Манометр

МанометрМАНОМЕТР, прибор для измерения степени упругости жидкостей и газов, заключенных в замкнутом пространстве. В технике манометры для измерения упругости меньше одной атмосферы получили специальное название вакууметров.

По устройству манометры можно разделить на два типа: манометры с жидкостью, измеряющие давление высотой столба жидкости, и манометры пружинные, измеряющие давление посредством трубчатой пружины или упругой мембраны, изменяющих свою кривизну пропорционально производимому на их стенки давлению. В лабораторной практике наибольшее применение имеют манометры с жидкостью (ртуть, вода, масло и т. п.) вследствие простоты устройства таких приборов, надежности и точности их показаний. В промышленной практике такого рода приборы могут иметь лишь ограниченное применение, так как они неудобны для измерения высоких давлений и требуют специальной покойной установки и весьма бережного обращения.

График поправки на температуру для ртутного манометраДля измерения давления в 1 atm ртутный манометр должен иметь высоту не менее 0,8 м, а, следовательно, для измерения давления, например, 100 atm потребовалась бы длина около 80 м. Если ртуть заменить водой, жидкостью почти в 13,5 раз более легкой, чем ртуть, то для измерения того же давления в 100 atm понадобилась бы трубка длиной почти в 1 км. Самый длинный ртутный манометр во всем мире устроен на Эйфелевой башне в Париже; при помощи этого манометра можно измерять давления до 400 atm.

Устройство ртутного манометра для измерения небольших давлений или разреженийДля уменьшения высоты манометров с жидкостью можно устраивать их в форме ряда U-образных трубок, соединенных между собой и наполненных наполовину ртутью, наполовину водой. Общая высота столба жидкости т. о. может быть сделана как угодно большой в зависимости от высоты каждого колена и их числа. В Главной палате мер и весов в Ленинграде устроен такой манометр, занимающий относительно небольшое место и дающий возможность измерять с большой точностью давления до 100 atm. При измерении давления ртутным манометром необходимо принимать во внимание изменение удельного веса ртути с температурой; обычно градуировка делается полагая температуру столба равной 0°С; при более высокой температуре необходимо уменьшать показания манометра на величину, указанную на графике фиг. 1. Устройство ртутного манометра для измерения небольших давлений или разрежений видно на фиг. 2.

Главной частью пружинного манометра является дугообразно изогнутая трубка из достаточно упругого материала, имеющая овальное сечениеМанометры пружинные, как выше замечено, основаны на применении металлической пружины или упругой металлической мембраны, деформирующихся под действием давления на них жидкости или газа. Если эту деформацию при помощи системы передаточных рычагов и зубчаток передать вращающейся указательной стрелке, то получится простой прибор для измерения давления в том замкнутом пространстве, с которым соединена пружина манометра. Главной частью пружинного манометра является дугообразно изогнутая трубка а (фиг. 3) из достаточно упругого материала, имеющая овальное сечение. Если открытый конец этой трубки закрепить неподвижно на стойке б и нагнетать через него в закрытую с другого конца трубку газ или жидкость, то трубка под влиянием внутреннего давления раскручивается и закрытый свободный ее конец отклоняется на угол, пропорциональный, в определенных пределах давлений, величине последнего.

Это перемещение конца трубки передается при помощи тяги в зубчатому сектору з, который зацепляется с шестеренкой, сидящей на оси стрелки. Как длина тяги в, так и точка присоединения ее к сектору сделаны изменяющимися, чтобы дать возможность выверки прибора, а именно: изменяя длину тяги в, можно поставить стрелку на нуль, а перемещая точку соединения ее с сектором, изменяют передаточное отношение и таким образом приноравливают его к индивидуальным особенностям пружины. В пластинчатых, или мембранных, манометрах (фиг. 4) давление измеряется величиной деформации упругой мембраны а; движения ее передаются стержнем б через промежуточный рычажок в на зубчатый сектор г, зацепляющийся с шестеренкой, которая сидит на оси стрелки. Небольшая спиральная пружина д (фиг. 3 и 4) служит для силового замыкания всех отдельных членов передаточного механизма и предотвращения мертвого хода.Пластинчатый или мембранный манометр

Теория манометрической трубки до настоящего времени не может считаться достаточно полно разработанной, и все расчеты, производимые по формулам, предложенным разными исследователями этого вопроса, не дают результатов, вполне совпадающих с данными практики. Наиболее удовлетворительное решение этой задачи предложено известным голландским математиком и физиком Лоренцом, который вывел формулу для приближенного расчета размеров манометрической трубки, предназначенной для измерения давлений в определенных пределах. Эта формула вполне подтверждает выработанные практикой требования, предъявляемые к манометрической трубке, а именно: сечение трубки должно иметь овальную форму, причем большая ось овала должна быть перпендикулярна к плоскости витка пружины. При таком устройстве трубка при возрастании внутри ее давления подвергается раскручиванию. Если же малая ось овала перпендикулярна к плоскости витка, то такая трубка с возрастанием давления закручивается. При просвете трубки круговой формы давление не изменяет кривизны трубки, и такая трубка для изготовления манометров не пригодна. В СССР приказом по ВСНХ от 28 февраля 1925 г. № 512 введена обязательная поверка манометров, устанавливаемых на паровых котлах и других машинах, где требуется измерять давление или разрежение. Поверка манометров осуществляется путем присоединения их к замкнутому пространству, в котором поддерживается определенное давление.

Величина давления или определяется особо точными, т.н. контрольными манометрами или обусловливается самым способом образования давления, как например, в так называемом поршневом манометре, изображенном на фиг. 5. Поршень а проходит через плотно пришлифованный сальник в цилиндр б, сообщающийся посредством канала в с испытуемыми приборами. В верхней своей части поршень несет платформу, на которую кладут грузы г, рассчитанные таким образом, что каждый из них вызывает увеличение давления на определенное число единиц. Для этого их делают обычно веса (в кг), кратного эффективной площади поршня в см2; последняя несколько отлична от геометрической площади поперечного сечения поршня и определяется опытом. Для уничтожения влияния трения между стенками цилиндра и поршнем, последний перед отсчетом приводят во вращение. В виду того, что манометрическая трубка работает правильно только в определенных пределах давлений, как общее правило установлено, что каждый манометр может применяться для измерения давлений, находящихся в пределах между - 1/3 и 2/3 наибольшего давления, для которого предназначен данный прибор. Для измерения давления газов или жидкостей, химически действующих на пружину манометра, применяются трубки из материала, не подвергающегося этому действию. Особенную опасность представляют случаи, когда газ или жидкость могут образовывать горючее или взрывчатое соединение с металлом трубки. Поэтому, например, для измерения давления сжатого кислорода нельзя применять манометр, если в нем имеются какие-либо органические вещества (масло, бумага и т. п.). Для измерения давления ацетилена нельзя применять манометр с медной пружиной, так как образующееся при действии ацетилена соединение с медью - вещество взрывчатое. Для измерения давления аммиака нельзя также применять медные пружины, так как аммиак действует химически на медь и быстро разрушает прибор.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 12 - 1932 г.