Чем измеряется давление внутри жидкости

Жидкостные манометры и дифманометры, принцип действия, область применения

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. h1 – понижение столба по сравнению с исходным значением.
2. h2 – 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.

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.

ул. Ярцевская, д. 29, корп.2

© 2002 — 2024. НПО ЮМАС
Разработка и производство приборов измерения давления и температуры: манометров, термометров,
напоромеров и клапанов в Москве, Екатеринбурге, Самаре, Санкт-Петербурге, Уфе, Омске, Тюмени и Нижнем Новгороде.
Все права защищены.

Уважаемый пользователь. Уведомляем Вас о том, что персональные данные, которые Вы можете оставить на сайте, обрабатываются в целях его функционирования. Если Вы с этим не согласны, то пожалуйста покиньте сайт. В противном случае это будет считаться согласием на обработку Ваших персональных данных.
Политика конфиденциальности

Что такое манометр и как он работает?

0
Манометр – это прибор, который отвечает за измерение давления жидкостей или газов, содержащихся в закрытых емкостях, обычно ограничивая дисперсию между жидкостью и предельным атмосферным давлением. В манометре используется принцип гидростатического равновесия, в котором давление измеряется высотой жидкости, которое он будет регулировать. На сайте итальянской компании инженерной сантехники можно найти оборудование FAR, в том числе манометры по доступным ценам.

Что такое манометр и для чего он нужен?

Манометры используются для количественной оценки уровня давления, которое жидкости имеют внутри закрытого контейнера. Давление определяется как величина, которая подразумевает силу, действующую на вещество или тело в перпендикулярном направлении.
Манометр можно использовать для измерения давления жидкостей или газов, если они находятся в замкнутом контейнере. Примером этого могут быть бытовые газовые баллоны. Если вы хотите узнать уровень давления внутри цилиндра, вы можете использовать манометр.

Как работает манометр?

Принцип работы манометра во многом зависит от типа используемого прибора, поскольку каждый из них имеет способ измерения давления. Однако все они работают по одному и тому же физическому принципу гидростатического равновесия. Это достигается, когда давление жидкости уравновешено по отношению к давлению силы тяжести.
Для измерения давления в большинстве манометров имеется измерительная жидкость внутри, которая перемещается в соответствии с давлением измеряемых жидкостей. Движение, происходящее в жидкости в манометре, происходит благодаря выталкивающей силе измеряемой жидкости. Именно эта выталкивающая сила позволяет произвести измерение, и для его считывания необходимо наблюдать, до какой точки трубки была протолкнута выравнивающая жидкость.

Что такое дифференциальный манометр?

Дифференциальный манометр – это особый тип манометра, который измеряет разницу давлений между двумя точками, между двумя средами. Эти устройства состоят из двух камер, разделенных чувствительным элементом, который обнаруживает разницу в давлении между двумя камерами посредством механического движения.
Чувствительный элемент может состоять из мембраны, магнитного поршня, двух пружин Бурдона или сильфона. Дифференциальные манометры могут значительно снизить количество ошибок оператора, цифровые манометры еще больше повышают эффективность процесса, защищают дорогостоящее оборудование, сокращают время обучения и техническое обслуживание.

Как работает дифференциальный манометр?

Каждый манометр состоит из нескольких важных компонентов: диафрагмы, пружины, магнита, иглы и металлического винта. Каждый компонент играет важную роль в работе манометра. Диафрагма используется для определения направления движения пружины вперед или назад.
Когда давление поступает в высокие порты манометра, воздух заполняет камеру высокого давления и толкает диафрагму к задней части манометра, подтягивая за собой пружину. Манометры также можно использовать для отрицательного давления, когда отрицательное давление будет прикладываться к нижнему отверстию манометра, что также будет тянуть пружину вместе с диафрагмой.
В случае дифференциального манометра камеры высокого и низкого давления заполняются воздухом и прижимаются к диафрагме. В этом случае важно, чтобы более высокое из двух давлений было подключено к порту высокого давления.
Если разность рабочих манометрических давлений одинакова, то измерительный элемент не может двигаться, и давление не будет отображаться. Показания дифференциального давления выдаются только тогда, когда одно из значений давления выше или ниже.
Низкие перепады давления могут быть измерены непосредственно в случае высоких статических давлений. Мембранные элементы обеспечивают очень высокую перегрузочную способность. Передача движения измерительного элемента и индикация давления такие же, как и в обычных манометрах.

Физика (7 класс)/Давление

вначале использовали воздушные шары, которые наполняли или нагретым воздухом, или водородом либо гелием.

Для того, чтобы воздушный шар поднялся в воздух, необходимо, чтобы архимедова сила (выталкивающая) F_А, действующая на шар, была больше силы тяжести F_тяж, т. е. F_А > F_тяж.

По мере поднятия шара вверх архимедова сила, действующая на него, уменьшается (F_А = gρV), так как плотность верхних слоев атмосферы меньше, чем у поверхности Земли. Чтобы подняться выше, с шара сбрасывается специальный балласт (груз) и этим облегчает шар. В конце концов шар достигает своей своей предельной высоты подъема. Для спуска шара из его оболочки при помощи специального клапана выпускается часть газа.

В горизонтальном направлении воздушный шар перемещается только под действием ветра, поэтому он называется аэростатом (от греч аэр — воздух, стато — стоящий). Для исследования верхних слоев атмосферы, стратосферы еще не так давно применялись огромные воздушные шары — стратостаты.

До того как научились строить большие самолеты для перевозки по воздуху пассажиров и грузов, применялись управляемые аэростаты — дирижабли. Они имеют удлиненную форму, под корпусом подвешивается гондола с двигателем, который приводит в движение пропеллер.

Воздушный шар не только сам поднимается вверх, но может поднять и некоторый груз: кабину, людей, приборы. Поэтому для того, чтобы узнать, какой груз может поднять воздушный шар, необходимо определить его подъемную силу.

Пусть, например, в воздух запущен шар объемом 40 м 3 , наполненный гелием. Масса гелия, заполняющая оболочку шара, будет равна:
m_Ге = ρ_Ге·V = 0,1890 кг/м 3 · 40 м 3 = 7,2 кг,
а его вес равен:
P_Ге = g·m_Ге ; P_Ге = 9,8 Н/кг · 7,2 кг = 71 Н.
Выталкивающая же сила (архимедова), действующая на этот шар в воздухе, равна весу воздуха объемом 40 м 3 , т. е.
F_А = g·ρ_воздV; F_А = 9,8 Н/кг · 1,3 кг/м 3 · 40 м 3 = 520 Н.

Значит, этот шар может поднять груз весом 520 Н — 71 Н = 449 Н. Это и есть его подъемная сила.

Шар такого же объема, но наполненный водородом, может поднять груз 479 Н. Значит, подъемная сила его больше, чем шара, наполненного гелием. Но все же чаще используют гелий, так как он не горит и поэтому безопаснее. Водород же горючий газ.

Гораздо проще осуществить подъем и спуск шара, наполненного горячим воздухом. Для этого под отверстием, находящимся в нижней части шара, располагается горелка. При помощи газовой горелки можно регулировать температуру воздуха внутри шара, а значит, его плотность и выталкивающую силу. Чтобы шар поднялся выше, достаточно сильнее нагреть воздух в нем, увеличив пламя горелки. При уменьшении пламени горелки температура воздуха в шаре уменьшается, и шар опускается вниз.

Можно подобрать такую температуру шара, при которой вес шара и кабины будет равен выталкивающей силе. Тогда шар повиснет в воздухе, и с него будет легко проводить наблюдения.

По мере развития науки происходили и существенные изменения в воздухоплавательной технике. Появилась возможность использования новых оболочек для аэростатов, которые стали прочными, морозоустойчивыми и легкими.

Достижения в области радиотехники, электроники, автоматики позволили сконструировать беспилотные аэростаты. Эти аэростаты используются для изучения воздушных течений, для географических и медико-биологических исследований в нижних слоях атмосферы.

Ссылки

Страницы с неработающими файловыми ссылками
Физика 7-го класса

Классификация манометров

Манометр — прибор, измеряющий давление жидкости или газа.

Принцип работы

Принцип действия манометра основан на уравновешивании измеряемого давления силой упругой деформации трубчатой пружины или более чувствительной двухпластинчатой мембраны, один конец которой запаян в держатель, а другой через тягу связан с трибко-секторным механизмом, преобразующим линейное перемещение упругого чувствительного элемента в круговое движение показывающей стрелки.

Типология манометров

В зависимости от назначения приборы для измерения давления делятся на следующие основные группы:

манометры – для измерения избыточного давления;
вакуумметры – для измерения вакуумметрического давления (вакуума);
мановакуумметры – для измерения вакуумметрического и избыточного давлений;
напоромеры — для измерения малых избыточных давлений;
тягомеры -вакуумметры с минусовым пределом;
барометры – для измерения атмосферного давления;
баровакуумметры – для измерения абсолютного давления;
дифференциальные – для измерения разности давлений.

По принципу действия все приборы для измерения давления можно разделить на следующие типы:

жидкостные — приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается весом столба жидкости, а изменение уровня жидкости в сообщающихся сосудах служит мерой давления, называются жидкостными. К этой группе относятся чашечные и U-образные манометры, диффманометры и др.;
грузопоршневые — приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается усилием, создаваемым калиброванными грузами, воздействующими на свободно передвигающийся в цилиндре поршень;
приборы с дистанционной передачей показаний — приборы, в которых используются изменения тех или иных электрических свойств вещества (электрического сопротивления проводников, электрической емкости, возникновение электрических зарядов на поверхности кристаллических минералов и др.) под действием измеряемого давления. К таким приборам относятся манганиновые манометры сопротивления, пьезоэлектрические манометры с применением кристаллов кварца, турмалина или сегнетовой соли, емкостные манометры, ионизационные манометры и др.;
пружинные — приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается силами упругости пружины, деформация которой служит мерой давления. Благодаря простоте конструкции и удобству пользования пружинные приборы получили широкое применение в технике.

Свидетельство Метер Удостоверение торговых полномочий Теплоконтроль

По назначению разделяют следующие виды манометров:

технические: предназначены для измерения не агрессивных к сплавам меди жидкостей, газов и паров;
электроконтактные: в конструкции имеют специальные группы электрических контактов (обычно 2);
виброустойчивые применяются в условиях высоких вибраций;
взрывозащищенные в корпусе из взрывоустойчивых сплавов на основе алюминия;
коррозионносойкие для эксплуатации в особо жестких условиях, имеют высокий класс пылевлагозащиты;
аммиачные используются для измерения давления агрессивных газов и жидкостей;
судовые манометры предназначены для эксплуатации на речном и морском флоте;
железнодорожные: предназначены для эксплуатации на Ж/Д транспорте;
самопишушие: манометры в корпусе, с механизмом позволяющим воспроизводить на диаграмной бумаге график работы манометра;
для нефтегазовых скважин: применяются для измерения давления внутри нефтяных и газовых скважин на большой глубине;
сверхвысокое давление: предназначены для измерения сверхвысокого избыточного давления агрессивных некристаллизующихся сред.

По метрологическому назначению измерительные приборы делятся на образцовые и рабочие.

образцовыми измерительными приборами называются приборы, предназначенные для поверки других измерительных приборов;
рабочими измерительными приборами называются все измерительные приборы, служащие для непосредственных измерений.

Применение манометров

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.