Для вимірювання атмосферного або близького до нього тиску застосовують барометри. Ці прилади покази-вают абсолютний тиск повітря. Шкала барометра обмежена областю вимірювання від 680 до 800 мм рт. ст. Барометри застосовують для вимірювання тиску у відкритому просторі. Рідинні барометри. Прилад (рис. 290) являє собою закривання тую з одного кінця U-подібну трубку, запаяний кінець якої значно довше відкритого. Трубку заповнюють ртуттю; над її шаром в запаяному кінці трубки з-здается безповітряний простір. Стовп ртуті в запаяному довгому
Мал. 290. Ртутний барометр: 1 - скляна труб-ка; 2 ртутний стовп; 3 - шкала.
Мал. 291. Схема пристрою коробчатого
/ - коробка з хвилястою кришкою; 2 - пру * жнна; 3 - система важелів; 4 - стрілка.
У табл. 11 наведені співвідношення між вказано-j величинами.
Прилади для вимірювання ТИСКУ
У лабораторній практиці застосовують прилади дл ^ вимірювання тиску - атмосферного і близького до нього>
Хоча всі ці прилади відрізняються по конструкції але принципової різниці між ними немає; все оніЗ вимірюють силу, діючу на одиницю поверхні. ^ Як протидія цій силі служить або стовп> рідини, або сила пружини.
Наприкінці має таку висоту, при якій вага цього стовпа врівноважується вагою стовпа атмосферного воз-духа.
Між обома колінами трубки встановлена подвиж-ва міліметрова шкала; при її допомоги можна изме-рить різниця висот в обох колінах. Ця різниця оавна тиску повітря, вираженому в міліметрах ртутного стовпа.
При точних барометричних вимірах одновремен-но слід визначати і температуру навколишнього про- простору. Це необхідно робити тому, що з зраді-ням температури змінюється щільність ртуті внаслідок
Теплового розширення і зміни тиску парів її J в закритому кінці трубки. Тому отримані баром-тричних значення вимагають уточнення і виправлення в] відповідно до спеціальних таблицями поправок до ба-рометру.
Існують і більш складні форми рідинних ртуті-1 них барометрів.
Металеві барометри розрізняють двох основних конструкцій: коробчаті і трубчасті. У к о р о б ч а | тих барометрів (рис. 291) тиск повітря дей |
Мал. 293. Барограф.
Мал. 292. Схема пристрою трубчастого барометра:
/ - порожниста трубка; 2 - система ри-Чагів; 3 - стрілка.
ствует на хвилясту, дуже еластичну кришку порожньо металевої евакуйованої коробки.
У трубчастих барометрів (рис. 292) та ^ ня повітря діє на плоску зігнуту Нехай всередині металеву трубку - зовнішня поверхні її більше, ніж внутрішня. Невеликі коливання давлеЗ ня повітря за допомогою системи важелів збільшуються і вказуються на шкалі.
Самописні барометри, так називавши мие барографи (рис. 293), забезпечені ричагомл який тисне на писар, що стосується стрічки діаграми -I тиск - час, укріпленої на барабані. Барабан при водиться в рух годинниковим механізмом, завод якої може бути добовим або тижневим.
Прилади для вимірювання тиску більше атмосферного
Для вимірювання тиску більше атмосферного при ^ змінюють манометри (так само іноді називають при |
бори і для визначення тиску нижче атмосферного - див. далі).
Рідинні манометри бувають відкритому-ті і закриті.
Відкриті рідинні манометри застосовуються двох видів: прямі і похилі. Прямий (рис. 294) представ-ляет собою відкриту з обох сторін U-подібну трубку, один кінець якої з'єднують з системою з вимірюваним тиском. Трубка наповнена замикаю-щей рідиною, в якості якої слу-жать вода або ртуть, а також силікони. Перевагою силіконів є те, що вони не змочують, як вода, стінок трубки і при цьому більш чутливі, ніж ртуть, до невеликих коливань тиску.
Оскільки тиск в системі вище атмосферного, стовп ртуті в правому коліні (див. Рис. 294) буде вищою, ніж стовп ртуті в лівому коліні. Різниця їх дорівнює величині h, яка вимірюється за шкалою.
Мал. 294. Рідинної відкритий манометр, прямий.
Відкриті манометри з похилим ко-леном (рис. 295) мають більш високу чутливість в порівнянні з пря-мимі: в похилому коліні рідина просувається на більшу відстань, ніж у вертикальному. Тиск стовпа h (в мм рт. Ст.) В цьому випадку обчислюють путрм множення довжини стовпа рідини / на синус кута нахилу а, т. Е. H - I bin a.
У закритих рідинних манометрах робочим тілом є газ, що знаходиться над замикаючої рідиною (ртуть) в закритому коліні (рис. 29Р-). При вимірі по-підвищеного тиску стовп ртуті в правому коліні підвищена шается і газ стискається. Довжину його стовпа вимірюють за шкалою. Недоліком цих манометрів є те, що ділення шкали у них нерівномірні, т. Е. Більш вузькі для більш високого тиску.
Металеві манометри. Застосовуються манометри з пластинчастої пружиною (рис. 297), у ко-торих, на відміну від барометрів, замість евакуйованої коробки є тільки еластична кришка. на одну
сторону її діє вимірюється тиск (наприклад, в автоклаві), на іншу - атмосферний. Різниця цих тисків вказується стрілкою на шкалі.
Трубчасті пишуть ма-нометри (рис. 298) забезпечені со-гнутих неевакуірованние трубкою, име-нього в розрізі еліптичну фор-му. Цю трубку з'єднують з посудиною, в якому повинно бути виміряна давши-ня.
Мал. 296. Рідинної манометр, закритий.
РНС. 295. Рідинної відкритий манометр, похилий.
Поширені також спеці-ні манометри, у яких на шка-
Мал. 297. Схема пристрою Рис. 298. Схема пристрою
металевого манометра металевого трубчастого
з пластинчастої пружиною. манометра.
ле є червона риска, яка вказує граничне давши-> ня, яке може бути розвинене в апараті або соя суді, забезпеченому таким манометром. За допомогою систе- ..
ми важелів і писаря тиск, розвивається в апараті, записується на спеціальній круглої діаграмі або, якщо застосовано барограф, на плоскій діаграмі тиск - час.
Прилади для вимірювання тиску нижче атмосферного
Для вимірювання тиску нижче атмосферного примі-няют вакуумметри. Існує кілька конструкцій цих приладів, розрахованих на певні межі розрідження (вакууму).
Прості ртутні манометри (вакуумметри), які застосовують для контролю за процесом перегонки під ва-Куум, являють собою LJ-образну трубку і рас-лічені на діапазон тиску від 0 до приблизно 200 мм рт. ст. (Рис. 299). Шкала може бути рухливою, тоді її нульову точку встановлюють на рівні меніска стовпа ртуті в запаяному коліні, або нерухомою. У цьому випадку для визначення тиску слід склади-вать відстані між нулем і обома менисками.
З такими манометрами (вакуумметрами) можна визна-ділячи тиск з точністю до 0,5 мм рт. ст., якщо відраховувати на око, і до 0,02 мм рт. ст., якщо починати відлік з допомогою катетометри. Катетометри є горизонтальну зорову трубу, пересуватися-ся вертикально по станині, встановленої строго вертикально. За допомогою шкали, якою забезпечена станина, і ноніуса положення труби може бути визначено з точ-ністю до 0,01 мм. При отсчетах трубу потрібно встанов-вать так, щоб горизонтальна нитка, натягнута по діа-метру окуляра, завжди збігалася з верхнім краєм мени-ска ртуті. Замір виробляють кілька разів, після чого знаходять середнє арифметичне з усіх відліків. Тиску-ня дорівнюватиме різниці середніх величин, визначених для кожного з менісків манометра (вакуумметра).
Для вимірювання високого вакууму, т. Е. Дуже малих тисків, близько 10
в мм рт. ст., застосовують інші прилади. З них часто користуються манометром Мак? Леода (рис. 300) Цей прилад верхнім кінцем трубки £ припаюють до тієї частини установки, в якій потрібно через міряти тиск. Для вимірювання тиску повільно від-кривают кран 3, впускаючи зовнішнє повітря в резервуар /.
Мал. 300. компресійний манометр (вакуумметр): / - резервуар для ртуті; 2. 8 - трубки; 3, 4 - крани; 5 - бал-лон; 6, 7 - Капілья-ляри.
Під дією атмосферного тиску ртуть піднімається, заповнюючи балон 5, в якому до цього був тиск, що дорівнює тиску в установці. Потрібно пам'ятати, що ртуть в приладі повинна підніматися дуже повільно. Це важ-но тому, що при швидкому підйомі можливі аварії внаслідок поштовхів або ударів ртуті об стінки приладу. Для полегшення регулювання впуску повітря через
Мал. 299. Простий ртутний манометр
а - вихідне положення; б - положення прн через вимір.
кран 3 його вхідний отвір слід з'єднати гумовою трубкою з капіляром. Через цей капіляр повітря буде надходити в прилад з необхідною швидкістю. Регулювати швидкість підйому можна також за допомогою крана 4. Коли балон 5 заповниться ртуттю, що знаходиться в ньому раніше газ буде стиснутий в капілярі 6. Тому вимірювати-j мій тиск можна обчислити за формулою Бойля - \ Маріотта, виходячи з того, що обсяг стисненого газу Vi ЙЧ його тиск Р1 відомі, як відомий і обсяг газу V0 i до стиснення:
Обсяг газу до Стиснення дорівнює сумі ємностей балона 5, широкої трубки вище мітки з і капіляра 6. Ці вели-чини повинні бути визначені ще до того, як манометр буде упаяний в установку *.
Тиск стисненого газу знаходять по різниці рівнів ртуті в капілярах 6 і 7.
Для обладнання звичайного манометра Мак-Леода потрібно від 5 до 10 кг ртуті. Тому необхідно дуже обережно поводитися з приладом, так як завжди є небезпека розбити його і розлити ртуть. Безпечнішим-ні умови роботи створюються при використанні мано-
Мал. 301. Манометр Мозера (вакуумметр): а - вихідне положення; б - положення при вимірюванні.
метра (вакуумметра) Мозера, який заповнюється значно меншою кількістю ртуті (рис. 301). Ма-нометр Мозера діє за тим же принципом, що і манометр Мак-Леода, але для його наповнення потрібно всього лише 80-300 г ртуті. Ці прилади мають найчастіше три області вимірювання: від 500 до 10 мм рт. ст., від Ю -1 до 10 мм рт. ст. і від Ю -1 до Ю -4 мм рт. ст.
За допомогою шліфа прилад з'єднують з апаратом, в якому потрібно виміряти тиск. При вимірі манометр повертають проти годинникової стрілки до тих
* Детальний опис методу визначення цих величин см. Герасимов Я. П. Древінг В. П. Коман-Д і н А. В. Хімічна термодинаміка, Изд. МГУ, 1951.
пір, поки ртутний меніск у зовнішній трубці не досягне деякого граничного рівня. За рівнем меніска ртуті у внутрішньому коліні, забезпеченому логарифмічною шка-лій, визначають тиск в системі (в мм рт. Ст.) Перед кожним відліком манометр (вакуумметр) слід спочатку. привести в початкове положення, т. е. куля повинна бути опущений вниз.
Інші способи вимірювання вакууму
Крім описаних, існує ще кілька способів визна-лення високого вакууму. Так, вакуумметр Пірані заснований на залежності теплопровідності газів від тиску. У іонізаційних вакуумметрах Пеннінга використано освіту іонів при зіткненні молекул газу з електронами. Молярний вакуумметр Геде заснований, на вимірі сили удару молекул газу. Всі ці прилади дозволяють вимірювати тиск до 10 _в мм рт. ст. Робота з цими вакуумметра-ми докладно описана в інструкціях, прикладених до приладів.