9-2. Микроманометры

Микроманометры являются переносными приборами, их применяют в лабораторной практике и в промышленных условиях при проведении испытаний теплосиловых и других установок для измерения малых давлений, разрежений или разностей давлений воздуха и неагрессивных газов. Приборы этого типа в зависимости от их назначения подразделяются на рабочие и образцовые микроманометры. Рабочие микроманометры в свою очередь подразделяются на приборы технические и повышенной точности.

Рис. 9-2 1. Схема микроманометра с наклонной трубкой.

На рис. 9-2-1 показана схема микроманометра с наклонной стеклянной измерительной трубкой. Наклон измерительной трубки в этом приборе сделан с целью уменьшения погрешности измерений. В качестве рабочей жидкости в микроманометрах этого типа применяют этиловый спирт, который заливают в широкий сосуд настолько, чтобы уровень его в наклонной трубке находился против нулевой отметки шкалы. Длина шкалы у микроманометров с наклонной трубкой выполняется обычно равной

При измерении давления в каком-либо объекте к нему присоединяют с помощью трубки широкий сосуд прибора, а при измерении разрежения — наклонную трубку. В случае измерения разности давлений большее давление подается в сосуд, а меньшее — в измерительную трубку.

Пусть под действием измеряемого давления, разрежения или разности давлений воздуха уровень жидкости в трубке, наклоненной на угол а к горизонтальной плоскости, поднимется по вертикали на высоту в широком сосуде опустится на тогда разность высот уровней рабочей жидкости в приборе, уравновешивающая измеряемую величину, будет равна:

где

Здесь длина столба жидкости в наклонной трубке.

Если соответственно площадь сечения наклонной трубки и сосуда, то

т. е. объем жидкости, заключенный в наклонной трубке, равен объему жидкости, вытесненной из широкого сосуда. Подставив в уравнение (9-2-1) из уравнений (9-2-2) и (9-2-3), получим:

Если плотность рабочей жидкости, -местное ускорение свободного падения, выражены в то значение измеряемого давления, Па, рассчитывают по формуле

С помощью микроманометров давление, разрежение или разность давлений обычно измеряют в В этом случае уравнение (9-2-4) принимает вид:

где множитель для перевода значения давления, выраженного в Па, в значение, выраженное в

Если в уравнении (9-2-5) принять то получим:

где — отсчет по шкале прибора, плотность спирта, постоянная прибора, согласно формуле

Пример. Микроманометр имеет шкалу плотность заполняющего прибор этилового спирта угол наклона измерительной трубки отношение .

Определим значение постоянной прибора, пользуясь формулой (9-2-7)

Пользуясь уравнением (9-2-6), определим верхний предел измерения прибора:

Если то значение постоянной прибора может быть определено и без учета поправки на отношение В этом случае имеем:

где постоянная прибора.

Если для микроманометра значение постоянной или было определено с учетом то он должен заполняться спиртом

с плотностью, значение которой указано на приборе. В противном случае значения постоянных должны быть умножены на поправочный множитель, равный

где фактическое значение плотности спирта.

Перед заполнением прибора спиртом, чаще всего содержащим некоторое количество воды, необходимо предварительно определить его плотность

По схеме, показанной на рис. 9-2-1, выполняют микроманометры с переменным углом наклона измерительной трубки. Благодаря этому прибор может иметь несколько диапазонов измерения.

Рис. 9-2-2. Схема микроманометра типа

В качестве примера рассмотрим устройство микроманометра типа ММН с пятью диапазонами измерения Схема этого прибора представлена на рис. 9-2-2. Прибор состоит из широкого сосуда 7, измерительной трубки закрепленной на поворотном кронштейне, и приспособления 8 для фиксации угла наклона а измерительной трубки. Сосуд и все другие детали прибора укреплены на общем основании 4. Микроманометр имеет шкалу Прибор снабжен двумя уровнями 3 с цилиндрическими ампулами. Для установки прибора по уровням служат два винта (2 и 5). Для установки в измерительной трубке уровня жидкости против нулевой отметки шкалы служит вытеснитель 6.

Для изменения диапазона измерения кронштейн с измерительной трубкой может быть установлен под пятью различными фиксированными углами наклона к горизонтальной плоскости. Каждому фиксированному углу наклона измерительной трубки, а следовательно, и заданному диапазону измерения соответствует определенное значение постоянной прибора.

Для фиксации кронштейна с измерительной трубкой при заданном значении постоянной прибора служит установочная дуга 8

с отверстиями. Кронштейн соединяется с дугой в нужном рабочем положении с помощью конического штифта, который на схеме прибора не показан. Значения постоянных микроманометра (0,2; 0,3; 0,4; 0,6 и 0,8) для указанных выше пяти диапазонов измерения и при заполнении его этиловым спиртом плотностью обозначены против отверстий на установочной дуге. Приборы этого типа выпускаются классов точности 0,5 и 1.

Рис. 9-2-3. Микроманометр типа АЛД.

Для более точного измерения малых давлений, разрежений или разностей давлений применяют микроманометры, снабженные оптическим устройством и двумя шкалами или нониусом, и микроманометры компенсационного типа.

На рис. 9-2-3 показан схематично микроманометр типа АЛД. Высокая точность измерения высоты столба жидкости достигается с помощью оптического устройства 1, состоящего из лупы 12 и вогнутого зеркала 11. Оптическое устройство укреплено на каретке 5, которая является одновременно гайкой микрометрического винта 4. При вращении микрометрического винта с помощью рукоятки 2, каретка-гайка будет перемещаться вверх или вниз. Когда указатель каретки находится на уровне мениска жидкости в измерительной стеклянной трубке 10, то через лупу виден как сам мениск, так и его перевернутое изображение в вогнутом зеркале. Когда прямое и перевернутое изображения соприкоснутся, можно производить отсчет показаний по шкалам 3 и 6. По вертикальной шкале 6 с делениями от 0 до и ценой деления отсчитываются целые числа миллиметров, а по круговой шкале 3 — доли деления. Шкала 3 разделена на 40 частей, и при шаге микрометрического винта цена деления этой шкалы

Микроманометр снабжен термометром 9 для определения температуры спирта в металлическом сосуде, уровнем 7 и установочными винтами 8.

Верхний предел измерения при заполнении микроманометра спиртом-ректификатом равен Пределы допускаемой основной погрешности рабочих микроманометров типа АЛД не превышают ±0,10%, а образцовых — ±0,05% верхнего предела измерений.

По схеме прибора, показанного на рис. 9-2-3, выполняется микроманометр типа Прандтля. В приборе этого типа металлический сосуд сообщается со стеклянной трубкой с помощью особого крана — переключателя. Этот кран допускает: непосредственное соединение трубки с сосудом, их соединение через три капиллярных канала различной длины, а также разъединение трубки и сосуда. Три капиллярных канала крана являются демпфирующим приспособлением, необходимым при измерении колеблющихся давлений, разрежений или разностей давлений.

Микроманометры типа Прандтля изготовляются с верхними пределами измерения Пределы допускаемой основной погрешности рабочих приборов не превышают соответственно ±0,08 и ±0,06%, а образцовых верхнего предела измерений.

Рассмотрим микроманометр типа ММ, показанный на рис. 9-2-4. Он является прибором компенсационного типа и предназначается для измерения давления, разрежения или разности давлений воздуха и неагрессивных газов. Микроманометр состоит из двух сосудов 7 и 8, соединенных между собой резиновой трубкой

Рис. 9-2-4. Микроманометр компенсационного типа ММ.

10. В центре сосуда 7 имеется гайка, через которую проходит микрометрический винт 11. Нижний конец микрометрического винта шарнирно соединен со станиной прибора, а верхний скреплен неподвижно с головкой 2. Таким образом, вращая головку 2, можно сосуд 7 перемещать вверх или вниз вдоль оси винта И. Сосуд 7 перемещают до тех пор, пока уровень воды в сосуде 8 не коснется острия визирного штифта 9. Луч света, попадающий через боковое стекло 13, дает возможность наблюдать касание острия визирного штифта с его отражением от поверхности воды через специальное оптическое устройство, показанное на рис. 9-2-4.

Перед началом работы прибор устанавливают по уровню, а указатель 6 и головку 2 устанавливают на нулевые отметки. Затем наполняют сосуды дистиллированной водой так, чтобы острие визирного штифта, видимое в зеркале, касалось своего отражения.

Для точной подгонки нуля поднимают или опускают сосуд 8, вращая гайку 4. При измерении разрежения объект присоединяется к наконечнику 12, а при измерении давления — к наконечнику 3. Если необходимо измерить разность давлений, то область с большим давлением присоединяют к наконечнику меньшим — к наконечнику 12.

Под влиянием давления или разности давлений вода в сосуде 7 поднимется, а в сосуде 8 опустится. Вращая головку 2, поднимают сосуд 7 и добиваются в зеркале совпадения вершины визирного штифта со своим отражением. Отсчет измеренного давления производят в миллиметрах водяного столба непосредственно по двум шкалам: целое число делений отсчитывается по шкале 5, а дробные подразделения — по шкале 1. Шкала 5 имеет деления через а шкала 1 разделяется на 200 частей с ценой деления, равной

Микроманометры типа изготовляются с диапазонами измерений Пределы допускаемой основной погрешности рабочих приборов на указанные диапазоны измерений не превышают ±0,12 мм вод. ст., а образцовых ±0,06 мм вод. ст.