Манометр измеряет какое давление: какое давление показывает манометр, устройство манометра и как им измерять — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

какое давление показывает манометр, устройство манометра и как им измерять

Ни одно современное здание не обходится без отопительной системы. А для ее стабильной и безопасной эксплуатации требуется точный контроль давления теплоносителя. Если давление в пределах гидравлического графика стабильное, то отопительная система работает нормально. Однако при ее повышении появляется риск разрыва трубопровода.

Понижение давления также может привести к таким негативным последствиям, как, например, образование кавитации, то есть в трубопроводе образуются пузырьки воздуха, которые, в свою очередь, могут вызвать коррозию. Поэтому поддерживать нормальное давление крайне необходимо, и благодаря манометру это становиться возможным. Помимо отопительных систем такие приборы применяются в самых различных областях.

Описание и назначение манометра

Для примера можно взять барометр — прибор, предназначенный для измерения давления атмосферы. Они широко применяются в машиностроении, в сельском хозяйстве, в строительстве, в промышленности и в других сферах.

Эти приборы измеряют давление, и это понятие растяжимое, по крайней мере, и у этой величины также есть свои разновидности. Чтобы ответить на вопрос о том, какое давление показывает манометр, стоит рассмотреть этот показатель в целом. Это величина, определяющая отношение силы, действующей на единицу площади поверхности, перпендикулярно этой поверхности. Практически любой технологический процесс сопровождается этой величиной.

Виды давления:

атмосферное — давление атмосферы земли, которое создается массой воздушного столба;
абсолютное давление —это показатель, отсчет которого с учетом атмосферного, начинается с нуля;
избыточное — под избыточным подразумевают разность двух показателей атмосферного и абсолютного;
вакуум или, другими словами, разряженное — наоборот, представляет собой разницу абсолютного и атмосферной или барометрической величины;
дифференциальное — это разность между двумя измеряемыми показателями, которые не имеют отношения к природным показателям.

Для измерения каждого из перечисленных выше видов показателей существуют определенные типы манометров.

Классификация приборов

Типы манометров различаются по двум признакам: по виду измеряемого ими показателя и по принципу действия.

По первому признаку они подразделяются на:

приборы, предназначенные для измерения атмосферного давления, иначе они называются барометры;
приборы, измеряющие избыточное и абсолютное;
вакуумметры, призваны измерять разность атмосферного и абсолютного давлений;
напорометры, измеряют малое (до 40 кПа) избыточное давление;

тагометры, вид вакуумметра, которое измеряет избыточное давление верхнего предела 40 кПа;
дифференциальные манометры, измеряют разность давлений.

Они работают по принципу уравновешивания разницы давлений определенной силой. Поэтому устройство манометров разное, в зависимости от того, как именно происходит это уравновешивание.

По принципу действия они делятся на:

жидкостные, уравновешивание разницы давлений в таких приборах происходит за счет гидростатического давления столба жидкости, в устройстве используется принцип сообщающихся сосудов;

пружинные имеют простую конструкцию, и широко применяются для измерения давления среды в широких диапазонах;
мембранные, основаны на пневматической компенсации, уравновешивание давления происходит за счет силы упругости мембранной коробки;
электроконтактные, применяются в автоматических системах контроля и сигнализации, поскольку с их помощью можно регулировать измеряемую среду благодаря встроенному в корпус электроконтактному механизму;
дифференциальные используются для измерения уровня жидкостей под напором расхода жидкости, пара и газа с помощью диафрагм.

По назначению существуют такие виды манометров, как:

общетехнические приборы применяются для измерения напора жидкостей, газов и паров, химически нейтральных к сплавам меди;
кислородные, они производятся в корпусах голубого цвета с указанием О2 на циферблате, применяются для измерения кислородного давления в баллонах или вакуумах;
ацетиленовые применяются для контроля избыточного давления ацетилена;
эталонные применяются в целях проверки других приборов, поскольку они обладают большой точностью;
судовые применяются в судах и морском транспорте;
железнодорожные используются на железнодорожном транспорте;
самопишущие имеют встроенный механизм, который позволяет воспроизводить на бумаге результат работы.

Устройство и принцип действия

Устройство манометра может иметь различную конструкцию в зависимости от вида и предназначения. Так, например, устройство, измеряющее напор воды, имеет довольно простую и понятную конструкцию. Она состоит из корпуса и шкалы с циферблатом, которая отображает значение. В корпусе имеется встроенная пружина трубчатая либо мембрана с держателем, трипко-секторным механизмом и упругий элемент. Прибор функционирует по принципу уравнивания давления за счет силы изменения формы (деформации) мембраны либо пружины. А деформация, в свою очередь, приводит в движение чувствительный упругий элемент, действие которого отображается на шкале с помощью стрелки.

Жидкостные манометры состоят из длинной трубки, которую наполняют жидкостью. В трубке с жидкостью находится подвижная пробка, на которую влияет рабочая среда, измерять силу напора следует в зависимости от перемещения уровня жидкости. Манометры могут предназначаться для измерения разницы, такие устройства состоят из двух трубок.

Поршневые — состоят из цилиндра и поршня, расположенного внутри. Рабочая среда, в которой измеряется давление воздействует на поршень и уравновешивается грузом некоторой величины. Когда показатель изменяется, поршень перемешается и приводит в действие стрелку, которая показывает значение давления.

Термопроводные состоят из нити накаливания, которые нагреваются, когда через них пропускается электрический разряд. Принцип работы таких приборов основан на снижении теплопроводности газа с давлением.

Манометр Пирани назван так в честь Марчелло Пирани, который впервые сконструировал устройство. В отличие от термопроводных, состоит из металлической проводки, которая также нагревается во время прохождения через нее тока и охлаждается под воздействием рабочей среды, а именно газа. При уменьшении давления газа снижается и эффект охлаждения, а температура проводки возрастает. Величина измеряется посредством измерения напряжения в проводе во время прохождения через нее тока.

Ионизационные являются самыми чувствительными устройствами, которые используются для вычисления малых давлений. Как следует из названия устройства, его принцип работы основывается на измерении ионов, которые образуются под воздействием электронов на газ. Количество ионов зависит от плотности газа. Однако ионы имеют очень нестабильную природу, которая напрямую зависит от рабочей среды газа или пара. Поэтому для уточнения применяются другой вид манометра Мак Леода. Уточнение происходит за счет сравнения показателей ионизационного манометра, с показаниями прибора Мак Леода.

<center><ins class="lazy lazy-hidden adsbygoogle" style="display:inline-block;width:580px;height:400px" data-ad-client="ca-pub-1812626643144578" data-ad-slot="8813674614"></ins> <script>(adsbygoogle=window.adsbygoogle||[]).push({});</script></center>

Существует два вида ионизационных устройств: с горячим и холодным катодом.

Первый вид был сконструирован Баярдом Аллертом, состоит из электродов, которые работают в режиме триода, а в качестве катода выступает нить накала. Самый распространённый вид горячего катода — ионный манометр, в конструкции которого помимо коллектора, нити и сетки встроен небольшой ионный коллектор. Такие приборы очень уязвимы, они могут легко потерять калибровку, в зависимости от условий работы. Поэтому показания этих приборов всегда логарифмичны.

Холодный катод также имеет свои разновидности: интегрированный магнетрон и манометр Пеннинга. Их главное отличие заключается в положении анода и катода. В конструкции этих приборов нет нити накалывания, поэтому им для работы им требуется напряжение до 0,4 кВт. Использовать такие устройства не эффективно при низком уровне давления. Поскольку они могут просто не заработать и не включиться. Принцип их работы основан на выработке тока, что невозможно при полном отсутствии газа, особенно для манометра Пеннинга. Так как устройство работает только в определенном магнитном поле. Оно необходимо для создания нужной траектории движения ионов.

Маркировка по цвету

Манометры, измеряющие давление газа, имеют цветные корпуса, их специально окрашивают в различные цвета. Существует несколько основных цветов, которые используются для окрашивания корпуса. Как, например, манометры, которые измеряют давление кислорода, имеют корпус голубого цвета с условным обозначением О2, аммиачные манометры имеют корпус, окрашенный в желтый цвет, ацетиленовые — белого цвета, водородные — темно-зеленого, хлорные — серого. Приборы, измеряющие давление горючих газов, окрашиваются в красный цвет, а негорючих —черный.

Преимущества использования

В первую очередь, стоит отметить универсальность манометра, который заключается в возможности контролировать давление и поддерживать ее на определенном уровне. Во-вторых, устройство позволяет получить точные показатели нормы, так и отклонение от них. В-третьих, доступность практически любо человек может себе позволить приобрести данный прибор. В-четвертых, устройство способно работать стабильно и бесперебойно на протяжении длительного времени, и не требует специальных условий или навыков.

Использование таких устройств в таких областях, как медицина, химическая промышленность, машино- и автомобилестроение, морской транспорт и других требующих точного контроля давления, значительно облегчает работу.

Класс точности прибора

Манометров очень много, и каждому виду присваивается определенный класс точности согласно предписаниям ГОСТ, под которым понимается допустимая погрешность, выражающаяся в процентном отношении к диапазону измерений.

Существует 6 классов точности: 0,4; 0,6; 1; 1,5; 2,5; 4. У каждого типа манометра они также различаются. Приведенный выше список относится к рабочим манометрам. Для пружинных устройств, к примеру, соответствуют следующие показатели 0,16; 0,25 и 0,4. Для поршневых — 0,05 и 0,2 и так далее.

Класс точности имеет обратно пропорциональную зависимость от диаметра шкалы прибора и от типа прибора. То есть, если диаметр шкалы больше, то точность и погрешность манометра уменьшается. Класс точности условно принято обозначать следующими латинскими буквами KL также можно встретить и CL, которая указывается на шкале прибора.

Значение погрешности можно вычислить. Для этого используется два показателя: класс точности или KL и диапазон измерений. Если класс точности (KL) равен 4, то диапазон измерений составит 2,5 МПа (Мегапаскаль), а погрешность будет равна 0,1 МПа. Вычисляется по формуле произведение класса точности и диапазона измерений, деленное на 100. Поскольку погрешность выражается в процентах, результат нужно переводить в проценты путем деления на 100.

Помимо основного вида, существует и дополнительная погрешность. Если для вычисления первого вида используются идеальные условия или натуральные величины, влияющие на особенности конструкции прибора, то второй вид напрямую зависит от условий. Например, от температуры и вибрации или других условий.

Как правильно использовать манометр для измерения давления в трубопроводе

Манометры — незаменимые приборы, с помощью которых осуществляется измерение давления рабочей среды в трубопроводах, котлах, насосах, другом оборудовании и в аппаратах. Эти устройства отличаются простым принципом снятия показаний. Чтобы разобраться с тем, как измерить давление манометром, не требуется какой-либо специальной подготовки. Справиться с этим сможет практически любой человек, прошедший инструктаж. Однако есть определенные моменты, которые необходимо учитывать.

Виды манометров

Сегодня существует большое количество разновидностей манометров. Они имеют различную конструкцию и подходят для разных целей. Для измерения давления рабочей среды в трубопроводах и различном оборудовании чаще всего применяют следующие виды приборов:

пружинные — величина давления уравновешивается за счет силы, возникающей при деформации пружины. Приборы отличаются простотой конструкции, благодаря этому при необходимости не составляет сложности разобрать манометр для проведения ремонта;
мембранные — основным функциональным элементом является мембрана, которая деформируется под действием напора рабочей среды, за счет чего возникает уравновешивающая сила упругости;
поршневые — для уравновешивания давления используется поршень с грузом определенной величины;
электроконтактные — эти приборы используются в системах автоматического контроля и сигнализации.

Как правильно измерять давление манометром

Мерить давление очень просто, если понимать общий принцип действия, характерный для всех механических манометров. Прибор имеет уравновешивающий элемент (пружину, поршень, мембрану и т.д.), который воспринимает нагрузку от напора рабочей среды и деформируется либо перемещается под ее воздействием. Уравновешивающий элемент размещается внутри корпуса прибора и имеет механическую связь со стрелкой. Таким образом, перемещение стрелки измерителя зависит от величины действующего давления. Эта величина отображается стрелкой на шкале прибора.

Чтобы получить показания, достаточно просто смотреть на шкалу манометра. Стрелка на ней указывает на шкале величину давления, которое действует в системе в настоящий момент. При изменении измеряемой величины стрелка одновременно перемещается по шкале на соответствующее значение. Это делает измерение максимально удобным и доступным практически для любого человека.

Однако просто смотреть на прибор бывает недостаточно. Чтобы правильно пользоваться манометром, необходимо также иметь представление о величинах измерения, которые указываются на шкале. Чаще всего используются следующие величины:

техническая атмосфера. Величина атмосферного давления, действующего на уровне Мирового океана. Одна атмосфера соответствует 1 кг/см2;
величина водяного столба. Соответствует гидростатическому давлению столба воды нормальной плотности высотой 1 мм температурой 4 °C, которое действует на плоское основание. Эта единица часто применяется при осуществлении гидравлических расчетов;
бар — техническая величина, которая примерно соответствует 1 атмосфере и 10 м водяного столба. Часто используется в характеристиках насосов, арматурных устройств, котлов, другого оборудования;
паскаль. Единица измерения, принятая в системе СИ, равная 1 Н/м2. Величина, равная 0,1 МПа, примерно соответствует 1 атмосфере или 1 бар.

Класс точности

При измерении нужно учитывать также класс точности прибора, который указывается в его паспорте и на шкале (условно обозначается литерами KL или CL). Это процентное отношение допустимой погрешности к диапазону измерений. Стандартном предусматривается следующий ряд классов точности: 4; 2,5; 1,5; 1; 0,6; 0,4; 0,25; 0,15. Более высокий класс точности говорит о том, что прибор менее точный. Низкое его значение свидетельствует о высокой точности.

Величину допустимой погрешности можно рассчитать путем умножения класса точности на диапазон измерений с последующим делением полученного произведения на 100. Так, для манометра 4 класса точности с диапазоном измерения 2,5 МПа величина погрешности составит 0,1 МПа.

Какое давление показывает манометр абсолютное или избыточное

Типы давлений

Для абсолютного давления нолем является отметка при переходе вакуума в давление, таким образом, его значение можно получить – измерив, давление плюс атмосферное давление.
Для избыточного давления нолем является давление атмосферного воздуха, таким образом, его значение равно абсолютному давлению минус атмосферное давление. Отрицательные знаки обычно опускаются.
Дифференциальное давление – различие в давлении между двумя пунктами. Нулевая отметка в использовании обычно подразумевается контекстом, и эти слова добавляются только тогда, когда разъяснение необходимо. Давление воздуха в шине и кровяное давление – давления значения в соответствии с соглашением, в то время как атмосферные давления и давление высотомера должны быть абсолютными. Дифференциальное давление обычно используется в системах производственного процесса. У значений дифференциального давления есть два входных порта, каждый связанный с одним из объемов, давление которых должно быть проверено. В действительности такое значение выполняет математическую операцию вычитания через механические средства, устраняя потребность в операторе или системе управления, чтобы наблюдать два отдельных значения и определить различие в их работе. Умеренные вакуумные давления часто неоднозначны, поскольку они могут представлять абсолютное давление или давление без отрицательного знака. Таким образом, значение вакуума на 26 дюймов рт. ст. эквивалентное абсолютному давлению 30 дюймов рт. ст.

Атмосферное давление, как правило, приблизительно 100 кПа на уровне моря,
но переменное с высотой и погодой. Если абсолютное давление жидкости останется постоянным, то значение давления той же самой жидкости изменится, так как атмосферное давление изменяется. Например, когда автомобиль заезжает на гору (атмосферное давление воздуха уменьшается), давление воздуха в шине повышается. Были определены некоторые стандартные значения атмосферного давления, такие как 101,325 кПа или 100 кПа, и некоторые инструменты используют одну из этих стандартных значений как постоянную нулевую отметку вместо фактического переменного давления атмосферного воздуха. Это ослабляет точность этих инструментов, особенно когда используется на больших высотах.
Использование атмосферной отметки обычно показывается после единицы давления, например, 30 фунтов на квадратный дюйм, что означает, что измеренное давление является полным давлением минус атмосферное давление. Есть два типа справочных значений давления: выраженные значения и запечатанные значения.
Датчик выраженных значений давления, например, позволяет внешнему давлению воздуха быть выставленным на отрицательной стороне диафрагмы ощущения давления, через выраженный кабель или отверстие на стороне устройства, так, чтобы это всегда измеряло атмосферное давление окружающей среды. Таким образом, датчик выраженных значений давления должен всегда учитывать нулевое давление, когда связь процесса давления считается открытой для воздуха.
Запечатанная отметка значений подобна за исключением того, что атмосферное давление запечатано на отрицательной стороне диафрагмы. Это обычно принимается в диапазонах высокого давления, таких как гидравлика, где атмосферные изменения давления будут иметь незначительный эффект на точность. Это также позволяет некоторым изготовителям обеспечивать вторичное сдерживание давления как дополнительную предосторожность для безопасности оборудования давления, если давление разрыва основной диафрагмы ощущения давления превышено.
Есть другой способ создать запечатанную отметку значений, и это должно запечатать высокий вакуум на обратной стороне диафрагмы ощущения. Тогда выходной сигнал возмещен так, что датчик давления учитывает близко к нолю, измеряя атмосферное давление. Запечатанный справочный преобразователь давления значений никогда не будет считаться точно нулевым, потому что атмосферное давление всегда изменяется и отметка в этом случае установлена на 1 баре.
Абсолютное измерение давления – давление, которое отнесено в абсолютный вакуум. Лучший пример абсолютного давления – атмосферное давление.

2 Определение понятия «давление», точное измерение давления и соотношение между ними

Давление является одним из важнейших параметров химико-технологических процессов. От величины давления часто зависит правильность протекания процесса химического производства. Под давлением в общем случае понимают предел отношения нормальной составляющей силы к площади, на которую действует сила. При равномерном распределении сил давление равно частному от деления нормальной составляющей силы давления на площадь, на которую эта сила действует.
Величина единицы давления зависит от выбранной системы единиц (табл. 2). Официально признанной системой единиц измерения давления является СИ (SI). Паскаль,1Па(Pa) = 1Н/м2. Производные от этой единицы 1 кПа=1000 Па и 1 МПа=1000000 Па.
В англоязычных странах популярностью пользуется фунт на квадратный дюйм
(pounds per square inch или PSI). Соотношения между этими единицами см. в таблице.
Значение давления может отсчитываться от 0 (абсолютное давление) или от атмосферного (избыточное давление). Если давление измеряется в технических атмосферах, то абсолютное давление обозначается как ата, а избыточное — как ати, например, 9 ата, 8 ати.

Источник: prompribor.com.ua

Что измеряет манометр и какое давление показывает

Описание и назначение манометра

Манометр представляет собой прибор, измеряющий уровень давления. Существуют такие виды манометров, которые применяются в самых разных отраслях, и, разумеется, для каждой из них предназначен свой манометр. Для примера можно взять барометр — прибор, предназначенный для измерения давления атмосферы. Они широко применяются в машиностроении, в сельском хозяйстве, в строительстве, в промышленности и в других сферах.

Виды давления:

атмосферное — давление атмосферы земли, которое создается массой воздушного столба;
абсолютное давление —это показатель, отсчет которого с учетом атмосферного, начинается с нуля;
избыточное — под избыточным подразумевают разность двух показателей атмосферного и абсолютного;
вакуум или, другими словами, разряженное — наоборот, представляет собой разницу абсолютного и атмосферной или барометрической величины;
дифференциальное — это разность между двумя измеряемыми показателями, которые не имеют отношения к природным показателям.

Для измерения каждого из перечисленных выше видов показателей существуют определенные типы манометров.

Классификация приборов

Типы манометров различаются по двум признакам: по виду измеряемого ими показателя и по принципу действия.

По первому признаку они подразделяются на:

приборы, предназначенные для измерения атмосферного давления, иначе они называются барометры;
приборы, измеряющие избыточное и абсолютное;
вакуумметры, призваны измерять разность атмосферного и абсолютного давлений;
напорометры, измеряют малое (до 40 кПа) избыточное давление;
тагометры, вид вакуумметра, которое измеряет избыточное давление верхнего предела 40 кПа;
дифференциальные манометры, измеряют разность давлений.

По принципу действия они делятся на:

жидкостные, уравновешивание разницы давлений в таких приборах происходит за счет гидростатического давления столба жидкости, в устройстве используется принцип сообщающихся сосудов;
пружинные имеют простую конструкцию, и широко применяются для измерения давления среды в широких диапазонах;
мембранные, основаны на пневматической компенсации, уравновешивание давления происходит за счет силы упругости мембранной коробки;
электроконтактные, применяются в автоматических системах контроля и сигнализации, поскольку с их помощью можно регулировать измеряемую среду благодаря встроенному в корпус электроконтактному механизму;
дифференциальные используются для измерения уровня жидкостей под напором расхода жидкости, пара и газа с помощью диафрагм.

По назначению существуют такие виды манометров, как:

общетехнические приборы применяются для измерения напора жидкостей, газов и паров, химически нейтральных к сплавам меди;
кислородные, они производятся в корпусах голубого цвета с указанием О2 на циферблате, применяются для измерения кислородного давления в баллонах или вакуумах;
ацетиленовые применяются для контроля избыточного давления ацетилена;
эталонные применяются в целях проверки других приборов, поскольку они обладают большой точностью;
судовые применяются в судах и морском транспорте;
железнодорожные используются на железнодорожном транспорте;
самопишущие имеют встроенный механизм, который позволяет воспроизводить на бумаге результат работы.

Устройство и принцип действия

Существует два вида ионизационных устройств: с горячим и холодным катодом.

Маркировка по цвету

Преимущества использования

Класс точности прибора

Источник: tokar.guru

Абсолютное и избыточное давление

Давление, отсчитываемое от абсолютного нуля, называется абсолютным давлением и обозначается p_абс. Абсолютный нуль давления означает полное отсутствие сжимающих напряжений.

В открытых сосудах или водоемах давление на поверхности равно атмосферному p_атм. Разность между абсолютным давлением p_абс и атмосферным p_атм называется избыточным давлением

Когда давление в какой-либо точке, расположенной в объеме жидкости, больше атмосферного, т. е. , то избыточное давление положительно и его называют манометрическим.

Если давление в какой-либо точке оказывается ниже атмосферного, т. е. , то избыточное давление отрицательно. В этом случае его называют разрежениемили вакуумметрическим давлением. За величину разрежения или вакуума принимается недостаток до атмосферного давления:

Максимальный вакуум возможен, если абсолютное давление станет равным давлению насыщенного пара, т. е. p_абс = p_н.п. Тогда

В случае если давлением насыщенного пара можно пренебречь, имеем

Единицей измерения давления в СИ является паскаль (1 Па = 1 Н/м 2 ), в технической системе – техническая атмосфера (1 ат = 1 кГ/см 2 = 98,1 кПа). При решении технических задач атмосферное давление принимается равным 1 ат = 98,1 кПа.

Манометрическое (избыточное) и вакуумметрическое (разрежение) давление часто измеряются с помощью стеклянных, открытых сверху трубок – пьезометров, присоединяемых к месту измерения давления (рис. 2.5).

Пьезометры измеряют давление в единицах высоты подъема жидкости в трубке. Пусть трубка пьезометра присоединена к резервуару на глубине h₁. Высота подъема жидкости в трубке пьезометра определяется давлением жидкости в точке присоединения. Давление в резервуаре на глубине h₁ определится из основного закона гидростатики в форме (2.5)

где – абсолютное давление в точке присоединения пьезометра;

– абсолютное давление на свободной поверхности жидкости.

Давление в трубке пьезометра (открытой сверху) на глубине h равно

Из условия равенства давлений в точке присоединения со стороны резервуара и в пьезометрической трубке получаем

(2.6)

Если абсолютное давление на свободной поверхности жидкости больше атмосферного (p_{> p_атм) (рис. 2.5.а), то избыточное давление будет манометрическим, и высота подъема жидкости в трубке пьезометра h > h₁. В этом случае высоту подъема жидкости в трубке пьезометра называют манометрической или пьезометрической высотой.}

Манометрическое давление в этом случае определится как

Если абсолютное давление на свободной поверхности в резервуаре будет меньше атмосферного (рис. 2.5.б), то в соответствии с формулой (2.6) высота подъема жидкости в трубке пьезометра h будет меньше глубины h₁. Величину, на которую опустится уровень жидкости в пьезометре относительно свободной поверхности жидкости в резервуаре, называют вакуумметрической высотой h_вак (рис. 2.5.б).

Рассмотрим еще один интересный опыт. К жидкости, находящейся в закрытом резервуаре, на одинаковой глубине присоединены две вертикальные стеклянные трубки: открытая сверху (пьезометр) и запаянная сверху (рис. 2.6). Будем считать, что в запаянной трубке создано полное разряжение, т. е. давление на поверхности жидкости в запаянной трубке равно нулю. (Строго говоря, давление над свободной поверхностью жидкости в запаянной трубке равно давлению насыщенных паров, но ввиду его малости при обычных температурах, этим давлением можно пренебречь).

В соответствии с формулой (2.6) жидкость в запаянной трубке поднимется на высоту, соответствующую абсолютному давлению на глубине h ₁:

А жидкость в пьезометре, как показано ранее, поднимется на высоту, соответствующую избыточному давлению на глубине h ₁.

Вернемся к основному уравнению гидростатики (2.4). Величина H, равная

(2.7)

где z – расстояние по вертикали от рассматриваемой точки до некоторой плоскости сравнения, называется гидростатическим напором в некоторой точке объема жидкости относительно плоскости сравнения.

Если в выражении (2.7) давление равно избыточному (p = p_изб), то величина

(2.8)

называется пьезометрическим напором.

Как следует из формул (2.7), (2.8), напор измеряется в метрах.

Согласно основному уравнению гидростатики (2.4) как гидростатический, так и пьезометрический напоры в покоящейся жидкости относительно произвольно выбранной плоскости сравнения являются постоянными величинами. Для всех точек объема покоящейся жидкости гидростатический напор одинаков. То же самое можно сказать и про пьезометрический напор.

Это значит, что если к резервуару с покоящейся жидкостью подключить на разной высоте пьезометры, то уровни жидкости во всех пьезометрах установятся на одинаковой высоте в одной горизонтальной плоскости, называемой пьезометрической.

Поверхности уровня

Во многих практических задачах бывает важно определить вид и уравнение поверхности уровня.

Поверхностью уровня или поверхностью равного давления называется такая поверхность в жидкости, давление во всех точках которой одно и то же, т. е. на такой поверхности dp = 0.

Так как давление является некоторой функцией координат, т. е. p = f(x,y,z), то уравнение поверхности равного давления будет:

p = f(x, y, z) = C = const.

(2.9)

Придавая константе C разные значения, будем получать различные поверхности уровня. Уравнение (2.9) есть уравнение семейства поверхностей уровня.

Свободная поверхность – это поверхность раздела капельной жидкости с газом, в частности, с воздухом. Обычно про свободную поверхность говорят только для несжимаемых (капельных) жидкостей. Понятно, что свободная поверхность является и поверхностью равного давления, величина которого равна давлению в газе (на поверхности раздела).

По аналогии с поверхностью уровня вводят понятие поверхности равного потенциала илиэквипотенциальной поверхности – это поверхность, во всех точках которой силовая функция имеет одно и то же значение. Т. е. на такой поверхности

Тогда уравнение семейства эквипотенциальных поверхностей будет иметь вид

где постоянная C принимает различные значения для разных поверхностей.

Из интегральной формы уравнений Эйлера (уравнения (2.3)) следует, что

Из этого соотношения можно сделать вывод, что поверхности равного давления и поверхности равного потенциала совпадают, потому что при dp = 0и dU = 0.

Важнейшее свойство поверхностей равного давления и равного потенциала состоит в следующем: объемная сила, действующая на частицу жидкости, находящуюся в любой точке, направлена по нормали к поверхности уровня, проходящей через эту точку.

Докажем это свойство.

Пусть частица жидкости из точки с координатами переместилась по эквипотенциальной поверхности в точку с координатами . Работа объемных сил на этом перемещении будет равна

Но, поскольку частица жидкости перемещалась по эквипотенциаль-ной поверхности, dU = 0. Значит работа объемных сил, действующих на частицу, равна нулю. Силы не равны нулю, перемещение не равно нулю, тогда работа может быть равна нулю только при условии, что силы перпендикулярны перемещению. То есть объемные силы нормальны к поверхности уровня.

Обратим внимание на то, что в основном уравнении гидростатики, записанном для случая, когда на жидкость действует только один вид объемных сил – силы тяжести (см. уравнение (2.5))

величина p_{– не обязательно давление на поверхности жидкости. Это может быть давление в любой точке, в которой оно нам известно. Тогда h – это разность глубин (по направлению вертикально вниз) между точкой, в которой давление известно, и точкой, в которой мы хотим его определить. Таким образом, с помощью этого уравнения можно определить значение давления p в любой точке через известное давление в известной точке – p_.}

Заметим, что величина не зависит от p_{. Тогда из уравнения (2.5) следует вывод: насколько изменится давление p_{, настолько же изменится и давление в любой точке объема жидкости p. Поскольку точки, в которых фиксируем p и p_{, выбраны произвольно, это означает, что давление, создаваемое в любой точке покоящейся жидкости, передается ко всем точкам занимаемого объема жидкости без изменения величины.}}}

Как известно, в этом и состоит закон Паскаля.

По уравнению (2.5) можно определить форму поверхностей уровня покоящейся жидкости. Для этого надо положить p = const. Из уравнения следует, что это выполнимо лишь при h = const. Значит, что при действии на жидкость из объемных сил только сил тяжести, поверхности уровня представляют собой горизонтальные плоскости.

Такой же горизонтальной плоскостью будет и свободная поверхность покоящейся жидкости.

Источник: megaobuchalka.ru

Оценка статьи:

Загрузка… Сохранить себе в: Какое давление показывает манометр абсолютное или избыточное Ссылка на основную публикацию wpDiscuzAdblock
detector

выбор устройства, измеряющего давление газа и других сред, виды и установка

Надежный манометр является гарантом безаварийной работы системы, независимо от того, водопровод — это, газопровод, система отопления или замкнутый цикл любого производства. Существуют разные виды таких приборов и в этой статье мы подробно остановимся на них.

Манометры давления

Существует давление трех основных типов:

Атмосферное. Это когда атмосфера воздействует на поверхность земли, а также на все находящееся на ней. Здоровый человек его не ощущает, так как оно обычно компенсируется внутренним давлением организма.
Вода в водопроводе может испытывать избыточное давление. Отсюда правило — оно возникает в замкнутом пространстве в различных средах.
Абсолютное возникает при взаимодействии первого и второго вида давления, то есть это сумма показателей атмосферного и избыточного.

Манометр — это прибор, который измеряет второй вид давления (избыточный) в различных системах.

Выбор устройства

Промышленность наших дней использует разные виды манометров. Чтобы произвести правильную покупку измерительного прибора, который будет по всем параметрам подходить для решения производственных процессов, нужно знать:

Тип манометра.
Рабочий диапазон измерения давления.
Класс его точности.
Среду его установки.
Размеры корпуса.
Функциональную нагрузку прибора.
Куда будет установлен, а также размер резьбы штуцера.
Эксплуатационные условия.

Если следовать вышеизложенному списку, тогда можно подобрать оптимальный прибор, так как все производители манометров придерживаются установленных стандартов. Поэтому устройства разных компаний по сути являются взаимозаменяемыми.

Типы манометров

Современное приборостроение предлагает несколько типов устройств, которые являются измерителями давления в разном диапазоне:

Манометры, работающие от 0 до любых значений со знаком плюс.
Мановакуумметры предназначены для измерения избыточных показателей от — до +.
Вакуумметры работают с показателями ниже атмосферного в интервале от -1 до 0. То есть измеряют разреженные газы.
Манометры, которые работают с предельно низкими значениями до +40 кПа.
Видами вакуумметра являются тягомеры и тягонапоромеры.
Напоромеры измеряют малое избыточное давление в низких показателях.

Чтобы осуществить правильный выбор прибора по допустимому интервалу давления следует знать рабочие значения давления технологического процесса, для чего и совершается покупка измерительного прибора. Не ошибитесь в операциях со знаками плюс и минус и прибавьте 30% к рабочему показателю.

Измерительный прибор выбирается с учетом условий и среды эксплуатации. Это будет специальный манометр для работы с воздухом, водой, паром, кислородом, аммиаком, ацетоном или газом. Среда может быть разной, в том числе и агрессивной, поэтому материалы приборов рассчитаны на такие условия эксплуатации. Показатели корпуса, в частности, прочность, диаметр, при выборе учитываются, если предстоит его работа в условиях вибрации или повышенной влажности, чтобы исключить повреждение корпуса от коррозии или механического воздействия.

Функциональная нагрузка

Прибор по измерению давления выбирается в зависимости от потребностей производственного процесса, он должен соответствовать функциям и условиям эксплуатации. Манометры подразделяются на следующие виды функциональной нагрузки:

Показывающие. Направление техническое. Предназначены чтобы измерять давление.
Сигнализирующие. Нужны для управления внешней электрической цепью.
Для точного измерения. Класс точности от 0,6/1,0 ед.
Образцовые. Используются для проверки точности технических манометров.
Самопишущие. В виде диаграммы на бумаге записывают измеряемое давление.

О назначении сообщает тип корпуса прибора, он может быть:

Виброустойчивым.
взрывозащищенным.
Коррозионностойким.

Применяются манометры в системах котлов, судового и железнодорожного оборудования. Существует группа приборов, способная эксплуатироваться в пищевой отрасли производства. Материал корпуса измерительного прибора позволяет соответствовать условиям службы.

Установка манометра

Перед монтажом нужно обязательно знать случаи, когда измерительные приборы не следует применять:

Когда истек срок поверки манометра, отсутствует пломба или отметка о проведении поверки.
Если прибор поврежден, к примеру, разбито стекло.
Когда при отключении прибора стрелка не возвращается к нулевому показателю.
Нельзя допускать монтаж на высоте более 3 метров от площадки.

Прибор устанавливается на видном месте, чтобы любой сотрудник мог увидеть его показания. Манометр монтируют на трубопроводе между запорной арматурой и сосудом.

Корпус должен иметь диаметр в значении не менее 10 сантиметров, не меньше 16 сантиметров на высоте 2–3 метра. Манометры, которые применяются для измерения давления газов, имеют разные цвета корпусов. Например, если корпус у прибора голубой, то это значит перед вами устройство для измерения давления кислорода, желтый свидетельствует о назначении работы с аммиаком, красный используется для горючих газов, черный — негорючих, белый предназначается для ацетилена.

Крайне важна перед манометром установка механизма, который будет отключать и продувать его, к примеру, это может быть трехходовый кран. Также необходим монтаж сифоновой трубки, ее диаметр должен составлять не меньше одного сантиметра. После того как прибор будет установлен, нужно нанести на шкалу манометра красную черту, она укажет рабочее давление.

Итак, точность, с которой прибор измеряет давление, зависит от его правильного выбора и установки, а также от условий эксплуатации. Когда производят выбор берут во внимание физико-химические свойства измеряемой среды и необходимую точность измерения. Мембранными рационально измерять вязкие жидкости, так как трубчатые затрудняют передачу давления из-за тонких трубок. Чтобы измерять газовые среды, содержащие агрессивные газы, например, сернистый газ, применяют защищенные приборы. Они оснащены специальным корпусом с характерной каждому газу окраской, также имеют маркировку на шкале устройства. Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Как правильно выбрать манометр — Гиды по покупкам DirectIndustry

Гидрозаполненный манометр производителя BENE INOX

Из-за механизма, преобразующего деформацию чувствительного элемента во вращательное движение стрелки, манометры с циферблатом чувствительны к вибрациям и перепадам давления (внезапное повышение/понижение давления). Эту проблему можно разрешить путем заполнения корпуса жидкостью. Поэтому при выборе манометра следует задаться вопросом, нужен ли вам сухой или гидрозаполненный манометр.

Сухие манометры: это манометры, не содержащие жидкости.

Преимущества:

Сухие манометры дешевле, чем гидрозаполненные.

Недостатки:

Они не защищены от вибраций и перепадов давления, которые могут вывести механизм из строя.
Они не адаптированы для холодных и влажных условий, так как влажный воздух внутри корпуса манометра может замерзнуть и привести к поломке механизма.

Применение:

Более экономичные, сухие манометры предпочтительны для простых областей применения, где вибрации не представляют проблемы. Они часто используются, например, на воздушных компрессорах.

Гидрозаполненные манометры: это манометры, корпус которых полностью заполнен жидкостью (обычно чистым глицерином или смесью воды и глицерина), которая действует как гаситель вибраций и перепадов давления.

Преимущества:

Гидрозаполненные манометры более устойчивы к вибрациям и перепадам давления.
Они герметичны, так как наличие жидкости предотвращает попадание влаги в корпус и блокировку механизма.
Данные манометры могут функционировать при отрицательных температурах.
Они экологичны, так как жидкость (глицерин) нетоксична и разлагается.

Применение:

Гидрозаполненные манометры используются во влажной и холодной среде или при сильных вибрациях.

Манометр, заполненный чистым глицерином, может работать при температуре до -5°C. При температуре ниже 17°C глицерин становится вязким (что замедляет работу механизма), а при -5°C функционирование устройства прекращается.

При низких температурах используется смесь глицерина с водой, которая позволяет достигать -46°C.

Приборы для измерения давления. Виды и работа. Применение

Характеристикой давления является сила, которая равномерно воздействует на единицу площади поверхности тела. Эта сила оказывает влияние на различные технологические процессы. Давление измеряется в паскалях. Один паскаль равен давлению силы в один ньютон на площадь поверхности в 1 м². Применяют приборы для измерения давления.

Виды и работа

Приборы для измерения давления, называются манометрами. В технике чаще всего приходится определять избыточное давление. Значительный интервал измеряемых величин давлений, особые условия измерения их во всевозможных технологических процессах обуславливает разнообразие видов манометров, которые имеют свои различия по конструктивным особенностям и по принципу работы.

Виды давления

Атмосферное давление образуется атмосферой Земли.
Вакуумметрическое давление – это давление, не достигающее величины атмосферного давления.
Избыточное давление – это величина давления, превосходящая значение атмосферного давления.
Абсолютное давление определяется от величины абсолютного нуля (вакуума).

Барометры

Барометром называют прибор, измеряющий давление воздуха в атмосфере. Существует несколько видов барометров.

Ртутный барометр действует на основе перемещения ртути в трубке по определенной шкале.

Жидкостный барометр работает по принципу уравновешивания жидкости давлением атмосферы.

Барометр-анероид работает на изменении размеров металлической герметичной коробки с вакуумом внутри, под действием давления атмосферы.

Электронный барометр является более современным прибором. Он преобразовывает параметры обычного анероида в цифровой сигнал, отображающийся на жидкокристаллическом дисплее.

Жидкостные манометры

В этих моделях приборов давление определяется высотой столба жидкости, которое выравнивает это давление. Жидкостные приборы для измерения давления чаще всего выполняют в виде 2-х стеклянных сосудов, соединенных между собой, в которые залита жидкость (вода, ртуть, спирт).

Рис-1

Один конец емкости соединен с измеряемой средой, а второй открыт. Под давлением среды жидкость перетекает из одного сосуда в другой до выравнивания давления. Разность уровней жидкости определяет избыточное давление. Такими приборами замеряют разность давлений и разрежение.

На рисунке 1а изображен 2-х трубный манометр, измеряющий вакуум, избыточное и атмосферное давление. Недостатком является значительная погрешность измерения давлений, имеющих пульсацию. Для таких случаев применяют 1-трубные манометры (рисунок 1б). В них один край сосуда большего размера. Чашка соединена с измеряемой полостью, давление которой передвигает жидкость в узкую часть сосуда.

При замере берется во внимание только высота жидкости в узком колене, так как жидкость изменяет свой уровень в чашке незначительно, и этим пренебрегают. Чтобы произвести замеры малых избыточных давлений используют 1-трубные микроманометры с трубкой, наклоненной под углом (рисунок 1в). Чем больше наклон трубки, тем точнее показания прибора, вследствие увеличения длины уровня жидкости.

Особой группой считаются приборы для измерения давления, в которых движение жидкости в емкости действует на чувствительный элемент – поплавок (1) на рисунке 2а, кольцо (3) (рисунок 2в) или колокол (2) (рисунок 2б), которые связаны со стрелкой, являющейся указателем давления.

Рис-2

Преимуществами таких приборов является дистанционная передача и их регистрация значений.

Деформационные манометры

В технической области приобрели популярность деформационные приборы для измерения давления. Их принцип работы заключается в деформации чувствительного элемента. Эта деформация появляется под действием давления. Упругий компонент связан со считывающим устройством, имеющим шкалу с градуировкой единицами давления.

Деформационные манометры делятся на:

Пружинные.
Сильфонные.
Мембранные.

Рис-3

Пружинные манометры

В этих приборах чувствительным элементом является пружина, соединенная со стрелкой передаточным механизмом. Давление воздействует внутри трубки, сечение старается принять круглую форму, пружина (1) пытается раскручиваться, в результате стрелка передвигается по шкале (рисунок 3а).

Мембранные манометры

В этих приборах упругим компонентом является мембрана (2). Она прогибается под давлением, и воздействует на стрелку с помощью передаточного механизма. Мембрану изготавливают по типу коробки (3). Это увеличивает точность и чувствительность прибора из-за большего прогиба при равном давлении (рисунок 3б).

Сильфонные манометры

В приборах сильфонного типа (рисунок 3в) упругим элементом является сильфон (4), который выполнен в виде гофрированной тонкостенной трубки. В эту трубку воздействует давление. При этом сильфон увеличивается в длину и с помощью механизма передачи передвигает стрелку манометра.

Сильфонные и мембранные виды манометров используют для замеров незначительных избыточных давлений и вакуума, так как упругий компонент имеет небольшую жесткость. При применении таких приборов для измерения вакуума они получили название тягомеров. Прибор, измеряющий избыточное давление, является напоромером, для измерения избыточного давления и вакуума служат тягонапоромеры.

Приборы для измерения давления деформационного типа имеют преимущество в сравнении с жидкостными моделями. Они позволяют производить передачу показаний дистанционно и записывать их в автоматическом режиме.

Это происходит вследствие преобразования деформации упругого компонента в выходной сигнал электрического тока. Сигнал фиксируется приборами измерений, которые имеют градуировку по единицам давления. Такие приборы имеют название деформационно-электрических манометров. Широкое использование нашли тензометрические, дифференциально-трансформаторные и магнитомодуляционные преобразователи.

Дифференциально-трансформаторный преобразователь

Рис-4

Принципом работы такого преобразователя является изменение силы тока индукции в зависимости от величины давления.

Приборы с наличием такого преобразователя имеют трубчатую пружину (1), которая передвигает стальной сердечник (2) трансформатора, а не стрелку. В итоге изменяется сила индукционного тока, подающегося через усилитель (4) на измерительный прибор (3).

Магнитомодуляционные приборы для измерения давления

В таких приборах усилие преобразуется в сигнал электрического тока вследствие передвижения магнита, связанного с упругим компонентом. При движении магнит воздействует на магнитомодуляционный преобразователь.

Электрический сигнал усиливается в полупроводниковом усилителе и поступает на вторичные электроизмерительные устройства.

Тензометрические манометры

Преобразователи на основе тензометрического датчика работают на основе зависимости электрического сопротивления тензорезистора от величины деформации.

Рис-5

Тензодатчики (1) (рисунок 5) фиксируются на упругом элементе прибора. Электрический сигнал на выходе возникает вследствие изменения сопротивления тензорезистора, и фиксируется вторичными устройствами измерения.

Электроконтактные манометры

В схемах сигнализации, системах авторегулирования технологических процессов, приборах тепловой защиты популярными стали электроконтактные манометры. На рисунке изображена схема и вид прибора.

Рис-6

Упругим компонентом в приборе выступает трубчатая одновитковая пружина. Контакты (1) и (2) выполняются для любых отметок шкалы прибора, вращая винт в головке (3), которая находится на внешней стороне стекла.

При уменьшении давления и достижении его нижнего предела, стрелка (4) с помощью контакта (5) включит цепь лампы соответствующего цвета. При возрастании давления до верхнего предела, который задан контактом (2), стрелка замыкает цепь красной лампы контактом (5).

Классы точности

Измерительные манометры разделяют на два класса:

Образцовые.
Рабочие.

Образцовые приборы определяют погрешность показаний рабочих приборов, которые участвуют в технологии производства продукции.

Класс точности взаимосвязан с допустимой погрешностью, которая является величиной отклонения манометра от действительных величин. Точность прибора определяется процентным соотношением от максимально допустимой погрешности к номинальному значению. Чем больше процент, тем меньше точность прибора.

Образцовые манометры имеют точность намного выше рабочих моделей, так как они служат для оценки соответствия показаний рабочих моделей приборов. Образцовые манометры применяются в основном в условиях лаборатории, поэтому они изготавливаются без дополнительной защиты от внешней среды.

Пружинные манометры имеют 3 класса точности: 0,16, 0,25 и 0,4. Рабочие модели манометров имеют такие классы точности от 0,5 до 4.

Применение манометров

Приборы для измерения давления наиболее популярные приборы в различных отраслях промышленности при работе с жидким или газообразным сырьем.

Перечислим основные места использования приборы для измерения давления в:

Газо- и нефтедобывающей промышленности.
Теплотехнике для контроля давления энергоносителя в трубопроводах.
Авиационной отрасли промышленности, автомобилестроении, сервисном обслуживании самолетов и автомобилей.
Машиностроительной отрасли при применении гидромеханических и гидродинамических узлов.
Медицинских устройствах и приборах.
Железнодорожном оборудовании и транспорте.
Химической отрасли промышленности для определения давления веществ в технологических процессах.
Местах с применением пневматических механизмов и агрегатов.

Какое давление показывает манометр абсолютное или избыточное

Часто задаваемые вопросы о давлении и важности абсолютного давления

Ответы на вопросы об основах измерения давления, в том числе, почему измерение манометрического давления является прекрасным для большинства применений, но в некоторых случаях требуется измерение абсолютного давления.

Что такое давление?

Давление обычно определяется как сила, которая действует равномерно по определенной области. Например, когда вы нажимаете кнопку на дверном звонке, давление вашего пальца прикладывает физическую силу, которая приводит в действие электрический выключатель в дверном звонке, который затем посылает сигнал на динамик. В промышленных применениях сила, которая воздействует на область, обычно представляет собой газ или жидкость, но она также может быть твердой.

Почему мы измеряем давление?

Мониторинг давления является неотъемлемой частью современного общества. По всему миру бесчисленные датчики давления постоянно обеспечивают показания давления на нефтеперерабатывающих заводах, производственных объектах, домах и транспортных средствах. Это делается для обеспечения того, чтобы давление находилось в допустимых пределах и, если нет, чтобы предупредить операторов об исправлении ситуации.

Что такое абсолютное давление, и как это соотносится с избыточным давлением?

Чтобы понять абсолютное давление, нужно сначала определить несколько терминов:

Атмосферное давление. Все вокруг нас — воздух и вода — имеет вес и создает давление. На уровне моря среднее давление составляет 1 атм, или 1,01325 бар; давление изменяется в зависимости от погодных условий. По мере увеличения высоты воздух становится тоньше, равно атмосферное давление.
Манометрическое давление. Ноль в манометрическом давлении представляет собой атмосферное давление, что означает, что показание избыточного давления включает только дополнительное давление внутри системы.
Абсолютное давление. Ноль в абсолютном давлении является идеальным вакуумом, что означает, что абсолютное считывание давления включает в себя как атмосферное давление, так и манометрическое давление.

Важным отличием последних двух типов давления является нулевая ссылка. Ноль инструментов, измеряющих избыточное давление, представляет собой атмосферный воздух, который изменяется в зависимости от высоты и погодных условий. Ноль в приборах, измеряющих абсолютное давление, — это полное отсутствие давления или вакуум; поэтому этот ноль не меняется.

Каковы преимущества измерения абсолютного давления и избыточного давления?

Поскольку все объекты и процессы на заводе-изготовителе имеют одинаковую высоту и атмосферное давление, измерение избыточного давления является достаточно точным для большинства ситуаций. Тем не менее, измерения абсолютного давления требуются в специализированных ситуациях, например, когда вам требуется измерение давления, независимо от колебаний атмосферного давления, а также на промышленных предприятиях, где используются вакуумные насосы и машины вакуумной упаковки.

Абсолютные манометры и датчики присутствуют в многочисленных применениях, включая высотомеры для авиации, мониторы для давления жидкого пара, процессы перегонки, HVAC и производство полупроводников. Давление опасных арсиновых и фосфиновых газов, используемых в процессе производства полупроводников, должно тщательно контролироваться во время хранения и транспортировки. Поскольку атмосферные условия колеблются, важно следить за тем, чтобы опасные газы использовали контрольную точку, которая не изменяется.

Как работают абсолютные манометры?

Абсолютные манометры включают внутреннюю вакуумную камеру, которая используется в качестве эталона для проведения измерений давления. Манометрические датчики абсолютного давления на основе диафрагмы имеют прочную, но гибкую панель, которая разделяет камеру и вакуумную камеру. Локальное атмосферное давление заставляет диафрагму деформироваться в вакуумную камеру. Величина деформации преобразуется в значение давления. Это значение затем указывается на табло индикатора.

Узнайте больше о давлении и различных приложениях для измерения давления, обратившись к нашим консультантам по телефону +7 (831) 218-05-61.

Манометр для измерения низкого давления газовой среды

Общие сведения

Жидкие и газообразные вещества воздействуют с определенной силой на соприкасающиеся с ними тела. Величина этого воздействия, зависящая от свойств вещества и внешних факторов (температуры, сжатия и др.), характеризуется понятием давление.

Давлением называют отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности к площади поверхности при условии равномерного распределения силы по всей площади. Различают абсолютное и избыточное давление.

Абсолютное давление — это полное давление газа или жидкости с учетом всех действующих сил, в том числе давления атмосферного воздуха. Избыточное давление — это разность между абсолютным и атмосферным давлением при условии, что абсолютное давление больше атмосферного. В технике, как правило, измеряют избыточное давление.

Абсолютное давление может быть меньше атмосферного. Если при этом их разность имеет небольшую величину, то ее называют разрежением, если она достаточно велика — вакуумом.

Для измерения избыточного давления применяют манометры, в связи, с чем это давление часто называют манометрическим. Разрежение и вакуум измеряют вакуумметрами, атмосферное давление — барометрами.

Единицей измерения давления в системе СИ является ньютон на квадратный метр (Н/м2). Однако выпускаемые приборы градуируют пока в старых единицах — миллиметрах водяного столба (мм вод. ст.), миллиметрах ртутного столба (мм. рт. ст.) и технических атмосферах (кгс/см2).

Одна техническая атмосфера равна давлению на площадь в 1 см2 столба ртути высотой 735,56 мм при температуре 0°С или столба воды высотой 10 м при температуре 4° С, т. е. 1 кгс/см2= = 735,56мм рт. ст. = 104мм вод. ст.

Вакуум измеряют в процентах атмосферного давления или в тех же единицах, что и давление. Средняя величина давления атмосферного воздуха определена в результате многочисленных измерений и составляет 760мм.рт.ст.,

Измерение давления манометром

Рубрики: Опыты , Поделки , физика , Эксперименты | Теги: Измерение давления манометром, Опыты, Поделки, физика, эксперимент | 20 июня 2013 | Svetlana

Для измерения давления воздуха или газа внутри какого-либо сосуда манометром надо его резиновую трубку присоединить к этому сосуду. Следить за уровнем жидкости в обоих коленах манометра.
а) Если в обоих коленах манометра жидкость стоит на одинаковом уровне, считать давление газа внутри сосуда таким же, как и давление окружающего воздуха.
б) Если уровень жидкости в коротком колене манометра ниже, чем в другом, считать давление внутри сосуда большим, чем давление окружающего воздуха.

в) Если в коротком колене манометра жидкость стоит выше, чем в другом колене, считать, что внутри сосуда давление меньше, чем давление окружающего воздуха.

При разности уровней жидкости в трубках манометра расчёт разницы асмосферного давления и давления в сосуде делается по формуле:

Можно проделать следующие опыты с использованием своего манометра.
Насадив крепко конец резиновой трубки манометра на стеклянную воронку, широкое отверстие её затянуть резиновой плёнкой. Когда жидкость в манометре успокоится, опустить воронку в ведро с водой. Следить, как изменяется давление внутри воды с глубиной погружения воронки. Установив воронку на определённой глубине в воде, повёртывать её отверстием в разные стороны, вверх и вниз, следя за показанием манометра.
2. Открыть трубу у вытопленной незадолго до опыта печи. Ввести в печь резиновую трубку манометра. Уровень воды в коротком колене манометра поднимается. Рассчитать давление тёплого воздуха в печи (при тяге).
3. Резиновый мешок медицинской грелки надуть слегка воздухом и соединить его накрепко с резиновой трубкой манометра. Положить мешок горизонтально и класть на него одну за другой толстые книги (груз). Манометр хорошо покажет изменение давления воздуха, замкнутого в мешке.
4. Если достать стеклянную трубку общей длиной около 1,7 м, можно сделать манометр для измерения уже значительно большего избыточного давления, например, наибольшего напора воздуха при дутье ртом. Этим способом контролируется «сила лёгких». Дуть надо не рывками, а плавно увеличивая давление.

5. Этим же прибором можно измерить наибольшее разрежение, создаваемое при всасывании ртом. В этом случае надо ртом тянуть воздух из верхнего конца трубки.
6. Если в приборе 4-го опыта вместо короткого колена трубки вставить оттянутую на сужение трубочку, то при дутье в длинное колено из короткой трубки будет бить фонтан.

Е.Н. Соколова “Юному физику”

Физика для средней школы

Барометры. Манометры

Барометры — приборы, служащие для измерения атмосферного давления. Ртутный барометр (рис. 1) состоит из заполненной ртутью U-образной стеклянной трубки, один конец которой запаян, а на другом находится открытый резервуар с ртутью. Барометр имеет шкалу с миллиметровыми делениями, по которой непосредственно измеряют атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба. Оно численно равно высоте столба ртути между ее уровнями в закрытом и открытом коленах барометра.

Преимущество таких барометров -большая точность показаний. Недостатки — они громоздки, хрупки, пары ртути вредны для здоровья людей.

Металлический барометр — анероид (рис. 2) состоит из цилиндрической камеры K, из которой откачан воздух. Камера герметично закрыта тонкой гофрированной крышкой-мембраной М.

Чтобы атмосферное давление не сплющило мембрану, она соединена посредством тяги Т с пружиной П, закрепленной на корпусе прибора. К пружине прикреплена стрелка С, конец которой перемещается по шкале Ш. При изменении атмосферного давления мембрана прогибается внутрь или наружу и перемещает стрелку по шкале.

Преимущества анероидов в том, что они удобны в работе, прочны, малогабаритны. Основной недостаток — они менее точны, чем ртутные барометры.

Для измерения давления, большего или меньшего атмосферного, используют манометры. Манометры бывают жидкостные и металлические.

Жидкостный манометр делают в виде U-образной трубки с жидкостью (обычно водой или ртутью), одно колено которой присоединяется к сосуду, давление в котором нужно измерить (рис. 3, а). Уровень жидкости в этом колене понизится (если давление в сосуде больше атмосферного) или повысится (если оно меньше атмосферного) по сравнению с уровнем жидкости во втором колене. Измеряемое давление будет p = p_a ± pgh, где p_a — атмосферное давление, pgh — гидростатическое давление избыточного столба жидкости в колене манометра.

Для измерения таким манометром давления внутри жидкости к одному из его колен присоединяют с помощью резиновой трубки плоскую коробочку, одна сторона которой затянута резиновой пленкой (рис. 3, б).

Простейший металлический манометр устроен следующим образом (рис. 3, в). Тонкая упругая пластинка М — мембрана — герметически закрывает коробку К, из которой частично откачан воздух. К мембране присоединен указатель Р, вращающийся около оси О. При погружении прибора в жидкость мембрана прогибается под действием сил давления, и ее прогиб передается указателю, передвигающемуся по шкале.

Классификация приборов

Типы манометров различаются по двум признакам: по виду измеряемого ими показателя и по принципу действия.

По первому признаку они подразделяются на:

приборы, предназначенные для измерения атмосферного давления, иначе они называются барометры;
приборы, измеряющие избыточное и абсолютное;
вакуумметры, призваны измерять разность атмосферного и абсолютного давлений;
напорометры, измеряют малое (до 40 кПа) избыточное давление;
тагометры, вид вакуумметра, которое измеряет избыточное давление верхнего предела 40 кПа;
дифференциальные манометры, измеряют разность давлений.

По принципу действия они делятся на:

жидкостные, уравновешивание разницы давлений в таких приборах происходит за счет гидростатического давления столба жидкости, в устройстве используется принцип сообщающихся сосудов;
пружинные имеют простую конструкцию, и широко применяются для измерения давления среды в широких диапазонах;
мембранные, основаны на пневматической компенсации, уравновешивание давления происходит за счет силы упругости мембранной коробки;
электроконтактные, применяются в автоматических системах контроля и сигнализации, поскольку с их помощью можно регулировать измеряемую среду благодаря встроенному в корпус электроконтактному механизму;
дифференциальные используются для измерения уровня жидкостей под напором расхода жидкости, пара и газа с помощью диафрагм.

По назначению существуют такие виды манометров, как:

общетехнические приборы применяются для измерения напора жидкостей, газов и паров, химически нейтральных к сплавам меди;
кислородные, они производятся в корпусах голубого цвета с указанием О2 на циферблате, применяются для измерения кислородного давления в баллонах или вакуумах;
ацетиленовые применяются для контроля избыточного давления ацетилена;
эталонные применяются в целях проверки других приборов, поскольку они обладают большой точностью;
судовые применяются в судах и морском транспорте;
железнодорожные используются на железнодорожном транспорте;
самопишущие имеют встроенный механизм, который позволяет воспроизводить на бумаге результат работы.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Манометр — абсолютное давление

Манометры абсолютного давления обычно применяют для измерения малых абсолютных давлений. [46]

Тепломеры выполнены на базе диф-манометров типа ДМКВ ( рис. 4 — 9) и установлены в 1969 г. на парогенераторах Ленинградской ТЭЦ-7. В качестве манометра абсолютного давления используется манометр типа МАС-Э1, вторичный прибор которого ( потенциометр типа ЭПСМ) включен на шунт в цепи токового выхода манометра. [47]

Деформационные приборы давления используют для измерения давления, разности давлений, разрежения ( вакуума) в очень широком диапазоне измерений — от 50 Па до 1000 МПа. Их изготовляют в виде манометров избыточного давления, манометров абсолютного давления , вакуумметров, мановакуумметров, дифмано-доетров. [48]

Абсолютное давление газа в жестком закрытом сосуде, естественно, не зависит от давления атмосферы или иной среды, окружающей сосуд. Для измерения абсолютного давления служат приборы, называемые манометрами абсолютного давления . Абсолютное давление атмосферы измеряется барометрами, поэтому атмосферное давление часто называют барометрическим. [49]

Прибор, измеряющий атмосферное давление, называют барометром, отсюда атмосферное давление — барометрическим. Прибор, предназначенный для измерения абсолютного давления, называют манометром абсолютного давления . [50]

Приборы для измерения избыточного давления называются манометрами. Их разновидности, служащие для измерения полного ( абсолютного) давления, называются манометрами абсолютного давления ; для измерения давления ниже атмосферного ( вакуума) — вакуумметрами, для измерения избыточного давления и вакуума — мановакуумметрами, для измерения разности давлений ( перепада) — дифференциальными манометрами, или дифмано-метрами. [51]

Большинство технических приборов для измерения давления ( или разрежения) показывает избыточное давление. К таким приборам относятся: манометры, вакуумметры, мановакуумметры, микроманометры, дифференциальные манометры, барометры, манометры абсолютного давления . [52]

Если давление измеряемого вещества незначительное, то изменения атмосферного давления могут значительно исказить результаты измерения расхода вещества или тепла. В этом случае в решающую схему вычислительного прибора необходимо автоматически вводить действительные значения атмосферного давления или пользоваться данными манометра абсолютного давления . [53]

Возможен и третий случай, когда при измерении манометром разности давлений одно из давлений искусственно делается равным нулю путем вакуумирования соответствующей полости манометра. Такие манометры измеряют не избыточное, а абсолютное давление [ величина В в формуле (2.1) равна нулю ], и называют их поэтому манометрами абсолютного давления . [54]

Для оценки характеристик арматуры используют понятия условного, рабочего и пробного давления. На практике широко применяют понятие избыточного давления, измеряемого с помощью обычного манометра или мановакуумметра. При работе с манометром абсолютного давления избыточное давление находят как разность между абсолютным и атмосферным давлением. [55]

Для непрерывного преобразования абсолютного, избыточного и вакуумметрического давления ( разряжения) жидкостей и газов в пневматический сигнал дистанционной передачи. Измерительные блоки таких датчиков давления унифицированы и практически отличаются только размерами или расположением чувствительного элемента. На рис. 12.37 приведены принципиальные схемы измерительных блоков сильфонных напоромеров, манометров и тягонапоромеров на схемах 1 и 2 рис. 12.37; на схеме 3 — манометр абсолютного давления ; на 4, 5 и 6 — сильфонных тягомеров, вакуумметров и мановакуумметров; на 7 и 9 — датчиков сверхвысокого давления и на 8 — пружинных манометров. [57]

Наличие паров ртути в рабочей части адсорбционных установок часто бывает недопустимо. Наибольшую трудность представляет замена ртутных манометров другими приборами для измерения давлений. Если контроль за степенью откачки адсорбента вполне удовлетворительно может быть осуществлен, например, ионизационно-термопарными вакуумметрами ВИТ-1, ВИТ-2 или ВИТ-3, работающими в пределах давлений от 10 — 8 до 1 мм, то для достаточно точного измерения давлений от 1 до 800 мм рт. ст. практически нет стандартных приборов, выпускаемых промышленностью. Имеющиеся безртутные заводские манометры абсолютного давления МАС-ЭЗ не обеспечивают измерение давления точнее, чем 0 5 мм рт. ст., и, кроме того, имеют большой мертвый объем. [58]

Для увеличения хода подвижного центра мембраны попарно соединяют ( сваркой или спайкой) в коробки, а коробки — в блоки. Различают мембранные коробки анеройдные ( см. фиг. Деформация анероидной коробки проявляется в изменении ее высоты и происходит под действием разности давления окружающей ее среды и давления в полости коробки. Так как давление в полости коробки очень мало, то можно считать, что ее деформация определяется абсолютным давлением окружающей среды. Анеройдные коробки применяются в манометрах абсолютного давления , в барометрах, барографах, барометрических высотомерах. [59]

Что измеряет манометр и какое давление показывает

Описание и назначение манометра

Виды давления:

атмосферное — давление атмосферы земли, которое создается массой воздушного столба;
абсолютное давление —это показатель, отсчет которого с учетом атмосферного, начинается с нуля;
избыточное — под избыточным подразумевают разность двух показателей атмосферного и абсолютного;
вакуум или, другими словами, разряженное — наоборот, представляет собой разницу абсолютного и атмосферной или барометрической величины;
дифференциальное — это разность между двумя измеряемыми показателями, которые не имеют отношения к природным показателям.

Для измерения каждого из перечисленных выше видов показателей существуют определенные типы манометров.

Классификация приборов

Типы манометров различаются по двум признакам: по виду измеряемого ими показателя и по принципу действия.

По первому признаку они подразделяются на:

приборы, предназначенные для измерения атмосферного давления, иначе они называются барометры;
приборы, измеряющие избыточное и абсолютное;
вакуумметры, призваны измерять разность атмосферного и абсолютного давлений;
напорометры, измеряют малое (до 40 кПа) избыточное давление;
тагометры, вид вакуумметра, которое измеряет избыточное давление верхнего предела 40 кПа;
дифференциальные манометры, измеряют разность давлений.

По принципу действия они делятся на:

жидкостные, уравновешивание разницы давлений в таких приборах происходит за счет гидростатического давления столба жидкости, в устройстве используется принцип сообщающихся сосудов;
пружинные имеют простую конструкцию, и широко применяются для измерения давления среды в широких диапазонах;
мембранные, основаны на пневматической компенсации, уравновешивание давления происходит за счет силы упругости мембранной коробки;
электроконтактные, применяются в автоматических системах контроля и сигнализации, поскольку с их помощью можно регулировать измеряемую среду благодаря встроенному в корпус электроконтактному механизму;
дифференциальные используются для измерения уровня жидкостей под напором расхода жидкости, пара и газа с помощью диафрагм.

По назначению существуют такие виды манометров, как:

общетехнические приборы применяются для измерения напора жидкостей, газов и паров, химически нейтральных к сплавам меди;
кислородные, они производятся в корпусах голубого цвета с указанием О2 на циферблате, применяются для измерения кислородного давления в баллонах или вакуумах;
ацетиленовые применяются для контроля избыточного давления ацетилена;
эталонные применяются в целях проверки других приборов, поскольку они обладают большой точностью;
судовые применяются в судах и морском транспорте;
железнодорожные используются на железнодорожном транспорте;
самопишущие имеют встроенный механизм, который позволяет воспроизводить на бумаге результат работы.

Устройство и принцип действия

Существует два вида ионизационных устройств: с горячим и холодным катодом.

Маркировка по цвету

Преимущества использования

Класс точности прибора

Основы манометра

| FierceElectronics

Один из самых ранних приборов для измерения давления до сих пор широко используется из-за присущей ему точности и простоты эксплуатации. Это U-образный манометр, представляющий собой U-образную стеклянную трубку, частично заполненную жидкостью. Этот манометр не имеет движущихся частей и не требует калибровки. Манометрические измерения зависят от силы тяжести и плотности жидкости — обоих физических свойств, которые делают манометр с U-образной трубкой стандартом точности NIST.

Манометры являются одновременно приборами для измерения давления и калибровочными эталонами. Они варьируются от простых U-образных трубок и лунок, заполненных жидкостью, до портативных цифровых инструментов с компьютерным интерфейсом.

Как показано на Рисунке 1, при воздействии атмосферы на каждую ногу U-образного манометра высота жидкости в колоннах одинакова. Используя эту точку в качестве ориентира и подключая каждую ногу к неизвестному давлению, разница в высоте колонны указывает на разницу давлений (см. Рисунок 2).

Рис. 1. Когда оба плеча манометра с U-образной трубкой открыты в атмосферу или подвергаются одинаковому давлению, жидкость поддерживает одинаковый уровень в каждом плече, устанавливая нулевой эталон.

Рис. 2. При увеличении давления на левую сторону манометра с U-образной трубкой жидкость опускается в левой ноге и поднимается в правой. Жидкость движется до тех пор, пока единица веса жидкости, обозначенная буквой h, точно не уравновесит давление.

Фундаментальное соотношение для давления, выраженного столбом жидкости:

где:

Δp	= перепад давления
п. ₁	= давление на штуцере низкого давления
п. ₂	= давление на штуцере высокого давления
ρ	= плотность индикаторной жидкости (при определенной температуре)
г	= ускорение свободного падения (на определенной широте и высоте)
ч	= разница в высоте колонн

Результирующее давление представляет собой разницу между силами, действующими на единицу площади поверхности жидких столбов, с фунтами на квадратный дюйм (фунт / кв. Дюйм) или ньютонами на квадратный метр (паскали) в качестве единиц.Манометр настолько часто используется для измерения давления, что разница в высоте колонки также является общепринятой единицей измерения. Это выражается в дюймах или сантиметрах воды или ртутного столба при определенной температуре, которые можно изменить на стандартные единицы давления с помощью таблицы преобразования.

Все измерения давления дифференциальные. Эталоном может быть нулевое абсолютное давление (полный вакуум), атмосферное давление (барометрическое давление) или другое давление. Когда одна ножка манометра открыта в атмосферу (см. Рисунок 3A), измеренное давление превышает атмосферное давление, которое на уровне моря составляет 14.7 фунтов на кв. Дюйм, 101,3 кПа или 76 см рт. Ст.

Рис. 3. Манометрическое давление измеряется относительно атмосферного давления и изменяется в зависимости от показаний барометрического давления. Измерение манометрического давления является положительным, когда неизвестное давление превышает атмосферное давление (A), и отрицательным, когда неизвестное давление меньше атмосферного давления (B).

Это измерение называется манометрическим давлением, и соотношение для положительного давления выражается следующим образом:

абсолютное давление = атмосферное давление + избыточное манометрическое давление

(2)

Для измерения отрицательного давления (вакуума) (см. Рисунок 3B) высота столбца меняется на противоположную, и соотношение выражается следующим образом:

абсолютное давление = атмосферное давление + отрицательное манометрическое давление

(3)

Эти зависимости давления показаны на рисунке 4.

Рис. 4. Графическое представление положительного и отрицательного манометрического давления показывает дифференциальный аспект всех измерений давления, где манометрическое давление — это разница между абсолютным давлением и атмосферным давлением.

Рис. 5. В манометре с герметичной трубкой эталоном давления является вакуум или нулевое абсолютное давление. Наиболее распространенной формой манометра с герметичной трубкой является обычный ртутный барометр, используемый для измерения атмосферного давления.

Манометр может быть сконструирован для прямого измерения абсолютного давления. Манометр на Рисунке 5 измеряет давление по сравнению с нулевым абсолютным давлением в закрытом колене над столбом ртути. Самая распространенная форма этого манометра — обычный ртутный барометр, используемый для измерения атмосферного давления. С помощью всего одного соединения эта конфигурация может измерять давление выше и ниже атмосферного.

Варианты манометра с U-образной трубкой
Перепад давления — это всегда разница в высоте колонки, независимо от размера или формы трубок.Как показано на рисунке 6A, ножки обоих манометров открыты для атмосферы, а индикаторные жидкости находятся на одном уровне. При подаче одинакового давления на левую ножку каждого манометра его уровень понижается. Из-за разницы в объеме в опорах манометра жидкость в каждой колонке перемещается на разное расстояние. Однако разница между уровнями жидкости в обоих манометрах одинакова (см. Рисунок 6B).

Рис. 6. Давление всегда представляет собой разницу между высотами жидкости, независимо от размеров трубки.Когда обе опоры манометра открыты в атмосферу, уровни жидкости одинаковы (A). При одинаковом положительном давлении, приложенном к одной ноге каждого манометра, уровни жидкости различаются, но расстояние между высотами жидкости одинаково.

Рис. 7. В манометре колодцевого типа площадь поперечного сечения одной ножки (колодца) намного больше, чем другой ножки. Когда к скважине прикладывается давление, жидкость опускается лишь незначительно по сравнению с подъемом жидкости в другой ноге.

Эту вариацию размеров труб вносит еще и скважинный (или резервуарный) манометр (см. Рисунок 7). При приложении давления к скважине уровень немного падает по сравнению с подъемом уровня в колонне. Путем компенсации делений шкалы колонки для корректировки перепада давления в скважине можно получить прямое считывание дифференциального давления. Для манометров колодцевого типа существуют инструкции по подключению, по сравнению с манометрами с U-образной трубкой:

Подключите к скважине давление выше атмосферного; подключить к трубке давление ниже атмосферного.
Для дифференциальных измерений подключите к скважине более высокое давление.
Для манометров с приподнятым колодцем соединение колодца можно использовать для манометрических измерений и измерений вакуума.

Вариантом манометра колодезного типа является манометр с наклонной трубкой (или тягомером), показанный на рисунке 8. С наклонной индикаторной трубкой, 1 дюйм вертикального подъема растягивается на несколько дюймов шкалы. Манометр с наклонной трубкой имеет лучшую чувствительность и разрешение для низких давлений.

Рис. 8. Низкое давление и низкие перепады лучше работают с помощью манометра с наклонной трубкой, где 1 дюйм вертикальной высоты жидкости может быть увеличен до 12 дюймов шкалы.

Индикация жидкостей
Жидкостные манометры измеряют перепад давления, уравновешивая вес жидкости между двумя значениями давления. Легкие жидкости, такие как вода, могут измерять небольшие перепады давления; ртуть или другие тяжелые жидкости используются при больших перепадах давления.Для индикаторной жидкости в 3 раза тяжелее воды диапазон измерения давления в 3 раза больше, но разрешение уменьшается.

Индикаторные жидкости могут быть окрашенной водой, маслом, бензолом, бромидами и чистой ртутью. При выборе индикаторной жидкости проверьте характеристики на удельный вес, диапазон рабочих температур, давление пара и температуру вспышки. Также важны коррозионные свойства, растворимость и токсичность.

Цифровые манометры
Жидкостный манометр имеет ограничения.Стеклянные трубки, индикаторные жидкости и требования к установке уровня больше подходят для лаборатории, чем для работы в полевых условиях. Кроме того, он не может быть подключен к компьютеру или ПЛК. Такие ограничения можно преодолеть с помощью цифровых манометров. Эти микропроцессорные приборы доступны в удобных портативных размерах для простоты использования в полевых условиях, а также в панельном или автономном стиле с выходами для управления процессом или передачи данных измерений.

Отклонения от стандартных условий плотности и силы тяжести необходимо компенсировать вручную при измерении давления с помощью жидкостных манометров.Это проще с цифровыми манометрами, потому что некоторые поправочные коэффициенты для жидкостных манометров можно игнорировать, а другие можно компенсировать программно.

Благодаря двойным портам замена датчиков — это все, что нужно для переключения между измерениями дифференциального, манометрического и абсолютного давления.

Другие общие черты цифровых манометров:

Встроенная память для регистрации или хранения данных мин. / Макс. показания
Усреднение ряда показаний для гашения импульсов давления

Цифровые манометры повышенной точности используются для калибровки датчиков давления и других приборов давления в полевых условиях.Цифровые калибраторы работают быстрее и проще, поскольку они не требуют установки коробок, газовых баллонов, регуляторов или грузов, а также не имеют специальных платформ или критических требований к выравниванию. Дальнейшее сравнение технических характеристик жидкостного и цифрового манометров показано в таблице 1.

ТАБЛИЦА 1
Характеристики манометра
	Манометры жидкости			Цифровые манометры
	U-образная трубка	Скв.	наклонный	общего назначения	Калибровка
Диапазон	100 дюймов	100 дюймов	20 дюймов	20-2000 дюймов H ₂ O, 20-2000 фунтов на кв. Дюйм, 2000 мм рт. Ст.	2000 дюймов H ₂ O, 2000 фунтов на кв. Дюйм, 2000 мм рт. Ст.
Точность	± ½ деления малой шкалы	± ½ деления малой шкалы	± ½ деления малой шкалы	± 0,025-0,1% полной шкалы	± 0,025-0,1% полной шкалы
Смачиваемые детали или совместимость со средой	Чугун, нержавеющая сталь, ПВХ, стекло, витон	Нержавеющая сталь, стекло, витон	Акрил, нержавеющая сталь, алюминий, стекло, витон	Чистые, сухие некоррозионные газы; жидкости, совместимые с нержавеющей сталью	Чистые, сухие некоррозионные газы; жидкости, совместимые с нержавеющей сталью
Давление Рейтинг	250 фунтов на квадратный дюйм	250-500 фунтов на квадратный дюйм	100-350 фунтов на квадратный дюйм	2 × диапазон	2 × диапазон
Крепление	Стенка, стол	Стенка, стол, фронт заподлицо, труба	Стенка, стол	Портативный	Портативный
Относительная стоимость	Низкий	Низкое / среднее	Средний	Средний	Высокая

Для дополнительной информации
Massey, B.S. 1989. Механика жидкостей , 6-е изд., Лондон: Ван Ностранд Рейнхольд.

Инструмент Meriam. 1997. Использование манометров для точного измерения давления, расхода и уровня , Кливленд: Meriam Instrument.

Мериам, Дж. Б. 1938. Манометр и его применение . 2-е изд., Кливленд: Инструмент Мериам.

Омега Инжиниринг. 1999. Операции в области измерения и контроля: измерения, связанные с силой , 2-е изд. Стэмфорд, Коннектикут: Издательство Putnam Publishing и Omega Press.

Йегер, Джон, и Хруш-Тупта, М.А., ред. 1998. Измерения низкого уровня . 5-е изд. Кливленд: Keithley Instruments.

БОКОВАЯ ПАНЕЛЬ:

Манометр, давление и точность Глоссарий

A абсолютное давление. Измерение относительно нулевого давления; равняется сумме манометрического давления и атмосферного давления. Обычные единицы измерения — фунты на квадратный дюйм (psia), миллиметры ртутного столба (мм рт. Ст.) И дюймы ртутного столба (дюйм.Hga).

Точность. Мера степени близости чтения к эталону. Для абсолютной точности сравните с первичным стандартом (признанным NIST). Точность обычно указывается как плюс или минус процент от полной шкалы. Точность калибровки часто выражается в виде плюсового или минусового процента показаний с плюсовым или минусовым счетом.

Давление окружающей среды. Давление среды, окружающей устройство. Он варьируется от 29.От 92 дюймов рт. Ст. На уровне моря до нескольких дюймов на большой высоте.

Атмосферное давление. Давление атмосферы на единицу поверхности. Также называется барометрическим давлением. На уровне моря он составляет 29,92 дюйма ртутного столба в абсолютном выражении.

Счет. Наименьшее отображаемое приращение аналого-цифрового преобразования.

Дифференциальное давление. Разница между двумя точками измерения. Стандартные единицы измерения — дюймы водяного столба (дюймы водяного столба ₂ O), фунты на квадратный дюйм (psi) и миллибары (мбар).

Разрешение дисплея. Максимальное количество цифр на цифровом дисплее. Например, разрешение дисплея в 4½ разряда позволяет считывать максимум 19 999 отсчетов; а разрешение дисплея 5 значащих цифр позволяет считывать не более 99 999 единиц.

Манометрическое давление. Измерение при атмосферном давлении. Это зависит от показаний барометрического давления. Также используется для указания максимального номинального давления манометров. Общие единицы включают фунты на квадратный дюйм (psig).

Диапазон. Область между нижним и верхним пределами измерений.

Разрешение. Наименьшая часть измерения, которую можно обнаружить.

Чувствительность. Наименьшее изменение измерения, которое может быть обнаружено.

Неопределенность. Оценка возможной ошибки измерения. Это противоположность точности.

Вакуум. Любое давление ниже атмосферного.Относительно атмосферы это называется вакуумным (или отрицательным) измерением. В отношении нулевого давления это измерение абсолютного давления.

Нулевое абсолютное давление. Полное отсутствие газа; идеальный вакуум.

Все о манометрах — что это такое и как они работают

Манометры — это прецизионные инструменты, которые используются для измерения давления, которое представляет собой силу, оказываемую газом или жидкостью на единицу площади поверхности из-за влияния веса этот газ или жидкость под действием силы тяжести.В зависимости от типа и конфигурации манометры могут быть настроены для измерения различных значений давления. Обычный тип манометра, с которым знакомо большинство людей, — это манометр, который врачи и медицинские работники используют для измерения и контроля артериального давления пациента. Манометр такого типа называется тонометром.

В этой статье будут описаны различные типы манометров, объяснено, как они работают, представлено их применение и обсуждены соображения поправочного коэффициента, используемые для манометров.

Определения давления

Полезно рассмотреть несколько основных принципов, относящихся к давлению. Давление — это мера силы (F), прилагаемой к единице площади (A):

Таким образом, единицей измерения давления является значение силы, деленное на квадрат значения расстояния. В метрических единицах единицей измерения давления является Ньютон / (метр) ², известная как Паскаль (Па). Другие распространенные единицы измерения давления включают фунты на квадратный дюйм (psi), миллибары, атмосферы (атм), миллиметры ртутного столба (мм рт. Ст.) И дюймы водяного столба (в H ₂ O).

Давление можно представить в виде трех конкретных категорий:

Абсолютное давление
Манометрическое давление
Дифференциальное давление

Абсолютное давление измеряет значение давления, оказываемого по отношению к абсолютному нулевому давлению вакуума. Манометрическое давление представляет собой разницу между измеренным значением давления и местным атмосферным давлением (представьте себе манометр в шинах). Дифференциальное давление используется для описания выполнения измерения, которое представляет собой разницу между двумя (неизвестными) уровнями давления, где не указывается эталонное давление, но измерение величины давления, на которое эти два уровня различаются, по-прежнему важно.

Следовательно, полное или абсолютное давление может быть определено в терминах манометрического давления и атмосферного давления следующим образом:

Типы манометров

Манометры можно в целом разделить на два основных типа: аналоговые манометры и цифровые манометры, каждый из которых обсуждается ниже.

Аналоговые манометры и принцип их работы

Аналоговые манометры используют жидкость, содержащуюся в U-образной трубке, и работают по принципу гидростатического баланса.Когда оба конца открыты для атмосферного давления, жидкость в трубке будет оседать на одинаковой высоте на каждом участке трубки. Но если к одной из ножек U-образной трубки приложить положительное давление, то уровень жидкости упадет в этой ножке и поднимется на другой ножке. Это связано с тем, что давление заставит жидкость опускаться в одну ногу и подниматься в другой до тех пор, пока вес столба жидкости, возникающий в результате приложенного давления, не станет достаточным, чтобы противостоять этому значению давления. Следовательно, расстояние по вертикали между уровнем жидкости в двух коленях трубы представляет собой меру приложенного давления.Эти распространенные типы аналоговых манометров называются U-образными манометрами. Наблюдаемое значение давления (P) является функцией высоты (h) и плотности (ρ) жидкости, используемой в манометре, значение (g) представляет собой гравитационную постоянную.

Другой тип аналогового манометра — манометр колодезного типа, иногда называемый цистерным манометром. Манометр колодезного типа похож на U-образную трубку, с той разницей, что одна из ножек U имеет площадь поперечного сечения, которая намного больше, чем у второй ножки.Такая компоновка приводит к меньшему перемещению уровня жидкости в большей опоре при воздействии давления, эффективно позволяя использовать одну шкалу для считывания для получения значения давления, в отличие от двух шкал в стиле U-образной трубки.

Наклонные манометры

, как следует из названия, сконструированы с трубкой, которая расположена не вертикально, а под небольшим углом по отношению к горизонтальной плоскости. Такая конструкция позволяет прибору наблюдать относительно небольшое изменение давления, тем самым обеспечивая улучшенную чувствительность и разрешение.

Другой тип манометров называется абсолютным манометром. Абсолютные манометры используют герметичную ножку, которая позволяет только одной ножке трубки манометра подвергаться внешнему давлению. На герметичной стороне существует состояние вакуума, которое представляет собой абсолютное нулевое давление, герметизированное столбиком ртути. Таким образом, манометр измеряет абсолютное давление, а не манометрическое давление или перепад давления. Этот тип манометра может быть либо типом колодца, либо U-образной трубкой, описанным выше.Ртутные барометры, измеряющие атмосферное давление, являются типичным примером абсолютного манометра.

В аналоговых манометрах используются различные жидкости. Общие жидкости показаны в таблице 1 ниже, которые иногда называют манометрическими жидкостями. Изменяя используемую жидкость, можно изменять точность, диапазон и чувствительность аналогового манометра. Жидкости с плотностью выше, чем вода, обеспечивают более высокие диапазоны, но более низкое разрешение. Точно так же снижение плотности манометрической жидкости, также называемой индикаторной жидкостью, уменьшит диапазон давления, но повысит его чувствительность.

Таблица 1 — Примеры индикаторных жидкостей для использования в манометрах

* Удельный вес представляет собой отношение плотности жидкости к плотности воды.
Индикаторная жидкость	Диапазон температур	Удельный вес *
Ртуть особой чистоты	-30 ^o F — 200 ^o F	13.54 @ 71,6 ^° F
Красное масло # 827	40 ^o F — 120 ^o F	0,827 при 60 ^o F
Масло Red Unity # 100	30 ^o F — 100 ^o F	1,00 при 73 ^o F
Зеленый концентрат # 1000	40 ^o F — 120 ^o F	1.000 @ 55 ^o F
Тетрабромид ацетилена	40 ^o F — 100 ^o F	2,95 при 78 ^o F
Дибутилфталат	20 ^o F — 150oF	1.04 при 80 ^o F

Цифровые манометры и принцип их работы

Цифровые манометры, также известные как электронные манометры, не полагаются на гидростатический баланс жидкости для определения давления.Вместо этого они содержат датчик давления — устройство, которое может преобразовывать наблюдаемый уровень давления в электрический сигнал, характеристическое значение которого пропорционально величине давления или является ее показателем. Упругая часть преобразователя отклоняется под давлением, и это отклонение затем преобразуется в значение электрического параметра, которое может быть обнаружено и откалибровано по показаниям давления. Датчики давления обычно используют один из трех типов электрических параметров — резистивный, емкостной или индуктивный.

Резистивные преобразователи приводят к деформации, изменяющей электрическое сопротивление тензодатчика.
Емкостные преобразователи полагаются на изменения значения емкости, наблюдаемые в результате деформации, изменяющей относительное положение двух пластин конденсатора.
Индуктивные преобразователи используют деформацию упругой части для изменения линейного движения прикрепленного ферромагнитного сердечника внутри катушки или индуктора. Это движение изменяет наведенную ЭДС и переменный ток, генерируемый в катушке.

Для выполнения измерений при очень низких давлениях используются дополнительные типы датчиков давления, включая датчик Пирани, датчик термопарного типа и датчик ионизации. Манометры низкого давления еще называют микроманометрами.

Цифровые манометры

имеют некоторые преимущества перед аналоговыми моделями. Цифровые манометры:

Портативные по размеру, меньше весят и оснащены легко читаемыми дисплеями.
Может взаимодействовать с компьютером или программируемым логическим контроллером (ПЛК).
Не полагайтесь на использование манометрических жидкостей, некоторые из которых (например, ртуть) могут быть токсичными.
Не подлежат вопросам, связанным со свойствами жидкости, которые могут повлиять на точность измерений.
Может корректировать отклонения от стандартных условий с помощью программного обеспечения.

Поскольку они не являются первичным стандартом, они требуют периодической калибровки по первичному стандарту.

Поправки на свойства жидкости, применимые к манометрам

Аналоговые манометры, которые зависят от свойств жидкостей, требуют корректировки.Плотность жидкостей не зависит от температуры, а сила гравитационного поля зависит как от высоты над уровнем моря, так и от широты. Эти факты требуют использования методологий исправления и необходимости устанавливать стандартные ссылки, чтобы можно было установить и согласовать определение давления. Ссылка 5 ниже содержит полное объяснение методологий, применимых к этим исправлениям, которые представлены здесь лишь вкратце.

Поправка на плотность жидкости — корректирует тот факт, что плотность показывающей жидкости не постоянна с температурой
Correction for Gravitation Field — корректирует изменение силы гравитационного поля на заданной высоте и широте относительно его значения на уровне моря и 45 °.54 ^o N широта
Поправка на напор — регулирует разницу между плотностью столба жидкости и плотностью напорной среды той же высоты
Поправка на изменения шкалы — регулирует тот факт, что отмеченные градации шкалы изменят свое разделительное расстояние из-за изменения температуры, при которой выполняется считывание давления (это связано с тепловым расширением / сжатием материала, из которого шкала построен)
Поправка на сжимаемость жидкостей — эта поправка в основном применяется при более высоких давлениях, когда плотность жидкости может измениться из-за сжатия жидкости
Другие поправки — они включают поглощение газа жидкостью, которое может изменить ее плотность, а также капиллярный эффект, влияющий на интерпретацию показаний на шкале

Как используются манометры

Манометры используются в различных отраслях промышленности и могут измерять давление и расход.Общее использование включает:

Техническое обслуживание систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха
Мониторинг метеорологических и погодных условий
Контроль давления газа в трубопроводных системах
Измерение расхода жидкости
Физиологические измерения, такие как артериальное давление
Контроль работы компрессорных систем

Резюме

В этой статье представлен краткий обзор манометров и принципов их работы. Для получения информации о других продуктах обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:

https://www.enotes.com/homework-help/how-does-manometer-work-what-its-purpose-how-can-531462
https://sciencing.com/do-manometer-work-5187684.html
https://www.brighthubengineering.com/marine-engines-machinery/106548-using-a-u-tube-manometer-for-measuring-fluid-and-gas-pressures/
https://faraday.physics.utoronto.ca/PVB/Harrison/Manometer/Manometer.html
https://www.meriam.com/assets/eng/050-MHB-1.pdf
https: // sciencestruck.com / манометр-принцип-работа-типы-приложения
http://www.dwyer-inst.com/DC/HVACCatalog/
http://www.validyne.com/blog/simplicity-accuracy-nothing-beats-pressure-manometer/
https://sciencing.com/inclined-manometer-advantages-8761430.html
https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN1573.pdf?&srch=1
https://www.surecontrols.com/how-low-pressure-transducers-work/
https://www.fierceelectronics.com/components/manometer-basics

Прочие инструменты изделия

Больше от Instruments & Controls

Использование манометров для измерения давления | Введение в непрерывное измерение давления

Очень простым устройством, используемым для измерения давления, является манометр : трубка, заполненная жидкостью, в которой приложенное давление газа вызывает пропорциональное смещение высоты жидкости.Вот почему давление часто измеряется в единицах высоты жидкости (например, дюймах водяного столба, дюймах ртутного столба). Как видите, манометр — это, по сути, инструмент для измерения перепада давления , показывающий разницу между двумя давлениями по сдвигу высоты столба жидкости:

Конечно, вполне допустимо просто удалить воздух из одной трубки манометра и использовать ее в качестве прибора для измерения давления манометра , сравнивая приложенное давление в одной трубке с атмосферным давлением в другой.

Высота столба жидкости в манометре всегда должна интерпретироваться по средней линии столба жидкости, независимо от формы мениска жидкости (изогнутой поверхности раздела воздух / жидкость):

Манометры бывают разных форм, наиболее распространенными являются U-образная трубка , колодец (иногда называемый цистерной ), приподнятый колодец и наклонный :

Манометры с U-образной трубкой

очень недорогие и обычно изготавливаются из прозрачного пластика (см. Левую фотографию).Манометры бачкового типа являются нормой для калибровочных стендов и обычно изготавливаются из металлических бачков и стеклянных трубок (см. Правую фотографию):

Наклонные манометры используются для измерения очень низких давлений из-за их исключительной чувствительности (обратите внимание на дробную шкалу для дюймов водяного столба на следующей фотографии, от 0 до 1,5 дюймов по шкале слева направо):

Обратите внимание, что удаление воздуха с одной стороны манометра является стандартной практикой при использовании его в качестве индикатора манометрического давления (реагирующего на давление, превышающее атмосферное).Оба порта давления будут использоваться, если манометр применяется для измерения перепада давления, как и в случае манометра с U-образной трубкой, впервые показанного в этом разделе. Абсолютное давление также может быть измерено манометром, если один из портов давления соединяется с герметичной вакуумной камерой. Вот как сконструирован ртутный барометр для измерения абсолютного давления окружающего воздуха: путем герметизации одной стороны манометра и удаления всего воздуха с этой стороны, так что приложенное (атмосферное) давление всегда сравнивается с вакуумом. .

Манометры

с «колодцем» имеют преимущество одноточечного считывания: нужно только сравнить высоту одного столба жидкости , а не разницу в высоте между двумя столбиками жидкости . Площадь поперечного сечения столба жидкости в скважине настолько больше, чем в прозрачной трубке манометра, что изменение высоты внутри скважины обычно незначительно. В случаях, когда разница значительна, интервал между делениями шкалы манометра может быть смещен для компенсации.

Наклонные манометры обладают преимуществом повышенной чувствительности. Поскольку манометры в основном работают по принципу давления, уравновешенного высотой жидкости, и эта высота жидкости всегда измеряется параллельно линии гравитационного притяжения (идеально вертикально), наклон трубки манометра означает, что жидкость должна двигаться дальше по трубке, чтобы произвести то же самое. изменение (чисто) вертикальной высоты по сравнению с вертикальной трубкой манометра. Таким образом, наклонная трубка манометра вызывает усиление движения жидкости при заданной величине изменения давления, что позволяет проводить измерения с большим разрешением.

Как работают манометры? | Sciencing

Обновлено 22 декабря 2019 г.

Автор: Кевин Бек

Когда вы проверяете погоду, если вы похожи на большинство людей, вас больше всего интересуют вещи, которые определяют ваше платье: вероятны ли какие-то осадки. упасть с неба во время пребывания на открытом воздухе, какая температура воздуха и ветрено ли.

В зависимости от того, где вы живете и времени года, вы также можете проверить (иногда со страхом), чтобы увидеть уровень относительной влажности, чтобы убедиться, что вы достаточно гидратированы для потоотделения, которое, вероятно, последует при высоких показаниях.

Большинство людей знают о явлении атмосферного (обычно называемого барометрическим) давления, потому что слышат, что оно упоминается как стандартная характеристика прогнозов погоды, но большинство людей не доходят до исследования того, какова взаимосвязь и почему воздух вообще испытывает перепады давления. Разве ветер не дует горизонтально, а давление измеряется сверху как своего рода «толчок»?

Давление — это величина в физике, которая применяется почти ко всем мыслимым физическим процессам.Он связывает силу F с областью A во множестве контекстов, выражается и определяется математически в своей простейшей форме как P = F / A . Он играет особенно важную роль в области гидродинамики. (Жидкость состоит из вещества в жидком или газообразном состоянии.) Атмосфера вокруг вас — это жидкость, и она оказывает на вас и все остальное гораздо большее давление, чем вы думаете.

Что такое давление?

Формально давление — это измерение эффекта распространения силы (измеряется в ньютонах или Н в стандартной международной системе измерений) по некоторой реальной или математически определенной поверхности (измеряется в квадратных метрах или м ² ).Возможно, вы уже сталкивались с физическими проблемами, в которых сила (например, гравитация или вы) действует на объект с массой и перемещает его, но давление отличается тем, что фактически описывает разбавление или концентрацию силы.

Представьте себе два разных твердых ящика, каждый объемом V 10 м ³ (кубических метров) и заполненных однородным твердым материалом с плотностью ρ
вдвое меньшей, чем вода, или 0,5 кг. / Л, или (500 кг / м ³).Один ящик имеет длину 1 м, ширину 1 м и высоту 10 м, а другой — 2,5 м в длину, 2,5 м в ширину и 1,6 м в высоту. Ни один из ящиков не должен поворачиваться из своего положения. Если вы хотите быть уверены, что ближайшая платформа , выглядящая как древняя, может поддерживать либо , либо коробку , но вы можете выбрать только одну из двух, чтобы подтвердить это, какую из них вы бы выбрали?
Масса объектов одинакова, поскольку их объем и плотность одинаковы (ρ = м / В, поэтому m = ρV = (500 кг / м ³) (10 м ³) = 5000 кг.Учитывая, что ускорение свободного падения на поверхности Земли составляет 9,8 м / с ², сила (или вес) каждого ящика, следовательно, (5000 кг) (9,8 м / с2) = 49000 Н.
Однако сравните площади, по которым распределены соответствующие массы: у первого блока основание (длина, умноженная на ширину) 1 м × 1 м = 1 м ², а у другого блока основание 2,5 × 2,5 = 6,25 м ² . Поскольку давление равно силе, разделенной на площадь, узкая коробка, в которой используется менее одной шестой площади основания, с которой приходится работать в качестве второй коробки, будет прикладывать 6. нажимает на платформу в 25 раз больше, чем его партнер. Таким образом, если ветхая платформа может поддерживать первый ящик, она должна удерживать и второй отдельно — при условии, что вы сможете поднять их туда!

Единицы измерения давления и терминология

В приведенном выше примере давление первого ящика на любую поверхность, на которую он опирается, составляет (49000 Н) / (1 м ²), а давление второго — (49000 Н ) (6,25 м ²). Таким образом, единицы измерения давления в стандартной системе — Н / м ², чаще называемые паскаль (Па).Поскольку в реальном мире это очень мало, килопаскаль (кПа) используется гораздо чаще.

Давление атмосферы у поверхности Земли составляет около 101,325 Па , или 101,3 кПа . Однако из-за того, что люди определяют давление, в повседневной жизни используется ряд других единиц. Один из них — торр , также известный как миллиметры ртутного столба (мм рт. Ст.). (Любое любопытство относительно того, почему был выбран этот металл, будет удовлетворено через мгновение.) 101,3 кПа, также называемый для справки 1 атм, по этому стандарту соответствует 760 торр. Поскольку 1 дюйм = 25,4 мм, 760 мм рт. Ст. = (760 / 25,4) = 29,92 дюйма рт. Ст. . Наконец, 1 миллибар = 0,001 атм, поэтому атмосферное давление в миллибарах = 1013 мбар.

Наконец, как насчет тех фунтов на квадратный дюйм (psi или фунт / дюйм ²), которые обычно используются для измерения давления в шинах в Соединенных Штатах? После преобразования между фунтами и кг и дюймами и метрами вы можете показать это 101.3 кПа = 14,7 фунта / дюйм ². Учитывая, что рекомендуемое минимальное давление в шинах автомобиля составляет всего около 30 фунтов на квадратный дюйм, что это говорит о вашей интуиции относительно «незначительного» веса и, следовательно, давления воздуха?

Как измеряется давление

Манометр — это устройство, которое измеряет давление воздуха с помощью контейнера с U-образной трубкой, открытой с одного или обоих концов. В закрытом манометре проба газа вводится в один конец, который затем закрывается. Затем в другой конец наливают жидкость известной плотности.Жидкость перестанет двигаться, когда давление газа, заключенного между крышкой и жидкостью, вместе с давлением в нижней части столба жидкости на этой стороне будет соответствовать давлению воздуха плюс давление столба жидкости на открытой стороне.

Высота жидкости на открытой стороне будет на выше на этой стороне, когда давление воздуха меньше давления газа, и на ниже на открытой стороне, когда давление воздуха превышает давление газа. Вы можете использовать эту разницу высот для расчета давления газа.

Поскольку P = F / A = мг / А, m = ρV и V = Ah для цилиндрической трубы (т. Е. Объем = площадь, умноженная на высоту), можно показать, что давление, создаваемое вертикальным столбом жидкости, равно ρgh , где h = высота в метрах. Это давление представляет собой положительную или отрицательную разницу между давлением газа и атмосферным давлением.

Человек — это латинский корень слова, означающего «рука», что также является источником слова «манипулировать». Один простой способ передать концепцию давления, если ограничиться невербальным языком, — это мягко нажимать рукой. против чужого.

Барометр — это манометр, используемый специально для измерения атмосферного давления.

Ручное устройство, используемое для измерения артериального давления в медицинских учреждениях, называется сфигмоманометром , с sphyg , что в переводе означает «сжатие». Это связано с тем, что манжета должна быть накачана на руку до уровня выше кровяного давления тела, чтобы правильно его измерить; для этого они должны буквально сжать вашу руку.

Давление и погода

Атмосферное давление непостоянно и колеблется в пределах обычного диапазона, как температура и другие геофизические величины. Само по себе это давление — надежный индикатор приближающейся погоды. Когда система низкого давления входит в область, обычно возникают облака, ветер и осадки, тогда как система высокого давления обычно обеспечивает ясную и безветренную погоду. (Понятно? «Высокое давление» заканчивается «спокойствием»… только в дурацком мире физики!)

14.2 Измерение давления — University Physics Volume 1

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Определение избыточного и абсолютного давления
Объясните различные методы измерения давления
Общие сведения о работе барометров с открытой трубкой
Подробно опишите, как работают манометры и барометры

В предыдущем разделе мы вывели формулу для расчета изменения давления для жидкости в гидростатическом равновесии.Как оказалось, это очень полезный расчет. Измерения давления важны в повседневной жизни, а также в научных и инженерных приложениях. В этом разделе мы обсудим различные способы регистрации и измерения давления.

Зависимость избыточного давления от абсолютного давления

Предположим, что манометр на полном акваланге показывает 3000 фунтов на квадратный дюйм, что составляет примерно 207 атмосфер. Когда клапан открывается, воздух начинает выходить, потому что давление внутри резервуара превышает атмосферное давление снаружи резервуара.Воздух продолжает выходить из резервуара до тех пор, пока давление внутри резервуара не сравняется с давлением атмосферы вне резервуара. В этот момент манометр на резервуаре показывает ноль, даже если давление внутри резервуара фактически составляет 1 атмосферу — такое же, как давление воздуха вне резервуара.

Большинство манометров, таких как датчик на акваланге, откалиброваны так, чтобы показывать ноль при атмосферном давлении. Показания давления с таких манометров называются манометрическим давлением , то есть давлением относительно атмосферного давления.Когда давление внутри резервуара превышает атмосферное давление, манометр показывает положительное значение.

Некоторые манометры предназначены для измерения отрицательного давления. Например, многие физические эксперименты должны проводиться в вакуумной камере, жесткой камере, из которой откачивается часть воздуха. Давление внутри вакуумной камеры меньше атмосферного, поэтому манометр на камере показывает отрицательное значение.

В отличие от манометрического давления, абсолютное давление составляет атмосферного давления , которое фактически увеличивает давление в любой жидкости, не заключенной в жесткий контейнер.

Абсолютное давление

Абсолютное давление или полное давление складывается из манометрического и атмосферного давления:

где

— абсолютное давление,

— манометрическое давление, а

—
— атмосферное давление.
Например, если манометр показывает 34 фунта на квадратный дюйм, то абсолютное давление составляет 34 фунта на квадратный дюйм плюс 14,7 фунта на квадратный дюйм (
фунтов на кв. Дюйм) или 48.7 фунтов на квадратный дюйм (эквивалент 336 кПа).
В большинстве случаев абсолютное давление жидкости не может быть отрицательным. Жидкости выталкивают, а не вытягивают, поэтому наименьшее абсолютное давление в жидкости равно нулю (отрицательное абсолютное давление — это притяжение). Таким образом, минимально возможное избыточное давление составляет
.
(что составляет
ноль). Теоретически нет предела тому, насколько большим может быть манометрическое давление.
Измерение давления
Для измерения давления используется множество устройств, от шинных манометров до тонометров.Многие другие типы манометров обычно используются для проверки давления жидкостей, например, механические манометры. Мы рассмотрим некоторые из них в этом разделе.
Любое свойство, которое известным образом изменяется в зависимости от давления, можно использовать для создания манометра. Некоторые из наиболее распространенных типов включают тензодатчики, которые используют изменение формы материала под давлением; емкостные манометры, в которых используется изменение электрической емкости из-за изменения формы под давлением; пьезоэлектрические манометры, которые создают разность напряжений на пьезоэлектрическом материале под разницей давления между двумя сторонами; и ионные датчики, которые измеряют давление путем ионизации молекул в сильно вакуумированных камерах.Различные манометры полезны в разных диапазонах давления и в разных физических ситуациях. Некоторые примеры показаны на (Рисунок).
Рисунок 14.11 (a) Манометры используются для измерения и контроля давления в газовых баллонах. Сжатые газы используются во многих промышленных и медицинских целях. (b) Манометры бывают разных моделей, но все они предназначены для одной и той же цели: для измерения внутреннего давления в шине. Это позволяет водителю поддерживать давление в шинах, оптимальное для веса груза и условий движения.(c) Ионизационный датчик — это высокочувствительное устройство, используемое для контроля давления газов в замкнутой системе. Молекулы нейтрального газа ионизируются за счет высвобождения электронов, и ток преобразуется в показания давления. Ионизационные датчики обычно используются в промышленных приложениях, в которых используются вакуумные системы.
Манометры
Один из наиболее важных классов манометров обладает тем свойством, что давление, обусловленное весом жидкости постоянной плотности, определяется как
.
.U-образная трубка, показанная на (Рисунок), является примером манометра ; в части (а) обе стороны трубы открыты для атмосферы, позволяя атмосферному давлению равномерно снижаться с каждой стороны, чтобы его эффекты нейтрализовались.
Манометр, только одна сторона которого открыта в атмосферу, является идеальным устройством для измерения манометрического давления. Манометрическое давление
и находится путем измерения х . Например, предположим, что одна сторона U-образной трубки подключена к некоторому источнику давления
.
, например, баллон в части (b) рисунка или банку с арахисом в вакуумной упаковке, показанную в части (с).Давление передается на манометр в неизменном виде, и уровни жидкости больше не равны. В части (б),
больше атмосферного давления, тогда как в части (c)
меньше атмосферного давления. В обоих случаях
отличается от атмосферного давления на
где
— плотность жидкости в манометре.В части (б),
может поддерживать столб жидкости высотой х , поэтому он должен оказывать давление
давление выше атмосферного (манометрическое давление
положительный). В части (c) атмосферное давление может поддерживать столб жидкости высотой х , поэтому
меньше атмосферного давления на
(манометрическое давление
отрицательно).
Рисунок 14.12 Манометр с открытой трубкой имеет одну сторону, открытую в атмосферу. (a) Глубина жидкости должна быть одинаковой с обеих сторон, иначе давление, оказываемое каждой стороной на дно, будет неравным, и жидкость будет течь с более глубокой стороны. (b) Положительное избыточное давление.
, передаваемый на одну сторону манометра, может поддерживать столб жидкости высотой h. (c) Аналогичным образом, атмосферное давление выше отрицательного манометрического давления
.
на сумму
.Жесткость банки предотвращает передачу атмосферного давления на арахис.
Барометры
Манометры обычно используют U-образную трубку жидкости (часто ртути) для измерения давления. Барометр (см. (Рисунок)) — это устройство, которое обычно использует один столбик ртути для измерения атмосферного давления. Барометр, изобретенный итальянским математиком и физиком Евангелистой Торричелли (1608–1647) в 1643 году, состоит из стеклянной трубки, закрытой с одного конца и заполненной ртутью.Затем трубку переворачивают и помещают в бассейн с ртутью. Это устройство измеряет атмосферное давление, а не манометрическое, потому что над ртутью в трубке создается почти чистый вакуум. Высота ртути такая, что
. Когда атмосферное давление меняется, ртуть поднимается или падает.
Синоптики внимательно следят за изменениями атмосферного давления (часто указываемого как барометрическое давление), поскольку повышение уровня ртути обычно свидетельствует об улучшении погоды, а падение ртути указывает на ухудшение погоды.Барометр также можно использовать как высотомер, поскольку среднее атмосферное давление зависит от высоты. Ртутные барометры и манометры настолько распространены, что единицы измерения атмосферного давления и артериального давления часто используются в миллиметрах ртутного столба.
Рисунок 14.13 Ртутный барометр измеряет атмосферное давление. Давление из-за веса ртути,
, соответствует атмосферному давлению. Атмосфера способна поднять ртуть в трубке на высоту h, потому что давление над ртутью равно нулю.
Пример
Высота жидкости в открытой U-образной трубе
U-образная трубка с обоими открытыми концами заполнена жидкостью плотностью
на высоту х с обеих сторон ((рисунок)). Жидкость плотностью
наливается на одну сторону, а жидкость 2 оседает поверх жидкости 1. Высота на двух сторонах разная. Высота до верха Liquid 2 от границы раздела
, а высота до верха Liquid 1 от уровня границы раздела
.Выведите формулу для разницы в высоте.
Рисунок 14.14 Две жидкости разной плотности показаны в U-образной трубке.
Стратегия
Давление в точках на одинаковой высоте по обе стороны U-образной трубки должно быть одинаковым, пока эти две точки находятся в одной и той же жидкости. Поэтому мы рассматриваем две точки на одном уровне в двух рукавах трубки: одна точка — это граница раздела на стороне жидкости 2, а другая — точка в рукаве с жидкостью 1, которая находится на том же уровне, что и интерфейс в другой руке.Давление в каждой точке обусловлено атмосферным давлением плюс вес жидкости над ним.
Решение
Поскольку две точки находятся в жидкости 1 и находятся на одинаковой высоте, давление в двух точках должно быть одинаковым. Следовательно, имеем
Следовательно,
Это означает, что разница в высоте с двух сторон U-образной трубы составляет
.
Результат будет понятен, если мы установим
, что дает
Если две стороны имеют одинаковую плотность, они имеют одинаковую высоту.
Проверьте свое понимание
Ртуть — опасное вещество. Как вы думаете, почему ртуть обычно используется в барометрах вместо более безопасной жидкости, такой как вода?
[show-answer q = ”fs-id1170958618402 ″] Показать решение [/ show-answer]
[скрытый-ответ a = ”fs-id1170958618402 ″]
Плотность ртути в 13,6 раза больше плотности воды. Для измерения атмосферного давления требуется примерно 76 см (29,9 дюйма) ртутного столба, тогда как для измерения давления потребуется примерно 10 м (34 фута).) воды.
[/ hidden-answer]
Единицы давления
Как указывалось ранее, единицей измерения давления в системе СИ является паскаль (Па), где
Помимо паскаля, широко используются многие другие единицы измерения давления ((рисунок)). В метеорологии атмосферное давление часто описывается в миллибарах (мбар), где
Миллибар — удобная единица измерения для метеорологов, потому что среднее атмосферное давление на уровне моря на Земле составляет
.
.Используя уравнения, полученные при рассмотрении давления на глубине в жидкости, давление также можно измерить в миллиметрах или дюймах ртутного столба. Давление на дне столба 760 мм рт. Ст. На
в контейнере, в котором откачана верхняя часть, равно атмосферному давлению. Таким образом, 760 мм рт. Ст. Также используется вместо давления в 1 атмосферу. В лабораториях физики вакуума ученые часто используют другую единицу, называемую торр, названную в честь Торричелли, который, как мы только что видели, изобрел ртутный манометр для измерения давления.Один торр равен давлению 1 мм рт.
Сводка единиц давления
Блок Определение
Единица СИ: Паскаль
Английская единица: фунты на квадратный дюйм (
или фунт / кв. Дюйм)
Единицы давления прочие
14.4. Измерение давления — Physics LibreTexts
Цели обучения
Определение избыточного и абсолютного давления
Объясните различные методы измерения давления
Общие сведения о работе барометров с открытой трубкой
Подробно опишите, как работают манометры и барометры
В предыдущем разделе мы вывели формулу для расчета изменения давления для жидкости в гидростатическом равновесии. Как оказалось, это очень полезный расчет.Измерения давления важны в повседневной жизни, а также в научных и инженерных приложениях. В этом разделе мы обсудим различные способы регистрации и измерения давления.
Зависимость избыточного давления от абсолютного
Предположим, что манометр на полном акваланге показывает 3000 фунтов на квадратный дюйм, что составляет примерно 207 атмосфер. Когда клапан открывается, воздух начинает выходить, потому что давление внутри резервуара превышает атмосферное давление снаружи резервуара.Воздух продолжает выходить из резервуара до тех пор, пока давление внутри резервуара не сравняется с давлением атмосферы вне резервуара. В этот момент манометр на резервуаре показывает ноль, даже если давление внутри резервуара фактически составляет 1 атмосферу — такое же, как давление воздуха вне резервуара.
Большинство манометров, таких как датчик на акваланге, откалиброваны так, чтобы показывать ноль при атмосферном давлении. Показания давления с таких манометров называются манометром давлением , то есть давлением относительно атмосферного давления.Когда давление внутри резервуара превышает атмосферное давление, манометр показывает положительное значение. Некоторые манометры предназначены для измерения отрицательного давления. Например, многие физические эксперименты должны проводиться в вакуумной камере, жесткой камере, из которой откачивается часть воздуха. Давление внутри вакуумной камеры меньше атмосферного, поэтому манометр на камере показывает отрицательное значение. В отличие от манометрического давления, абсолютное давление учитывает атмосферное давление, которое фактически увеличивает давление в любой жидкости, не заключенной в жесткий контейнер.
Определение абсолютного давления
Абсолютное давление или полное давление складывается из манометрического и атмосферного давления:
\ [p_ {abs} = p_ {g} + p_ {atm} \ label {14.11} \]
, где p _abs — абсолютное давление, p _g — манометрическое давление, а p _атм — атмосферное давление.
Например, если манометр показывает 34 фунта на квадратный дюйм, то абсолютное давление составляет 34 фунта на квадратный дюйм плюс 14,7 фунта на квадратный дюйм (p _атм, фунта на квадратный дюйм) или 48.7 фунтов на квадратный дюйм (эквивалент 336 кПа).
В большинстве случаев абсолютное давление жидкости не может быть отрицательным. Жидкости выталкивают, а не вытягивают, поэтому наименьшее абсолютное давление в жидкости равно нулю (отрицательное абсолютное давление — это притяжение). Таким образом, минимально возможное избыточное давление p _g = −p _атм (что делает p _abs равным нулю). Теоретически нет предела тому, насколько большим может быть манометрическое давление.
Измерение давления
Для измерения давления используется множество устройств, от шинных манометров до тонометров.Многие другие типы манометров обычно используются для проверки давления жидкостей, например, механические манометры. Мы рассмотрим некоторые из них в этом разделе.
Любое свойство, которое известным образом изменяется в зависимости от давления, можно использовать для создания манометра. Некоторые из наиболее распространенных типов включают тензодатчики, которые используют изменение формы материала под давлением; емкостные манометры, в которых используется изменение электрической емкости из-за изменения формы под давлением; пьезоэлектрические манометры, которые создают разность напряжений на пьезоэлектрическом материале под разницей давления между двумя сторонами; и ионные датчики, которые измеряют давление путем ионизации молекул в сильно вакуумированных камерах.Различные манометры полезны в разных диапазонах давления и в разных физических ситуациях. Некоторые примеры показаны на рисунке \ (\ PageIndex {1} \).
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): (a) Манометры используются для измерения и контроля давления в газовых баллонах. Сжатые газы используются во многих промышленных и медицинских целях. (b) Манометры бывают разных моделей, но все они предназначены для одной и той же цели: для измерения внутреннего давления в шине. Это позволяет водителю поддерживать давление в шинах, оптимальное для веса груза и условий движения.(c) Ионизационный датчик — это высокочувствительное устройство, используемое для контроля давления газов в замкнутой системе. Молекулы нейтрального газа ионизируются за счет высвобождения электронов, и ток преобразуется в показания давления. Ионизационные датчики обычно используются в промышленных приложениях, в которых используются вакуумные системы.
Манометры
В одном из наиболее важных классов манометров применяется свойство, заключающееся в том, что давление, обусловленное весом жидкости постоянной плотности, определяется выражением p = h \ (\ rho \) g.U-образная трубка, показанная на рисунке \ (\ PageIndex {2} \), является примером манометра ; в части (а) обе стороны трубы открыты для атмосферы, позволяя атмосферному давлению равномерно снижаться с каждой стороны, чтобы его эффекты нейтрализовались.
Манометр, только одна сторона которого открыта в атмосферу, является идеальным устройством для измерения манометрического давления. Манометрическое давление p _г = h \ (\ rho \) g и определяется путем измерения h. Например, предположим, что одна сторона U-образной трубки подключена к некоторому источнику давления p _abs, например баллону в части (b) рисунка или вакуумной банке с арахисом, показанной в части (с).Давление передается на манометр в неизменном виде, и уровни жидкости больше не равны. В части (b) p _abs больше атмосферного давления, тогда как в части (c) pabs меньше атмосферного давления. В обоих случаях p _abs отличается от атмосферного давления на величину h \ (\ rho \) g, где \ (\ rho \) — плотность жидкости в манометре. В части (b) p _abs может поддерживать столб жидкости высотой h, поэтому он должен оказывать давление h \ (\ rho \) g, превышающее атмосферное давление (манометрическое давление p _g положительное).В части (c) атмосферное давление может поддерживать столб жидкости высотой h, поэтому p _abs меньше атмосферного давления на величину h \ (\ rho \) g (манометрическое давление p _g отрицательное). .
Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Манометр с открытой трубкой имеет одну сторону, открытую в атмосферу. (a) Глубина жидкости должна быть одинаковой с обеих сторон, иначе давление, оказываемое каждой стороной на дно, будет неравным, и жидкость будет течь с более глубокой стороны. (b) Положительное манометрическое давление p _g = h \ (\ rho \) g, передаваемое на одну сторону манометра, может поддерживать столб жидкости высотой h.(c) Аналогично, атмосферное давление больше отрицательного манометрического давления p _g на величину h \ (\ rho \) g. Жесткость банки предотвращает передачу атмосферного давления на арахис.
Барометры
Манометры обычно используют U-образную трубку жидкости (часто ртути) для измерения давления. Барометр (рисунок \ (\ PageIndex {3} \)) — это устройство, которое обычно использует один столбик ртути для измерения атмосферного давления. Барометр, изобретенный итальянским математиком и физиком Евангелистой Торричелли (1608–1647) в 1643 году, состоит из стеклянной трубки, закрытой с одного конца и заполненной ртутью.Затем трубку переворачивают и помещают в бассейн с ртутью. Это устройство измеряет атмосферное давление, а не манометрическое, потому что над ртутью в трубке создается почти чистый вакуум. Высота ртути такова, что h \ (\ rho \) g = p _атм. Когда атмосферное давление меняется, ртуть поднимается или падает.
Синоптики внимательно следят за изменениями атмосферного давления (часто указываемого как барометрическое давление), поскольку повышение уровня ртути обычно свидетельствует об улучшении погоды, а падение ртути указывает на ухудшение погоды.Барометр также можно использовать как высотомер, поскольку среднее атмосферное давление зависит от высоты. Ртутные барометры и манометры настолько распространены, что единицы измерения атмосферного давления и артериального давления часто используются в миллиметрах ртутного столба.
Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): ртутный барометр измеряет атмосферное давление. Давление, обусловленное весом ртути, h \ (\ rho \) g, равно атмосферному давлению. Атмосфера способна поднять ртуть в трубке на высоту h, потому что давление над ртутью равно нулю.
Пример \ (\ PageIndex {1} \): Высота жидкости в открытой U-образной трубе
U-образная трубка с обоими открытыми концами заполнена жидкостью плотностью \ (\ rho_ {1} \) на высоту h с обеих сторон (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Жидкость с плотностью \ (\ rho_ {2} <\ rho_ {1} \) наливается с одной стороны, и Жидкость 2 оседает поверх Жидкости 1. Высота на двух сторонах разная. Высота до верха жидкости 2 от границы раздела h ₂, а высота до верха жидкости 1 от уровня поверхности раздела h ₁.Выведите формулу для разницы в высоте.
Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): две жидкости разной плотности показаны в U-образной трубке.
Стратегия
Давление в точках на одинаковой высоте по обе стороны U-образной трубки должно быть одинаковым, пока эти две точки находятся в одной и той же жидкости. Поэтому мы рассматриваем две точки на одном уровне в двух рукавах трубки: одна точка — это граница раздела на стороне жидкости 2, а другая — точка в рукаве с жидкостью 1, которая находится на том же уровне, что и интерфейс в другой руке.Давление в каждой точке обусловлено атмосферным давлением плюс вес жидкости над ним.
Давление на стороне с жидкостью 1 = p ₀ + \ (\ rho_ {1} \) gh ₁
Давление на стороне с жидкостью 2 = p ₀ + \ (\ rho_ {2} \) gh ₂
Решение
Поскольку две точки находятся в жидкости 1 и находятся на одинаковой высоте, давление в двух точках должно быть одинаковым. Следовательно, имеем
\ [p_ {0} + \ rho_ {1} gh_ {1} = p_ {0} + \ rho_ {2} gh_ {2} \ ldotp \ nonumber \]
Следовательно,
\ [\ rho_ {1} h_ {1} = \ rho_ {2} h_ {2} \ ldotp \ nonumber \]
Это означает, что разница в высоте с двух сторон U-образной трубы составляет
.
\ [h_ {2} — h_ {1} = \ left (1 — \ dfrac {p_ {1}} {p_ {2}} \ right) h_ {2} \ ldotp \ nonumber \]
Результат имеет смысл, если мы установим \ (\ rho_2 = \ rho_1 \), что даст h ₂ = h ₁.{5} \; Па \ лдотп \]
Миллибар — удобная единица измерения для метеорологов, потому что среднее атмосферное давление на уровне моря на Земле составляет 1,013 x 10 ⁵ Па = 1013 мбар = 1 атм. Используя уравнения, полученные при рассмотрении давления на глубине в жидкости, давление также можно измерить в миллиметрах или дюймах ртутного столба. Давление внизу 760-миллиметрового столба ртути при 0 ° C в контейнере, из которого откачана верхняя часть, равно атмосферному давлению. Таким образом, 760 мм рт. Ст. Также используется вместо давления в 1 атмосферу.{5} \; $ в год $$ 1 \; торр = 1 \; мм \; Hg = 122,39 \; $ в год
Авторы и авторство
Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).
9.1 Давление газа — химия
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
Определить свойство давления
Определение и преобразование единиц измерения давления
Описать работу обычных инструментов для измерения давления газа
Рассчитать давление по данным манометра
Атмосфера Земли оказывает давление, как и любой другой газ. Хотя обычно мы не замечаем атмосферное давление, мы чувствительны к изменениям давления — например, когда ваши уши «хлопают» во время взлета и посадки во время полета или когда вы ныряете под водой.Давление газа вызывается силой, действующей при столкновении молекул газа с поверхностями объектов (рис. 1). Хотя сила каждого столкновения очень мала, любая поверхность значительной площади подвергается большому количеству столкновений за короткое время, что может привести к высокому давлению. Фактически, нормальное давление воздуха достаточно велико, чтобы раздавить металлический контейнер, если он не уравновешен равным давлением внутри контейнера.
Рис. 1. Атмосфера над нами оказывает сильное давление на объекты на поверхности земли, примерно равное весу шара для боулинга, давящего на область размером с ноготь человека.
В этом коротком видеоролике представлена наглядная иллюстрация атмосферного давления, на которой показан взрыв железнодорожной цистерны при понижении внутреннего давления.
Кратко объясняется демонстрация этого явления в меньшем масштабе.
Атмосферное давление создается за счет веса столба молекул воздуха в атмосфере над объектом, например цистерной. На уровне моря это давление примерно такое же, как у взрослого африканского слона, стоящего на коврике, или обычного шара для боулинга, опирающегося на большой палец руки.Может показаться, что их огромное количество, и так оно и есть, но жизнь на Земле развивалась под таким атмосферным давлением. Если вы на самом деле поставите шар для боулинга на ноготь большого пальца руки, испытанное давление составит удвоенных обычного давления, и ощущение будет неприятным.
Как правило, давление определяется как сила, действующая на заданную область:. Обратите внимание, что давление прямо пропорционально силе и обратно пропорционально площади. Таким образом, давление может быть увеличено либо за счет увеличения силы, либо за счет уменьшения площади, по которой оно применяется; давление можно уменьшить, уменьшив силу или увеличив площадь.
Давайте применим эту концепцию, чтобы определить, кто с большей вероятностью упадет сквозь тонкий лед на рисунке 2 — слон или фигурист? Большой африканский слон может весить 7 тонн, опираясь на четыре ноги, каждая из которых имеет диаметр около 1,5 футов (площадь следа 250 в ²), поэтому давление, оказываемое каждой ногой, составляет около 14 фунтов / дюйм ²:
Фигурист весит около 120 фунтов, опираясь на два лезвия конька, каждое с площадью около 2 дюймов ², поэтому давление, оказываемое каждым лезвием, составляет около 30 фунтов / дюйм ²:
Даже несмотря на то, что слон более чем в сто раз тяжелее фигуриста, он оказывает меньше половины давления и, следовательно, с меньшей вероятностью упадет через тонкий лед.С другой стороны, если фигуристка снимает коньки и стоит босиком (или в обычной обуви) на льду, большая площадь, на которую приходится ее вес, значительно снижает оказываемое давление:

Рис. 2. Хотя (а) вес слона большой, что создает очень большую силу на земле, (б) фигуристка оказывает гораздо большее давление на лед из-за небольшой площади поверхности ее коньков. (Фото А: модификация работы Гвидо да Роззе; кредит б: модификация работы Рёске Яги)
Единицей давления в системе СИ является паскаль (Па) , где 1 Па = 1 Н / м ², где N — ньютон, единица силы, определяемая как 1 кг м / с ².Один паскаль — это небольшое давление; во многих случаях удобнее использовать единицы килопаскаль (1 кПа = 1000 Па) или бар (1 бар = 100000 Па). В Соединенных Штатах давление часто измеряется в фунтах силы на площади в один квадратный дюйм — фунта на квадратный дюйм (psi) — например, в автомобильных шинах. Давление также можно измерить с помощью прибора атмосфера (атм) , который первоначально представлял среднее атмосферное давление на уровне моря на приблизительной широте Парижа (45 °).В таблице 1 представлена некоторая информация об этих и некоторых других распространенных единицах измерения давления
Название и сокращение Определение или отношение к другой единице
паскаль (Па) 1 Па = 1 Н / м ²
Рекомендуемый блок ИЮПАК
килопаскаль (кПа) 1 кПа = 1000 Па
фунтов на квадратный дюйм (psi) Давление воздуха на уровне моря составляет ~ 14.7 фунтов на кв. Дюйм
атмосфера (атм) 1 атм = 101,325 Па
Давление воздуха на уровне моря ~ 1 атм
бар (бар или бар) 1 бар = 100 000 Па (точно)
обычно используется в метеорологии
миллибар (мбар или мбар) 1000 мбар = 1 бар
дюймов ртутного столба (дюймы рт. Ст.) 1 дюйм рт. Ст. = 3386 Па
используется в авиационной промышленности, а также в некоторых сводках погоды
торр
имени Евангелисты Торричелли, изобретателя барометра
миллиметры ртутного столба (мм рт. Ст.) 1 мм рт. Ст. ~ 1 торр
Таблица 1. Единицы давления
Пример 1
Преобразование единиц давления
Национальная метеорологическая служба США сообщает давление как в дюймах ртутного столба, так и в миллибарах. Преобразуйте давление 29,2 дюйма рт. Ст. В:
(а) торр
(б) атм
(c) кПа
(d) мбар
Решение
Это проблема преобразования единиц измерения. Соотношения между различными единицами измерения давления приведены в таблице 1.
(а)
(б)
(в)
(г)
Проверьте свои знания
Типичное атмосферное давление в Канзас-Сити составляет 740 торр. Что это за давление в атмосферах, миллиметрах ртутного столба, килопаскалях и барах?
Ответ:
0,974 атм; 740 мм рт. 98,7 кПа; 0,987 бар
Мы можем измерить атмосферное давление, силу, действующую со стороны атмосферы на земную поверхность, с помощью барометра (рис. 3).Барометр представляет собой стеклянную трубку, которая закрыта с одного конца, заполнена нелетучей жидкостью, такой как ртуть, а затем перевернута и погружена в контейнер с этой жидкостью. Атмосфера оказывает давление на жидкость вне трубки, столб жидкости оказывает давление внутри трубки, а давление на поверхности жидкости одинаково внутри и снаружи трубки. Следовательно, высота жидкости в трубке пропорциональна давлению, оказываемому атмосферой.
Рисунок 3. В барометре высота столба жидкости h используется как измерение давления воздуха. Использование очень плотной жидкой ртути (слева) позволяет создавать барометры разумного размера, тогда как для использования воды (справа) потребуется барометр высотой более 30 футов.
Если жидкостью является вода, нормальное атмосферное давление будет поддерживать столб воды высотой более 10 метров, что довольно неудобно для изготовления (и считывания) барометра. Потому что ртуть (Hg) около 13.В 6 раз плотнее воды, ртутный барометр должен быть высотой только водяного барометра — более подходящего размера. Стандартное атмосферное давление в 1 атм на уровне моря (101 325 Па) соответствует столбу ртути высотой около 760 мм (29,92 дюйма). торр изначально задумывался как единица измерения, равная одному миллиметру ртутного столба, но больше не соответствует точно. Давление, оказываемое жидкостью под действием силы тяжести, известно как гидростатическое давление , p :
, где h, — высота жидкости, ρ — плотность жидкости, а g, — ускорение свободного падения.
Пример 2
Расчет барометрического давления
Покажите расчет, подтверждающий утверждение о том, что атмосферное давление около уровня моря соответствует давлению, оказываемому столбом ртути высотой около 760 мм. Плотность ртути = 13,6 г / см ³.
Раствор
Гидростатическое давление определяется как p = hρg , при h = 760 мм, ρ = 13,6 г / см ³ и г = 9.81 м / с ². Включение этих значений в уравнение и выполнение необходимых преобразований единиц даст нам искомое значение. (Примечание: мы ожидаем найти давление ~ 101,325 Па 🙂
Проверьте свои знания
Рассчитайте высоту водяного столба при 25 ° C, который соответствует нормальному атмосферному давлению. Плотность воды при этой температуре составляет 1,0 г / см ³.
Манометр — устройство, подобное барометру, которое может использоваться для измерения давления газа, находящегося в контейнере.Манометр с закрытым концом представляет собой U-образную трубку с одним закрытым плечом, одним плечом, которое соединяется с измеряемым газом, и нелетучей жидкостью (обычно ртутью) между ними. Как и в случае с барометром, расстояние между уровнями жидкости в двух рукавах трубки ( х на диаграмме) пропорционально давлению газа в баллоне. Манометр с открытым концом (рис. 4) аналогичен манометру с закрытым концом, но одно из его рукавов открыто для атмосферы. В этом случае расстояние между уровнями жидкости соответствует разнице давлений между газом в емкости и атмосферой.

Рисунок 4. Манометр можно использовать для измерения давления газа. (Разница в высоте) между уровнями жидкости ( х ) является мерой давления. Обычно используется ртуть из-за ее большой плотности.
Пример 3
Расчет давления с помощью манометра с закрытым концом
Давление пробы газа измеряется с помощью манометра с закрытым концом, как показано справа. Жидкость в манометре — ртуть. Определите давление газа в:
(а) торр
(б) Па
(в) бар
Раствор
Давление газа равно столбу ртути высотой 26.4 см. (Давление в нижней горизонтальной линии одинаково с обеих сторон трубки. Давление слева обусловлено газом, а давление справа — 26,4 см ртутного столба.) Мы могли бы использовать уравнение p = hρg , как в Примере 2, но проще преобразовать единицы измерения с помощью таблицы 1.
(а)
(б)
(в)
Проверьте свои знания
Давление пробы газа измеряется манометром с закрытым концом.Жидкость в манометре — ртуть. Определите давление газа в:
(а) торр
(б) Па
(в) бар
Ответ:
(а) ~ 150 торр; (б) ~ 20 000 Па; (c) ~ 0,20 бар
Пример 4
Расчет давления с помощью манометра с открытым концом
Давление пробы газа измеряется на уровне моря с помощью ртутного манометра с открытым концом, как показано справа. Определите давление газа в:
(а) мм рт. Ст.
(б) атм
(c) кПа
Раствор
Давление газа равно гидростатическому давлению столба ртути высотой 13.7 см плюс давление атмосферы на уровне моря. (Давление в нижней горизонтальной линии одинаково с обеих сторон трубки. Давление слева обусловлено газом, а давление справа — 13,7 см ртутного столба плюс атмосферное давление.)
(a) В мм рт. Ст. Это: 137 мм рт. Ст. + 760 мм рт. Ст. = 897 мм рт. Ст.
(б)
(в)
Проверьте свои знания
Давление пробы газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом, как показано справа.Определите давление газа в:
(а) мм рт. Ст.
(б) атм
(c) кПа
Ответ:
(а) 642 мм рт. (б) 0,845 атм; (c) 85,6 кПа
Измерение артериального давления
Артериальное давление измеряется с помощью устройства, называемого сфигмоманометром (греч. sphygmos = «пульс»). Он состоит из надувной манжеты для ограничения кровотока, манометра для измерения давления и метода определения, когда кровоток начинается и когда он становится затрудненным (рис. 5).С момента своего изобретения в 1881 году он был незаменимым медицинским устройством. Существует много типов сфигмоманометров: ручные, для которых требуется стетоскоп и которые используются медицинскими работниками; ртутные, когда требуется наибольшая точность; менее точные механические; и цифровые, которые можно использовать после небольшого обучения, но у них есть ограничения. При использовании сфигмоманометра манжета надевается на плечо и накачивается до тех пор, пока кровоток полностью не блокируется, а затем медленно отпускается.Когда сердце бьется, кровь, проходящая через артерии, вызывает повышение давления. Это повышение давления, при котором начинается кровоток, составляет систолическое давление – пиковое давление в сердечном цикле. Когда давление в манжете сравняется с артериальным систолическим давлением, кровь течет мимо манжеты, создавая слышимые звуки, которые можно услышать с помощью стетоскопа. За этим следует снижение давления, поскольку желудочки сердца готовятся к новому удару. Поскольку давление в манжете продолжает снижаться, звук в конечном итоге перестает быть слышным; это диастолическое давление — наименьшее давление (фаза покоя) в сердечном цикле.Единицы измерения артериального давления тонометра выражаются в миллиметрах ртутного столба (мм рт. Ст.).

Рис. 5. (a) Медицинский техник готовится измерить артериальное давление пациента с помощью сфигмоманометра. (b) Типичный сфигмоманометр использует резиновую грушу с клапаном для надувания манжеты и диафрагменный манометр для измерения давления. (кредит а: модификация работы магистра-сержанта Джеффри Аллена)
Метеорология, климатология и атмосферные науки
На протяжении веков люди наблюдали облака, ветры и осадки, пытаясь определить закономерности и сделать прогнозы: когда лучше сажать и собирать урожай; безопасно ли отправляться в морское путешествие; и многое другое.Сейчас мы сталкиваемся со сложными проблемами, связанными с погодой и атмосферой, которые окажут серьезное влияние на нашу цивилизацию и экосистему. Несколько различных научных дисциплин используют химические принципы, чтобы помочь нам лучше понять погоду, атмосферу и климат. Это метеорология, климатология и атмосферная наука. Метеорология — это изучение атмосферы, атмосферных явлений и атмосферных воздействий на погоду Земли. Метеорологи стремятся понять и предсказать погоду в краткосрочной перспективе, что может спасти жизни и принести пользу экономике.Прогнозы погоды (рис. 6) являются результатом тысяч измерений атмосферного давления, температуры и т.п., которые собираются, моделируются и анализируются в метеорологических центрах по всему миру.
Рисунок 6. Метеорологи используют карты погоды для описания и предсказания погоды. Области высокого (H) и низкого (L) давления сильно влияют на погодные условия. Серые линии представляют собой места постоянного давления, известные как изобары. (кредит: модификация работы Национального управления океанических и атмосферных исследований)
С точки зрения погоды, системы низкого давления возникают, когда атмосферное давление на поверхности земли ниже, чем в окружающей среде: влажный воздух поднимается и конденсируется, образуя облака.Движение влаги и воздуха в пределах различных погодных фронтов провоцирует большинство погодных явлений.
Атмосфера — это газовый слой, окружающий планету. Атмосфера Земли толщиной примерно 100–125 км состоит из примерно 78,1% азота и 21,0% кислорода и может быть подразделена на области, показанные на рисунке 7: экзосфера (наиболее удаленная от Земли,> 700 км над уровнем моря) , термосфера (80–700 км), мезосфера (50–80 км), стратосфера (второй нижний уровень нашей атмосферы, 12–50 км над уровнем моря) и тропосфера (до 12 км над уровнем моря, примерно 80% земной атмосферы по массе и слой, в котором происходит большинство погодных явлений).По мере того, как вы поднимаетесь в тропосфере, плотность и температура воздуха снижаются.

Рис. 7. Атмосфера Земли состоит из пяти слоев: тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы.
Климатология — это изучение климата, усредненных погодных условий за длительные периоды времени с использованием атмосферных данных. Однако климатологи изучают закономерности и эффекты, которые происходят на протяжении десятилетий, столетий и тысячелетий, а не более короткие временные рамки в часы, дни и недели, как метеорологи.Наука об атмосфере — это еще более широкая область, объединяющая метеорологию, климатологию и другие научные дисциплины, изучающие атмосферу.
Газы оказывают давление, то есть силу на единицу площади. Давление газа может быть выражено в единицах СИ — паскаль или килопаскаль, а также во многих других единицах, включая торр, атмосферу и бар. Атмосферное давление измеряется с помощью барометра; другие давления газа можно измерить с помощью одного из нескольких типов манометров.
Химия: упражнения в конце главы
Почему острые ножи более эффективны, чем тупые (Подсказка: подумайте об определении давления)?
Почему у некоторых небольших мостов есть ограничения по весу, которые зависят от количества колес или осей у проезжающего транспортного средства?
Почему вы должны кататься или ползать животом, а не ходить по замерзшему пруду?
Типичное барометрическое давление в Реддинге, Калифорния, составляет около 750 мм рт.Вычислите это давление в атм и кПа.
Типичное атмосферное давление в Денвере, штат Колорадо, составляет 615 мм рт. Что это за давление в атмосферах и килопаскалях?
Типичное атмосферное давление в Канзас-Сити составляет 740 торр. Что это за давление в атмосферах, миллиметрах ртутного столба и килопаскалях?
Канадские манометры указаны в килопаскалях. Какое значение на таком манометре соответствует 32 фунтам на квадратный дюйм?
Во время высадки викингов на Марс атмосферное давление было определено в среднем около 6.50 миллибар (1 бар = 0,987 атм). Что это за давление в торр и кПа?
Давление атмосферы на поверхности планеты Венера составляет около 88,8 атм. Сравните это давление в фунтах на квадратный дюйм с нормальным давлением на Земле на уровне моря в фунтах на квадратный дюйм.
Каталог медицинских лабораторий описывает давление в баллоне газа как 14,82 МПа. Какое давление у этого газа в атмосферах и торр?
Рассмотрите этот сценарий и ответьте на следующие вопросы: В середине августа на северо-востоке США в местной газете появилась следующая информация: атмосферное давление на уровне моря 29.97 дюймов, 1013,9 мбар.
(а) Какое было давление в кПа?
(b) Давление у побережья на северо-востоке США обычно составляет около 30,0 дюймов рт. Ст. Во время урагана давление может упасть примерно до 28,0 дюймов рт. Ст. Рассчитайте падение давления в торр.
Почему необходимо использовать нелетучую жидкость в барометре или манометре?
Давление пробы газа измеряется на уровне моря манометром с закрытым концом. Жидкость в манометре — ртуть.Определите давление газа в:
(а) торр
(б) Па
(в) бар
Давление пробы газа измеряется манометром с открытым концом, частично показанным справа. Жидкость в манометре — ртуть. Предполагая, что атмосферное давление составляет 29,92 дюйма рт. Ст., Определите давление газа в:
(а) торр
(б) Па
(в) бар
Давление пробы газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом.Предполагая, что атмосферное давление составляет 760,0 мм рт. Ст., Определите давление газа в:
(а) мм рт. Ст.
(б) атм
(c) кПа
Давление пробы газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом. Предполагая, что атмосферное давление составляет 760 мм рт. Ст., Определите давление газа в:
(а) мм рт. Ст.
(б) атм
(c) кПа
Как использование летучей жидкости повлияет на измерение газа с помощью манометров открытого типа по сравнению сзакрытые манометры?
Глоссарий
атмосфера (атм)
единица давления; 1 атм = 101,325 Па
бар
(бар или б) единица давления; 1 бар = 100 000 Па
барометр
прибор для измерения атмосферного давления
гидростатическое давление
давление жидкости под действием силы тяжести
манометр
прибор для измерения давления газа в баллоне
паскаль (Па)
СИ единица давления; 1 Па = 1 Н / м ²
фунтов на квадратный дюйм (psi)
единица давления, общепринятая в США
давление
сила на единицу площади
торр
единица давления;
Решения
Ответы на упражнения в конце главы по химии
1.Режущая кромка заточенного ножа имеет меньшую площадь поверхности, чем затупившийся нож. Поскольку давление — это сила на единицу площади, острый нож будет оказывать более высокое давление с той же силой и более эффективно прорезать материал.
3. Лежа распределяет ваш вес на большую площадь поверхности, оказывая меньшее давление на лед по сравнению со стоянием. Если вы будете меньше нажимать, у вас меньше шансов пробить тонкий лед.
5. 0,809 атм; 82,0 кПа
7.2,2 × 10 ² кПа
9. Земля: 14,7 фунта на дюйм ^–2; Венера: 13,1 × 10 ³ фунтов на дюйм ⁻²
11. (a) 101,5 кПа; (б) падение 51 торр
13. (а) 264 торр; (b) 35 200 Па; (c) 0,352 бар
15. (a) 623 мм рт. (б) 0,820 атм; (c) 83,1 кПа
17. При использовании манометра с закрытым концом никаких изменений не наблюдалось бы, поскольку испаренная жидкость будет вносить равные противодействующие давления в обоих рукавах трубки манометра.

Блок	Определение
Единица СИ: Паскаль
Английская единица: фунты на квадратный дюйм ( или фунт / кв. Дюйм)
Единицы давления прочие

Название и сокращение	Определение или отношение к другой единице
паскаль (Па)	1 Па = 1 Н / м ² Рекомендуемый блок ИЮПАК
килопаскаль (кПа)	1 кПа = 1000 Па
фунтов на квадратный дюйм (psi)	Давление воздуха на уровне моря составляет ~ 14.7 фунтов на кв. Дюйм
атмосфера (атм)	1 атм = 101,325 Па Давление воздуха на уровне моря ~ 1 атм
бар (бар или бар)	1 бар = 100 000 Па (точно) обычно используется в метеорологии
миллибар (мбар или мбар)	1000 мбар = 1 бар
дюймов ртутного столба (дюймы рт. Ст.)	1 дюйм рт. Ст. = 3386 Па используется в авиационной промышленности, а также в некоторых сводках погоды
торр	имени Евангелисты Торричелли, изобретателя барометра
миллиметры ртутного столба (мм рт. Ст.)	1 мм рт. Ст. ~ 1 торр
Таблица 1. Единицы давления

какое давление показывает манометр, устройство манометра и как им измерять

Описание и назначение манометра

Классификация приборов

Устройство и принцип действия

Маркировка по цвету

Преимущества использования

Класс точности прибора

Как правильно использовать манометр для измерения давления в трубопроводе

Виды манометров

Как правильно измерять давление манометром

Класс точности

Какое давление показывает манометр абсолютное или избыточное

2 Определение понятия «давление», точное измерение давления и соотношение между ними

Что измеряет манометр и какое давление показывает

Описание и назначение манометра

Классификация приборов

Устройство и принцип действия

Маркировка по цвету

Преимущества использования

Класс точности прибора

Абсолютное и избыточное давление

выбор устройства, измеряющего давление газа и других сред, виды и установка

Манометры давления

Выбор устройства

Типы манометров

Функциональная нагрузка

Установка манометра

Как правильно выбрать манометр — Гиды по покупкам DirectIndustry

Приборы для измерения давления. Виды и работа. Применение

Виды и работа

Деформационные манометры делятся на:

Измерительные манометры разделяют на два класса:

Перечислим основные места использования приборы для измерения давления в:

Похожие темы:

Какое давление показывает манометр абсолютное или избыточное

Часто задаваемые вопросы о давлении и важности абсолютного давления

Что такое давление?

Почему мы измеряем давление?

Что такое абсолютное давление, и как это соотносится с избыточным давлением?

Каковы преимущества измерения абсолютного давления и избыточного давления?

Как работают абсолютные манометры?

Манометр для измерения низкого давления газовой среды

Общие сведения

Измерение давления манометром

Физика для средней школы

Барометры. Манометры

Классификация приборов

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Манометр — абсолютное давление

Что измеряет манометр и какое давление показывает

Описание и назначение манометра

Классификация приборов

Устройство и принцип действия

Маркировка по цвету

Преимущества использования

Класс точности прибора

| FierceElectronics

Все о манометрах — что это такое и как они работают

Определения давления

Типы манометров

Аналоговые манометры и принцип их работы

Таблица 1 — Примеры индикаторных жидкостей для использования в манометрах

Цифровые манометры и принцип их работы

Поправки на свойства жидкости, применимые к манометрам

Как используются манометры

Резюме

Источники:

Прочие инструменты изделия

Больше от Instruments & Controls

Использование манометров для измерения давления | Введение в непрерывное измерение давления

Как работают манометры? | Sciencing

Что такое давление?

Единицы измерения давления и терминология

Как измеряется давление

Давление и погода

14.2 Измерение давления — University Physics Volume 1

Цели обучения

Зависимость избыточного давления от абсолютного давления

Абсолютное давление

Измерение давления