Розділ дев'ятий. РІДИННІ ПРИЛАДИ ТИСКУ З бачимо РІВНЕМ
9-1. Прилади U-образні і чашкові
Прилади U-образні (двотрубні) і чашкові (однотрубні) відносяться до групи рідинних приладів з видимим рівнем. Вони застосовуються в якості манометрів (напоромери) для вимірювання надлишкового тиску повітря і неагресивних газів до вод. ст. (7000 Па) і 735 мм рт. ст.
(0,1 МПа), тягоміри для виміру розрідження газових середовищ до 700 мм вод. ст. (7000 Па), вакуумметрів для вимірювання вакууму (розрідження) до 760 мм рт. ст. (0,101 МПа) і диференціальних манометрів для вимірювання різниці тисків неагресивних газів, що знаходяться під тиском, близьким до атмосферного, до 700 мм вод. ст. (7000 Па) і неагресивних рідин, газів і парів, що знаходяться під тиском більше до
Прилади -образні і чашкові використовуються в промисловості як місцеві прилади, т. Е. Вони встановлюються на майданчиках обслуговування або на окремих елементах технологічного обладнання. Прилади цього типу застосовують в якості контрольних і зразкових манометрів і вакуумметрів для повірки робочих приладів, розрахованих на ті ж діапазони вимірювання тиску, розрідження або різниці тисків.
На рис. 9-1-1 показана схема -образного (двотрубного) манометра. Він складається з -образної скляної трубки, що заповнюється приблизно до половини своєї висоти робочої рідиною,
Мал. 9-1-1. Схема -образного (двотрубного) манометра.
і шкали, що дозволяє робити відлік рівнів в обох колінах. Вимірюється тиск, розрідження або різниця тисків врівноважується і вимірюється стовпом робочої рідини, який визначається як сума стовпів в обох колінах. При цьому усувається похибка через деякого можливого відмінності перетинів обох колін -образної трубки.
В якості робочої рідини зазвичай застосовують воду або ртуть, а іноді і інші рідини. Внутрішній діаметр скляної трубки для виготовлення -образного приладу повинен бути не менше і по можливості однаковий по всій її довжині. При малому діаметрі трубки капілярні властивості води не дозволяють застосовувати її в якості робочої рідини в приладах цього типу. У цьому випадку в якості робочої рідини рекомендується застосовувати спирт.
При застосуванні -образний манометр повинен встановлюватися вертикально по схилу.
Для вимірювання надлишкового тиску в об'єкті праве коліно трубки приладу з'єднують з об'єктом, а ліве залишають відкритим (повідомленими з атмосферою); при вимірюванні розрідження - ліве коліно приладу з'єднують з об'єктом, а праве - залишають відкритим. При вимірюванні різниці тисків більший тиск підводиться до правого, а менша - до лівого коліна трубки приладу.
Зазвичай за допомогою -образного приладу тиск, розрідження або різниця тисків вимірюють в міліметрах водяного або ртутного стовпа. Результат вимірювання може бути виражений не в міліметрах стовпа робочої рідини, а в паскалях за формулою
де місцеве прискорення вільного падіння, різниця рівнів робочої рідини, щільність робочої рідини, щільність середовища над робочою рідиною,
Якщо рівняння (9-1-1) набирає вигляду:
Для перекладу значення тиску, вираженого в Па, в значення, виражене в необхідно отриманий результат помножити на 0,102.
Якщо відлік висоти стовпа робочої рідини по -образні приладу виробляють неозброєним оком, то при ціні поділки шкали в при відліку в двох колінах межі допустимої основної похибки вимірювання тиску, розрідження або різниці тисків не перевищують стовпа робочої рідини (при. Цьому враховується і похибка самої шкали ). Значення щільності робочих рідин, найбільш часто вживаних в цих приладах (вода, ртуть), можуть бути взяті з таблиць з похибкою, що не перевищує 0,005%, При цьому необхідно бути впевненим у чистоті взятих рідин. Таким чином,
практично похибка визначення щільності робочої рідини настільки мала, що на точність вимірювання вона впливати не може і відносна похибка при вимірюванні тиску, розрідження або різниці тисків -образним приладом залежить в основному від висоти стовпа робочої рідини і точності його відліку.
Для збільшення точності відліку висоти стовпа робочої рідини -образні прилади підвищеної точності і зразкові постачають дзеркальною шкалою. Для приладів такого типу межі допустимої основної похибки показів не перевищують стовпа робочої рідини.
Мал. 9-1-2. Схема чашкового (однотрубного) манометра.
Чашковий (однотрубний) манометр, показаний на рис. 9-1-2, складається з циліндричної посудини і сполученої з ним вимірювальної скляної трубки. При цьому площа перерізу судини значно більше, ніж вимірювальної трубки. Робочу рідину (воду, ртуть або іншу рідину) заливають в широкий посудину настільки, щоб рівень її в вимірювальної трубці знаходився проти нульової позначки шкали. При вимірюванні тиску в об'єкті його з'єднують за допомогою трубки з посудиною приладу, а при вимірі розрідження - з вимірювальної трубкою. При вимірюванні різниці тисків більший тиск подається в посудину, а менша - в вимірювальну трубку.
Нехай під дією тиску, розрідження або різниці тисків рідина в вимірювальної трубці підніметься на висоту а в широкому посудині опуститься на висоту тоді висота стовпа відповідна вимірюваній величині, буде дорівнює:
Якщо площа перерізу вимірювальної трубки, а - широкого судини, то
так як обсяг рідини в вимірювальної трубці дорівнює обсягу рідини, витісненої з широкого судини.
Вирішивши рівняння (9-1-3) і (9-1-4) щодо отримаємо:
т. е. справжня висота стовпа відповідна вимірюваній величині, більше відлічуваної висоти на значення або де внутрішні діаметри вимірювальної трубки і широкого судини,
За допомогою однотрубного манометра тиск, розрідження або різниця тисків зазвичай вимірюють в міліметрах стовпа робочої
рідини. В цьому випадку вимірюється тиск визначають за формулою (9-1-5).
Якщо результати вимірювання повинні бути виражені не в міліметрах стовпа робочої рідини, а в паскалях, то користуються формулами (9-1-1), (9-1-2) і (9-1-5).
Основною перевагою чашкового приладу перед -образ-ним є те, що він дозволяє виробляти тільки один відлік. В цьому випадку при ціні поділки шкали в відлік висоти стовпа в вимірювальної трубці може бути проведений з похибкою, що не перевищує ± 1 стовпа робочої рідини. Так як при вимірюванні тиску, розрідження або різниці тисків однотрубним приладом рівень рідини в широкому посудині знижується, то необхідно вводити поправку в його показання або попередньо градуювати прилад в одиницях тиску з урахуванням цієї поправки. Похибками самої шкали і визначення щільності робочої рідини можна знехтувати.
Якщо відношення то при підвищенні рівня робочої рідини в вимірювальної трубці на висоту в широкому посудині рівень рідини знизиться на 0,0025 цієї висоти, т. Е. На 0,25%, і похибка вимірювання буде дорівнює де Д-похибка відліку стовпа робочої рідини стовпа робочої рідини.
Похибками визначення щільності робочої рідини і вимірювання діаметрів судини і трубки можна знехтувати внаслідок їх малості.
Приклад. Виміряна висота стовпа похибка відліку стовпа складе 1 мм вод.ст. похибка за рахунок зміни рівня рідини в посудині дорівнює Таким чином, похибка вимірювання стовпа робочої рідини дорівнює 3 мм вод. ст.
Для робочих однотрубних манометрів межа допустимої основної похибки не повинен перевищувати стовпа робочої рідини. Однотрубні прилади з відношенням можуть мати шкалу, градуйовану в міліметрах. В іншому випадку шкала приладу градуюється в одиницях тиску. Чашкові прилади, у яких в якості робочої рідини використовується спирт, мають шкалу, градуйовану в одиницях тиску.
При вимірі малих тисків, розрідження або різниць тисків, що виражаються висотою стовпа робочої рідини в кілька десятків міліметрів, -образні і чашкові прилади замінюють більш точними приладами, званими мікроманометрами.
Конструктивне оформлення -образних і чашкових приладів залежить головним чином від граничного допускається робочого надлишкового тиску, на який розраховані, прилади. В цьому відношенні -образні і чашкові прилади можна розділити на чотири групи: для малого (до або), низького (до або), середнього (до, або
) І високого тиску і вище, або і вище).
З конструктивним оформленням і технічними характеристиками приладів першої групи (манометрів, тягоміри, тягонапоромеров і вакуумметрів), а також другий, третьої і четвертої групи (диференціальними манометрами) можна познайомитися в довідковій літературі.