Методы и средства измерения давления и разности давлений. Жидкостные манометры

Системы измерения давления в зависимости от вида измеряемого давления (избыточное давление, разрежение и атмосферное давление) известны под названиями манометры, вакуумметры и барометры. Наряду с ними существуют дифференциальные манометры для измерения разности давлений и мановакуумметры для измерения избыточного давления и разрежения. В преобразователях давления используется принцип уравновешивания силы.

U - образный двухтрубный манометр -это изогнутаяв виде буквы U стеклянная трубка, наполненная манометрической жидкостью (водой, спиртом, ртутью). Измерительная система находится в равновесии, когда гидростатическое давление столба жидкости длиной Dl равно разности давлении Dp:

Dp = p₁-p₂ = = (h₁ + h₂) = Dl для А₁ = А₂ ; = 90⁰ ,

где А_1,2 - площади поперечного сечения манометрических трубок 1, 2; V_1,2 - объемы вытесненной жидкости в трубках 1,2; - ускорение свободного падения; h_1,2 - отклонение столба жидкости от нулевого положения; Dl = 2 h₂ - отсчитываемое значение; p_1,2 - давление на трубки 1,2; Dp - разность давлений; - угол наклона трубки к горизонтали; - плотность манометрической жидкости.

Однотрубные (чашечные) манометры в отличие от двухтрубных U-образных имеют два колена с различными площадями поперечного сечения А₁ > А₂.

Dp = p₁-p₂ = h₂(1+ ) = Dl для А₁ > А₂ ; = 90⁰ ,

Dl = h₁ + h₂ = h₂ + h₂ ( ) = h₂(1+ ).

У манометров с наклонной трубкой трубка 2 отклонена относительно горизонтали на угол 0 < < 90⁰. Кроме того, А₁ >> А₂ . Этими манометрами измеряют малые давления Dp = p₁-p₂ = l_а sin = Dl

Колокольные манометры служат для измерения минимальных избыточных давлений. Если давления p₁ и p₂ одинаковы, то сила тяжести сила тяжести F_G колокола компенсируется выталкивающей силой F_F вытесненной жидкости F_F =V_F = A_Gh₀ =F_G, A_G = pdDd - площадь поперечного сечения при Dd << d; V_F - объем вытесненной жидкости; d - внутренний диаметр колокола; Dd - толщина стенки колокола; - ускорение свободного падения; h₀ - глубина погружения колокола p₁ = p₂ ; - плотность затворной жидкости. При p₁ > p₂ погружаемый колокол всплывает на Dl благодаря силе давления F_р = А_iDp = А_i (p₁ - p₂) = F_G - A_Gh . Из уравнений получаем А_iDp = A_Gh (h₀ - h). Перемещение колокола Dl = h₀ - h - Dh, где h₀ - внешняя глубина погружения при p₁ = p₂ ; h - внешняя глубина погружения колокола при p₁ > p₂ ; Dh - опускание (снаружи) уровня жидкости при p₁ > p₂ благодаря всплытию колокола.

Объем жидкости V_G = A_G Dl, который не вытесняется, когда колокол поднят, равен опустившемуся объему в сосуде V_T = (A_A + A_i) Dh, где A_A внешняя площадь и A_i - внутренняя площадь затворной жидкости в сосуде. Отсюда

Dl = - Dl, и Dp = Dl (1+ )

Кольцевой манометр представляет собой кольцо, разделенное на две камеры при помощи разделительной стенки. Кольцо установлено в подшипниках и почти наполовину заполнено жидкостью. На кольце установлена дополнительная масса. Если между давлениями p₁ и p₂ в двух подводящих трубках существует разность Dp, то кольцо поворачивается. Зависимость описывается :

Dp = p₁-p₂ = Dl .

Разность давлений создает на разделительной стенке вращающий момент

М_dDp= DpAr_m.

A - площадь разделительной стенки, r_m - средний радиус кольца. Этот момент поворачивает кольцо на угол a. Противодействующий момент создается силой тяжести дополнительной массы

М_dG = m_z gl_z sina,

g- ускорение свободного падения; l_z - расстояние центра тяжести кольца с дополнительной массой отточки вращения; m_z - дополнительная масса. Уравнение равновесия

Dp = m_z gl_z sina/Ar_m .

Билет №18