Пристрій та прилади для вимірювання тиску
Як було показано в розділі 1, тиск може бути абсолютним, надмірною і тиском вакууму. У машинобудівній гідравліці найбільш часто використовуються тиску надлишкові і вакууму, тому вимірювання цих тисків приділимо найбільшу увагу.
Найпростішим приладом для вимірювання надлишкового тиску є пьезометр, який являє собою вертикально встановлену прозору трубку, верхній кінець якої відкритий в атмосферу, а нижній приєднаний до ємності, в якій вимірюється тиск (рисунок 2.2, а). Застосовуючи формулу (2.1) до рідини, укладеної в пьезометр, отримаємо
рабс = РA + ρ ghp,
де рабс - абсолютний тиск в рідині на рівні приєднання пьезометра,
РA - атмосферний тиск.
Звідси висота підйому рідини в пьезометр (пьезометрические висота)
Таким чином, пьезометрические висота є висоту стовпа рідини, що відповідає надлишковому тиску в даній точці.
Вимірювання по пьезометр проводять в одиницях довжини, тому іноді тиску висловлюють в одиницях висоти стовпа певної рідини. Наприклад, атмосферний тиск, що дорівнює 760 мм рт. ст. відповідає висоті ртутного стовпа 760 мм в пьезометр. Підставивши це значення в рівняння (2.3) при ρрт = 13600 кг / м3, отримаємо атмосферний тиск, що дорівнює 1,013 • 105 Па. Ця величина називається фізичної атмосферою. Вона відрізняється від технічної атмосфери, яка відповідає 736 мм рт. ст. Це число можна отримати, якщо підставити в формулу (2.3) різб = 1 ат і обчислити висоту hp.
За допомогою скляної трубки можна виміряти і тиск вакууму, при цьому рідина в трубці опуститься нижче рівня вимірювання (див. Рисунок 2.2, б). В цьому випадку
рабс = РA - ρ ghp,
Формула (2.4) дозволяє визначити максимальну висоту всмоктування рідини. Вважаючи рабс = 0 і не враховуючи тиску насичених парів, отримуємо
При нормальному атмосферному тиску (0,1033 МПа) висота Нmax для води дорівнює 10.33 м, для бензину - 13,8 м, для ртуті - 0,760 м і так далі.
Схеми найбільш поширених рідинних манометрів і вакуумметрів представлені на малюнку 2.3.
Малюнок 2.3 - Схеми рідинних манометрів:
а) U - образний манометр; б) чашковий манометр; в) диференційний манометр;
г) двох-рідинний мікроманометр; д) двох-рідинний чашковий манометр.
П'єзометри прості за конструкцією і забезпечують високу точність вимірювань. Однак вони не дозволяють вимірювати великі тиску. Підтвердимо це на наступному прикладі. Нехай пьезометр необхідно виміряти надлишковий тиск різ6 = 0,1 МПа ≈ 1 ат в рідини з щільністю, рівною щільності води (ρ = 1000 кг / м3). Тоді з формули (2.3) при заданих умовах отримаємо висоту стовпа води в пьезометр Н ≈ 10 м, що є досить значною величиною. У машинобудуванні використовуються більш високі тиску (в сотні атмосфер), що обмежує застосування пьезометров.
Аналогічні за принципом роботи прилади з використанням ртуті дозволяють в 13,6 рази зменшити пьезометрические висоти (ртуть в 13,6 рази важча за воду). Але ртуть отруйна, і такі прилади в машинобудуванні практично перестали застосовуватися.
Широке поширення в техніці для вимірювання тиску отримали пружинні манометри. Основним елементом такого приладу (рисунок 2.4) є пружна тонкостінна трубка 1 (зазвичай латунна). Один з кінців трубки запаяний і рухливий, а другий закріплений, і до нього підводиться вимірюваний тиск. Рухомий кінець трубки 1 кінематично пов'язаний зі стрілкою 3. При зміні тиску він змінює своє положення і переміщує стрілку 3, яка вказує на відповідне число на шкалі 2.
Пружинні прилади для вимірювання вакууму не мають ні принципових, ні конструктивних відмінностей від пружинних манометрів. Пристрої для вимірювання вакууму отримали назву вакуумметрів.
Випускаються також прилади, що дозволяють вимірювати як надлишкові тиску, так і вакуум. Їх прийнято називати мановакуумметрів.
У метеорології вимір абсолютних значень атмосферних тисків проводять за допомогою барометрів. Для машинобудівних систем вимірювання абсолютних тисків практичного значення не має.