ГЛАВА ДЕВЯТАЯ. ЖИДКОСТНЫЕ ПРИБОРЫ ДАВЛЕНИЯ С ВИДИМЫМ УРОВНЕМ

9-1. Приборы U-образные и чашечные

Приборы U-образные (двухтрубные) и чашечные (однотрубные) относятся к группе жидкостных приборов с видимым уровнем. Они применяются в качестве манометров (напоромеров) для измерения избыточного давления воздуха и неагрессивных газов до вод. ст. (7000 Па) и 735 мм рт. ст.

(0,1 МПа), тягомеров для измерения разрежения газовых сред до 700 мм вод. ст. (7000 Па), вакуумметров для измерения вакуума (разрежения) до 760 мм рт. ст. (0,101 МПа) и дифференциальных манометров для измерения разности давлений неагрессивных газов, находящихся под давлением, близким к атмосферному, до 700 мм вод. ст. (7000 Па) и неагрессивных жидкостей, газов и паров, находящихся под давлением более до

Приборы -образные и чашечные используются в промышленности как местные приборы, т. е. они устанавливаются на площадках обслуживания или на отдельных элементах технологического оборудования. Приборы этого типа применяют в качестве контрольных и образцовых манометров и вакуумметров для поверки рабочих приборов, рассчитанных на те же диапазоны измерения давления, разрежения или разности давлений.

На рис. 9-1-1 показана схема -образного (двухтрубного) манометра. Он состоит из -образной стеклянной трубки, заполняемой примерно до половины своей высоты рабочей жидкостью,

Рис. 9-1-1. Схема -образного (двухтрубного) манометра.

и шкалы, позволяющей производить отсчет уровней в обоих коленах. Измеряемое давление, разрежение или разность давлений уравновешивается и измеряется столбом рабочей жидкости, определяемым как сумма столбов в обоих коленах. При этом устраняется погрешность из-за некоторого возможного различия сечений обоих колен -образной трубки.

В качестве рабочей жидкости обычно применяют воду или ртуть, а иногда и другие жидкости. Внутренний диаметр стеклянной трубки для изготовления -образного прибора должен быть не менее и по возможности одинаков по всей ее длине. При малом диаметре трубки капиллярные свойства воды не позволяют применять ее в качестве рабочей жидкости в приборах этого типа. В этом случае в качестве рабочей жидкости рекомендуется применять спирт.

При применении -образный манометр должен устанавливаться вертикально по отвесу.

Для измерения избыточного давления в объекте правое колено трубки прибора соединяют с объектом, а левое оставляют открытым (сообщенным с атмосферой); при измерении разрежения — левое колено прибора соединяют с объектом, а правое — оставляют открытым. При измерении разности давлений большее давление подводится к правому, а меньшее — к левому колену трубки прибора.

Обычно с помощью -образного прибора давление, разрежение или разность давлений измеряют в миллиметрах водяного или ртутного столба. Результат измерения может быть выражен не в миллиметрах столба рабочей жидкости, а в паскалях по формуле

где местное ускорение свободного падения, разность уровней рабочей жидкости, плотность рабочей жидкости, плотность среды над рабочей жидкостью,

Если уравнение (9-1-1) принимает вид:

Для перевода значения давления, выраженного в Па, в значение, выраженное в необходимо полученный результат умножить на 0,102.

Если отсчет высоты столба рабочей жидкости по -образному прибору производят невооруженным глазом, то при цене деления шкалы в при отсчете в двух коленах пределы допускаемой основной погрешности измерения давления, разрежения или разности давлений не превышают столба рабочей жидкости (при. этом учитывается и погрешность самой шкалы). Значения плотности рабочих жидкостей, наиболее часто применяемых в этих приборах (вода, ртуть), могут быть взяты из таблиц с погрешностью, не превышающей 0,005%, При этом необходимо быть уверенным в чистоте взятых жидкостей. Таким образом,

практически погрешность определения плотности рабочей жидкости настолько мала, что на точность измерения она влиять не может и относительная погрешность при измерении давления, разрежения или разности давлений -образным прибором зависит в основном от высоты столба рабочей жидкости и точности его отсчета.

Для увеличения точности отсчета высоты столба рабочей жидкости -образные приборы повышенной точности и образцовые снабжают зеркальной шкалой. Для приборов такого типа пределы допускаемой основной погрешности показаний не превышают столба рабочей жидкости.

Рис. 9-1-2. Схема чашечного (однотрубного) манометра.

Чашечный (однотрубный) манометр, показанный на рис. 9-1-2, состоит из цилиндрического сосуда и сообщающейся с ним измерительной стеклянной трубки. При этом площадь сечения сосуда значительно больше, чем измерительной трубки. Рабочую жидкость (воду, ртуть или другую жидкость) заливают в широкий сосуд настолько, чтобы уровень ее в измерительной трубке находился против нулевой отметки шкалы. При измерении давления в объекте его соединяют с помощью трубки с сосудом прибора, а при измерении разрежения — с измерительной трубкой. При измерении разности давлений большее давление подается в сосуд, а меньшее — в измерительную трубку.

Пусть под действием давления, разрежения или разности давлений жидкость в измерительной трубке поднимется на высоту а в широком сосуде опустится на высоту тогда высота столба соответствующая измеряемой величине, будет равна:

Если площадь сечения измерительной трубки, а — широкого сосуда, то

так как объем жидкости в измерительной трубке равен объему жидкости, вытесненной из широкого сосуда.

Решив уравнения (9-1-3) и (9-1-4) относительно получим:

т. е. действительная высота столба соответствующая измеряемой величине, больше отсчитываемой высоты на значение или где внутренние диаметры измерительной трубки и широкого сосуда,

С помощью однотрубного манометра давление, разрежение или разность давлений обычно измеряют в миллиметрах столба рабочей

жидкости. В этом случае измеряемое давление определяют по формуле (9-1-5).

Если результаты измерения должны быть выражены не в миллиметрах столба рабочей жидкости, а в паскалях, то пользуются формулами (9-1-1), (9-1-2) и (9-1-5).

Основным достоинством чашечного прибора перед -образ-ным является то, что он позволяет производить только один отсчет. В этом случае при цене деления шкалы в отсчет высоты столба в измерительной трубке может быть произведен с погрешностью, не превышающей ±1 столба рабочей жидкости. Так как при измерении давления, разрежения или разности давлений однотрубным прибором уровень жидкости в широком сосуде понижается, то необходимо вводить поправку в его показания или предварительно градуировать прибор в единицах давления с учетом этой поправки. Погрешностями самой шкалы и определения плотности рабочей жидкости можно пренебречь.

Если отношение то при повышении уровня рабочей жидкости в измерительной трубке на высоту в широком сосуде уровень жидкости понизится на 0,0025 этой высоты, т. е. на 0,25%, и погрешность измерения будет равна где Д—погрешность отсчета столба рабочей жидкости столба рабочей жидкости.

Погрешностями определения плотности рабочей жидкости и измерения диаметров сосуда и трубки можно пренебречь вследствие их малости.

Пример. Измеренная высота столба погрешность отсчета столба составит 1 мм вод.ст., погрешность за счет изменения уровня жидкости в сосуде равна Таким образом, погрешность измерения столба рабочей жидкости равна 3 мм вод. ст.

Для рабочих однотрубных манометров предел допускаемой основной погрешности не должен превышать столба рабочей жидкости. Однотрубные приборы с отношением могут иметь шкалу, градуированную в миллиметрах. В противном случае шкала прибора градуируется в единицах давления. Чашечные приборы, у которых в качестве рабочей жидкости используется спирт, имеют шкалу, градуированную в единицах давления.

При измерении малых давлений, разрежений или разностей давлений, выражающихся высотой столба рабочей жидкости в несколько десятков миллиметров, -образные и чашечные приборы заменяют более точными приборами, называемыми микроманометрами.

Конструктивное оформление -образных и чашечных приборов зависит главным образом от предельного допускаемого рабочего избыточного давления, на который рассчитаны, приборы. В этом отношении -образные и чашечные приборы можно разделить на четыре группы: для малого (до или ), низкого (до или ), среднего (до , или

) и высокого давления и выше, или и выше).

С конструктивным оформлением и техническими характеристиками приборов первой группы (манометров, тягомеров, тягонапоромеров и вакуумметров), а также второй, третьей и четвертой группы (дифференциальными манометрами) можно познакомиться в справочной литературе.