U образный манометр заполненный водой

U-образный манометр: подробно простым языком

U-образный манометр — устройство для измерения давления, которое состоит из прозрачной трубки, выполненной в форме латинской буквы «U». Стороны такого манометра имеют одинаковую длину.

U-образный манометр

В зависимости от того, измерение какого вида давления производится трубки U-образного манометра могут быть открыты, тогда жидкость будет подвержена атмосферному давлению. Так же трубки могут быть закрыты и подсоединены к источнику давления. Если оба конца трубки открыты, уровни жидкости в обоих столбах одинаковы, поскольку одинаково давление на них.

Принцип работы U-образного манометра

При приложении давления на столб «Б» манометра высота жидкости в столбе «А» увеличивается, а высота столба «Б» уменьшается.

Изменение давления на U-образном манометре

Поскольку столб «А» подвергается воздействию атмосферного давления, манометр фактически показывает разность между приложенным давлением и атмосферным давлением. Имея дело с U-образным манометром, при измерении давления необходимо учитывать смещение уровней в обоих столбах.

Шкала манометра позволяет определять высоту столбов жидкости в трубках. В большинстве шкал манометров имеется корректирующее устройство для регулирования положения шкалы. Перед тем как производить измерения с помощью манометра, следует убедиться, что уровни жидкости в столбах одинаковы. Затем положение шкалы регулируется таким образом, чтобы оба уровня совпадали с уровнем нулевой отметки на шкале. Эта операция называется «обнулением» или выставлением манометра на нуль. Она выполняется для того, чтобы обеспечить точность производимых измерений при условии, что измерительный прибор работает исправно, и используемая в нем жидкость обладает достаточной чистотой.

Источник

U-образный манометр – прибор, манометр, который используется для измерения давления

U-образный манометр, описание

Манометр – прибор, который нужен для того, чтобы измерять давление замкнутых систем – жидкости или газа. U-образный же манометр нужен для измерения давления в небольшом диапазоне. Работает он на разнице абсолютного атмосферного давления и подведенного давления.

Устройство

Манометр U-типа в основном состоит из:

1. Изогнутой трубки – может быть как открытого типа, так и запаяна с одной стороны;
2. Жидкого вещества – чаще всего используют воду, ртуть или спирт, но также может быть и глицерин;
3. Измерительная шкала – на ней изображены деления, которые соответствуют барам или паскалям.

Принцип действия

Атмосферное давление действует на жидкость с одной стороны трубки (которая не запаяна или не закрыта). Другое отверстие закрыто (если измеряется давление атмосферы), или присоединено к измеряемой среде. Из-за того, что жидкость обладает свойством несжимания, атмосферное давление воздействуя на столб, заставляет подниматься другую часть жидкости, которая находится после колена. Разница, которая получается между началом шкалы и уровнем столба и называется атмосферным давлением. Оно измеряется в паскалях или в барах (один бар – десятая паскаля).

Применение

Области применения манометров как таковых очень обширны. Чаще всего их можно увидеть там, где требуется измерить давление:

• Медицина – они помогают измерять артериальное давление;
• Насосы для автомобильных шин;
• Метеорология – для того, чтобы правильно спрогнозировать погоду, требуется знать давление атмосферы на сегодня;
• Трубопроводы;
• Промышленность – добыча и транспортировка нефти, газов, химикатов;
• И многие другие сферы жизни и производства.

Преимущества и недостатки

У U-образных манометров есть ряд причин, по которым их выбирают, а также и ряд недостатков.

• Дешевизна – если не использовать ртуть в конструкции, то себестоимость такого манометра будет составлять копейки;
• Простота конструкции – минимум нужно три элемента, в отличии от пружинного, а тем более электронного;
• Известны с давних времен;
• Широко распространены – этот фактор получается из низкой стоимости и простоты конструкции.

• Хрупкость – в случае повреждения ртуть может вытечь наружу;
• Зависимость от силы тяготения – в отличие от пружинного, жидкостный необходимо располагать строго вертикально;
• Большой разброс – если нужно что-то измерить с высокой точностью, такой манометр вам не помощник.

Таковы преимущества и недостатки U образного манометра. Главное учесть – шагая в ногу со временем, не стоит забывать о прошлом.

Источник

3.1. U-образные манометры

U —образный манометр – это жидкостный манометр, состоящий из сообщающихся сосудов, в которых измеряемое давление определяют по одному или нескольким уровням жидкости/16/.

В U -образных стеклянных манометрах свободный конец трубки сообщается с атмосферой, а к другому концу подводится измеряемое давление. Простейшая схема измерения давления жидкостным стеклянным манометром показана на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Схема функционирования стеклянного жидкостного манометра

Атмосферное давление р_атм воздействует на один конец U -образной трубки, частично заполненной рабочей жидкостью. Другой конец трубки с помощью различного рода подводящих устройств соединен с областью измеряемого давления р_абс. При р_абс > р_атм жидкость, находящаяся в части подведенного измеряемого давления, будет вытесняться в часть, соединенную с атмосферой. В результате между уровнями жидкостей, находящимися в разных частях U -образной трубки, образуется столб жидкости, высота h которого определяется из выражения

где р_абс – абсолютное измеряемое давление; r _ж – плотность рабочей жидкости; r _атм – то же окружающей атмосферы; g – ускорение свободного падения, принимаемое в среднем равным 9,80665 м/с 2 , но имеющее зависимость от географической широты местности.

Высота столба рабочей жидкости h состоит из двух частей: высоты h ₁ , представляющей понижение столба жидкости относительно начального – «нулевого» уровня, и высоты h ₂ – отражающей его повышение в другой части U -образной трубки, т. е. увеличение относительно начального положения – («нуля»).

Плотностью окружающей среды, т. е. воздуха из-за условия r _ж >> r _атм можно пренебречь. Учитывая выражение (1.3), определяющее разность между абсолютным и атмосферным давлением как избыточное, зависимость (3.1) может быть представлена как

Здесь р_изб – измеряемое избыточное давление.

Из (3.2) измеряемое избыточное давление, определяемое с помощью стеклянного жидкостного манометра, может определяться как

Для измерения давления разряженных газов используются жидкостные стеклянные манометры, схема которых представлена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Схема стеклянного жидкостного вакуумметра абсолютного давления

В этих приборах к одному концу стеклянной U -образной трубки подводится вакуумметрическое давление, другой конец герметично запаян. Для этого случая выражение (3.1) в общем виде можно представить как

В торце запаянного конца давление равно нулю.

Если в запаянном конце будет находиться воздух, то вакуумметрическое избыточное давление может быть определено как

В некоторых типах приборов воздух в запаянном конце «откачивается» и при заполнении рабочей жидкостью близко к «абсолютному нулю», т. е. прибор заполняется рабочей жидкостью под вакуумом и давление противодействия р_атм = 0. Тогда выражение (3.5) может быть представлено в следующем виде:

Конструкция, в которой запаянный конец перед заполнением рабочей жидкостью вакууммируется, может использоваться в качестве барометра. Отсчет значения барометрического давления производится по величине столба жидкости в запаянной части трубки.

Минус в уравнении (3.4) определяет вакуумметрическое давление. Высота столба жидкости h в этом случае определяет верхний предел диапазона измерения и является составляющей

Здесь h ₁ и h ₂ — высота столбов жидкости, вытесненной под воздействием измеряемого давления от начальной отметки – нуля в двух трубках U -образного манометра.

Рис. 3.3. U -образный жидкостный стеклянный мановаку-умметр:

1 – U -образная стеклянная трубка; 2 – крепежные скобы; 3 – основание; 4 – шкальная пластина

На рис.3.3 показан U -образный жидкостный стеклянный мановакуумметр. U -об разная стеклянная трубка 1 с помощью скоб 2 крепится на металлическом или деревянном основании 3. На нем же между двумя трубками установлена шкальная пластина 4 с нанесенной линейной разметкой. Трубка заполняется рабочей жидкостью до нулевой отметки относительно шкальной пластины. Утолщения на концах стеклянной трубки предназначены для более плотного подсоединения резиновых шлангов.

При измерении избыточного давления к одному концу U -образной трубки подается среда измеряемого давления. Второй выход остается свободным и сообщается с атмосферой. Аналогичная ситуация происходит при измерении вакуумметрического давления. Симметричность линейной разметки на шкальной пластине обеспечивает применимость прибора для измерения избыточного и (или) вакуумметрического давления.

При измерении дифференциального (разностного) давления «плюсовый» и «минусовый» каналы подсоединяются к концам стеклянной U -образной трубки 1. Из-за симметричности линейной разметки практически отсутствуют различия в соответствии подведенного давления
на концах трубки.

U -образные жидкостные манометры с водой в качестве рабочей жидкости могут использоваться как напоромеры, тягонапоромеры и тягомеры для измерения давления воздуха, неагрессивных газов в диапазоне ±10 кПа. При давлении ±0,1 МПа рабочей жидкостью манометра может служить ртуть. Такие приборы применяются для измерения давления воды, неагрессивных жидкостей и газов.

Ниже приведены приблизительные оценки основных погрешностей, воздействующих, по данным С. Ф. Чистякова/2/, на точность показаний стеклянного жидкостного ма-нометра:

· погрешность градуировки шкалы составляет до 0,2-0,4 мм;

· смачиваемость стекла – капиллярные силы вносят неточность до 0,1-0,2 мм;

· отклонение прибора от строго вертикального положения может приводить к погрешности до 0,03 % на каждый градус.

Кроме этого, достаточно большую погрешность могут вносить: неравномерность сечения стеклянных трубок по их высоте, а при точных измерениях, как это следует из (3.3), варьирование плотности рабочей жидкости r _ж с изменением ее температуры, а также ускорение свободного падения g .

При использовании табличных данных погрешность определения плотности рабочей жидкости r _ж , по показателям разных авторов, не превышает 0,005 %. Следует обратить внимание на применение жидкостей, способных поглощать влагу или испаряться. Так, в большинстве случаев теоретическая и реальная плотности спиртов различаются, и табличные данные принимаются по некорректным начальным параметрам, что изначально приводит к появлению погрешности.

Некоторые производители к документации на жидкостный измеритель давления прилагают таблицу изменения плотности рабочей жидкости и поправок на вариацию этой плотности в зависимости от температуры, а также, например, для спиртов, таблицу зависимости плотности от его крепости.

Ускорение свободного падения g незначительно зависит от географической широты местности. е го величина остается постоянной в рабочем регионе, не зависит от измеряемого давления, и поэтому вносимые этим параметром погрешности не превышают 10 –3 -10 –4 %.

Визуальная оценка оператором уровня также может влиять на погрешность измерения. Разработаны различные методы снижения такой погрешности. Например, установка несложной оптической системы, позволяющей «накладывать» реальный и перевернутый мениски жидкости, обеспечивает значительное повышение точности отсчета уровня жидкости в жидкостном манометрическом приборе.

М. А. Гуляев и А. В. Ерюхин /24/ предложили в зависимости от применяемых способов следующие значения погрешностей отсчета уровня ртутного манометра:

· по миллиметровой шкале – ±1 мм;

· по зеркальной шкале – ±0,2-0,3 мм;

· с помощью нониусного устройства – ±0,05-0,1 мм;

· катетометром – ±0,2 мм;

· интерференционным методом – ±10 –5 мм.

При отсчете измеряемого уровня необходимо учитывать свойства рабочих жидкостей, у которых угол смачиваемости x различен (рис. 3.4). Так, при использовании высокосмачиваемых жидкостей (вода, спирт) отсчет рекомендуется вести по вогнутой части мениска, а при применении несмачиваемых жидкостей (таких, как ртуть) – по выпуклой его части на оси трубки. Кроме этого, смачиваемость и текучесть жидкости предопределяют минимальный диаметр используемых трубок. При применении спирта в качестве рабочей жидкости рекомендуется минимальный внутренний диаметр стеклянных трубок 5 мм, ртути – 8 мм, воды – 15 мм.

Рис. 3.4. Вид менисков для различных жидкостей:

а – смачивающей и б – несмачивающей

При использовании ртути в качестве рабочей жидкости, особенно при точных измерениях, когда в чашечных манометрах применяются капилляры и сечения широкого сосуда и капилляра существенно отличаются, может наблюдаться эффект капиллярной депрессии. Сущность этого эффекта состоит в различии уровней несмачиваемой жидкости в сообщающихся капилляре и широком сосуде при воздействии одного и того же давления на поверхности жидкостей в этих объемах.

В промышленных условиях, как следует из приведенного выше материала, требуется тщательный контроль применяемых в жидкостных манометрах стеклянных трубок, так как их внутренний диаметр на практике может колебаться от 8 до 12 мм, что вносит существенные погрешности в результат измерения.

По данным разных специалистов/25/, без дополнительных оптических приспособлений погрешность показаний стеклянных жидкостных манометров принимается в лучшем случае равной ±1 мм. При использовании U -образных жидкостных манометрических приборов отсчет двух уровней (на каждой трубке) приводит к погрешности измерений ±2 мм при температуре окружающей среды 20 ± 5 ° С. Верхние пределы измерений для стеклянных жидкостных манометров 100, 160, 250, 400, 600 и 1000 мм. Соответственно при одной и той же погрешности отсчета высоты столба жидкости класс точности жидкостного прибора колеблется от 2 до 0,2.

Для обеспечения корректности измерений обязательным является очистка внутренних поверхностей стеклянных трубок от пыли и грязи. С этой целью стеклянные жидкостные манометры промывают насыщенным раствором двухромовокислого калия (хромпика) в серной кислоте, затем – спиртом и водой.

ул. Ярцевская, д. 29

© 2002 — 2021. НПО ЮМАС
Разработка и производство приборов измерения давления и температуры: манометров, термометров,
напоромеров и клапанов в Москве, Екатеринбурге, Самаре, Санкт-Петербурге, Уфе, Омске, Тюмени и Нижнем Новгороде.
Все права защищены.

Уважаемый пользователь. Уведомляем Вас о том, что персональные данные, которые Вы можете оставить на сайте, обрабатываются в целях его функционирования. Если Вы с этим не согласны, то пожалуйста покиньте сайт. В противном случае это будет считаться согласием на обработку Ваших персональных данных.
Политика конфиденциальности

Источник