5.2. Рідинні засоби вимірювання тиску

5.2. Рідинні засоби вимірювання тиску

Для рідинних манометрів величиною, що характеризує вимірювальний тиск, є видима висота стовпа (рівня) рідини, який зрівноважується, у скляній вимірювальній трубці. До приладів цього виду відносять однотрубні (чашкові) і двотрубні (U-подібні) манометри. До рідинних засобів вимірювання тиску (різниці тисків і розрідження) з гідростатичним зрівноважуванням, які ще застосовуються у технологічних процесах, відносять поплавкові і дзвонові дифманометри.

Рідинні манометри є досить простими і точними приладами, що служать для визначення невеликих надлишкових тисків, що не перевищують 0,2 МПа. Вони широко застосовуються при дослідницьких і налагоджувальних роботах. У цих манометрах за врівноважувальну рідину використовують ртуть, дистильовану воду або етиловий спирт.

У цей час номенклатура рідинних засобів вимірювання тиску з гідростатичним зрівноважуванням істотно обмежена. Здебільшого вони замінені більш удосконаленими деформаційними засобами вимірю-вання.

Двотрубні манометри. Найбільш часто застосовується двотрубний манометр (рис.5.1), що складається зі скляних вимірювальних трубок 1 і 2, з'єднаних унизу і закріплених на вертикальній підставці 3. Між трубками поміщена міліметрова шкала 4 з нульовою поділкою посередині.

Вимірювальні трубки заповнюються зрівноважувальною рідиною до нульової позначки шкали. Трубка 1 з’єднана гумовою трубкою 5 з вимірювальним середовищем, яке перебуває під абсолютним тиском Ра, а трубка 2 — з атмосферою, яка має тиск Рб. Як правило, трубка 1, зв'язана із середовищем більшого тиску, позначається знаком “+” (плюсова трубка), а трубка 2, зв'язана із середовищем меншого тиску, позначається знаком “—“ (мінусова трубка).

При включенні манометра вимірювальний тиск зрівноважується стовпом рідини висотою h, який відлічується за шкалою приладу. Внаслідок того, що рівень рідини в трубці 1 знизиться, а в трубці 2 відповідно зросте, то загальна висота стовпа h буде дорівнювати сумі поділок, позначених на шкалі вище і нижче нульової поділки.

Якщо зрівноважульною рідиною є вода або спирт, то відлік показань проводиться по нижній межі меніска, а якщо ртуть - то по верхній. Тоді тиск визначається як

.               (5.6)

Таким чином, при вимірюванні надлишкового тиску висота стовпа зрівноважувальної рідини не залежить від площі отвору вимірювальних трубок.

З рівняння (5.6) бачимо, що висоти трубок манометра, обмежуються міцністю і зручністю відліку і не повинні перевищувати 1,5 м, при вимірюванні надлишкових тисків 0,015-0,2 МПа варто застосовувати зрівноважувальну рідину з великою густиною (ртуть), а при більш низьких тисках - з малою (вода, спирт та ін.).

Випускаються двотрубні манометри з діапазоном показань 100, 160, 250, 400, 600 і 1000 мм стовпа рідини.

При вимірюванні тиску двотрубним манометром становить незручність відлік рівнів рідини одночасно в обох вимірювальних трубках. При значних коливаннях вимірювального тиску це утрудняє точне визначення показань приладу. У таких випадках для зменшення коливань рівнів рідини застосовують місцеве звуження перетину сполучної лінії.

Однотрубні манометри. На рис.5.2 показана схема однотрубного манометра, що відрізняється від двотрубного тим, що замість другої вимірювальної трубки має широку посудину (чашку) 1. До нижньої частини посудини приєднана скляна вимірювальна трубка 2, поруч із якою закріплена міліметрова шкала 3. Прилад змонтований на вертикальній підставці 4. Посудина манометра контактує з вимірювальним середовищем за допомогою трубки 5. Вільний кінець вимірювальної трубки з'єднаний з атмосферою. Посудина і вимірювальна трубка заповнюються зрівноважувальноюрідиною до нульової поділки шкали. У більшості випадків зниженням рівня рідини в посудині, тобто h2 (див. рис. 5.2), можна знехтувати і вважати h?h1. Тоді

.                                      (5.7)

Похибка вимірювання однотрубним манометром вища, ніж двотрубним, зате більш зручним для першого є вимірювання рівня рідини в одній трубці.

Мікроманометри. Розглянуті вище рідинні манометри непридатні для вимірювання невеликих тисків, що дорівнюють одиницям або десяткам міліметрів висоти стовпа зрівноважувальноїрідини тому що при цьому похибка стає досить значною. Так, наприклад, при вимірюванні стовпа висотою 10 мм і можливій помилці у відліку показань неозброєним оком в 1 мм відносна похибка становитиме 10%, що неприпустимо.

Для точних вимірювань невеликих тисків газу (повітря) набуває застосування широкий за інтервалом вимірювання рідинний мікроманометр із похилою трубкою.

Цей прилад (рис.5.3) має широку металеву посудину 1, яка з'єднана гнучкою трубкою з вимірювальною скляною трубкою 2, закріпленою на міліметровій шкалі 3. Посудина контактує з вимірювальним середовищем гумовою трубкою 4. Установлення рівня рідини на нульову поділку шкали проводиться гвинтом коректора 5, що переміщає в посудині поршень 6. За допомогою дугоподібної стійки 7 з отворами шкала з вимірювальною трубкою може бути закріплена під п'ятьома кутами нахилу до горизонталі. Прилад змонтований на трикутній плиті 8, обладнаний для правильного установлення двома гвинтовими ніжками 9 і двома взаємно перпендикулярними рівнями 10. Застосування похилої скляної трубки дозволяє, зменшивши кут ? при тій самій висоті стовпа рідини, збільшити його довжину, що підвищує точність відліку.

Тиск Р (Па) за допомогою мікроманометра визначається за формулою

,                               (5.8)

де l — довжина стовпа рідини, відлічуваної за шкалою приладу, мм.

Зрівноважувальною рідиною для мікроманометра служить етиловий спирт. Діапазон показань залежно від кута нахилу трубки при нормальному прискоренні вільного падіння тіл (9,81 м/с2) становить 600, 900, 1200, 1800 і 2400 Па. Клас точності мікроманометра 1. Прилад випускається на робочий тиск середовища 0,01 МПа.

Установлення і виправлення до показань рідинних манометрів. На точність вимірювання тиску за допомогою рідинних манометрів впливають правильність установлення приладу, відлік висоти стовпа і визначення густини зрівноважувальної рідини.

Щоб уникнути перекручування результатів вимірювання, рідинні манометри закріплюються у вертикальному положенні за рівнем в місцях, не підданих вібрації і нагріванню, і які перебувають поблизу місця відбору тиску.

Якщо манометр установлений вище або нижче місця відбору тиску, а сполучна лінія і простір над рідиною в плюсовій вимірювальній трубці або посудині заповнені іншою, більш легкою рідиною (наприклад, водою при вимірюванні ртутним манометром тиску води або пари), необхідно до показань приладу вводити виправлення, що враховує тиск, який створюється стовпом цієї рідини.

Абсолютна похибка вимірювання, що залежить від правильності відліку висоти стовпа рідини неозброєним оком, звичайно становить ±(0,5-1) мм. Застосування оптичних пристосувань (візуалізаторів) помітно зменшує цю похибку.