La presión es una fuerza distribuida uniformemente que actúa perpendicularmente por unidad de área. Puede ser atmosférica (la presión de la atmósfera cercana a la Tierra), en exceso (superior a la atmosférica) y absoluta (la suma de la atmosférica y el exceso). La presión absoluta por debajo de la atmosférica se denomina enrarecimiento y el enrarecimiento profundo se denomina vacío.
La unidad de presión en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es Pascal (Pa). Un Pascal es la presión que ejerce una fuerza de un Newton sobre un área de un metro cuadrado. Como esta unidad es muy pequeña, también se utilizan múltiplos de la misma: kilopascal (kPa) = Pa; megapascal (MPa) \u003d Pa, etc. Debido a la complejidad de la tarea de cambiar de las unidades de presión utilizadas anteriormente a la unidad Pascal, se permite el uso temporal de las siguientes unidades: kilogramo-fuerza por centímetro cuadrado (kgf / cm) = 980665Pa; kilogramo-fuerza por metro cuadrado (kgf / m) o milímetro de columna de agua (mm columna de agua) \u003d 9.80665 Pa; milímetro de mercurio (mm Hg) = 133.332 Pa.
Los dispositivos de control de presión se clasifican según el método de medición utilizado en ellos, así como la naturaleza del valor medido.
Según el método de medición que determina el principio de funcionamiento, estos dispositivos se dividen en los siguientes grupos:
Líquido, en el que la medida de la presión se produce equilibrándola con una columna de líquido, cuya altura determina la magnitud de la presión;
Resorte (deformación), en el que el valor de la presión se mide determinando la medida de deformación de los elementos elásticos;
Cargo-pistón, basado en equilibrar las fuerzas creadas por un lado por la presión medida, y por otro lado por las cargas calibradas que actúan sobre el pistón colocado en el cilindro.
Eléctrico, en el que la medida de la presión se realiza convirtiendo su valor en una cantidad eléctrica, y midiendo las propiedades eléctricas del material, en función de la magnitud de la presión.
Según el tipo de presión medida, los dispositivos se dividen en los siguientes:
Manómetros diseñados para medir el exceso de presión;
Vacuómetros utilizados para medir la rarefacción (vacío);
Manómetros y vacuómetros que miden el exceso de presión y el vacío;
Manómetros utilizados para medir pequeñas sobrepresiones;
Medidores de empuje utilizados para medir baja rarefacción;
Medidores de presión de empuje diseñados para medir bajas presiones y rarefacción;
Manómetros de presión diferencial (manómetros de presión diferencial), que miden la diferencia de presión;
Barómetros utilizados para medir la presión barométrica.
Las galgas extensométricas o de resorte son las más utilizadas. Los principales tipos de elementos sensibles de estos dispositivos se muestran en la fig. uno.
Arroz. 1. Tipos de elementos sensibles de los manómetros de deformación.
a) - con resorte tubular de una sola vuelta (tubo de Bourdon)
b) - con un resorte tubular de múltiples vueltas
c) - con membranas elásticas
d) - fuelles.
Dispositivos con resortes tubulares.
El principio de funcionamiento de estos dispositivos se basa en la propiedad de un tubo curvo (muelle tubular) de sección transversal no circular de cambiar su curvatura con un cambio de presión dentro del tubo.
Dependiendo de la forma del resorte, se distinguen resortes de una sola vuelta (Fig. 1a) y resortes de múltiples vueltas (Fig. 1b). La ventaja de los resortes tubulares multivueltas es que el movimiento del extremo libre es mayor que el de los de una sola vuelta con el mismo cambio en la presión de entrada. La desventaja son las dimensiones significativas de los dispositivos con tales resortes.
Los manómetros con resorte tubular de una sola vuelta son uno de los tipos más comunes de instrumentos de resorte. El elemento sensible de tales dispositivos es un tubo 1 (Fig. 2) de sección elíptica u ovalada, doblado a lo largo de un arco de círculo, sellado en un extremo. El extremo abierto del tubo a través del soporte 2 y la boquilla 3 está conectado a la fuente de presión medida. El extremo libre (sellado) del tubo 4 a través del mecanismo de transmisión está conectado al eje de la flecha que se mueve a lo largo de la escala del dispositivo.
Los tubos de manómetro diseñados para presiones de hasta 50 kg/cm2 están hechos de cobre y los tubos de manómetro diseñados para presiones más altas están hechos de acero.
La propiedad de un tubo curvo de sección transversal no circular de cambiar la magnitud de la curvatura con un cambio de presión en su cavidad es consecuencia de un cambio en la forma de la sección. Bajo la acción de la presión en el interior del tubo, una sección elíptica u oval plana, deformándose, se aproxima a una sección circular (el eje menor de la elipse u óvalo crece, y el mayor decrece).
El movimiento del extremo libre del tubo durante su deformación dentro de ciertos límites es proporcional a la presión medida. A presiones fuera del límite especificado, se producen deformaciones residuales en el tubo, que lo hacen inadecuado para la medición. Por tanto, la presión máxima de trabajo del manómetro debe estar por debajo del límite proporcional con cierto margen de seguridad.
Arroz. 2. Calibre de resorte
El movimiento del extremo libre del tubo bajo la acción de la presión es muy pequeño, por lo tanto, para aumentar la precisión y claridad de las lecturas del dispositivo, se introduce un mecanismo de transmisión que aumenta la escala de movimiento del extremo del tubo. . Consiste (Fig. 2) en un sector dentado 6, un engranaje 7 que engrana con el sector y un resorte helicoidal (cabello) 8. La flecha que apunta del manómetro 9 está fijada en el eje del engranaje 7. El el resorte 8 está unido por un extremo al eje del engranaje y por el otro al punto fijo del tablero del mecanismo. El propósito del resorte es eliminar la holgura de la flecha eligiendo los espacios en las juntas de engranaje y bisagra del mecanismo.
Manómetros de membrana.
El elemento sensible de los manómetros de diafragma puede ser un diafragma rígido (elástico) o flácido.
Las membranas elásticas son discos de cobre o latón con corrugaciones. Las ondulaciones aumentan la rigidez de la membrana y su capacidad de deformación. Las cajas de membrana están hechas de tales membranas (ver Fig. 1c), y los bloques están hechos de cajas.
Las membranas flácidas están hechas de caucho sobre una base de tela en forma de discos de una sola aleta. Se utilizan para medir pequeñas sobrepresiones y vacíos.
Manómetros de membrana y pueden ser con indicaciones locales, con transmisión eléctrica o neumática de lecturas a dispositivos secundarios.
Por ejemplo, consideremos un manómetro diferencial de diafragma del tipo DM, que es un sensor de tipo membrana sin escala (Fig. 3) con un sistema de transformador diferencial para transmitir el valor del valor medido a un dispositivo secundario del tipo KSD .
Arroz. 3 Manómetro diferencial de membrana tipo DM
El elemento sensible del manómetro diferencial es una unidad de membrana que consta de dos cajas de membrana 1 y 3 llenas de líquido de organosilicio, ubicadas en dos cámaras separadas por un tabique 2.
El núcleo de hierro 4 del convertidor transformador diferencial 5 está unido al centro de la membrana superior.
La presión medida más alta (positiva) se suministra a la cámara inferior, la presión más baja (negativa) se suministra a la cámara superior. La fuerza de la caída de presión medida se equilibra con otras fuerzas que surgen de la deformación de las cajas de membrana 1 y 3.
Con un aumento en la caída de presión, la caja de membrana 3 se contrae, el líquido fluye hacia la caja 1, que se expande y mueve el núcleo 4 del transformador diferencial. Cuando la caída de presión disminuye, la caja de membrana 1 se comprime y el líquido es expulsado hacia la caja 3. El núcleo 4 se mueve hacia abajo. Así, la posición del núcleo, i.e. la tensión de salida del circuito del transformador diferencial depende únicamente del valor de la presión diferencial.
Para trabajar en sistemas de control, regulación y control de procesos tecnológicos mediante la conversión continua de la presión del medio en una señal de salida de corriente estándar con su transferencia a dispositivos secundarios o actuadores, se utilizan transductores del tipo “Zafiro”.
Los transductores de presión de este tipo sirven: para medir la presión absoluta ("Zafiro-22DA"), para medir el exceso de presión ("Zafiro-22DI"), para medir el vacío ("Zafiro-22DV"), para medir la presión - vacío ("Zafiro -22DIV") , presión hidrostática ("Zafiro-22DG").
El dispositivo del convertidor "SAPPHIR-22DG" se muestra en la fig. 4. Se utilizan para medir la presión hidrostática (nivel) de medios neutros y agresivos a temperaturas de -50 a 120 °C. El límite superior de medición es de 4 MPa.
Arroz. 4 Dispositivo convertidor "SAPPHIRE -22DG"
La galga extensiométrica 4 del tipo de palanca de membrana se coloca dentro de la base 8 en una cavidad cerrada 10 llena con un líquido de organosilicio y está separada del medio medido por membranas de metal corrugado 7. Los elementos sensores de la galga extensiométrica son una película de silicio. galgas extensiométricas 11 colocadas sobre una placa de zafiro 10.
Las membranas 7 están soldadas a lo largo del contorno exterior a la base 8 y están interconectadas por una varilla central 6, que está conectada al extremo de la palanca del transductor de galgas extensométricas 4 por medio de una varilla 5. Las bridas 9 están selladas con juntas 3 La brida positiva con membrana abierta se utiliza para montar el transductor directamente en el recipiente del proceso. El impacto de la presión medida provoca la desviación de las membranas 7, la flexión de la membrana 4 de la galga extensométrica y el cambio en la resistencia de las galgas extensométricas. La señal eléctrica de la galga extensométrica se transmite desde la unidad de medición a través de cables a través del sello de presión 2 al dispositivo electrónico 1, que convierte el cambio en la resistencia de las galgas extensométricas en un cambio en la señal de salida actual en uno de los rangos ( 0-5) ma, (0-20) ma, (4-20) ma.
La unidad de medición resiste sin destrucción el impacto de una sobrecarga unilateral con sobrepresión de funcionamiento. Esto está asegurado por el hecho de que con tal sobrecarga, una de las membranas 7 descansa sobre la superficie perfilada de la base 8.
Las modificaciones anteriores de los convertidores Sapphire-22 tienen un dispositivo similar.
Los transductores de medida de presión hidrostática y absoluta "Sapphire-22K-DG" y "Sapphire-22K-DA" tienen una señal de corriente de salida (0-5) mA o (0-20) mA o (4-20) mA, así como como una señal de código eléctrico basada en la interfaz RS-485.
elemento sensor manómetros de fuelle y manómetros de presión diferencial son fuelles - membranas armónicas (tubos corrugados de metal). La presión medida provoca una deformación elástica del fuelle. La medida de la presión puede ser el desplazamiento del extremo libre del fuelle o la fuerza que se produce durante la deformación.
El diagrama esquemático de un manómetro diferencial de fuelle tipo DS se muestra en la Fig.5. El elemento sensible de tal dispositivo es uno o dos fuelles. Los fuelles 1 y 2 están fijados en un extremo sobre una base fija y en el otro extremo están conectados a través de una varilla móvil 3. Las cavidades internas de los fuelles están llenas de líquido (mezcla de agua y glicerina, líquido de organosilicio) y están conectadas a entre sí. A medida que cambia la presión diferencial, uno de los fuelles se comprime, empujando fluido hacia los otros fuelles y moviendo el vástago del conjunto de fuelles. El movimiento del vástago se convierte en movimiento de una aguja, puntero, patrón integrador o señal de transmisión remota proporcional a la presión diferencial medida.
La presión diferencial nominal está determinada por el bloque de resortes helicoidales 4.
Con caídas de presión por encima del valor nominal, las copas 5 bloquean el canal 6, deteniendo el flujo de líquido y evitando así la destrucción del fuelle.
Arroz. 5 Diagrama esquemático de un manómetro diferencial de fuelle
Para obtener información confiable sobre el valor de cualquier parámetro, es necesario conocer exactamente el error del dispositivo de medición. La determinación del error básico del dispositivo en varios puntos de la escala en ciertos intervalos se lleva a cabo comprobándolo, es decir. compare las lecturas del dispositivo bajo prueba con las lecturas de un dispositivo ejemplar más preciso. Como regla general, la calibración de los instrumentos se lleva a cabo primero con un valor creciente del valor medido (carrera hacia adelante) y luego con un valor decreciente (carrera hacia atrás).
Los manómetros se verifican de las tres formas siguientes: punto cero, punto de trabajo y calibración completa. En este caso, las dos primeras comprobaciones se realizan directamente en el puesto de trabajo mediante una válvula de tres vías (Fig. 6).
El punto de trabajo se verifica conectando un manómetro de control al manómetro de trabajo y comparando sus lecturas.
La verificación completa de los manómetros se lleva a cabo en el laboratorio en una prensa de calibración o un manómetro de pistón, después de retirar el manómetro del lugar de trabajo.
El principio de funcionamiento de una instalación de peso muerto para el control de manómetros se basa en equilibrar las fuerzas creadas por un lado por la presión medida y por otro lado por las cargas que actúan sobre el pistón colocado en el cilindro.
Arroz. 6. Esquemas para verificar los puntos cero y de trabajo del manómetro utilizando una válvula de tres vías.
Posiciones de la válvula de tres vías: 1 - trabajando; 2 - verificación del punto cero; 3 - verificación del punto de funcionamiento; 4 - purga de la línea de impulsión.
Los dispositivos para medir la sobrepresión se denominan manómetros, vacío (presión por debajo de la atmosférica) - manómetros, sobrepresión y vacío - manómetros, diferencias de presión (diferencial) - manómetros diferenciales.
Los principales dispositivos disponibles comercialmente para medir la presión se dividen en los siguientes grupos según el principio de funcionamiento:
Líquido: la presión medida se equilibra con la presión de la columna de líquido;
Resorte: la presión medida se equilibra con la fuerza de deformación elástica del resorte tubular, la membrana, el fuelle, etc.;
Pistón: la presión medida se equilibra con la fuerza que actúa sobre el pistón de una determinada sección.
Dependiendo de las condiciones de uso y propósito, la industria produce los siguientes tipos de instrumentos de medición de presión:
Técnico - dispositivos de propósito general para la operación de equipos;
Control: para la verificación de dispositivos técnicos en el lugar de su instalación;
Ejemplar: para la verificación de instrumentos y mediciones de control y técnicos que requieren una mayor precisión.
manómetros de resorte
Objetivo. Para medir el exceso de presión, se utilizan ampliamente los manómetros, cuyo funcionamiento se basa en el uso de la deformación de un elemento sensible elástico que se produce bajo la acción de la presión medida. El valor de esta deformación se transmite al dispositivo de lectura del instrumento de medida, graduado en unidades de presión.
Como elemento sensible del manómetro, se usa con mayor frecuencia un resorte tubular de una sola vuelta (tubo de Bourdon). Otros tipos de elementos sensibles son: resorte tubular de múltiples vueltas, membrana corrugada plana, membrana tipo armónico - fuelle.
Dispositivo. Los manómetros con resorte tubular de una sola vuelta se utilizan ampliamente para medir el exceso de presión en el rango de 0,6 - 1600 kgf / cm². El cuerpo de trabajo de tales manómetros es un tubo hueco de sección elíptica u ovalada, doblado alrededor de la circunferencia en 270°.
El dispositivo de un manómetro con un resorte tubular de una sola vuelta se muestra en la Figura 2.64. Resorte tubular - 2 extremo abierto está rígidamente conectado al soporte - 6, fijo en la carcasa - 1 manómetro. El soporte pasa a través del accesorio - 7 con un hilo utilizado para conectarse a la tubería de gas en la que se mide la presión. El extremo libre del resorte se cierra con un tapón con un pasador de pivote y se sella. Por medio de una correa - 5, está conectado a un mecanismo de transmisión que consiste en un sector de engranajes - 4, acoplado con un engranaje - 10, sentado inmóvil en el eje junto con una flecha de índice - 3. Junto al engranaje hay un plano resorte espiral (cabello) - 9, un extremo del cual está conectado al engranaje, y el otro está fijo inmóvil en el estante. El cabello presiona constantemente el tubo contra un lado de los dientes del sector, eliminando así el contragolpe (contragolpe) en el engranaje y asegura la suavidad de la flecha.
Arroz. 2.64. Manómetro indicador con resorte tubular de una sola bobina
Manómetros de electrocontacto
Cita. Los manómetros, vacuómetros y vacuómetros de electrocontacto de los tipos EKM EKV, EKMV y VE-16rb están diseñados para la medida, señalización o regulación on-off de presión (descarga) de gases y líquidos neutros respecto al latón y al acero . Los instrumentos de medición tipo VE-16rb están fabricados en una carcasa a prueba de explosiones y pueden instalarse en salas con riesgo de incendio y explosión. La tensión de funcionamiento de los dispositivos de electrocontacto es de hasta 380 V o hasta 220 V CC.
Dispositivo.El dispositivo de los manómetros de electrocontacto es similar a los de resorte, con la única diferencia de que el cuerpo del manómetro tiene grandes dimensiones geométricas debido a la instalación de grupos de contacto. El dispositivo y la lista de los elementos principales de los manómetros de contacto eléctrico se muestran en la fig. 2.65..
Calibres ejemplares.
Cita. Los manómetros y vacuómetros ejemplares del tipo MO y VO están diseñados para probar manómetros, vacuómetros y manómetros y vacuómetros combinados para medir la presión y la rarefacción de líquidos y gases no agresivos en condiciones de laboratorio.
Los manómetros del tipo MKO y los vacuómetros del tipo VKO están diseñados para verificar la capacidad de servicio de los manómetros de trabajo en el lugar de su instalación y para controlar las mediciones de sobrepresión y vacío.
Arroz. 2.65. Manómetros de electrocontacto: a - tipo EKM; ECMW; ecualizador;
B - tipo VE - 16 Rb partes principales: resorte tubular; escala; móvil
Mecanismo; grupo de contactos móviles; accesorio de entrada
Manómetros eléctricos
Objetivo. Los manómetros eléctricos de tipo MED están diseñados para la conversión continua de exceso de presión o vacío en una señal de salida de CA unificada. Estos dispositivos se utilizan para trabajar en conjunto con dispositivos transformadores diferenciales secundarios, máquinas de control centralizado y otros receptores de información capaces de recibir una señal estándar en forma de inductancia mutua.
Dispositivo y principio de funcionamiento.. El principio de funcionamiento del dispositivo, como el de los manómetros con resorte tubular de una sola vuelta, se basa en el uso de la deformación de un elemento sensible elástico cuando se le aplica una presión medida. El dispositivo de un manómetro eléctrico del tipo MED se muestra en la fig. 2.65.(b). El elemento sensible elástico del dispositivo es un resorte tubular - 1, que está montado en el soporte - 5. Una barra - 6 está atornillada al soporte, en la que se fija la bobina - 7 del transformador diferencial. En el soporte también se montan resistencias fijas y variables. La bobina está cubierta con una pantalla. La presión medida se suministra al soporte. El soporte está unido a la caja - con 2 tornillos - 4. La caja de aleación de aluminio está cerrada con una tapa en la que se fija el conector del enchufe - 3. El núcleo - 8 del transformador diferencial está conectado al extremo móvil del tubular resorte con un tornillo especial - 9. Cuando se aplica presión al dispositivo, el resorte tubular se deforma , lo que provoca proporcionalmente a la presión medida, el movimiento del extremo móvil del resorte y el núcleo del transformador diferencial asociado a él.
Requisitos de funcionamiento de los manómetros para fines técnicos:
· al instalar el manómetro, la inclinación del dial desde la vertical no debe exceder los 15°;
En la posición de no trabajo, el puntero del dispositivo de medición debe estar en la posición cero;
· el manómetro ha sido verificado y tiene una marca y un sello que indica la fecha de verificación;
· no hay daños mecánicos en el cuerpo del manómetro, parte roscada del racor, etc.;
· la balanza digital es bien visible para el personal de servicio;
Al medir la presión de un medio gaseoso húmedo (gas, aire), el tubo frente al manómetro tiene la forma de un bucle en el que se condensa la humedad;
· Se debe instalar un grifo o válvula en el lugar donde se toma la presión medida (antes del manómetro);
· Se deben utilizar juntas de cuero, plomo, cobre rojo recocido, fluoroplasto para sellar el punto de conexión del racor del manómetro. No se permite el uso de remolque y minio.
Los instrumentos de medición de presión se utilizan en muchas industrias y se clasifican, según su propósito, de la siguiente manera:
Barómetros: miden la presión atmosférica.
· Vacuómetros - miden la presión de vacío.
Manómetros: miden el exceso de presión.
· Manómetros de vacío: miden el vacío y la presión manométrica.
Barovacuummeters - miden la presión absoluta.
· Manómetros de presión diferencial - miden la diferencia de presión.
Según el principio de funcionamiento, los dispositivos de medición de presión pueden ser de los siguientes tipos:
El dispositivo es líquido (la presión se equilibra con el peso de la columna de líquido).
· Instrumentos de pistón (la presión medida se equilibra con la fuerza creada por pesos calibrados).
· Dispositivos con transmisión remota de lecturas (se utilizan cambios en varias características eléctricas de una sustancia bajo la influencia de la presión medida).
· El dispositivo está cargado por resorte (la presión medida se equilibra con las fuerzas elásticas del resorte, cuya deformación sirve como medida de presión).
Para las mediciones de presión utilizan varios instrumentos , los cuales se pueden dividir en dos grupos principales: líquidos y mecánicos.
El dispositivo más simple es piezómetro,
mide la presión en un líquido por la altura de una columna del mismo líquido. Es un tubo de vidrio abierto por un extremo (el tubo de la figura 14a). Un piezómetro es un dispositivo muy sensible y preciso, pero solo es útil cuando se miden pequeñas presiones, de lo contrario el tubo es muy largo, lo que complica su uso. 
Para reducir la longitud del tubo de medición, se utilizan dispositivos con un líquido de mayor densidad (por ejemplo, mercurio). manómetro de mercurio es un tubo en forma de U, cuyo codo curvo está lleno de mercurio (Fig. 14b). Bajo la acción de la presión en el recipiente, el nivel de mercurio en la rodilla izquierda del manómetro disminuye y en la derecha aumenta.
Manómetro de presión diferencial se utiliza en los casos en que es necesario medir no la presión en el recipiente, sino la diferencia de presión en dos recipientes o en dos puntos de un recipiente (Fig. 14 c).
El uso de dispositivos líquidos se limita al área de presiones relativamente bajas. Si es necesario medir altas presiones, se utilizan dispositivos del segundo tipo: mecánicos.
Calibre de resorte es el más común de los dispositivos mecánicos. Consiste (Fig. 15a) en un tubo hueco de latón o acero curvado de paredes delgadas (resorte) 1, un extremo del cual está sellado y conectado por un dispositivo de accionamiento 2 a un mecanismo de engranaje 3. Una flecha 4 está ubicada en el eje del mecanismo de engranajes El segundo extremo del tubo está abierto y conectado al recipiente en el que se mide la presión. Bajo la acción de la presión, el resorte se deforma (endereza) y, a través del dispositivo de accionamiento, acciona una flecha, por cuya desviación se determina el valor de la presión en una escala de 5.
Manómetros de diafragma también se refieren a los mecánicos (Fig. 15b). En ellos, en lugar de un resorte, se instala una membrana de placa delgada 1 (metal o material de goma). La deformación de la membrana se transmite mediante un dispositivo de accionamiento a una flecha que indica el valor de la presión.
Los manómetros mecánicos tienen algunas ventajas sobre los manómetros de líquidos: portabilidad, versatilidad, facilidad de diseño y operación, y una amplia gama de presiones medidas.
Para medir presiones inferiores a la atmosférica, se utilizan vacuómetros líquidos y mecánicos, cuyo principio de funcionamiento es el mismo que el de los manómetros.
El principio de los vasos comunicantes. .
Vasos comunicantes
Comunicado 
Se denominan vasos a los que tienen un canal lleno de líquido entre ellos. Las observaciones muestran que en los vasos comunicantes de cualquier forma, un líquido homogéneo siempre se encuentra al mismo nivel.
Líquidos diferentes se comportan de manera diferente incluso en vasos comunicantes de la misma forma y tamaño. Tomemos dos vasos comunicantes cilíndricos del mismo diámetro (Fig. 51), vierta una capa de mercurio en su parte inferior (sombreada) y, encima, vierta líquido con diferentes densidades en los cilindros, por ejemplo, r 2 h 1 ).
Seleccione mentalmente dentro del tubo que conecta los vasos comunicantes y lleno de mercurio, un área del área S, perpendicular a la superficie horizontal. Dado que los líquidos están en reposo, la presión sobre esta área desde la izquierda y la derecha es la misma, es decir p1=p2. Según la fórmula (5.2), la presión hidrostática p 1 = 1 gh 1 y p 2 = 2 gh 2. Igualando estas expresiones, obtenemos r 1 h 1 = r 2 h 2, de donde
h 1 / h 2 \u003d r 2 / r 1. (5.4)
Por lo tanto , líquidos disímiles en reposo se instalan en vasos comunicantes de tal manera que las alturas de sus columnas son inversamente proporcionales a las densidades de estos líquidos.
Si r 1 =r 2 , entonces la fórmula (5.4) implica que h 1 =h 2 , es decir Los líquidos homogéneos se instalan en vasos comunicantes al mismo nivel.
La tetera y su pitorro son vasos comunicantes: en ellos el agua está al mismo nivel. Así que el pico de la tetera debe 
Dispositivo de plomería.
Se instala un gran tanque de agua (torre de agua) en la torre. Desde el tanque hay tuberías con una serie de ramas que se introducen en las casas. Los extremos de las tuberías se cierran con grifos. En el grifo, la presión del agua que llena las tuberías es igual a la presión de la columna de agua, que tiene una altura igual a la diferencia de altura entre el grifo y la superficie libre del agua en el depósito. Dado que el depósito está instalado a una altura de decenas de metros, la presión en el grifo puede alcanzar varias atmósferas. Obviamente, la presión del agua en los pisos superiores es menor que la presión en los pisos inferiores.
El agua se suministra al tanque de la torre de agua mediante bombas.
Tubería de agua.
Según el principio de los vasos comunicantes, se disponen tubos de medición de agua para tanques de agua. Dichos tubos, por ejemplo, se encuentran en tanques en vagones de ferrocarril. En un tubo de vidrio abierto unido al tanque, el agua está siempre al mismo nivel que en el tanque mismo. Si se instala un tubo de medición de agua en una caldera de vapor, el extremo superior del tubo se conecta a la parte superior de la caldera llena de vapor.
Esto se hace para que las presiones sobre la superficie libre del agua en la caldera y en el tubo sean las mismas.
Peterhof es un magnífico conjunto de parques, palacios y fuentes. Este es el único conjunto en el mundo cuyas fuentes funcionan sin bombas y estructuras de agua complejas. Estas fuentes utilizan el principio de los vasos comunicantes: se tienen en cuenta los niveles de las fuentes y los estanques de almacenamiento.
Una característica de la presión es una fuerza que actúa uniformemente sobre una unidad de superficie de un cuerpo. Esta fuerza influye en varios procesos tecnológicos. La presión se mide en pascales. Un pascal es igual a la presión de una fuerza de un newton sobre una superficie de 1 m 2 .
tipos de presion
Atmosférico.
Vacío.
Exceso.
Absoluto.
atmosférico La presión es generada por la atmósfera terrestre.
Vacío La presión es una presión menor que la presión atmosférica.
exceso La presión es la cantidad de presión que es mayor que la presión atmosférica.
Absoluto la presión se determina a partir del valor del cero absoluto (vacío).
tipos y trabajo
Los instrumentos que miden la presión se llaman manómetros. En ingeniería, lo más frecuente es que sea necesario determinar el exceso de presión. Un rango significativo de valores de presión medidos, las condiciones especiales para medirlos en varios procesos tecnológicos provocan una variedad de tipos de manómetros, que tienen sus propias diferencias en las características de diseño y en el principio de funcionamiento. Considere los principales tipos utilizados.
barómetros
Un barómetro es un dispositivo que mide la presión del aire en la atmósfera. Hay varios tipos de barómetros.
Mercurio El barómetro opera sobre la base del movimiento del mercurio en un tubo a lo largo de una determinada escala.
Líquido El barómetro funciona según el principio de equilibrar un líquido con la presión de la atmósfera.
Barómetro aneroide trabaja en cambiar las dimensiones de una caja sellada de metal con un vacío en el interior, bajo la influencia de la presión atmosférica.
Electrónico El barómetro es un instrumento más moderno. Convierte los parámetros de un aneroide convencional en una señal digital que se muestra en una pantalla de cristal líquido.
manómetros líquidos
En estos modelos de dispositivos, la presión está determinada por la altura de la columna de líquido, que iguala esta presión. Los dispositivos líquidos se fabrican con mayor frecuencia en forma de 2 recipientes de vidrio conectados entre sí, en los que se vierte líquido (agua, mercurio, alcohol).
Figura 1
Un extremo del contenedor está conectado al medio medido y el otro está abierto. Bajo la presión del medio, el líquido fluye de un recipiente a otro hasta que la presión se iguala. La diferencia en los niveles de líquido determina el exceso de presión. Dichos dispositivos miden la diferencia de presión y vacío.
La figura 1a muestra un manómetro de 2 tubos que mide el vacío, la presión manométrica y la atmosférica. La desventaja es un error significativo en la medición de presiones con pulsación. Para tales casos, se utilizan manómetros de 1 tubería (Figura 1b). Tienen un borde de un vaso más grande. La copa está conectada a una cavidad medible, cuya presión mueve el líquido hacia la parte estrecha del recipiente.
Al medir, solo se tiene en cuenta la altura del líquido en el codo estrecho, ya que el líquido cambia su nivel en la taza de manera insignificante, y esto se desprecia. Para medir pequeñas sobrepresiones se utilizan micromanómetros de 1 tubo con un tubo inclinado en ángulo (Figura 1c). Cuanto mayor sea la inclinación del tubo, más precisas serán las lecturas del instrumento, debido al aumento de la longitud del nivel del líquido.
Los dispositivos de medición de presión se consideran un grupo especial, en el que el movimiento del líquido en un recipiente actúa sobre un elemento sensible: un flotador (1) en la Figura 2a, un anillo (3) (Figura 2c) o una campana (2) (Figura 2b), que están asociadas a una flecha, que es un indicador de presión.
Figura 2
Las ventajas de tales dispositivos son la transmisión remota y su registro de valores.
Manómetros de deformación
En el campo técnico, los dispositivos de deformación para medir la presión han ganado popularidad. Su principio de funcionamiento es deformar el elemento sensible. Esta deformación aparece bajo la influencia de la presión. El componente elástico está conectado a un dispositivo de lectura que tiene una escala graduada en unidades de presión. Los manómetros de deformación se dividen en:
- Primavera.
- Fuelle.
- Membrana.
Fig. 3
Calibres de resorte
En estos dispositivos, el elemento sensible es un resorte conectado a la flecha por un mecanismo de transmisión. La presión actúa en el interior del tubo, la sección trata de tomar una forma redonda, el resorte (1) trata de desenrollarse, como resultado, la aguja se mueve a lo largo de la escala (Figura 3a).
Manómetros de diafragma
En estos dispositivos, el componente elástico es la membrana (2). Se flexiona bajo presión y actúa sobre la flecha con la ayuda de un mecanismo de transmisión. La membrana se fabrica según el tipo de caja (3). Esto aumenta la precisión y la sensibilidad del dispositivo debido a la mayor desviación a igual presión (Figura 3b).
Manómetros de fuelle
En los dispositivos de tipo fuelle (Figura 3c), el elemento elástico es el fuelle (4), el cual está fabricado en forma de tubo corrugado de paredes delgadas. Este tubo está presurizado. En este caso, el fuelle aumenta de longitud y, con la ayuda del mecanismo de transmisión, mueve la aguja del manómetro.
Los manómetros de tipo fuelle y diafragma se utilizan para medir ligeras sobrepresiones y vacíos, ya que el componente elástico tiene poca rigidez. Cuando estos dispositivos se utilizan para medir el vacío, se denominan calibres de calado. El dispositivo de medición de presión es medidor de presion , se utilizan para medir la sobrepresión y el vacío medidores de empuje .
Los manómetros de tipo deformación tienen una ventaja sobre los modelos líquidos. Le permiten transmitir lecturas de forma remota y registrarlas automáticamente.
Esto se debe a la transformación de la deformación del componente elástico en la señal de salida de la corriente eléctrica. La señal se registra mediante instrumentos de medición que están calibrados en unidades de presión. Dichos dispositivos se denominan manómetros eléctricos de deformación. Los convertidores tensométricos, de transformador diferencial y de magnetomodulación han encontrado un amplio uso.
Convertidor de transformador diferencial
Fig-4
El principio de funcionamiento de dicho convertidor es el cambio en la fuerza de la corriente de inducción según la magnitud de la presión.
Los dispositivos con la presencia de dicho convertidor tienen un resorte tubular (1), que mueve el núcleo de acero (2) del transformador, y no la flecha. Como resultado, cambia la fuerza de la corriente de inducción suministrada a través del amplificador (4) al dispositivo de medición (3).
Dispositivos de medición de presión de modulación magnética
En tales dispositivos, la fuerza se convierte en una señal de corriente eléctrica debido al movimiento del imán asociado con el componente elástico. Al moverse, el imán actúa sobre el transductor de magnetomodulación.
La señal eléctrica se amplifica en un amplificador de semiconductores y se alimenta a dispositivos de medición eléctricos secundarios.
Medidores de deformación
Los transductores basados en una galga extensométrica funcionan en base a la dependencia de la resistencia eléctrica de la galga extensométrica de la magnitud de la deformación.
higo-5
Las celdas de carga (1) (Figura 5) están fijadas en el elemento elástico del dispositivo. La señal eléctrica en la salida surge debido a un cambio en la resistencia de la galga extensiométrica y es fijada por dispositivos de medición secundarios.
Manómetros de electrocontacto
higo-6
El componente elástico del dispositivo es un resorte tubular de una sola vuelta. Los contactos (1) y (2) se realizan para cualquier marca de escala del dispositivo girando el tornillo en la cabeza (3), que se encuentra en el lado exterior del vidrio.
Cuando la presión disminuye y se alcanza su límite inferior, la flecha (4) con la ayuda del contacto (5) encenderá el circuito de la lámpara del color correspondiente. Cuando la presión sube al límite superior, que se establece mediante el contacto (2), la flecha cierra el circuito de la lámpara roja con el contacto (5).
Clases de precisión
Los manómetros de medición se dividen en dos clases:
ejemplar.
Trabajadores.
Los instrumentos ejemplares determinan el error en las lecturas de los instrumentos de trabajo que están involucrados en la tecnología de producción.
La clase de precisión está relacionada con el error permisible, que es la desviación del manómetro de los valores reales. La precisión del dispositivo está determinada por el porcentaje del error máximo permitido al valor nominal. Cuanto mayor sea el porcentaje, menor será la precisión del instrumento.
Los manómetros de referencia tienen una precisión mucho mayor que los modelos de trabajo, ya que sirven para evaluar la conformidad de las lecturas de los modelos de trabajo de los dispositivos. Los manómetros de ejemplo se utilizan principalmente en el laboratorio, por lo que se fabrican sin protección adicional contra el entorno externo.
Los manómetros de resorte tienen 3 clases de precisión: 0,16, 0,25 y 0,4. Los modelos de trabajo de los manómetros tienen tales clases de precisión de 0,5 a 4.
Aplicación de manómetros
Los instrumentos de medición de presión son los instrumentos más populares en varias industrias cuando se trabaja con materias primas líquidas o gaseosas.
Enumeramos los principales lugares de uso de dichos dispositivos:
- En la industria del gas y del petróleo.
- En ingeniería térmica para controlar la presión del portador de energía en tuberías.
- En la industria aeronáutica, industria automotriz, mantenimiento de aeronaves y automóviles.
- En la industria de construcción de maquinaria cuando se utilizan unidades hidromecánicas e hidrodinámicas.
- En dispositivos e instrumentos médicos.
- En material y transporte ferroviario.
- En la industria química para determinar la presión de sustancias en procesos tecnológicos.
- En lugares con el uso de mecanismos y unidades neumáticas.
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Principio de funcionamiento
El principio de funcionamiento del manómetro se basa en equilibrar la presión medida por la fuerza de deformación elástica de un resorte tubular o una membrana de dos placas más sensible, un extremo del cual está sellado en un soporte y el otro está conectado a través de una varilla a un mecanismo tribco-sector que convierte el movimiento lineal de un elemento sensor elástico en un movimiento circular del puntero.
Variedades
El grupo de dispositivos que miden el exceso de presión incluye:
Manómetros: dispositivos que miden de 0,06 a 1000 MPa (Miden el exceso de presión: la diferencia positiva entre la presión absoluta y la barométrica)
Manómetros de vacío: dispositivos que miden el vacío (presión por debajo de la presión atmosférica) (hasta menos 100 kPa).
Manómetros: manómetros que miden tanto el exceso (de 60 a 240 000 kPa) como el vacío (hasta menos 100 kPa) de presión.
Manómetros - manómetros de pequeñas sobrepresiones hasta 40 kPa
Medidores de tracción - vacuómetros con un límite de hasta menos 40 kPa
Manómetros de tracción - manómetros y vacuómetros con límites extremos no superiores a ± 20 kPa
Los datos se dan de acuerdo con GOST 2405-88
La mayoría de los manómetros nacionales e importados se fabrican de acuerdo con los estándares generalmente aceptados, en este sentido, los manómetros de varias marcas se reemplazan entre sí. Al elegir un manómetro, debe saber: el límite de medición, el diámetro de la caja, la clase de precisión del dispositivo. La ubicación y la rosca del accesorio también son importantes. Estos datos son los mismos para todos los dispositivos fabricados en nuestro país y Europa.
También existen manómetros que miden la presión absoluta, es decir, la presión manométrica + la atmosférica
Un instrumento que mide la presión atmosférica se llama barómetro.
Tipos de calibre
Dependiendo del diseño, la sensibilidad del elemento, hay manómetros líquidos, de peso muerto, de deformación (con un resorte tubular o una membrana). Los manómetros se dividen en clases de precisión: 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4.0 (cuanto más bajo es el número, más preciso es el instrumento).
Tipos de manómetros
Previa cita, los manómetros se pueden dividir en técnicos: técnicos generales, de electrocontacto, especiales, de autorregistro, ferroviarios, resistentes a las vibraciones (llenos de glicerina), de barco y de referencia (ejemplar).
Técnica general: diseñada para medir líquidos, gases y vapores que no sean agresivos con las aleaciones de cobre.
Electrocontacto: tienen la capacidad de ajustar el medio medido, debido a la presencia de un mecanismo de electrocontacto. El EKM 1U puede llamarse un dispositivo particularmente popular de este grupo, aunque hace mucho tiempo que se suspendió.
Especial: oxígeno: debe desengrasarse, porque a veces incluso una ligera contaminación del mecanismo en contacto con oxígeno puro puede provocar una explosión. A menudo se producen en cajas azules con la designación O2 (oxígeno) en la esfera; acetileno: no permita aleaciones de cobre en la fabricación del mecanismo de medición, ya que al entrar en contacto con el acetileno existe el peligro de que se forme cobre acetileno explosivo; amoníaco-debe ser resistente a la corrosión.
Referencia: al tener una clase de precisión superior (0,15; 0,25; 0,4), estos dispositivos se utilizan para verificar otros manómetros. Dichos dispositivos se instalan en la mayoría de los casos en manómetros de peso muerto o cualquier otra instalación capaz de desarrollar la presión requerida.
Los manómetros para barcos están diseñados para operar en la flota fluvial y marítima.
Ferrocarril: diseñado para operar en el transporte ferroviario.
Autograbación: manómetros en estuche, con un mecanismo que permite reproducir la gráfica del manómetro en papel cuadriculado.
conductividad térmica
Los manómetros de conducción térmica se basan en la disminución de la conductividad térmica de un gas con presión. Estos manómetros tienen un filamento incorporado que se calienta cuando pasa corriente a través de él. Se puede usar un termopar o un sensor de temperatura de resistencia (DOTS) para medir la temperatura de un filamento. Esta temperatura depende de la velocidad a la que el filamento cede calor al gas circundante y, por tanto, de la conductividad térmica. A menudo se utiliza el calibre Pirani, que utiliza un solo filamento de platino como elemento calefactor y DOTS. Estos manómetros dan lecturas precisas entre 10 y 10−3 mmHg. Art., pero son bastante sensibles a la composición química de los gases medidos.
[editar] Dos filamentos
Una bobina de alambre se usa como calentador, mientras que la otra se usa para medir la temperatura por convección.
Manómetro Pirani (una rosca)
El manómetro Pirani consta de un alambre de metal abierto a la presión medida. El alambre se calienta por la corriente que fluye a través de él y se enfría por el gas que lo rodea. A medida que disminuye la presión del gas, también disminuye el efecto de enfriamiento y aumenta la temperatura de equilibrio del alambre. La resistencia del cable es una función de la temperatura: al medir el voltaje a través del cable y la corriente que fluye a través de él, se puede determinar la resistencia (y, por lo tanto, la presión del gas). Este tipo de manómetro fue diseñado por primera vez por Marcello Pirani.
Los medidores de termopar y termistor funcionan de manera similar. La diferencia es que se utilizan un termopar y un termistor para medir la temperatura del filamento.
Rango de medición: 10−3 - 10 mmHg Arte. (aproximadamente 10−1 - 1000 Pa)
manómetro de ionización
Los manómetros de ionización son los instrumentos de medición más sensibles para presiones muy bajas. Miden la presión indirectamente a través de la medición de los iones formados cuando el gas es bombardeado con electrones. Cuanto menor sea la densidad del gas, menos iones se formarán. La calibración de un manómetro de iones es inestable y depende de la naturaleza de los gases que se miden, que no siempre se conoce. Se pueden calibrar por comparación con las lecturas del manómetro McLeod, que son mucho más estables e independientes de la química.
Los termoelectrones chocan con los átomos de gas y generan iones. Los iones son atraídos a un electrodo a un voltaje adecuado, conocido como colector. La corriente del colector es proporcional a la tasa de ionización, que es una función de la presión en el sistema. Así, la medición de la corriente del colector permite determinar la presión del gas. Hay varios subtipos de medidores de ionización.
Rango de medición: 10−10 - 10−3 mmHg Arte. (aproximadamente 10−8 - 10−1 Pa)
La mayoría de los medidores de iones se dividen en dos categorías: cátodo caliente y cátodo frío. El tercer tipo, el manómetro de rotor giratorio, es más sensible y costoso que los dos primeros y no se analiza aquí. En el caso de un cátodo caliente, un filamento calentado eléctricamente crea un haz de electrones. Los electrones pasan a través del manómetro e ionizan las moléculas de gas que los rodean. Los iones resultantes se recogen en el electrodo cargado negativamente. La corriente depende del número de iones, que a su vez depende de la presión del gas. Los manómetros de cátodo caliente miden con precisión la presión en el rango de 10-3 mmHg. Arte. hasta 10-10 mm Hg. Arte. El principio del indicador de cátodo frío es el mismo, excepto que los electrones son generados en la descarga por la descarga eléctrica de alto voltaje creada. Los manómetros de cátodo frío miden con precisión la presión en el rango de 10-2 mmHg. Arte. hasta 10-9 mm Hg. Arte. La calibración de los medidores de ionización es muy sensible a la geometría estructural, la química del gas, la corrosión y los depósitos superficiales. Su calibración puede volverse inutilizable cuando se enciende a presiones atmosféricas y muy bajas. La composición de un vacío a bajas presiones suele ser impredecible, por lo que se debe usar un espectrómetro de masas simultáneamente con un manómetro de ionización para obtener mediciones precisas.
cátodo caliente
Un medidor de ionización de cátodo caliente Bayard-Alpert generalmente consta de tres electrodos que funcionan en modo triodo, donde el filamento es el cátodo. Los tres electrodos son el colector, el filamento y la rejilla. La corriente del colector se mide en picoamperios con un electrómetro. La diferencia de potencial entre el filamento y la tierra suele ser de 30 voltios, mientras que el voltaje de la red bajo voltaje constante es de 180-210 voltios, si no hay un bombardeo de electrones opcional, mediante el calentamiento de la red, que puede tener un alto potencial de aproximadamente 565 voltios. El medidor de iones más común es el cátodo caliente de Bayard-Alpert con un pequeño colector de iones dentro de la rejilla. Una carcasa de vidrio con una abertura para el vacío puede rodear los electrodos, pero generalmente no se usa y el manómetro está integrado directamente en el dispositivo de vacío y los contactos salen a través de una placa de cerámica en la pared del dispositivo de vacío. Los manómetros de ionización de cátodo caliente pueden dañarse o perder la calibración si se encienden a presión atmosférica o incluso bajo vacío. Los medidores de ionización de cátodo caliente siempre miden logarítmicamente.
Los electrones emitidos por el filamento se mueven hacia delante y hacia atrás varias veces alrededor de la rejilla hasta que la golpean. Durante estos movimientos, algunos de los electrones chocan con moléculas de gas y forman pares de iones de electrones (ionización de electrones). El número de tales iones es proporcional a la densidad de las moléculas de gas multiplicada por la corriente termoiónica, y estos iones vuelan al colector, formando una corriente de iones. Dado que la densidad de las moléculas de gas es proporcional a la presión, la presión se calcula midiendo la corriente de iones.
La sensibilidad a baja presión de los manómetros de cátodo caliente está limitada por el efecto fotoeléctrico. Los electrones que golpean la rejilla producen rayos X que producen ruido fotoeléctrico en el colector de iones. Esto limita el rango de los medidores de cátodo caliente más antiguos a 10-8 mmHg. Arte. y Bayard-Alpert a aproximadamente 10-10 mm Hg. Arte. Los cables adicionales en el potencial del cátodo en la línea de visión entre el colector de iones y la rejilla evitan este efecto. En el tipo de extracción, los iones no son atraídos por el alambre, sino por el cono abierto. Como los iones no pueden decidir en qué parte del cono golpear, pasan a través del agujero y forman un haz de iones. Este haz de iones se puede transferir a una copa de Faraday.
Capítulo 2. MEDIDORES DE LÍQUIDO
Los temas del abastecimiento de agua para la humanidad siempre han sido muy importantes, y han adquirido particular relevancia con el desarrollo de las ciudades y el surgimiento de diversos tipos de industrias en ellas. Al mismo tiempo, el problema de medir la presión del agua, es decir, la presión necesaria no solo para garantizar el suministro de agua a través del sistema de suministro de agua, sino también para accionar varios mecanismos, se volvió cada vez más urgente. El honor del descubridor pertenece al mayor artista y científico italiano Leonardo da Vinci (1452-1519), quien fue el primero en utilizar un tubo piezométrico para medir la presión del agua en las tuberías. Desafortunadamente, su trabajo "Sobre el movimiento y la medición del agua" se publicó solo en el siglo XIX. Por lo tanto, generalmente se acepta que por primera vez un manómetro líquido fue creado en 1643 por los científicos italianos Torricelli y Viviaii, estudiantes de Galileo Galilei, quienes al estudiar las propiedades del mercurio colocado en un tubo descubrieron la existencia de presión atmosférica. . Así nació el barómetro de mercurio. Durante los siguientes 10 a 15 años en Francia (B. Pascal y R. Descartes) y Alemania (O. Guericke) se crearon varios tipos de barómetros líquidos, incluidos aquellos con relleno de agua. En 1652, O. Guericke demostró la gravedad de la atmósfera mediante un experimento espectacular con hemisferios bombeados, que no podían separar dos tiros de caballos (los famosos "hemisferios de Magdeburg").
El mayor desarrollo de la ciencia y la tecnología ha llevado a la aparición de una gran cantidad de manómetros líquidos de varios tipos, que se utilizan: hasta ahora en muchas industrias: meteorología, aviación y tecnología de electrovacío, geodesia y exploración geológica, física y metrología, etc. Sin embargo, debido a una serie de características específicas del funcionamiento principal de los manómetros para líquidos, su gravedad específica es relativamente pequeña en comparación con otros tipos de manómetros y probablemente disminuirá en el futuro. Sin embargo, siguen siendo indispensables para mediciones de precisión particularmente alta en el rango de presión cercano a la presión atmosférica. Los manómetros de líquidos no han perdido su importancia en otras áreas (micromanometría, barometría, meteorología y en la investigación física y técnica).
2.1. Los principales tipos de manómetros de líquidos y los principios de su funcionamiento.
El principio de funcionamiento de los manómetros de líquido se puede ilustrar con el ejemplo de un manómetro de líquido en forma de U (Fig. 4, un ), que consta de dos tubos verticales interconectados 1 y 2,
medio lleno de líquido. De acuerdo con las leyes de la hidrostática, con presiones iguales R yo y pág. 2 las superficies libres del líquido (meniscos) en ambos tubos se ajustarán al nivel I-I. Si una de las presiones supera a la otra (R\ > pág. 2), entonces la diferencia de presión hará que el nivel de líquido en el tubo baje 1 y, en consecuencia, la subida en el tubo 2, hasta que se alcanza un estado de equilibrio. Al mismo tiempo, a nivel
II-P la ecuación de equilibrio tomará la forma
Ap \u003d pi -p 2 \u003d H R "g, (2.1)
es decir, la diferencia de presión está determinada por la presión de la altura de la columna de líquido H con una densidad de r.
La ecuación (1.6) desde el punto de vista de la medición de la presión es fundamental, ya que la presión está determinada en última instancia por las principales cantidades físicas: masa, longitud y tiempo. Esta ecuación es válida para todos los tipos de manómetros de líquidos sin excepción. Esto implica la definición de que un manómetro de líquido es un manómetro en el que la presión medida se equilibra con la presión de la columna de líquido formada bajo la acción de esta presión. Es importante recalcar que la medida de presión en manómetros de líquido es
la altura de la mesa líquida, fue esta circunstancia la que propició la aparición de las unidades de presión mm de agua. Art., mmHg Arte. y otras que se derivan naturalmente del principio de funcionamiento de los manómetros de líquidos.
Manómetro de líquido de copa (Fig. 4, b) consta de tazas interconectadas 1 y tubo vertical 2, además, el área de la sección transversal de la copa es significativamente mayor que la del tubo. Por lo tanto, bajo la influencia de la diferencia de presión Arkansas el cambio en el nivel del líquido en el vaso es mucho menor que el aumento en el nivel del líquido en el tubo: H\ = H r f/F, donde H ! - cambio en el nivel de líquido en la taza; H 2 - cambio en el nivel de líquido en el tubo; / - área de la sección transversal del tubo; F - área seccional de la copa.
Por lo tanto, la altura de la columna de líquido que equilibra la presión medida alto - alto x + H 2 = # 2 (1 + f/F), y la diferencia de presión medida
Pi - Rg = H 2 pag?-(1 +f/F ). (2.2)
Por lo tanto, con un coeficiente conocido k= 1 + f/f la diferencia de presión se puede determinar por el cambio en el nivel de líquido en un tubo, lo que simplifica el proceso de medición.
Manómetro de doble copa (Fig. 4, en) consiste en dos tazas conectadas con una manguera flexible 1 y 2 uno de los cuales está rígidamente fijo y el segundo puede moverse en la dirección vertical. Con presiones iguales R\ y pág. 2 tazas, y en consecuencia, las superficies libres del líquido están en el mismo nivel I-I. si un R\ > R 2 luego taza 2 aumenta hasta que se alcanza el equilibrio de acuerdo con la ecuación (2.1).
La unidad del principio de funcionamiento de los manómetros de líquidos de todo tipo determina su versatilidad en términos de la posibilidad de medir la presión de cualquier tipo: absoluta y manométrica, y la diferencia de presión.
La presión absoluta se medirá si pág. 2 = 0, es decir, cuando el espacio por encima del nivel del líquido en el tubo 2 bombeado. Entonces la columna de líquido en el manómetro equilibrará la presión absoluta en el tubo
i,T.e.p a6c =tf p gramo.
Al medir la sobrepresión, uno de los tubos se comunica con la presión atmosférica, por ejemplo, p 2 \u003d p tsh. Si la presión absoluta en el tubo 1 más que la presión atmosférica (R i >p aT m)> entonces, de acuerdo con (1.6), la columna de líquido en el tubo 2 equilibrar el exceso de presión en el tubo 1 } es decir p y = H R gramo: Si, por el contrario, px < р атм, то столб жидкости в трубке 1 será una medida de la sobrepresión negativa p y = -H R gramo.
Al medir la diferencia entre dos presiones, cada una de las cuales no es igual a la presión atmosférica, la ecuación de medición es Ap \u003d p \ - p 2 - \u003d H -R "gramo. Como en el caso anterior, la diferencia puede tomar valores tanto positivos como negativos.
Una característica metrológica importante de los instrumentos de medición de presión es la sensibilidad del sistema de medición, que determina en gran medida la precisión de lectura durante las mediciones y la inercia. Para los instrumentos manométricos, la sensibilidad se entiende como la relación entre el cambio en las lecturas del instrumento y el cambio en la presión que lo provocó (u = AN/AR) . En general, cuando la sensibilidad no es constante en el rango de medición
norte = límite en Ar-*¦ 0, (2.3)
donde UN - cambio en las lecturas de un manómetro de líquido; Arkansas es el correspondiente cambio de presión.
Teniendo en cuenta las ecuaciones de medición, obtenemos: la sensibilidad de un manómetro en forma de U o de dos copas (ver Fig. 4, a y 4, c)
norte =(2A'a~>
sensibilidad del manómetro de la copa (ver Fig. 4, b)
R-gy \llF) ¦ (2 " 4 ’ 6)
Como regla general, para manómetros frecuentes F »/, por lo tanto, la disminución de su sensibilidad en comparación con los manómetros en forma de U es insignificante.
De las ecuaciones (2.4, un ) y (2.4, b) se sigue que la sensibilidad está completamente determinada por la densidad del líquido R, llenando el sistema de medición del dispositivo. Pero, por otro lado, el valor de la densidad del líquido según (1.6) determina el rango de medición del manómetro: cuanto más grande es, mayor es el límite superior de las mediciones. Así, el valor relativo del error de lectura no depende del valor de la densidad. Por lo tanto, para aumentar la sensibilidad y, por lo tanto, la precisión, se ha desarrollado una gran cantidad de dispositivos de lectura basados en varios principios de funcionamiento, que van desde fijar a ojo la posición del nivel del líquido en relación con la escala del manómetro (error de lectura de aproximadamente 1 mm) y finalizando con el uso de los métodos de interferencia más precisos (error de lectura 0,1-0,2 µm). Algunos de estos métodos se pueden encontrar a continuación.
Los rangos de medición de los manómetros de líquido de acuerdo con (1.6) están determinados por la altura de la columna de líquido, es decir, las dimensiones del manómetro y la densidad del líquido. El líquido más pesado en la actualidad es el mercurio, cuya densidad es p = 1,35951 10 4 kg/m 3 . Una columna de mercurio de 1 m de altura desarrolla una presión de unos 136 kPa, es decir, una presión no mucho mayor que la presión atmosférica. Por lo tanto, al medir presiones del orden de 1 MPa, la altura del manómetro es proporcional a la altura de un edificio de tres pisos, lo que presenta importantes inconvenientes operativos, sin mencionar el excesivo volumen de la estructura. Sin embargo, se han realizado intentos de crear manómetros de mercurio ultra alto. El récord mundial se estableció en París, donde se montó un manómetro con una columna de mercurio de unos 250 m de altura, que corresponde a 34 MPa, sobre la base de las estructuras de la famosa Torre Eiffel. Actualmente, este manómetro ha sido desmantelado debido a su inutilidad. Sin embargo, continúa en servicio el manómetro de mercurio del Instituto Físico-Técnico de Alemania, único en sus características metrológicas. Este manómetro, montado en una torre de 10 plantas, tiene un límite superior de medida de 10 MPa con una precisión inferior al 0,005 %. La gran mayoría de los manómetros de mercurio tienen límites superiores del orden de 120 kPa y sólo ocasionalmente hasta 350 kPa. Cuando se miden presiones relativamente pequeñas (hasta 10-20 kPa), el sistema de medición de los manómetros líquidos se llena con agua, alcohol y otros líquidos ligeros. En este caso, los rangos de medición suelen ser de hasta 1-2,5 kPa (micromanómetros). Para presiones aún más bajas, se han desarrollado métodos para aumentar la sensibilidad sin el uso de dispositivos de lectura complejos.
Micromanómetro (Fig. 5), consiste en una copa yo que está conectado al tubo 2, instalado en un ángulo un al nivel horizontal
Yo-yo. Si con iguales presiones Pi y pág. 2 superficies del líquido en el vaso y el tubo estaban en el nivel I-I, entonces el aumento de presión en el vaso (R 1 > Pr) hará que el nivel de líquido en el vaso baje y suba en el tubo. En este caso, la altura de la columna de líquido H 2 y su longitud a lo largo del eje del tubo L2 estará relacionado por la relación H 2 \u003d L 2 pecado a.
Dada la ecuación de continuidad del fluido H, F \u003d segundo 2 /, no es difícil obtener la ecuación de medida para un micromanómetro
p t -p 2 \u003d N p "g \u003d L 2 Rh (sin + -), (2.5)
donde segundo 2 - mover el nivel de líquido en el tubo a lo largo de su eje; un - el ángulo de inclinación del tubo con respecto a la horizontal; el resto de las designaciones son las mismas.
La ecuación (2.5) implica que para el pecado un « 1 y f/f « 1 desplazamiento del nivel de líquido en el tubo excederá muchas veces la altura de la columna de líquido requerida para equilibrar la presión medida.
La sensibilidad del micromanómetro con un tubo inclinado de acuerdo con (2.5)
Como puede verse en (2.6), la máxima sensibilidad del micromanómetro con tubo horizontal (a = O)
es decir, en relación con las áreas de la copa y el tubo, más de en Manómetro en forma de U.
La segunda forma de aumentar la sensibilidad es equilibrar la presión con una columna de dos líquidos inmiscibles. El manómetro de dos copas (Fig. 6) está lleno de líquidos de modo que su límite
Arroz. 6. Micromanómetro de dos tazas con dos líquidos (p, > p 2)
sección estaba dentro de la sección vertical del tubo adyacente a la copa 2. Cuando pi = pag 2 presión en el nivel I-I
Hola Pi -H 2 R 2 (Pi>Р2)
Luego, al aumentar la presión en la taza 1 la ecuación de equilibrio se verá como
Ap=pt -p 2 =D#[(P1 -p 2) +f/F(Pi + Pr)] gramo, (2.7)
donde px es la densidad del líquido en el vaso 7; p 2 es la densidad del líquido en la copa 2.
Densidad aparente de una columna de dos líquidos.
Pico \u003d (Pi - P2) + f/f (Pi + Pr) (2.8)
Si las densidades Pi y p 2 tienen valores cercanos entre sí, a F/F". 1, entonces la densidad aparente o efectiva se puede reducir a p min = f/f (R i + p 2) = 2 p x f/f.
rr paquete * %
donde p k es la densidad aparente de acuerdo con (2.8).
Como antes, aumentar la sensibilidad de esta manera reduce automáticamente los rangos de medición del manómetro líquido, lo que limita su uso al área del micromanómetro ™. Considerando también la gran sensibilidad de los métodos bajo consideración a la influencia de la temperatura durante mediciones precisas, por regla general, se utilizan métodos basados en mediciones precisas de la altura de la columna de líquido, aunque esto complica el diseño de manómetros de líquido.
2.2. Correcciones a indicaciones y errores de manómetros líquidos
Es necesario introducir correcciones en las ecuaciones para medir manómetros de líquido, según su precisión, teniendo en cuenta las desviaciones en las condiciones de operación de las condiciones de calibración, el tipo de presión que se mide y las características del diagrama de circuito de manómetros específicos.
Las condiciones de operación están determinadas por la temperatura y la aceleración de caída libre en el sitio de medición. Bajo la influencia de la temperatura, tanto la densidad del líquido utilizado para equilibrar la presión como la longitud de la escala cambian. La aceleración de la gravedad en el lugar de las mediciones, por regla general, no corresponde a su valor normal, adoptado durante la calibración. Por lo tanto la presión
P = Rp
}
