Жидкостные манометры

В жидкостных манометрах 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 гидростатистическим давлением избыточного столба жидкости в другом. Такие манометры выполняются двухтрубными (или U-образными) и однотрубными (или чашечными) (рис. 2.2).

А) б)

Рис. 2.2 Жидкостные манометры

В двухтрубных манометрах (рис.2.2, а) разность давлений Р определяется по высоте столба жидкости h, уравновешивающей эту разность

Р = Р₁ – Р₂ = h r q ,

где r - плотность рабочей жидкости, кг/м³; q – ускорение свободного падения, м/с².

В чашечных манометрах (рис. 2.2, б) одна из трубок заменена широким сосудом, в который подается большее из измеряемых давлений. Рабочая жидкость доливается в манометр до нулевой отметки. При измерении объем жидкости, вытесненный из широкого сосуда, равен объему жидкости, поступившей в измерительную трубку. Разность давлений Р определяется по уравнению:

Р = Р₁ – Р₂ = r q (h₁ +h₂) = r q h₂ (1 + ¦/F),

где ¦, F – площади поперечного сечения измерительной трубки и широкого сосуда.

Если F/¦ = 400, то изменением уровня жидкости в широком сосуде пренебрегают (h₂ = 0) и при измерении учитывают только уровень в измерительной трубке. В качестве жидкостей используется вода, ртуть, трансформаторное масло. Для исключения влияния капиллярных сил в манометрах рекомендуется использовать стеклянные трубки с внутренним диаметром 8-10 мм.

Рис. 2.3 Жидкостный микроманометр

Пределы измерения жидкостных манометров не превышают 10⁵ Па и зависят от геометрических размеров системы и от плотности рабочей жидкости. Для двухтрубных манометров погрешность измерения составляет 62 мм, а для чашечных 61 мм. Для уменьшения погрешности измерения используют чашечные манометры с наклонной трубкой (микроманометры).

Жидкостные манометры применяются для измерения избыточного давления больше атмосферного и для измерения давления меньше атмосферного (вакуумметрического). Для жидкостных манометров кроме погрешности измерения высоты столба жидкости, необходимо учитывать погрешности, обусловленные отклонением от расчетных значений местного ускорения свободного падения, плотности рабочей жидкости, расхождение температурных коэффициентов шкалы, стекла и

рабочего вещества. Местное ускорение свободного падения рассчитывается по уравнению:

q = q_н 1 – 0,0026 соs (2 j ) –2 · 10^-7 Н],

где q_н – нормальное ускорение свободного падения, равное 9,80665 м/с²; j - отклонение географической широты от широты 45 ºС, соответствующей нормальному ускорению свободного падения; Н – высота над уровнем моря, м.

Высота столба рабочей жидкости, измеренная при температуре t, ºС (h_t), приводится к 0 ⁰С (h₀) по формуле:

h₀ = h_t [1-(b- a) · t ],

где b – коэффициент видимого расширения рабочего вещества в стекле ( для ртути b = 0,99918, воды b = 0,0002, этилового спирта b = 0,0011) 1/°С; a - температурный коэффициент линейного расширения материала шкалы (для стекла a = 0,000009, латуни a = 0,000019; стали a = 0,000011), 1/°С.

К жидкостным манометрам относятся также колокольные дифференциальные манометры, которые применяются для измерения разности давлений от 100 до 1000 Па. Колокольный дифманометр (рис. 2.4) представляет собой колокол, погружённый в жидкость и перемещающийся под влиянием разности давлений внутри (большее) и снаружи (меньшее) колокола. Измеряемая разность давлений в колокольных дифманометрах определяется по положению колокола. Противодействующая измеряемому давлению сила создаётся утяжелением колокола (гидростатическое уравновешивание) или деформацией пружины, на которой подвешивается колокол (механическое уравновешивание).

Рис.2.4 Колокольный дифференциальный манометр

При гидростатическом уравновешивании в результате перемещения толстостенного колокола изменяется архимедова сила, что приводит к уравновешиванию колокола в различных положениях при соответствующих разностях давлений. При механическом уравновешивании перемещение тонкостенного колокола вызывает деформацию соединенной с ним пружины, в результате чего происходит уравновешивание. Предельно допускаемое рабочее избыточное давление измеряемой среды 0,25 МПа. В качестве заполнителя поплавкового сосуда используются различные масла, ртуть, спирты.

Достоинством жидкостных манометров и дифманометров являются их простота и надежность при высокой точности измерений. К недостаткам следует отнести возможность выплескивания рабочей жидкости при резких изменениях давления в мерительную линию или атмосферу.