Приборы для измерения давления жидкостей и газов

Давление жидкостей и газов измеряют манометрами, которые по принципу действия подразделяются на жидкостные, механические и электрические.

Жидкостные манометры

На рис. 2.6 а показан манометр с U-образной трубкой, которая крепится на пластинке, проградуированной в миллиметрах, и заполняется жидкостью с известной плотностью ρ ₁, (спиртом, водой или ртутью). Для жидкости плотностью ρ ₂ измеряемое в точке М давление составит

p _M = h ₁ ρ ₁ g + h ₂ ρ ₂ g.

Рис. 2.6. Схемы жидкостных манометров: а, в, г — с U-образной трубкой; б — с вертикальной трубкой; д — чашечный

В основу работы манометра с вертикальной трубкой (рис. 2.6, б) положено существенное различие площадей сечения трубки и резервуара. В этом приборе связь между уровнем жидкости в проградуированной в миллиметрах трубке и уровнем в резервуаре пренебрежительно мала. Поэтому достаточно одного отсчета.

Для измерения разности давлений в двух точках служат дифференциальные манометры, простейшим из которых является U-образный манометр (рис. 2.6, в). При помощи такого манометра, обычно заполняемого ртутью, можно измерять разность давлений p ₁, и р₂ жидкости плотностью ρ, которая полностью заполняет соединительные трубки:

(2.31)

где ρ _рт — плотность ртути.

Для измерения малых перепадов давления воды применяют двухжидкостный микроманометр (рис. 2.6, г), представляющий собой перевернутую U-образную трубку с маслом или керосином в верхней части.

Искомый перепад

, (2.32)

где ρ ₁ и ρ ₂ — плотности масла (керосина) и воды соответственно.

Двухжидкостный чашечный манометр (рис. 2.6, д) предназначен для измерения давления или разрежения воздуха в интервале 0,01...0,05 МПа. В чашку наливают ртуть, а в трубку, верхний и нижний участки которой имеют различные диаметры (соответственно d₁ и d₂), — спирт или керосин. Давление определяется показанием Н манометра.

Микроманометр с наклонной трубкой (рис. 2.7) рекомендуется для измерения малых давлений, так как его чувствительность значительно выше, чем у U-образного манометра. Смещение мениска определяется углом наклона трубки α:.

Рис. 2.7. Микроманометр с наклонной трубкой

Механические манометры

Чувствительным элементом манометра Бурдона (рис. 2.10, а) является трубка эллиптического сечения, изогнутая в виде полумесяца. Среда, в которой измеряется давление, заполняет ее до закрепленного конца. Подвижный конец соединен рычажной передачей с показывающей стрелкой.

Рис. 2.8. Механические манометры: Бурдона, мембранный

Мембранный манометр (рис. 2.8, б) имеет небольшой резервуар с мембраной, деформирующейся под действием давления и соединенной с показывающей стрелкой.

Грузопоршневой манометр (рис. 2.9) представляет собой эталонный прибор, для которого изготовитель составляет поправочные таблицы в зависимости от температуры и давления. Давление в грузопоршневом манометре определяется весом грузов, который поднимается поршнем измерительного устройства. Давление рассчитывают по формуле

p = P/S

где P — вес грузов, S — площадь поршня

Рис. 2.9. Схема грузопоршневого манометра: 1 — регулятор настройки; 2 — насос; 3 — резервуар; 4 — образцовые грузы; 5 — приемник давления; 6 — указатель подъема; 7 — поршень

Электрические манометры

У манометров с емкостными датчиками давления измерительный элемент образован детекторной мембраной 4 (рис. 2.12) и двумя неподвижными электродами 2, образующими пару конденсаторов. Изменение давления приводит к дисбалансу между двумя конденсаторами. Сигнал, пропорциональный разности их емкостей, обрабатывается электронным контуром.

Рис. 2.10. Схема емкостного датчика: / — изолирующая мембрана; 2 — электроды; 3 — пластины конденсатора; 4 — детекторная мембрана; 5— твердый изолятор; 6 — силиконовое масло; 7— сварные швы

В датчиках сопротивления тонкая мембрана, несущая на себе тензометрические датчики соединена в виде мостика Уитсона и находится под давлением. Дисбаланс мостика при нагрузке порождает пропорциональный ей сигнал.

Различают три типа датчиков сопротивления в зависимости от технологии их изготовления: металлические датчики, наклеенные на мембрану или расположенные в вакууме; полупроводниковые датчики на кремниевых пластинках; датчики, расположенные в виде толстых слоев. В датчиках с дифференциальным трансформатором используется трансформатор, сердечник которого перемещается под действием элемента, деформирующегося под давлением. Возникающее при этом изменение связи между вторичными обмотками трансформатора преобразуется в соответствующий сигнал электронной цепью.