидкостях и газах и поддерживать их в требуемом пределе.Подает сигнал тревоги в случае превышения давления. Это важно с точки зрения безопасности, потому что инструмент или машина могут взорваться, если уровень давления превысит и останется незамеченным в течение длительного времени. Это может нанести вред рабочим, а также повредить оборудование. Таким образом, манометр имеет решающее значение для общей безопасности предприятия. В этом посте обсуждается принцип работы и другие детали манометра.

Краткое обсуждение принципа работы манометра

Принцип работы манометров основан на законе Гука, который гласит, что сила, необходимая для расширения или сжатия пружины, линейно масштабируется по отношению к расстояние растяжения или сжатия.Есть внутреннее давление и внешнее давление. Таким образом, когда на поверхность объекта оказывается давление, оно больше на внутренней стороне, поскольку площадь давления меньше. Манометры Бурдона широко используются в различных отраслях промышленности, и они работают по этому принципу.

В настоящее время широко используются цифровые манометры. В случае цифровых манометров большую роль играют источники переменного и постоянного тока. Схема переключения или переменный ток преобразуется в постоянный ток. Измеренное давление передается на мембрану датчика, которая определяет давление, на основании чего генерируется электрический сигнал, который поступает на компьютер или смартфон.Эти датчики оснащены небольшим ЖК-дисплеем.

Другие важные детали манометров

Манометры варьируются от базовых до полностью автоматизированных, которые можно подключить к вашему смартфону для отправки предупреждений. Датчики давления являются важнейшими компонентами манометров. На рынке представлены различные типы манометров, такие как коммерческие манометры, манометры общего назначения, промышленные манометры из нержавеющей стали, манометры дифференциального давления, двусторонние манометры и так далее.При таком большом количестве вариантов очевидно запутаться. Среди различных факторов размер области применения должен быть одним из ключевых факторов при выборе манометров для любого процесса. Эти манометры необходимо регулярно обслуживать и обслуживать, поскольку вышедший из строя манометр представляет собой такую ​​же угрозу для предприятия, как и отсутствие такового. Таким образом, всегда лучше иметь несколько датчиков на вашем предприятии, но с хорошим обслуживанием. С точки зрения точности, установка и правильная калибровка манометра являются важными аспектами.Калибровка может быть сложной задачей и должна выполняться специалистами после рассмотрения требований приложения.

Двусторонние манометры в центре внимания

Двусторонние манометры — один из наиболее важных типов манометров. Они широко используются в таких отраслях, как химическая и нефтегазовая. Вот некоторые полезные особенности двусторонних манометров:

• В основном они изготовлены из пластикового корпуса, но имеют прочную конструкцию для тяжелых условий эксплуатации.
• Они устойчивы к химическим веществам, коррозии, абразивным материалам, высоким температурам и так далее.
• Они обладают высокой точностью и совместимы в нескольких диапазонах давления.
• Имеют тефлоновую диафрагму с трубкой Бурдона.
• Они отлиты как единое целое и, следовательно, не могут быть собраны или разобраны.
• Для этих манометров не требуется никакого наполнения, так как они предварительно заполнены глицерином или оптической силиконовой жидкостью для манометров.
• Они поставляются с линзой из поликарбоната, обладающей высокой ударопрочностью, и цветным дисплеем с яркими полосками диапазона.
• Они имеют двойную шкалу, и вы можете выбрать единицы измерения: PSI / KPA и PSI / BAR.
• У них есть механизм оповещения в случае необходимости замены фильтра или СУМКИ.
• Они подходят даже в местах с ограниченным обзором. В таких местах можно устанавливать на станки или химические насосы.

Если вы являетесь производителем в нефтегазовой или другой подобной отрасли, вам потребуются высококачественные манометры. Убедитесь, что вы изучили все особенности манометра и автономность его работы, и получите их от сертифицированных и проверенных производителей и поставщиков.Cannon Water Technology — один из известных дистрибьюторов различных типов манометров и другого испытательного оборудования и оборудования для обработки воды. Компания использует приборы известных и заслуживающих доверия брендов.

Принцип работы манометра

| Манометры с трубкой Бурдона | WIKA

1. Дом
2. Продукты

Запросить информацию

Хотите получить дополнительную информацию? Напишите нам.

К форме Манометры с трубкой Бурдона

являются наиболее часто используемыми механическими приборами для измерения давления. Их элемент давления часто называют трубкой Бурдона: французский инженер Эжен Бурдон использовал этот принцип работы в середине XIX века. В его основе — упругая пружина, с-образная изогнутая трубка с овальным сечением.

Влияние давления на трубку Бурдона

Когда внутреннее пространство трубки Бурдона находится под давлением, поперечное сечение изменяется в сторону круглой формы.Кольцевые напряжения, возникающие в этом процессе, увеличивают радиус c-образной трубы. В результате конец трубки перемещается примерно на два-три миллиметра. Это отклонение является мерой давления. Он преобразуется в движение, которое превращает линейное отклонение во вращательное движение и с помощью указателя делает это видимым на шкале.

Варианты с трубкой Бурдона

С изогнутыми трубками Бурдона c-образной формы можно отображать давление до 60 бар. Для более высоких давлений используются спиральные или спиральные трубки Бурдона.В зависимости от геометрии, материала и толщины материала может быть реализовано давление, превышающее 100 000 фунтов на квадратный дюйм. В зависимости от требований, элементы давления изготавливаются из медных сплавов, нержавеющей стали или специальных материалов, таких как монель.

Свяжитесь с нами

Хотите получить дополнительную информацию? Напишите нам:

Брошюра

Стандартный ассортимент продукции

Манометр | инструмент | Britannica

Манометр , прибор для измерения состояния жидкости (жидкости или газа), которое определяется силой, которую жидкость будет оказывать в состоянии покоя на единицу площади, например фунты на квадратный дюйм или ньютоны. на квадратный сантиметр.

Давление

U-образный ртутный манометр для измерения давления.

Hannes Grobe

Показание манометра, которое представляет собой разницу между двумя давлениями, называется манометрическим давлением. Если меньшее из давлений — это давление атмосферы, полное или абсолютное давление является суммой манометрического и атмосферного давлений.

Самым простым устройством для измерения статического давления до 90 фунтов на квадратный дюйм (62 ньютонов на квадратный см) является манометр с U-образной трубкой (показан на рисунке), в котором один столб жидкости в трубке открыт для область высокого давления, а другой столбец — область низкого давления.Перепад давления обозначается разницей в уровнях между двумя столбцами жидкости и рассчитывается как разность уровней, умноженная на плотность жидкости. Чаще всего используются жидкости для манометров: ртуть, масло, спирт и вода.

Два типа манометров (слева) Манометр с U-образной трубкой, в котором перепад давления измеряется как разница h между показаниями высокого и низкого давления, умноженная на плотность жидкости в трубка.(Справа) Манометр с трубкой Бурдона, в котором спиральная трубка, сплющенная в показанном поперечном сечении и прикрепленная к неподвижному блоку, открыта для жидкости под давлением. Трубка слегка выпрямляется под давлением до степени, измеренной стрелкой.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Манометр с трубкой Бурдона, изобретенный примерно в 1850 году, до сих пор остается одним из наиболее широко используемых инструментов для измерения давления жидкостей и газов всех типов, включая пар, воду и воздух до давлений. 100 000 фунтов на квадратный дюйм (70 000 ньютонов на квадратный см).Устройство (также изображенное на рисунке) состоит из плоской круглой трубы, свернутой по дуге окружности. Один конец припаян к центральному блоку и открыт для жидкости, давление которой необходимо измерить; другой конец запломбирован и соединен со шпинделем указателя. Когда давление внутри трубки превышает внешнее давление, трубка стремится выпрямиться, поворачивая указатель. Давление читается по круговой шкале.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

Металлические сильфоны и диафрагмы также используются в качестве чувствительных к давлению элементов. Из-за больших отклонений при небольших изменениях давления сильфонные инструменты особенно подходят для давлений ниже атмосферного. Две гофрированные диафрагмы, герметизированные по краям для образования вакуумированной капсулы, используются в барометрах-анероидах для измерения атмосферного давления ( см. Высотомер ).

В этих приборах используются механические соединения, поэтому они в первую очередь полезны для измерения статического давления или давлений, которые медленно меняются.Для быстро меняющихся давлений больше подходят электрические преобразователи давления, которые преобразуют давление в электрический сигнал. К ним относятся тензодатчики; подвижные контактные элементы сопротивления; индуктивность, сопротивление, емкостные и пьезоэлектрические устройства. Электромеханические преобразователи, которые используются в гидравлических контроллерах, где необходимы скорость и мощность, преобразуют изменения давления жидкости в электрические сигналы.

Основы инженерии: манометры и расходомеры

Загрузите эту статью в формате.Формат PDF

Большинство манометров для измерения давления имеют одну общую характеристику: измеряемое давление — единственный источник энергии, необходимый для визуальной индикации статического давления. Некая форма упругой камеры внутри корпуса манометра преобразует давление в движение, которое через соответствующие звенья, рычаги и зубчатую передачу преобразуется в движение указателя по шкале индикации. В датчиках для гидравлических систем обычно используются три типа эластичных камер:

• С-образные, спиральные и спиральные трубки Бурдона
• сильфон и
• одиночных и многокапсульных стеков.

Конструкции с трубкой Бурдона

Рис. 1. Манометр с трубкой Бурдона С-образной формы в разрезе. Деформация, вызванная давлением в трубке Бурдона, вызывает ее деформацию. Передача этой деформации указателю через рычажный механизм перемещения обеспечивает визуальную индикацию давления.

С момента изобретения манометра с трубкой Бурдона более века назад производители манометров разрабатывают различные типы манометров для удовлетворения конкретных потребностей, не меняя при этом основного принципа работы трубки Бурдона.Манометры с трубкой Бурдона, рис. 1, теперь широко доступны для измерения широкого диапазона манометрического, абсолютного, герметичного и дифференциального давления, а также вакуума.

Они производятся с точностью до 0,1% от диапазона и с диаметром циферблата от 1 ¹ / ₂ до 16 дюймов. Различные аксессуары могут расширить их характеристики и полезность. Например, демпферы и изоляторы манометра могут быть установлены для защиты чувствительных внутренних механизмов манометра от скачков давления.Доступность манометров с трубкой Бурдона для удовлетворения конкретных потребностей в сочетании с присущей им прочностью, простотой и низкой стоимостью привело к их широкому применению во многих областях.

Манометры

, использующие С-образные трубки Бурдона в качестве эластичной камеры — тип, показанный на Рисунке 1 — являются наиболее распространенными. Жидкость под давлением входит в шток снизу (который иногда вместо этого устанавливается по центру сзади) и проходит в трубку Бурдона. Трубка имеет уплощенное поперечное сечение и запаяна на конце.Любое давление в трубке, превышающее внешнее давление (обычно атмосферное), вызывает упругое изменение формы трубки Бурдона на более круглое поперечное сечение.

Это изменение формы поперечного сечения приводит к выпрямлению С-образной формы трубки Бурдона. Когда нижний конец штока зафиксирован, при выпрямлении наконечник на противоположном конце перемещается на небольшое расстояние — от ¹ / _{16 от} до ¹ / ₂ дюймов, в зависимости от размера трубки.Затем механическое движение передает это движение наконечника на зубчатую передачу, которая вращает указатель на градуированной шкале для отображения приложенного давления. Часто движение включается, чтобы обеспечить механическое преимущество, чтобы умножить относительно короткое перемещение наконечника трубки.

Рис. 2. Упрощенный вид манометра и механизма со спиральной трубкой Бурдона. Спиральные и спиральные манометры Бурдона

Рис. 3. Упрощенный вид манометра и механизма со спиральной трубкой Бурдона.

Трубки Бурдона также могут быть выполнены в форме спирали, рис. 2, или спирали, рис. 3. В каждой из них используется длинная плоская трубка для увеличения хода наконечника. Это не меняет принцип работы трубки Бурдона, но обеспечивает движение наконечника, равное сумме отдельных движений, которые могут возникнуть в результате каждой части спирали или спирали, рассматриваемой как C-образная. Спирали и спирали малого диаметра могут быть изготовлены таким образом, чтобы обеспечить достаточное движение для прямого перемещения указателя по дуге до 270 ° без использования умножающего движения.В качестве альтернативы они могут быть изготовлены для использования вместе с умножающим механизмом. В этом случае необходимое движение распределяется по нескольким виткам, что снижает напряжение в материале Бурдона. Это увеличивает усталостную долговечность по сравнению с С-образной трубкой Бурдона в том же диапазоне давления.

Сильфон и диафрагмы

Рис. 4. Манометр с подпружиненным сильфоном в разрезе.

При низком давлении в трубке Бурдона не создается достаточной силы для работы умножающего механизма; поэтому манометры с трубкой Бурдона обычно не используются для диапазонов давления ниже 12 фунтов на квадратный дюйм.Для этих диапазонов необходимо использовать какую-либо другую форму упругой камеры, например, металлический сильфон, рисунок 4. Эти сильфоны обычно изготавливаются из тонкостенных труб. Однако для получения приемлемого усталостного ресурса и движения, более линейного с давлением, винтовая пружина дополняет внутреннюю жесткость пружины сильфона. Эти манометры с подпружиненным сильфоном обычно используются в диапазонах давления от 100 фунтов на квадратный дюйм и до 1 дюйма рт. Ст.

Металлические диафрагмы также используются в качестве эластичной камеры в манометрах низкого давления.Пластина диафрагмы формируется из тонкого листового металла в неглубокую чашку с концентрическими гофрами. Чтобы создать элемент с низкой жесткостью пружины, который вызывает существенное отклонение от небольшого изменения давления, две пластины можно припаять мягким припоем, припаять или сварить по периферии, чтобы сформировать капсулу, а дополнительные капсулы могут быть соединены в их центрах для образования стек, рисунок 5.

Рис. 5. Поперечный разрез манометра с металлической диафрагмой и уложенными друг на друга капсулами.

Обычно измеренное давление прикладывается к внутренней части элемента, и дополнительные винтовые пружины не используются.Капсула диаметром 2 дюйма (две пластины) будет обеспечивать движение примерно 0,060 дюйма без превышения предела упругости материала. Обычно этого достаточно для работы умножающего движения с большим передаточным числом, потому что отклонение диафрагмы может передавать большое усилие.

Мембранные элементы часто используются в манометрах для индикации абсолютного давления. В таком виде диафрагменный элемент откачивается. запечатаны и установлены в закрытой камере. Измеряемое давление поступает в закрытую камеру и окружает диафрагменный элемент.Изменения в измеренном давлении вызывают отклонение элемента, но поскольку атмосферное давление исключено и не влияет на показания, манометр может быть откалиброван по абсолютному давлению. Если приложенное давление равно атмосферному, манометр называется барометром.

Мембранные элементы также могут использоваться в противоположном расположении. Опустив одну сторону сборки, манометр может показывать абсолютное давление. Если давление приложено к одной стороне сборки, а второе давление приложено к другой стороне, то будет отображаться перепад давления.Перепад давления ограничен статическим давлением, которое может быть приложено. То есть манометр может подходить для показания от 10 до 12 фунтов на квадратный дюйм, но не подходить для показания от 100 до 102 фунтов на квадратный дюйм. Также необходимо учитывать последствия непреднамеренного приложения полного давления к одной стороне элемента и отсутствия давления на другую сторону элемента.

Выбор

При выборе манометра необходимо учитывать ряд факторов:

• размер соединения — номинальный размер порта или фитинга, в который будет вставлен манометр, наружная или внутренняя, и размер резьбы
Конфигурация установки
• — установка снизу или сзади по центру на штоке или на панели
Размер циферблата
• — достаточно большой, чтобы его можно было хорошо рассмотреть на расстоянии, но достаточно маленький, чтобы не занимать слишком много места
• единиц измерения — определите, следует ли калибровать циферблат в фунтах на кв. Дюйм, барах, кПа и т. Д.Многие производители предлагают датчики с двухмерной шкалой
.
• материалы конструкции — датчики могут иметь стеклянный или пластмассовый кристалл, металлический или пластмассовый корпус и, как правило, соединение из латуни. Убедитесь, что материалы совместимы с окружающей средой и жидкостью
• сухой или заполненный жидкостью — манометры, заполненные жидкостью, обычно содержат глицерин для гашения ударов и вибрации и обеспечивают непрерывную смазку механизма для продления срока службы, и
Диапазон давления
• — как правило, выбирайте манометр с максимальным показанием давления, вдвое превышающим ожидаемое измеренное давление.Это обеспечивает запас прочности для предотвращения временных пульсаций или скачков высокого давления от повреждения манометра.

Опции и аксессуары

Доступны различные опции и аксессуары для увеличения срока службы и работы манометров. Цифровое считывание достигается путем установки тензодатчика на чувствительный элемент и использования бортовой электроники для преобразования деформации, вызванной давлением, в цифровое считывание на светодиодной или ЖК-панели. Для цифровых манометров требуется источник питания — как правило, батарея с длительным сроком службы — и могут использоваться переключатели, чтобы энергия потреблялась только при нажатии кнопки для измерения давления.

Изолятор манометра, установленный между манометром и контуром, предотвращает воздействие на манометр давления жидкости, если не нажата кнопка. Таким образом, манометр не подвергается скачкам давления и пульсации, если они не возникают при считывании давления.

Отверстия или демпферы защищают манометры, сглаживая колебания давления, наблюдаемые манометром. Демпферы могут вызвать вялую реакцию манометров, но могут продлить срок службы за счет гашения быстрых колебаний давления. Чтобы защитить манометр от внешнего физического удара, можно использовать защитные кожухи, которые заключают манометр в резину.

Производители предлагают широкий спектр других полезных опций, таких как встроенное регулируемое реле давления, чтобы сделать манометры еще более универсальными.

Рис. 6. Расходомеры, в отличие от манометров, обычно не устанавливаются постоянно в гидравлическое или пневматическое оборудование и должны быть временно подключены последовательно к контуру перед использованием.

В отличие от манометров, которые были постоянно установлены на подавляющем большинстве гидравлических и пневматических систем на протяжении десятилетий, расходомеры по-прежнему используются в основном для испытаний с целью оценки производительности системы, рис.В системах, требующих постоянного контроля расхода, обычно используются электронные датчики расхода, а не расходомеры, которые не требуют питания.

В электронных датчиках потока

используются различные чувствительные элементы (турбины, камеры прямого вытеснения, измерение перепада давления и т. Д.) Для генерации электронного сигнала, пропорционального или иным образом представляющего поток. Затем этот сигнал направляется на электронную панель дисплея или схему управления. Однако датчики потока сами по себе не производят визуальной индикации потока, и им нужен некоторый источник внешнего питания для передачи сигнала на аналоговый или цифровой дисплей.

Рис. 7. На виде в разрезе показаны внутренние компоненты расходомера, обеспечивающие визуальную индикацию расхода. Жидкость, поступающая с левой стороны расходомера, проходит через регулируемое отверстие, образованное между внешним диаметром конического вала и внутренним диаметром подпружиненного поршня. Динамический поток толкает поршень вправо, пока отверстие не станет достаточно большим, чтобы принять поток.

Автономные расходомеры, с другой стороны, полагаются на динамику потока, чтобы обеспечить визуальную индикацию потока. Хотя детали конструкции отличаются от одного производителя к другому, расходомеры работают по принципу динамического давления.Основными компонентами являются конический вал и подпружиненный поршень, рис. 7.

При отсутствии потока жидкости приводная пружина толкает поршень в крайнее левое положение. Когда жидкость поступает с левой стороны, давление действует на пружину и создает отверстие, образованное между внутренним диаметром поршня и внешним диаметром конического вала, толкая поршень вправо. По мере того, как поршень перемещается дальше вправо, площадь отверстия увеличивается, поскольку эффективная площадь конического вала уменьшается.В конце концов, площадь отверстия будет достаточно большой, чтобы динамическое давление потока равнялось силе противодействующей пружины. Таким образом, положение поршня в равновесии указывает на расход.

В некоторых случаях расход можно измерить напрямую, сравнив положение поршня с калиброванной шкалой, нанесенной на прозрачный внешний корпус расходомера. Однако для большинства гидравлических систем в поршень обычно встроен магнит, который перемещает следящее кольцо. Затем положение воротника можно сравнить с калиброванной шкалой.

Поскольку индикация расхода зависит от динамики жидкости, изменения физических свойств жидкости могут повлиять на показания. Это связано с тем, что расходомер откалиброван для жидкости, имеющей определенный удельный вес в диапазоне вязкостей. Большое отклонение температуры может изменить удельный вес и вязкость гидравлической жидкости, поэтому, если расходомер используется, когда жидкость очень горячая или очень холодная, показания расхода могут не соответствовать спецификациям производителя. Однако, поскольку большая часть оборудования тестируется в рабочих условиях, показания, как правило, должны соответствовать спецификациям производителя по точности.

Манометры — обзор

11.2 Считывание сигнала давления

Давление в качестве выходного сигнала имеет преимущества удобного и быстрого вывода, включая манометр, электронные весы, консоль и т. Д. Сигнал давления как показание на выходе можно быстро идентифицировать и использовать как небольшое самодельное устройство.

Lin et al. использовали самые распространенные в лаборатории электронные весы в качестве выходного устройства для разработки нового сенсора аптамера для количественного определения белка (рис.11,4; Wang et al., 2018). Они выбрали тромбин в качестве мишени, используя два аптамера в разных местах (один аптамер иммобилизован на поверхности магнитных частиц, а другой аптамер, меченный на наночастицах платины (PtNP)) для распознавания белка. И аптамеры, и тромбин специфически связываются с образованием сэндвич-структуры. Исходя из этого, частицы платины были связаны с магнитными частицами и легко отделялись магнитом. Таким образом, захваченные наночастицы платины эффективно катализируют разложение H ₂ O ₂ , производя большое количество O ₂ , которое вытесняет определенное количество воды в выпускном устройстве, поскольку давление во флаконе было выше, чем давление во флаконе. давление вне флакона.Используя давление в качестве выходного сигнала, можно выполнить точное измерение веса воды с помощью электронных весов. Поскольку концентрация PtNP была пропорциональна концентрации тромбина, можно было установить тесную взаимосвязь между водой и мишенью. Вес воды увеличивался с увеличением концентрации тромбина в диапазоне 0–100 нМ с пределом обнаружения 2,8 нМ.

Рисунок 11.4. Принцип использования электронных весов в качестве тромбин-чувствительного белкового сенсора для считывания сигналов.

Перепечатано по материалам Wang, A., Ma, X., Ye, Y., Luo, F., Guo, L., Qiu, B., et al. 2018. Простой и удобный аптасенсор для белка, использующий электронные весы для считывания. Анальный. Chem., 90 (2), 1087–1091

Кроме того, поскольку PtNP не были загрязнены H ₂ O ₂ , чувствительность можно регулировать в соответствии с конкретными требованиями, изменяя время реакции. Когда электронные весы используются в качестве считывающего сигнала, перепад давления, вызванный непрерывным генерированием O ₂ , может быть вытеснен в воду в канализацию; таким образом, сигнал давления может быть преобразован в усиленный весовой сигнал.

Манометр представляет собой портативное устройство для точного количественного определения давления и широко используется для обычных измерений. Благодаря своей портативности и чувствительности датчик подходит для широкого спектра анализов белка. Образование газа может привести к значительному увеличению давления внутри закрытого контейнера, что легко обнаружить с помощью манометра. Биосенсоры на основе давления могут применяться путем объединения биологических компонентов и считывания сигналов давления с усилением газового сигнала.

Путем каталитического разложения перекиси водорода в уплотнении до кислорода Yang et al. разработал основанный на давлении метод высокочувствительного биоанализа (Zhu et al., 2015). Как показано на фиг. 11.5A, сэндвич-биоанализ состоит из захватывающего антитела, связанного с твердой подложкой, целевого антигена из образца и детектирующего антитела, меченного катализатором, таким как фермент или каталитическая наночастица. При введении субстрата происходит быстро катализируемая реакция с выделением газа, с последующим выделением газа, что приводит к значительному увеличению давления в уплотнительном устройстве.Повышение давления можно определить с помощью собственного манометра, который состоит из цифрового датчика атмосферного давления, литиевой батареи и ЖК-монитора для отображения давления воздуха. Затем этот подход, основанный на давлении, применяется для обнаружения С-реактивного белка (СРБ), биомаркера заболевания, путем преобразования распознавания СРБ / антител в сигнал давления, что позволяет проводить быструю и сверхчувствительную количественную оценку СРБ (Ji et al., 2016).

Рисунок 11.5. (A) Принцип работы биоанализа, при котором давление используется в качестве выходного сигнала.Высокая чувствительность анализа может быть достигнута путем преобразования сигналов молекулярного распознавания в измеряемые сигналы давления. (B) Быстрое и чувствительное обнаружение NF в раковых клетках с помощью ручного манометра. (C) Схема биосенсора на основе барометра.

(A) Перепечатано по материалам Zhu, Z., Guan, Z., Liu, D., Jia, S., Li, J., Lei, Z., et al. 2015. Преобразование молекулярного распознавания в сигнал давления для быстрого, чувствительного и портативного биомедицинского анализа. Энгью. Chem. Int. Ред., 54 (36), 10448–10453.(B) Перепечатано из Ding, E., Hai, J., Li, T., Wu, J., Chen, F., Wen, Y., et al. 2017. Эффективные гетеропереходные нановолокна CuO / Co3O4, генерирующие водород, для чувствительного обнаружения раковых клеток с помощью портативного измерителя давления. Анальный. Chem., 89 (15), 8140–8147. (C) Перепечатано из Fu, Q., Wu, Z., Du, D., Zhu, C., Lin, Y., & amp; Тан, Ю. 2017. Универсальный биосенсор барометра на основе [электронная почта] Pt Core / Shell Nanoparticle Probe. Датчики САУ, 2 (6), 789–795.

Основываясь на том же принципе, Lin et al.разработали платформу для высокочувствительного количественного определения тромбина (Yang et al., 2015). Каталитические наночастицы были загружены на наносферы кремнезема, а затем полученный комплекс был модифицирован антителами перед проведением анализа на основе иммуноанализа (Wang et al., 2017). После разрушения высвободившиеся каталитические наночастицы впоследствии вызвали количественное измерение газовой реакции с помощью манометра дифференциального давления и повышение целевого давления.

Недавно Лу и др.сообщили о методе ручного манометра, в котором использовалось быстрое и чувствительное обнаружение раковых клеток (рис. 11.5B; Ding et al., 2017). В этом подходе конъюгированные с фолатом нановолокна с гетеропереходом CuO / Co ₃ O ₄ (NF) выполняют две функции: одна — обеспечивать специфический лиганд для рецепторов фолиевой кислоты, сверхэкспрессируемых в раковых клетках, другая — эффективная фотокаталитическая активность, которая может разлагать комплекс боран-аммиак с образованием нетоксичного H ₂ . Tang et al. использовали наночастицы ядро-оболочка [защищенные по электронной почте] в качестве катализатора для генерации O ₂ и разработали пневматические биосенсоры для обнаружения различных целей (рис.11,5 ° C; Fu et al., 2017). Программное обеспечение смартфона было доработано для расчета и передачи результатов, чтобы технология стресса более способствовала обнаружению в реальном времени дома.

Биоанализ, использующий давление в качестве выходного сигнала, имеет два основных преимущества. Во-первых, сверхчувствительное обнаружение может быть достигнуто за счет двух мощных процессов усиления. При образовании газа объем реакционной системы увеличится на 2–3 порядка, что приведет к значительному увеличению давления в замкнутой системе.Более того, активный катализатор (например, PtNP) может катализировать 10 ⁶ молекул субстрата в секунду. Оба они вызывают значительное усиление сигнала, превышающее 10 ¹⁰ раз в течение нескольких минут после ответа. Во-вторых, измерение на основе давления не содержит шума электромагнитного излучения и шума магнитного поля. Эта уникальная функция упрощает конструкцию устройства и дополнительно способствует высокочувствительному и точному обнаружению.

Измерение давления

Измерение давления важно во многих приложениях, связанных с механикой жидкости.Из соответствующих измерений давления можно определить скорость, аэродинамические силы и моменты . Давление измеряется силой, действующей на единицу площади. Измерительные приборы обычно показывают перепад давления, т.е. относительно атмосферного давления. Это называется избыточным давлением. Измеренное давление может быть положительным или отрицательным по отношению к атмосферному давлению. Отрицательное манометрическое давление называется вакуумом.

Фиг.5.1 Пояснения к терминологии давления

5.1 Единицы давления
1Паскаль (1Н / м2) = 10 дин / см2
1 мм рт. Ст. = 133,32 паскаля
= 13,595 мм для воды
Стандартная атмосфера = 1,013 * 105 Н / м2
1 миллибар = 1000 дин / см2
1 микрон = 10-6 м рт. Ст.
1 торр = 1 мм рт. Ст.
= 1000 микрон
Абсолютное давление
Абсолютное давление определяется как алгебраическая сумма показаний барометра и манометра, показывающих манометрическое давление.Также доступны манометры для измерения абсолютного давления. Они измеряют давление относительно абсолютного нулевого давления.

5.2 Приборы для измерения давления
Основные характеристики манометров — это диапазон давления, точность, чувствительность и скорость срабатывания. Диапазон давления манометров варьируется от почти идеального вакуума до нескольких сотен атмосфер. Традиционные инструменты, используемые для измерения давления, делятся на следующие группы.

• Манометры жидкостного столба
• Манометры с упругими чувствительными элементами
• Датчики давления
• Манометры для низкого абсолютного давления
• Манометры для очень высокого абсолютного давления

5.2.1 Манометры столба жидкости

Рис. 5.2 Манометр столба жидкости
Для увеличения отклонения в манометре столба жидкости можно использовать жидкости с более низкой плотностью или одно из концов манометра может быть наклонено.Обычно используемые манометрические жидкости — это ртуть, вода или спирт. Некоторые из важных и желательных свойств манометрических жидкостей:

• Высокая химическая стабильность
• Низкая вязкость
• Низкая капиллярная постоянная
• Низкий коэффициент теплового расширения
• Низкая летучесть
• Низкое давление пара

Высокая термическая стабильность и низкая летучесть важны для поддержания постоянного значения.Удельный вес. Высокая вязкость вызывает задержки передачи. Тепловое расширение вызывает изменение нулевого показания. При измерении низкого давления важно учитывать давление пара манометрической жидкости. Свойства некоторых из часто используемых жидкостей приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 Типичные свойства манометрических жидкостей

Жидкость	Удельный вес	Б.P. () при 760 мм рт. Ст.	Поверхностное натяжение дин / см	Вязкость CP	Объемный коэффициент Расширение
Метиловый спирт	0,792	64.7	22,6	0,59
Этиловый спирт	0,789	78,4	22,0	1,9	110
Меркурий	13.55	356,59	465	1,55	18
Толуол	0,866	110,8	28,4
CCl4	1.594	76,8	26,8	0,97

5.2.2 Наклонный манометр

Рис. 5.3 Наклонный манометр

На рисунке 5.3 показано усиление показания приложенного давления «h» как

5.2.3 Ртутный барометр
Барометр — это прибор, используемый для измерения атмосферного давления.Ртутный барометр состоит по существу из стеклянной трубки, запаянной с одного конца и установленной вертикально в резервуаре или цистерне с ртутью, так что открытый конец трубки погружается под поверхность ртути в цистерне. На Рис. 5.4 (i) показан нулевой уровень ртути в цистерне под действием атмосферного давления p1. Когда p2 = p1 = атмосферное давление, можно отметить нулевой уровень в цистерне. Если трубка открыта и в цистерне и в трубке действует разное давление, то уровни ртути будут различаться.Если p1 больше, чем p2, как показано на рис. 5.4 (ii), то ртуть будет вытеснена вниз в цистерне, и в трубке будет соответствующий подъем.

(i) (ii) (iii)
Рис. 5.4 Принцип работы ртутного барометра

5.2.4 Микроманометр
Для точного измерения чрезвычайно малых перепадов давления используются микроманометры.На рисунке 5.5 инструмент изначально настроен так, что p1 = p2.

Рис. 5.5 Типичный микроманометр
Мениск в наклонной трубке расположен на контрольном уровне, зафиксированном линией роста волос, просматриваемой через лупу. Отмечается показание микрометра. Приложение неизвестного перепада давления приводит к смещению мениска за пределы линии роста волос, но его можно вернуть в исходное положение, подняв или опуская лунку (ртутный отстойник). Разница в начальных и конечных показаниях микрометра дает высоту ртутного столба и отсюда и давление.Можно измерить давление до 0,025 мм водяного столба.

5.3 Механические манометры
Механические манометры обеспечивают более быстрый отклик, чем манометры с жидкостным столбом. При измерениях столба жидкости запаздывание связано с перемещениями жидкости. В манометрах с эластичным чувствительным элементом запаздывание по времени обусловлено временем, необходимым для выравнивания давления, которое должно быть измерено, с давлением в чувствительной камере.Деформация упругих чувствительных элементов измеряется с помощью кинематических, оптических или электрических систем. Существует три типа эластичных чувствительных элементов: (i) трубки Бурдона (ii) диафрагмы (плоские или гофрированные) (iii) сильфоны

5.3.1 Трубка Бурдона
Трубка Бурдона — старейший чувствительный элемент давления. Это отрезок металлической трубки эллиптического поперечного сечения, имеющий форму буквы «С».

Фиг.5.6 Манометр с трубкой Бурдона

Один конец оставлен свободным, а другой конец закреплен и открыт для приложения давления. Трубка эллиптического сечения имеет меньший объем, чем круглая трубка такой же длины и периметра. Когда он подключен к источнику давления, он предназначен для размещения большего количества жидкости. Результатом всех реакций будет максимальное смещение на свободном конце. В близких пределах изменение угла, ограниченного в центре трубкой, пропорционально изменению внутреннего давления и в пределах пропорциональности материала; смещение свободного конца пропорционально приложенному давлению.
Соотношение между большой и малой осями определяет чувствительность трубки Бурдона. Чем больше, тем выше чувствительность. Материалы трубки Бурдона: фосфорная бронза, бериллиевая бронза или бериллиевая медь.

5.3.2 Эластичные диафрагмы
Датчики давления, в которых используются эластичные диафрагмы, состоят из диафрагмы, закрепленной в трубчатом элементе. Измеряемое давление прикладывается с одной стороны. Математическое соотношение между давлением и центральным прогибом для плоской круглой диафрагмы дается формулой

.

……………………….. 5,5

Чтобы иметь линейную зависимость отклонения давления, второй и последующие члены должны быть небольшими.
p = приложенное давление
t = толщина
a = радиус
yc = центральное отклонение
E = модуль Юнга
= коэффициент Пуассона

5.3.3 а) Гофрированные диафрагмы
Гофрированные диафрагмы допускают значительно большие отклонения, чем плоские диафрагмы. Их количество и глубина контролируют реакцию и чувствительность. Чем больше число и глубина, тем линейнее его отклонение и выше чувствительность.

Рис. 5.8 Гофрированная диафрагма

5.3.3 (б) Капсулы, сильфоны
Для большего отклонения, чем у диафрагмы, гофрированные диафрагмы превращаются в коробки или сильфоны.Сильфоны чаще всего используются для измерения небольших постоянных давлений.

5.4 Датчики давления
5.4.1 Датчики давления мембранного типа
Они преобразуют измеряемое давление в электрические сигналы. Например, преобразователи давления, принцип действия которых основан на измерении изменений индуктивного, емкостного или омического сопротивления, вызванных деформацией упругого элемента.

Емкость C = a / d ………………….5,10
где абсолютная диэлектрическая проницаемость

a = площадь пластин
d = расстояние между пластинами

Рис. 5.9 Упругая диафрагма, используемая в конденсаторе с параллельными пластинами


При приложении давления диафрагма деформируется с центральным отклонением, как показано. Это изменяет емкость в электрической цепи, которую можно откалибровать по измеряемому давлению.

5.4.2 Пьезоэлектрические преобразователи давления
Слово пьезоэлектрическое происходит от греческого слова «пьезеин», означающего сжимать или нажимать. Некоторые материалы обладают способностью генерировать электрический потенциал при механической нагрузке. И наоборот, они меняют размеры при подаче напряжения. Потенциал, развиваемый приложением напряжения, не сохраняется в статических условиях. Динамические давления в диапазоне частот от кГц до 100 МГц могут быть измерены с помощью пьезоэлектрических преобразователей.Использование пьезоэлектрического эффекта ограничивается динамическими измерениями. Некоторые материалы, демонстрирующие пьезоэлектрические свойства, — это кварц, турмалин, титанат бария и цирконат свинца. Кварц является предпочтительным материалом, так как он обладает хорошими механическими свойствами. Кроме того, это хороший изолятор, наименее подверженный влиянию влаги.

5.4.3 Краски, чувствительные к давлению (PSP)
Они состоят из люминесцентных молекул, диспергированных в проницаемом для кислорода полимерном связующем.
Когда PSP подвергается воздействию синего или ультрафиолетового света, люминесцентные молекулы возбуждаются до более высокого уровня энергии.
Из этого возбужденного состояния они могут разрядиться тремя способами:

• по разрядному свету
• путем передачи энергии полимерному связующему (нагрев)
• сталкивается с молекулами кислорода.

Поскольку люминесцентные молекулы реагируют с кислородом, они сталкиваются и одновременно испускают свет.Количество излучаемого света обратно пропорционально количеству молекул кислорода на поверхности.

5.5 Измерение высокого давления
5.5.1 Измерители электрического сопротивления — принцип действия

Трубка Бурдона или тензодатчик могут использоваться для высоких давлений. Очень высокое давление (скажем, выше 1000 бар) можно измерить с помощью датчиков электрического сопротивления, известных как датчик Бриджмена . В соответствии с принципом действия, они используют изменение сопротивления, вызванное прямым приложением давления к самому проводнику.Как показано на рисунке, чувствительный элемент представляет собой тонкую проволоку из магнанина (84 Cu + 12 Mn + 4 Ni) или сплава золота и хрома (2,1%), которая свободно намотана. При приложении давления эффекты объемного сжатия вызывают изменение сопротивления, которое может быть откалибровано по давлению. Общее соотношение между электрическим и механическим может быть получено следующим образом:

Рис. 5.10 Датчик датчика Бриджмана
…………………………………………………………. . (5.11)
R = Сопротивление, Ом
L = длина проводов
A = Площадь = CD2
где D — диаметр круглого проводника, а C — постоянная
= Удельное сопротивление Ом · см
. Если проводник деформирован, каждая из величин в уравнении изменится.
Дифференциация

……………. 5,12
Разделив (5,12) на (5,11), получим

Проволока будет подвергаться двухосным напряжениям, потому что концы, обеспечивающие электрическую непрерывность, не будут подвергаться давлению.

Рис. 5.11 Двухосные напряжения на малом элементе
Давайте рассмотрим общий элемент, подверженный напряжениям, которые можно обозначить как и.
Допустим и применяются по одному.Если сначала применяется , в
будет деформация. x — направление =
Из-за эффекта Пуассона деформация в направлении y =
Если сначала применяется
Деформация в направлении y =
Деформация в направлении x = —
Будет чистая деформация


Напряжения — это не что иное, как приложенное давление
при условии
Боковое напряжение


Предполагается двухосная напряженная ситуация.
Продольная деформация
(Заменить сверху)
=

Если удельное сопротивление не зависит от давления, им можно пренебречь.

R = R0 (1 + bp), где b = 2 / E.
……………………… 5.13
где b называется коэффициентом сопротивления давлению. Сопротивление линейно зависит от давления.

5,6 Диапазоны различных манометров

Манометры столба жидкости	10 — 0,5 x 106 паскалей
Трубки Бурдона	Вакуум до нескольких тысяч бар
Мембраны	Вакуум до нескольких сотен бар
Сильфон	Вакуум до ста бар

5.7 Измерение вакуума
Давление ниже атмосферного — это вакуум. Очень низкие давления могут быть определены ниже 1 мм рт. Сверхнизкое давление менее миллимикрона (<10-3 микрон)

Измерение вакуума возможно двумя методами
Прямое измерение
В результате смещения, вызванного действием силы [спиральные трубки Бурдона, плоская или гофрированная диафрагма, капсулы и другие различные манометры]

Косвенные измерения или методы вывода
Давление определяется путем измерения определенных контролируемых давлением свойств, таких как объем, теплопроводность и т. Д.

5.7.1 Методы вывода
a) Датчик МакЛеода
Работа McLeod Gauge основана на фундаментальном уравнении Бойлза.

где p и V относятся к давлению и объему соответственно, а индексы 1 и 2 относятся к начальным и конечным условиям. Обычный манометр Маклеода изготовлен из стекла. См. Рис. 5.12. Он состоит из капилляра «C», баллона «B» и ртутного отстойника, который соединен с нижним концом стеклянной трубки таким образом, что его можно перемещать вверх и вниз.

Давление, которое необходимо измерить (неизвестное давление), связано с верхним концом стеклянной части. Когда уровень ртути в манометре ниже отсечки «F», неизвестное давление заполняет манометр, включая колбу B и капилляр C. Когда ртутный отстойник перемещается вверх, уровень в манометре повышается, и когда он достигает разреза off ‘F’ известный объем газа при измеряемом давлении задерживается в колбе B и капилляре C.

Фиг.5.12 Датчик Мак Леода
Затем ртуть попадает в колбу и капилляр. Предположим, что отстойник поднят до такого уровня, что газ при измеряемом давлении, который заполнил объем выше точки отсечки, теперь сжимается до объема, представленного столбцом h.
Предположим, первоначальный объем после того, как ртуть достигнет F. Это при измеряемом давлении p1

Поскольку «ah» равно <<< V0, им пренебрегают.

Применение датчика МакЛеода
Датчик Маклеода используется в основном для калибровки других датчиков логического типа . Недостатками манометра МакЛеода являются его хрупкость и невозможность непрерывного измерения. Давление паров Меркурия устанавливает нижнюю границу диапазона измерения манометра.

б) Измерители теплопроводности
Принцип работы датчиков теплопроводности заключается в том, что при низком давлении тепло, теряемое нагретым объектом за счет теплопроводности через молекулы, будет зависеть от давления. Это действительно только для определенного диапазона давления.

Когда длина свободного пробега сравнима с размерами измерительной головки, потери тепла от нагретого провода в измерительной головке будут за счет (i) проводимости через выводы (ii) излучения в окружающую среду (iii) теплопроводности через молекулы.

Рис. 5.13 Головка датчика теплопроводности

Диапазон датчиков теплопроводности составляет от мм рт. Ст. До 10–3 мм рт. Ст. При более высоких давлениях потери тепла от нагретой проволоки нечувствительны к изменению давления. При более низком давлении потери тепла по (i) и (ii) становятся более значительными. Есть два типа датчиков термопар.

c) Датчик Пирани
Измеряет изменение сопротивления нагретой проволоки при передаче тепла молекулам газа в измерительной головке.В этом случае калибровка называется калибровкой Пирани.

г) Датчик термопары
Вместо измерения электрического сопротивления термопара находится в контакте с нагретой проволокой, и температура проволоки напрямую измеряется как мера давления.

Рис. 5.14 Измерительная головка термопары

e) Измерители ионизации с горячим катодом
На более высоких уровнях вакуума давление измеряется с помощью ионизационных манометров.Они работают по принципу ионизации газа с помощью электронов, испускаемых нагретой нитью накала. Кинетическая энергия, приобретаемая электроном при прохождении через разность потенциалов в V вольт, соответствует значению, равному V * e, где e — заряд электрона. Когда эта энергия превышает определенное критическое значение, соответствующее потенциалу ионизации Vi, существует вероятность того, что столкновения между молекулами и электронами приведут к образованию + ve ионов. Электроны с относительно высокой скоростью при столкновении с молекулой газа вытесняют электрон из нее, оставляя ее положительно заряженной.Для газов, таких как N2, O2 и т. Д., Vi составляет ~ 15 вольт. Измерение образовавшихся ионов является мерой давления. Электроны ускоряются электрическим полем, и образующиеся положительные ионы собираются. Количество образующихся + ve ионов будет зависеть от количества молекул и, следовательно, от давления.

Рис. 5.15 Датчик ионизации
Датчик состоит из катода, сеточного анода и отрицательной пластины. Отрицательная пластина на ~ 10В отрицательна по отношению к катоду.Электроны, испускаемые горячим катодом (нитью накала), ускоряются электрическим полем, а образовавшиеся положительные ионы собираются отрицательной пластиной.

г) Датчик ионизации с холодным катодом (датчик Пеннинга)
Этот датчик также работает по принципу ионизации. Положительные ионы производятся электронами, и ток, обусловленный этими ионами, дает меру давления. Электроны выбрасываются с холодного катода из циркония, тория с помощью электрического разряда. Датчик состоит из двух пластинчатых катодов и кольцевого анода. Между электродами приложена разность потенциалов ~ 2 кВ.

Электроны перемещаются на гораздо большее расстояние. Вторичные электроны движутся по спирали, прежде чем достичь анода. Это достигается магнитным полем.

Рис. 5.16 Измеритель ионизации с холодным катодом

Магнитные полюса сохраняются таким образом, что поток с силовыми линиями прикладывается перпендикулярно двум катодам.

5.8 Измерение давления в потоках
В потоках следует различать статическое давление и давление торможения.
Статическое давление
Давление, действующее на поверхность тела, которое предположительно движется с жидкостью с той же скоростью, что и среда, и есть статическое давление.
Давление торможения
Это давление жидкости, которая, как предполагается, останавливается изоэнтропически.

5.8.1 Измерение статического давления
Обычный метод заключается в подключении зонда к отверстию, просверленному перпендикулярно стенке модели, где линии тока неискажены и параллельны.

Рис. 5.17 Отверстие для статического давления (отвод) на плоской стенке

Диаметр статического отверстия составляет примерно 1/5 толщины пограничного слоя. Практически диаметр около 0.25 мм на маленьких моделях и 2,5 мм на более крупных. Точность измерения статического давления зависит от диаметра отверстия «d» [Рис. 5.17]. Влияние диаметра отверстия на погрешность измерения статического давления графически показано на рис. 5.18.

Рис. 5.18 Влияние погрешности на диаметр отверстия
Отверстия (краны) статического давления на стенках проточного канала обеспечивают статическое давление на стенку. Нельзя предположить, что статическое давление на стенке преобладает внутри потока.Чтобы получить давление внутри потока, необходимо использовать датчики подходящей конструкции.

5.8.2 Датчики статического давления для дозвукового потока
Обычно используемый датчик статического давления в дозвуковых потоках — это датчик Прандтля. Зонд Прандтля — это устройство вторжения. Отверстия для измерения давления на периферии зонда аккуратно расположены так, чтобы влияние носа и стержня зонда сводило на нет друг друга.

Фиг.5.19 Зонд Прандтля

Рис. 5.20 Эффекты носа и стержня в трубке Прандтля
Из-за интрузивного характера зонда поток будет ускоряться носом. Эффект будет заключаться в уменьшении статического давления, которое называется эффектом носа. Напротив, действие штока будет заключаться в локальном застоя потока и, таким образом, в увеличении статического давления. Это

Эффект

— это эффект стержня. Как показано на рис. 5.20, положение отверстий выбрано таким образом, чтобы два эффекта нейтрализовали друг друга.Кроме того, зонд должен быть тонким (например, диаметром от 1,0 до 1,5 мм) и располагаться параллельно потоку.

5.8.3 Датчики статического давления для сверхзвукового потока
Когда число Маха больше 1.0, возникает толчок. Когда угол конуса зонда меньше угла отрыва ударной волны для данного числа Маха [показано на рис. 5.23] и если отверстия расположены далеко за ударной волной, измеренное статическое давление будет стремиться к значению для невозмущенный поток.Используются трубки конической или оживальной формы.
Зонды бывают небольшими и имеют статические отводы по поверхности конуса. Эффект рыскания уменьшается за счет расположения нескольких отверстий так, чтобы давление внутри трубки было средним значением. Обычно трубка имеет от 4 до 8 отверстий, диаметр которых составляет примерно 1/10 наружного диаметра трубки.

Рис. 5.21 Зонд статического давления овальной формы для сверхзвукового потока

Хорошие результаты получаются при использовании оживальных трубок.Трубка, показанная на рис. 5.21, имеет систематическую ошибку в пределах 1%. Угол конуса должен быть меньше угла, под которым ударная волна отрывается от конуса. Погрешность измерения статического давления уменьшается по мере увеличения расстояния между отверстием и концом зонда.

Рис. 5.22 Конический датчик статического давления для сверхзвукового потока

Рис.5.23 Максимальный угол отклонения для различных
Число Маха

Рис. 5.24 Отражение удара от стенки
Важно иметь длинные заостренные трубы. В противном случае существует вероятность того, что отраженный удар может повлиять на показания статического давления. Шероховатость на краях отверстий также может вызвать большие ошибки в измерениях.

• Измерение застоя или общего давления

5.9.1 Дозвуковые потоки
Частицы газа так быстро останавливаются в точке торможения тела, что потери тепла и трения незначительны. Следовательно, в дозвуковых потоках происходят только изоэнтропические изменения. Следовательно, давление торможения, измеренное в дозвуковом потоке, существенно не отличается от давления в отстойной камере. Общее давление измеряется трубкой Пито, в которой цилиндрическая трубка имеет отверстие, направленное в сторону потока. Ось трубки должна совпадать с направлением потока.Обычно используются трубы с тупыми концами.
Такие трубки нечувствительны к рысканию до 120
Связь между измеренным давлением торможения и статическим давлением может быть выражена следующим образом:

где p0 — полное давление, p — статическое давление.

5.9.2 Инсверхзвуковые скорости
Перед носиком трубки появляется ударная волна. Поэтому трубка измеряет только давление за ударной волной.Уравнения нормального скачка уплотнения определяют соотношение между полными давлениями до и после скачка давления. Поскольку головной скачок уплотнения, образующийся перед трубкой Пито, имеет нормальную часть только в центральной области, диаметр трубки для измерений в сверхзвуковом потоке обычно сохраняется очень маленьким.

5.10 Запаздывание в манометрических системах

Рис. 5.25 Модель аэродинамической трубы с манометрической системой

При изменении давления около отверстия, к которому подсоединен манометр, равновесие в манометре устанавливается не сразу, а через определенное время.Если давление считывается раньше, будут грубые ошибки.

Рис. 5.26 Задержка передачи как функция диаметра капилляра

Рис.5.c Задержка передачи как функция диаметра отверстия
Меньшие задержки передачи необходимы не только для высокой надежности, но и для сокращения продолжительности экспериментов. Равновесие в манометрической системе установится позже, после стабилизации давления на модель.Время работы должно быть больше, чем задержка передачи.
Задержка передачи вызвана:

• Сопротивление трубок
• Изменение плотности воздуха
• и инерция движущихся масс

Основными факторами, влияющими на задержку передачи, являются диаметр отверстия do, диаметр d капилляра и dc соединительной трубки, а также их соответствующие длины l и lc.
Диаметр отверстия имеет небольшое влияние, когда d / do <2.5. Когда d / do> 2,5, задержка передачи резко увеличивается. Диаметр отверстия не должен быть меньше половины диаметра капиллярной трубки. Влияние диаметра капиллярной трубки очень сильно. Уменьшение этого диаметра имеет своим главным результатом увеличение сопротивления потоку газа. Увеличение длины капиллярной трубки существенно влияет на задержку. Капиллярные трубки должны иметь больший диаметр и меньшую длину.

Упражнения
Ответьте на следующий

• Запишите соотношение единиц давления Паскаль, Торр, микрон и Стандартная атмосфера.
• Каковы важные и желательные свойства манометрических жидкостей?
• Как можно улучшить чувствительность манометра столба жидкости?
• С помощью эскизов объясните работу ртутного барометра.
• Что определяет чувствительность датчика Бурдона для данного материала?
• Какие материалы обычно используются для манометра Бурдона?
• Запишите выражение, связывающее центральное отклонение эластичной диафрагмы и приложенное давление.
• Как связаны собственная частота и чувствительность манометра с эластичной диафрагмой?
• Почему в манометрах используются гофрированные диафрагмы?
• Объясните диафрагменный датчик давления, работающий по принципу емкости.
• Набросайте и объясните электрический измеритель сопротивления для измерения высокого давления.
• Назовите парочку искусственных пьезокристаллов. В каком диапазоне частот динамических давлений они могут быть использованы?
• Объясните датчик Мак Леода.Назовите его недостатки.
• Различия между манометрами Пирани и термопарами.
• Объясните, что такое ионизационный датчик с холодным катодом.
• Почему отверстия для статического давления в стене очень маленькие?
• Графически показать изменение погрешности измерения с увеличением значения статической диафрагмы стенки.
• Что понимается под «эффектом стержня» и «эффектом носа» в трубках Прандтля.
• Нарисуйте датчик, отмечающий положение отверстий для измерения статического давления в сверхзвуковых потоках.
Трубки Пито
• используются как в дозвуковых, так и в сверхзвуковых потоках. Отличается ли принцип измерения в двух случаях?

Решите следующие числовые задачи

• При измерении низкого давления с помощью манометра Мак-Леода [объем над отсечкой которого составляет 200 куб. См, а диаметр капилляра 0,6 мм], разница уровней между двумя конечностями составляет 6 мм. Найдите измеренное давление.
• Экспериментальный самолет с ракетным двигателем летит со скоростью 1035 м / с на высоте, соответствующей 0.720 * 105 Н / м2 и 216,6 К. В носовой части самолета установлена ​​трубка Пито. Какое давление измеряет трубка Пито? Какое давление измеряется, если предполагается, что самолет летит со скоростью 200 м / с на той же высоте.

Если вы являетесь автором приведенного выше текста и не соглашаетесь делиться своими знаниями для обучения, исследований, стипендий (для добросовестного использования, как указано в авторских правах США), отправьте нам электронное письмо, и мы удалим ваш текст быстро.Добросовестное использование — это ограничение и исключение из исключительного права, предоставленного законом об авторском праве автору творческой работы. В законах США об авторском праве добросовестное использование — это доктрина, которая разрешает ограниченное использование материалов, защищенных авторским правом, без получения разрешения от правообладателей. Примеры добросовестного использования включают комментарии, поисковые системы, критику, репортажи, исследования, обучение, архивирование библиотек и стипендии. Он предусматривает легальное, нелицензионное цитирование или включение материалов, защищенных авторским правом, в работы других авторов в соответствии с четырехфакторным балансирующим тестом.(источник: http://en.wikipedia.org/wiki/Fair_use)

Информация о медицине и здоровье, содержащаяся на сайте, имеет общий характер и цель, которая является чисто информативной и по этой причине не может в любом случае заменить совет врача или квалифицированного лица, имеющего законную профессию.

Тексты являются собственностью соответствующих авторов, и мы благодарим их за предоставленную нам возможность бесплатно делиться своими текстами с учащимися, преподавателями и пользователями Интернета, которые будут использоваться только в иллюстративных образовательных и научных целях.