Манометры

Из предыдущих уроков мы знаем, что для измерения атмосферного давления используют барометры: ртутные и анероиды.

Но как измерить давление воздуха, существенно отличающееся по величине от атмосферного давления? Для этого тоже существуют специальные приборы, речь о которых и пойдет на данном уроке.

Определение и виды

Как называют приборы для измерения давлений, больших или меньших атмосферного?

Манометр (от греческого «манос» — «редкий, неплотный» и «метрео» — «измерять») — это прибор, используемый для измерения давлений больших или меньших атмосферного.

Манометры бывают двух основных видов: жидкостные и металлические. Давайте рассмотрим устройство и принцип работы каждого из них.

{"questions":[{"content":"Для измерения давления, которое намного больше или меньше атмосферного, используют  [[choice-33]]","widgets":{"choice-33":{"type":"choice","options":["манометр","ртутный барометр","динамометр","альтиметр","барометр-анероид"],"answer":[0]}}}]}

Открытый жидкостный манометр

Устройство открытого жидкостного манометра представляет собой двухколенную стеклянную трубку, наполненную жидкостью (рисунок 1). К одному концу стеклянной трубки прикреплена резиновая трубка. Она соединена с плоской коробочкой, затянутой резиновой пленкой.

Почему в открытом манометре уровни однородной жидкости в обоих коленах одинаковые?
Трубка такого манометра представляет собой сообщающиеся сосуды. Так как на поверхность жидкости действует только атмосферное давление, она устанавливается на одинаковом уровне.

{"questions":[{"content":"Перед началом измерений жидкость в коленах открытого жидкостного манометра находится[[choice-38]]","widgets":{"choice-38":{"type":"choice","options":["на одинаковых уровнях","на разных уровнях","только в одном колене"],"answer":[0]}}}]}

Измерение давления воздуха с помощью жидкостного манометра

Что произойдет, если мы надавим пальцем на пленку? На рисунке 2 видно, что уровень жидкости в колене манометра, который соединен с резиновой трубкой, понизится.

Вспомним закон Паскаля: давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Значит, когда мы надавили на пленку, мы увеличили давление воздуха в коробке.

Сама коробка соединена с коленом стеклянной трубки. Значит, давление передается и на жидкость в этом колене. Обозначим его «первым». То есть давление в первом колене будет больше давления во втором, потому что на второе колено действует только атмосферное давление воздуха.

Мы увидим, что жидкость придет в равновесие и остановится. Это случится, когда избыточное давление в первом колене сравняется с давлением избыточного столба жидкости в другом.

От силы нажатия на пленку будет зависеть оказываемое давление. Чем сильнее мы будем нажимать, тем выше будет избыточный столб жидкости. Значит, изменение давления связано с высотой этого избыточного столба.

{"questions":[{"content":"Если оказать давление на жидкость в первом колене жидкостного манометра, то уровень жидкости во втором колене[[choice-45]]","widgets":{"choice-45":{"type":"choice","options":["повысится","понизится","не изменится"],"answer":[0]}}}]}

Измерение давления жидкости с помощью жидкостного манометра

С помощью жидкостного манометра мы можем измерить давление и в жидкостях. Обратите внимание на рисунок 3, а.

Конструкция манометра не изменена. Но тем не менее мы можем погрузить коробочку, обтянутую пленкой, в емкость с водой. Чем глубже находится коробочка, тем больше становится разность высот жидкости в коленах манометра (рисунок 3, б). Можно сказать, что тем большее давление производит жидкость в емкости.

Как показать, что давление в жидкости на одной и той же глубине одинаково по всем направлениям?
Для этого нам нужно переворачивать коробочку в разные стороны на одной глубине. Мы увидим, что показания манометра не будут меняться.

Давление в жидкости по всем направлениям на одной глубине/высоте одинаково.

{"questions":[{"content":"На одной и той же глубине давление в жидкости[[choice-48]]","widgets":{"choice-48":{"type":"choice","options":["одинаково по всем направлениям","отсутствует","максимально в направлении действия силы тяжести"],"answer":[0]}}}]}

Металлический манометр

Внешний вид металлического манометра представлен на рисунке 4. А вот его внутреннее устройство может быть двух разных типов. Рассмотрим каждый из них.

Устройство металлического манометра 1-го типа

Внутренне устройство металлического манометра 1-го типа показано на рисунке 5.

Изогнутая пустотелая трубка 1 запаяна с одного конца. С другой стороны она соединяется с краном 5. Этот кран сообщается с сосудом, в котором необходимо измерить давление.

При увеличении давления трубка начинает разгибаться. При помощи рычажного механизма 4 и зубчатки 3 она передает движение стрелке 2. Так стрелка начинает двигаться вдоль шкалы прибора.

Трубка обладает некоторой упругостью. Поэтому при уменьшении давления она возвращается в свое изначальное положение. Стрелка же возвращается к нулевому делению шкалы.

{"questions":[{"content":"В основе устройства металлического манометра находится [[fill_choice-51]], которая при увеличении давления разгибается и заставляет двигаться стрелку прибора.","widgets":{"fill_choice-51":{"type":"fill_choice","options":["полая трубка","зубчатка","трубка с жидкостью"],"answer":0}}}]}

Устройство металлического манометра 2-го типа

На рисунке 6 представлено устройство металлического манометра 2-го типа.

Различие в строении заключается только в том, что трубка 1 запаяна с двух сторон. При этом она имеет выход для подключения к сосуду, в котором необходимо измерить давление. Также здесь присутствуют две тяги (рычага) 2. При разгибании трубки, они заставляют стрелку 3 двигаться вдоль шкалы прибора.

Заметим, что, несмотря на небольшие различия в устройстве (рисунки 5 и 6), принцип действия металлических манометров остается одним и тем же.

Применение манометров

Манометры являются одними из самых распространенных приборов, которые можно встретить в различных системах. Например, в котлах отопления, газопроводах, водопроводах, компрессорах, автоклавах, баллонах, баллонных пневматических винтовках и т. д.

Преимущества работы с ними очевидны. Они помогают держать под контролем уровень давления в различных механизмах.