Tlak je rovnomerne rozložená sila pôsobiaca kolmo na jednotku plochy. Môže byť atmosférický (tlak atmosféry blízko Zeme), nadbytočný (presahujúci atmosférický) a absolútny (súčet atmosférického a nadbytočného). Absolútny tlak pod atmosférickým tlakom sa nazýva riedky a hlboké riedenie sa nazýva vákuum.
Jednotkou tlaku v Medzinárodnej sústave jednotiek (SI) je Pascal (Pa). Jeden Pascal je tlak vyvíjaný silou jedného Newtonu na plochu jedného štvorcového metra. Keďže táto jednotka je veľmi malá, používajú sa aj jej násobky: kilopascal (kPa) = Pa; megapascal (MPa) \u003d Pa atď. Vzhľadom na zložitosť úlohy prechodu z predtým používaných tlakových jednotiek na jednotku Pascal je dočasne povolené použitie nasledujúcich jednotiek: kilogram-sila na štvorcový centimeter (kgf / cm) = 980665 Pa; kilogramová sila na meter štvorcový (kgf / m) alebo milimeter vodného stĺpca (mm vodného stĺpca) \u003d 9,80665 Pa; milimeter ortuti (mm Hg) = 133,332 Pa.
Zariadenia na reguláciu tlaku sú klasifikované v závislosti od spôsobu merania, ktorý sa v nich používa, ako aj od charakteru meranej hodnoty.
Podľa metódy merania, ktorá určuje princíp činnosti, sú tieto zariadenia rozdelené do nasledujúcich skupín:
Kvapalina, v ktorej sa meranie tlaku uskutočňuje jeho vyrovnávaním pomocou stĺpca kvapaliny, ktorého výška určuje veľkosť tlaku;
Pružina (deformácia), v ktorej sa meria hodnota tlaku určením miery deformácie pružných prvkov;
Nákladný piest, založený na vyrovnávaní síl vytvorených na jednej strane meraným tlakom a na druhej strane kalibrovanými zaťaženiami pôsobiacimi na piest umiestnený vo valci.
Elektrický, pri ktorom sa meranie tlaku uskutočňuje premenou jeho hodnoty na elektrickú veličinu a meraním elektrických vlastností materiálu v závislosti od veľkosti tlaku.
Podľa typu meraného tlaku sa zariadenia delia na:
Tlakomery určené na meranie nadmerného tlaku;
Vákuomery používané na meranie riedenia (vákuum);
Tlakomery a tlakomery na meranie nadmerného tlaku a vákua;
Tlakomery používané na meranie malých pretlakov;
Meradlá ťahu používané na meranie nízkej riedkosti;
Tlakomery určené na meranie nízkych tlakov a riedenia;
Diferenčné tlakomery (diferenciálne tlakomery), ktoré merajú tlakový rozdiel;
Barometre používané na meranie barometrického tlaku.
Najčastejšie sa používajú pružinové alebo tenzometre. Hlavné typy citlivých prvkov týchto zariadení sú znázornené na obr. jeden.
Ryža. 1. Typy citlivých prvkov deformačných manometrov
a) - s jednootáčkovou trubicovou pružinou (Bourdonova trubica)
b) - s viacotáčkovou rúrkovou pružinou
c) - s elastickými membránami
d) - mech.
Zariadenia s rúrkovými pružinami.
Princíp činnosti týchto zariadení je založený na vlastnosti zakrivenej rúrky (trubkovej pružiny) nekruhového prierezu meniť svoje zakrivenie so zmenou tlaku vo vnútri rúrky.
Podľa tvaru pružiny sa rozlišujú jednootáčkové pružiny (obr. 1a) a viacotáčkové pružiny (obr. 1b). Výhodou viacotáčkových rúrkových pružín je, že pohyb voľného konca je väčší ako u jednootáčkových pri rovnakej zmene vstupného tlaku. Nevýhodou sú značné rozmery zariadení s takýmito pružinami.
Tlakomery s jednootáčkovou trubicovou pružinou sú jedným z najbežnejších typov pružinových nástrojov. Citlivým prvkom takýchto zariadení je rúrka 1 (obr. 2) elipsovitého alebo oválneho prierezu, ohnutá pozdĺž kruhového oblúka, na jednom konci utesnená. Otvorený koniec rúrky cez držiak 2 a vsuvku 3 je pripojený k zdroju meraného tlaku. Voľný (utesnený) koniec rúrky 4 cez prevodový mechanizmus je spojený s osou šípky pohybujúcej sa pozdĺž stupnice zariadenia.
Rúry manometrov určené pre tlak do 50 kg/cm2 sú vyrobené z medi a rúrky manometrov určené pre vyšší tlak sú vyrobené z ocele.
Vlastnosť zakrivenej rúrky nekruhového prierezu meniť veľkosť ohybu so zmenou tlaku v jej dutine je dôsledkom zmeny tvaru prierezu. Pôsobením tlaku vo vnútri trubice sa eliptický alebo plocho-oválny úsek, ktorý sa deformuje, približuje k kruhovému úseku (vedľajšia os elipsy alebo oválu sa zväčšuje a veľká sa zmenšuje).
Pohyb voľného konca rúrky pri jej deformácii v určitých medziach je úmerný nameranému tlaku. Pri tlakoch mimo stanovenú hranicu dochádza v trubici k zvyškovým deformáciám, ktoré ju robia nevhodnou na meranie. Preto musí byť maximálny pracovný tlak manometra pod proporcionálnym limitom s určitou mierou bezpečnosti.
Ryža. 2. Pružinový rozchod
Pohyb voľného konca trubice pod pôsobením tlaku je veľmi malý, preto na zvýšenie presnosti a jasnosti údajov zariadenia je zavedený prevodový mechanizmus, ktorý zvyšuje rozsah pohybu konca trubice. . Pozostáva (obr. 2) z ozubeného sektora 6, ozubeného kolesa 7, ktoré zaberá so sektorom, a špirálovej pružiny (vlasu) 8. Ukazujúca šípka tlakomeru 9 je upevnená na osi ozubeného kolesa 7. pružina 8 je pripevnená jedným koncom k osi prevodu a druhým k pevnému bodu dosky mechanizmu. Účelom pružiny je eliminovať vôľu šípu výberom medzier v kĺboch ozubených kolies a závesov mechanizmu.
Membránové tlakomery.
Citlivým prvkom membránových tlakomerov môže byť tuhá (elastická) alebo ochabnutá membrána.
Elastické membrány sú medené alebo mosadzné kotúče so zvlnením. Zvlnenie zvyšuje tuhosť membrány a jej schopnosť deformácie. Z takýchto membrán sú vyrobené membránové boxy (pozri obr. 1c) a bloky sú vyrobené z boxov.
Ochablé membrány sú vyrobené z gumy na látkovej báze vo forme jednolamelových kotúčov. Používajú sa na meranie malých pretlakov a podtlakov.
Membránové tlakomery a môžu byť s lokálnou indikáciou, s elektrickým alebo pneumatickým prenosom údajov na sekundárne zariadenia.
Za príklad uvažujme membránový diferenčný tlakomer typu DM, čo je bezstupňový membránový snímač (obr. 3) s diferenciálno-transformátorovým systémom na prenos hodnoty nameranej hodnoty do sekundárneho zariadenia typu KSD. .
Ryža. 3 Membránový diferenčný tlakomer typu DM
Citlivým prvkom diferenčného tlakomera je membránová jednotka pozostávajúca z dvoch membránových boxov 1 a 3 naplnených organokremičitou kvapalinou, umiestnených v dvoch samostatných komorách oddelených prepážkou 2.
Železné jadro 4 diferenciálneho transformátorového meniča 5 je pripevnené k stredu hornej membrány.
Vyšší (kladný) nameraný tlak sa privádza do spodnej komory, nižší (mínus) tlak sa privádza do hornej komory. Sila meraného poklesu tlaku je vyvážená inými silami vznikajúcimi pri deformácii membránových boxov 1 a 3.
So zvyšujúcim sa poklesom tlaku sa membránová skriňa 3 zmršťuje, kvapalina z nej prúdi do skrine 1, ktorá expanduje a pohybuje jadrom 4 diferenciálneho transformátora. Keď pokles tlaku klesne, membránový box 1 sa stlačí a kvapalina je z neho vytlačená do boxu 3. Jadro 4 sa pohybuje nadol. Teda poloha jadra, t.j. výstupné napätie obvodu diferenciálneho transformátora jednoznačne závisí od hodnoty diferenčného tlaku.
Pre prácu v riadiacich systémoch, reguláciu a riadenie technologických procesov kontinuálnou premenou tlaku média na štandardný prúdový výstupný signál s jeho prenosom na sekundárne zariadenia alebo akčné členy sa používajú prevodníky typu "Sapphire".
Prevodníky tlaku tohto typu slúžia: na meranie absolútneho tlaku ("Sapphire-22DA"), na meranie pretlaku ("Sapphire-22DI"), na meranie vákua ("Sapphire-22DV"), na meranie tlaku - vákua ("Sapphire" -22DIV"), hydrostatický tlak ("Sapphire-22DG").
Zariadenie prevodníka "SAPPHIR-22DG" je znázornené na obr. 4. Používajú sa na meranie hydrostatického tlaku (hladiny) neutrálnych a agresívnych médií pri teplotách od -50 do 120 °C. Horná hranica merania je 4 MPa.
Ryža. 4 Prevodník "SAPPHIRE -22DG"
Tenzometer 4 membránovo-pákového typu je umiestnený vo vnútri základne 8 v uzavretej dutine 10 naplnenej organokremičitou kvapalinou a je oddelený od meraného média kovovými vlnitými membránami 7. Snímacími prvkami tenzometra sú silikónový film. tenzometre 11 umiestnené na zafírovej doštičke 10.
Membrány 7 sú privarené pozdĺž vonkajšieho obrysu k základni 8 a sú prepojené centrálnou tyčou 6, ktorá je pomocou tyče 5 pripojená ku koncu páky meniča tenzometra 5. Príruby 9 sú utesnené tesnením 3 Plusová príruba s otvorenou membránou sa používa na montáž prevodníka priamo na procesnú nádobu. Vplyv nameraného tlaku spôsobí vychýlenie membrán 7, ohyb tenzometrickej membrány 4 a zmenu odporu tenzometrov. Elektrický signál z tenzometra sa prenáša z meracej jednotky cez vodiče cez tlakový uzáver 2 do elektronického zariadenia 1, ktoré premieňa zmenu odporu tenzometrov na zmenu aktuálneho výstupného signálu v niektorom z rozsahov ( 0-5) mA, (0-20) mA, (4-20) mA.
Meracia jednotka odolá bez zničenia vplyvu jednostranného preťaženia prevádzkovým pretlakom. To je zabezpečené tým, že pri takomto preťažení jedna z membrán 7 dosadá na profilovaný povrch základne 8.
Vyššie uvedené modifikácie prevodníkov Sapphire-22 majú podobné zariadenie.
Meracie prevodníky hydrostatického a absolútneho tlaku "Sapphire-22K-DG" a "Sapphire-22K-DA" majú výstupný prúdový signál (0-5) mA alebo (0-20) mA alebo (4-20) mA. ako elektrický kódový signál založený na rozhraní RS-485.
snímací prvok vlnovcové tlakomery a diferenčné tlakomery sú vlnovce - harmonické membrány (kovové vlnité rúrky). Nameraný tlak spôsobuje elastickú deformáciu vlnovca. Meradlom tlaku môže byť buď posunutie voľného konca vlnovca, alebo sila, ktorá vzniká pri deformácii.
Schematický diagram vlnovcového diferenčného tlakomera typu DS je na obr.5. Citlivým prvkom takéhoto zariadenia je jeden alebo dva vlnovce. Vlnovce 1 a 2 sú na jednom konci upevnené na pevnej základni a na druhom konci sú spojené pohyblivou tyčou 3. Vnútorné dutiny vlnovca sú naplnené kvapalinou (zmes voda-glycerín, organokremičitá kvapalina) a sú spojené s navzájom. Keď sa tlakový rozdiel mení, jeden z mechov sa stlačí, čím sa tekutina vtlačí do druhého mechu a posunie sa driek zostavy mechu. Pohyb drieku sa prevádza na pohyb dotykového pera, ukazovateľa, vzoru integrátora alebo signálu diaľkového prenosu proporcionálne k nameranému rozdielu tlaku.
Menovitý diferenčný tlak je určený blokom špirálových vinutých pružín 4.
Pri poklese tlaku nad nominálnu hodnotu misky 5 zablokujú kanál 6, zastavia tok kvapaliny a tým zabránia zničeniu mechu.
Ryža. 5 Schematický diagram vlnovcového diferenčného tlakomera
Na získanie spoľahlivej informácie o hodnote ktoréhokoľvek parametra je potrebné presne poznať chybu meracieho zariadenia. Stanovenie základnej chyby prístroja v rôznych bodoch stupnice v určitých intervaloch sa vykonáva jeho kontrolou, t.j. porovnajte hodnoty testovaného zariadenia s hodnotami presnejšieho, príkladného zariadenia. Kalibrácia prístrojov sa spravidla vykonáva najskôr so zvyšujúcou sa hodnotou nameranej hodnoty (dopredný zdvih) a potom s klesajúcou hodnotou (spätný zdvih).
Tlakomery sa overujú tromi spôsobmi: nulový bod, prevádzkový bod a úplná kalibrácia. V tomto prípade sa prvé dve overenia realizujú priamo na pracovisku pomocou trojcestného ventilu (obr. 6).
Pracovný bod sa overí pripevnením kontrolného tlakomera k manometru pracovného tlaku a porovnaním ich hodnôt.
Úplné overenie tlakomerov sa vykonáva v laboratóriu na kalibračnom lise alebo piestovom tlakomere po odstránení tlakomeru z pracoviska.
Princíp činnosti závažia na kontrolu tlakomerov je založený na vyrovnávaní síl vytvorených na jednej strane meraným tlakom a na druhej strane zaťažením pôsobiacim na piest umiestnený vo valci.
Ryža. 6. Schémy kontroly nulových a pracovných bodov tlakomeru pomocou trojcestného ventilu.
Polohy trojcestného ventilu: 1 - pracovný; 2 - overenie nulového bodu; 3 - overenie pracovného bodu; 4 - prečistenie impulzného vedenia.
Zariadenia na meranie pretlaku sa nazývajú tlakomery, vákuové (tlak pod atmosférou) - vákuomery, pretlakové a vákuové - manometre, tlakové rozdiely (diferenčné) - diferenčné tlakomery.
Hlavné komerčne dostupné zariadenia na meranie tlaku sú rozdelené do nasledujúcich skupín podľa princípu činnosti:
Kvapalina - nameraný tlak je vyvážený tlakom stĺpca kvapaliny;
Pružina - nameraný tlak je vyvážený silou pružnej deformácie rúrkovej pružiny, membrány, vlnovca a pod.;
Piest - nameraný tlak je vyvážený silou pôsobiacou na piest určitého úseku.
V závislosti od podmienok použitia a účelu priemysel vyrába tieto typy prístrojov na meranie tlaku:
Technicko - univerzálne zariadenia na obsluhu zariadení;
Kontrola - na overenie technických zariadení v mieste ich inštalácie;
Príklad - na overenie kontrolných a technických prístrojov a meraní, ktoré vyžadujú zvýšenú presnosť.
Pružinové tlakomery
Účel. Na meranie nadmerného tlaku sa široko používajú manometre, ktorých činnosť je založená na použití deformácie elastického citlivého prvku, ku ktorému dochádza pri pôsobení meraného tlaku. Hodnota tejto deformácie sa prenáša do čítacieho zariadenia meracieho prístroja, odstupňovaná v jednotkách tlaku.
Ako citlivý prvok tlakomeru sa najčastejšie používa jednootáčková rúrková pružina (Bourdonova trubica). Ďalšími typmi citlivých prvkov sú: viacotáčková rúrková pružina, plochá vlnitá membrána, harmonická membrána - vlnovec.
Zariadenie. Tlakomery s jednootáčkovou trubicovou pružinou sa široko používajú na meranie nadmerného tlaku v rozsahu 0,6 - 1600 kgf / cm². Pracovným telesom takýchto tlakomerov je dutá trubica elipsovitého alebo oválneho prierezu, zahnutá po obvode o 270°.
Zariadenie tlakomeru s jednootáčkovou trubicovou pružinou je znázornené na obrázku 2.64. Rúrková pružina - 2 otvorený koniec je pevne spojená s držiakom - 6, upevneným v puzdre - 1 manometer. Držiak prechádza armatúrou - 7 so závitom slúžiacim na pripojenie k plynovodu, v ktorom sa meria tlak. Voľný koniec pružiny je uzavretý zátkou s otočným čapom a utesnený. Pomocou vodítka - 5 je spojený s prevodovým mechanizmom pozostávajúcim z ozubeného segmentu - 4, spojeného s ozubeným kolesom - 10, nehybne sediacim na osi spolu s indexovou šípkou - 3. Vedľa ozubeného kolesa je plochý špirálová pružina (vlas) - 9, ktorej jeden koniec je spojený s ozubeným kolesom a druhý je nehybne pripevnený na stojane. Vlas neustále pritláča trubicu na jednu stranu sektorových zubov, čím eliminuje vôľu (vôľu) v ozubení a zabezpečuje plynulosť šípu.
Ryža. 2.64. Indikačný tlakomer s jednozávitovou trubicovou pružinou
Elektrokontaktné tlakomery
Vymenovanie. Elektrokontaktné tlakomery, vákuomery a tlakomery typu EKM EKV, EKMV a VE-16rb sú určené na meranie, signalizáciu alebo on-off reguláciu tlaku (výtlaku) plynov a kvapalín neutrálnych voči mosadzi a oceli. . Meracie prístroje typu VE-16rb sú vyrobené v puzdre odolnom proti výbuchu a môžu byť inštalované v priestoroch s nebezpečenstvom požiaru a výbuchu. Prevádzkové napätie elektrokontaktných zariadení je do 380V alebo do 220V DC.
Zariadenie.Zariadenie elektrokontaktných tlakomerov je podobné ako pružinové, len s tým rozdielom, že teleso tlakomeru má veľké geometrické rozmery z dôvodu inštalácie kontaktných skupín. Zariadenie a zoznam hlavných prvkov elektrokontaktných tlakomerov sú znázornené na obr. 2,65..
Vzorové meradlá.
Vymenovanie. Vzorové tlakomery a vákuomery typu MO a VO sú určené na testovanie tlakomerov, vákuomerov a kombinovaných tlakomerov a vákuomerov na meranie tlaku a riedenia neagresívnych kvapalín a plynov v laboratórnych podmienkach.
Manometre typu MKO a vákuomery typu VKO sú určené na kontrolu prevádzkyschopnosti prevádzky tlakomerov pracovného tlaku v mieste ich inštalácie a na kontrolné merania pretlaku a podtlaku.
Ryža. 2,65. Elektrokontaktné manometre: a - typ EKM; ECMW; EQ;
B - typ VE - 16 Rb hlavné časti: rúrková pružina; stupnica; mobilné
Mechanizmus; skupina pohyblivých kontaktov; vstupná armatúra
Elektrické tlakomery
Účel. Elektrické manometre typu MED sú určené na kontinuálny prevod pretlaku alebo podtlaku na jednotný výstupný AC signál. Tieto zariadenia sa používajú na prácu v spojení so sekundárnymi diferenciálnymi transformátorovými zariadeniami, centralizovanými riadiacimi strojmi a inými informačnými prijímačmi schopnými prijímať štandardný signál vo forme vzájomnej indukčnosti.
Zariadenie a princíp činnosti. Princíp činnosti zariadenia, podobne ako u tlakomerov s jednootáčkovou trubicovou pružinou, je založený na využití deformácie elastického citlivého prvku pri pôsobení nameraného tlaku. Zariadenie elektrického tlakomeru typu MED je znázornené na obr. 2.65.(b). Elastickým citlivým prvkom zariadenia je rúrková pružina - 1, ktorá je namontovaná v držiaku - 5. K držiaku je priskrutkovaná tyč - 6, na ktorej je upevnená cievka - 7 diferenciálneho transformátora. Na držiaku sú namontované aj pevné a variabilné odpory. Cievka je pokrytá sitom. Nameraný tlak sa privádza do držiaka. Držiak je pripevnený k puzdru - 2 skrutkami - 4. Puzdro z hliníkovej zliatiny je uzavreté vekom, na ktorom je upevnený konektor - 3. Jadro - 8 diferenciálneho transformátora je pripojené k pohyblivému koncu rúrky pružina so špeciálnou skrutkou - 9. Pri pôsobení tlaku na zariadenie sa trubicová pružina deformuje, čo spôsobí úmerný nameranému tlaku pohyb pohyblivého konca pružiny a s ním spojeného jadra diferenciálneho transformátora.
Prevádzkové požiadavky na tlakomery na technické účely:
· pri inštalácii tlakomeru by sklon číselníka od vertikály nemal presiahnuť 15°;
V nepracovnej polohe musí byť ukazovateľ meracieho zariadenia v nulovej polohe;
· tlakomer bol overený a má značku a pečať označujúcu dátum overenia;
· teleso tlakomeru, závitová časť armatúry a pod. nie sú mechanicky poškodené;
· digitálna váha je dobre viditeľná pre obsluhu;
Pri meraní tlaku vlhkého plynného média (plyn, vzduch) je trubica pred manometrom vyrobená vo forme slučky, v ktorej kondenzuje vlhkosť;
· V mieste odberu meraného tlaku (pred tlakomerom) musí byť nainštalovaný kohút alebo ventil;
· Na utesnenie miesta pripojenia armatúry tlakomeru by sa mali použiť tesnenia vyrobené z kože, olova, žíhanej červenej medi, fluoroplastu. Použitie vleku a minia nie je povolené.
Prístroje na meranie tlaku sa používajú v mnohých priemyselných odvetviach a sú klasifikované v závislosti od účelu takto:
Barometre - merajú atmosférický tlak.
· Vákuomery - merajú podtlak.
Manometre - merajú nadmerný tlak.
· Vákuomery - merajú vákuum a manometer.
Barovakuummetre – merajú absolútny tlak.
· Diferenčné tlakomery - merajú rozdiel tlakov.
Podľa princípu činnosti môžu byť zariadenia na meranie tlaku nasledujúcich typov:
Zariadenie je kvapalné (tlak je vyvážený hmotnosťou stĺpca kvapaliny).
· Piestové prístroje (nameraný tlak je vyvážený silou vytvorenou kalibrovanými závažiami).
· Zariadenia s diaľkovým prenosom údajov (používajú sa zmeny rôznych elektrických charakteristík látky pod vplyvom meraného tlaku).
· Zariadenie je odpružené (nameraný tlak je vyvážený pružnými silami pružiny, ktorej deformácia slúži ako miera tlaku).
Pre na meranie tlaku sa používajú rôzne prístroje , ktoré možno rozdeliť do dvoch hlavných skupín: kvapalné a mechanické.
Najjednoduchšie zariadenie je piezometer,
meria tlak v kvapaline výškou stĺpca tej istej kvapaliny. Je to sklenená trubica otvorená na jednom konci (rúrka na obr. 14a). Piezometer je veľmi citlivý a presný prístroj, ktorý je však užitočný len pri meraní malých tlakov, inak je trubica veľmi dlhá, čo komplikuje jej použitie. 
Na skrátenie dĺžky meracej trubice sa používajú zariadenia s kvapalinou s vyššou hustotou (napríklad ortuť). ortuťový manometer je trubica v tvare U, ktorej zakrivené koleno je naplnené ortuťou (obr. 14b). Pôsobením tlaku v nádobe hladina ortuti v ľavom kolene manometra klesá a v pravom stúpa.
Diferenčný tlakomer používa sa v prípadoch, keď je potrebné merať nie tlak v nádobe, ale rozdiel tlakov v dvoch nádobách alebo v dvoch bodoch jednej nádoby (obr. 14 c).
Použitie kvapalných zariadení je obmedzené na oblasť relatívne nízkych tlakov. Ak je potrebné merať vysoké tlaky, používajú sa zariadenia druhého typu - mechanické.
Pružinový rozchod je najbežnejším z mechanických zariadení. Pozostáva (obr. 15a) z dutej tenkostennej zakrivenej mosadznej alebo oceľovej rúrky (pružiny) 1, ktorej jeden koniec je utesnený a spojený hnacím zariadením 2 s prevodovým mechanizmom 3. Na osi je umiestnená šípka 4 prevodového mechanizmu.Druhý koniec rúrky je otvorený a pripojený k nádobe, v ktorej sa meria tlak. Pôsobením tlaku sa pružina deformuje (narovnáva) a prostredníctvom hnacieho zariadenia uvádza do činnosti šípku, ktorej odchýlkou sa určuje hodnota tlaku na stupnici 5.
Membránové tlakomery odkazujú aj na mechanické (obr. 15b). V nich je namiesto pružiny inštalovaná tenká doska-membrána 1 (kovový alebo pogumovaný materiál). Deformácia membrány sa prenáša pomocou hnacieho zariadenia na šípku označujúcu hodnotu tlaku.
Mechanické tlakomery majú oproti kvapalinovým tlakomerom niektoré výhody: prenosnosť, všestrannosť, jednoduchosť konštrukcie a prevádzky a široký rozsah meraných tlakov.
Na meranie tlakov menších ako atmosférických sa používajú kvapalinové a mechanické vákuomery, ktorých princíp činnosti je rovnaký ako u tlakomerov.
Princíp komunikujúcich nádob .
Komunikačné nádoby
Komunikácia 
sa nazývajú nádoby, ktoré majú medzi sebou kanál naplnený kvapalinou. Pozorovania ukazujú, že v komunikujúcich nádobách akéhokoľvek tvaru je homogénna kvapalina vždy nastavená na rovnakú úroveň.
Rozdielne kvapaliny sa správajú odlišne aj v prepojených nádobách rovnakého tvaru a veľkosti. Vezmime si dve valcové komunikujúce nádoby rovnakého priemeru (obr. 51), na ich dno nasypeme vrstvu ortuti (vytieňovanú) a na jej vrch nalejeme do valcov kvapalinu s rôznou hustotou, napr. r 2 h 1 ).
Mentálne vyberte vo vnútri trubice spájajúcej komunikujúce nádoby a naplnenú ortuťou oblasť oblasti S, kolmú na vodorovný povrch. Keďže kvapaliny sú v pokoji, tlak na túto oblasť zľava a sprava je rovnaký, t.j. p1=p2. Podľa vzorca (5.2) hydrostatický tlak p 1 = 1 gh 1 a p 2 = 2 gh 2. Prirovnaním týchto výrazov dostaneme r 1 h 1 = r 2 h 2, odkiaľ
h 1 / h 2 \u003d r 2 / r 1. (5.4)
Preto , rozdielne kvapaliny v pokoji sú inštalované v prepojených nádobách tak, že výšky ich stĺpcov sú nepriamo úmerné hustotám týchto kvapalín.
Ak r 1 =r 2, potom zo vzorca (5.4) vyplýva, že h 1 =h 2, t.j. homogénne kvapaliny sú inštalované v prepojených nádobách na rovnakej úrovni.
Čajová kanvica a jej výlevka sú prepojené nádoby: voda je v nich na rovnakej úrovni. Takže výlevka čajníka by mala 
Vodovodné zariadenie.
Na veži je inštalovaná veľká vodná nádrž (vodárenská veža). Z nádrže sú do domov zavedené potrubia s množstvom odbočiek. Konce rúr sú uzavreté kohútikmi. Pri kohútiku sa tlak vody plniacej potrubia rovná tlaku vodného stĺpca, ktorý má výšku rovnajúcu sa výškovému rozdielu medzi kohútikom a voľnou hladinou vody v nádrži. Keďže nádrž je inštalovaná vo výške desiatok metrov, tlak na kohútiku môže dosiahnuť niekoľko atmosfér. Je zrejmé, že tlak vody na horných poschodiach je menší ako tlak na spodných poschodiach.
Voda sa do nádrže vodárenskej veže dodáva pomocou čerpadiel
Vodná fajka.
Na princípe spojených nádob sú usporiadané vodomerné rúrky pre vodné nádrže. Takéto rúrky sa napríklad nachádzajú na nádržiach v železničných vozňoch. V otvorenej sklenenej trubici pripevnenej k nádrži je voda vždy na rovnakej úrovni ako v samotnej nádrži. Ak je na parnom kotli nainštalovaná trubica na meranie vody, potom sa horný koniec trubice pripojí k hornej časti kotla naplneného parou.
Deje sa to tak, že tlaky nad voľným povrchom vody v bojleri a v trubici sú rovnaké.
Peterhof je nádherný súbor parkov, palácov a fontán. Ide o jediný súbor na svete, ktorého fontány fungujú bez čerpadiel a zložitých vodných stavieb. Tieto fontány využívajú princíp komunikujúcich nádob - zohľadňujú sa hladiny fontán a zásobných jazierok.
Charakteristikou tlaku je sila, ktorá rovnomerne pôsobí na jednotkovú povrchovú plochu telesa. Táto sila ovplyvňuje rôzne technologické procesy. Tlak sa meria v pascaloch. Jeden pascal sa rovná tlaku sily jedného newtonu na plochu 1 m 2 .
Druhy tlaku
Atmosférický.
Vákuum.
Prebytok.
Absolútna.
atmosférický tlak vytvára zemská atmosféra.
Vákuum Tlak je tlak nižší ako atmosférický tlak.
prebytok Tlak je množstvo tlaku, ktoré je väčšie ako atmosférický tlak.
Absolútna tlak sa určí z hodnoty absolútnej nuly (vákuum).
Druhy a práca
Prístroje na meranie tlaku sa nazývajú manometre. V strojárstve je najčastejšie potrebné určiť pretlak. Značný rozsah nameraných hodnôt tlaku, špeciálne podmienky na ich meranie v rôznych technologických procesoch spôsobujú rôzne typy tlakomerov, ktoré majú svoje vlastné rozdiely v konštrukčných vlastnostiach a v princípe činnosti. Zvážte hlavné použité typy.
barometre
Barometer je zariadenie, ktoré meria tlak vzduchu v atmosfére. Existuje niekoľko typov barometrov.
Merkúr Barometer funguje na základe pohybu ortuti v trubici pozdĺž určitej stupnice.
Kvapalina Barometer funguje na princípe vyrovnávania kvapaliny s tlakom atmosféry.
Aneroidný barometer pracuje na zmene rozmerov kovovej utesnenej krabice s vákuom vo vnútri, pod vplyvom atmosférického tlaku.
Elektronické Barometer je modernejší prístroj. Prevádza parametre bežného aneroidu na digitálny signál zobrazený na displeji z tekutých kryštálov.
Kvapalinové manometre
V týchto modeloch zariadení je tlak určený výškou stĺpca kvapaliny, ktorá tento tlak vyrovnáva. Kvapalné zariadenia sa najčastejšie vyrábajú vo forme 2 k sebe spojených sklenených nádob, do ktorých sa nalieva kvapalina (voda, ortuť, alkohol).
Obr-1
Jeden koniec nádoby je pripojený k meranému médiu a druhý je otvorený. Kvapalina pod tlakom média preteká z jednej nádoby do druhej, kým sa tlak nevyrovná. Rozdiel hladín kvapaliny určuje pretlak. Takéto zariadenia merajú rozdiel tlaku a vákua.
Obrázok 1a ukazuje 2-rúrkový manometer merajúci vákuum, pretlak a atmosférický tlak. Nevýhodou je značná chyba pri meraní tlakov s pulzáciou. Pre takéto prípady sa používajú 1-rúrkové tlakomery (obrázok 1b). Majú jeden okraj väčšej nádoby. Pohár je spojený s meranou dutinou, ktorej tlak posúva kvapalinu do úzkej časti nádoby.
Pri meraní sa berie do úvahy iba výška tekutiny v úzkom kolene, pretože tekutina mení svoju hladinu v pohári nevýznamne a to sa zanedbáva. Na meranie malých pretlakov sa používajú 1-rúrkové mikromanometre s rúrkou naklonenou pod uhlom (obrázok 1c). Čím väčší je sklon trubice, tým presnejšie sú údaje prístroja v dôsledku predlžovania dĺžky hladiny kvapaliny.
Špeciálnou skupinou sú prístroje na meranie tlaku, v ktorých pohyb kvapaliny v nádrži pôsobí na citlivý prvok - plavák (1) na obrázku 2a, krúžok (3) (obrázok 2c) alebo zvon (2) (obrázok 2b) , ktoré sú spojené so šípkou, ktorá je indikátorom tlaku.
Obr-2
Výhodou takýchto zariadení je diaľkový prenos a ich registrácia hodnôt.
Deformačné tlakomery
V technickej oblasti si získali popularitu deformačné zariadenia na meranie tlaku. Ich princípom činnosti je deformácia citlivého prvku. Táto deformácia sa objavuje pod vplyvom tlaku. Elastický komponent je pripojený k čítaciemu zariadeniu, ktoré má stupnicu odstupňovanú v jednotkách tlaku. Deformačné manometre sa delia na:
- Jar.
- Mechy.
- Membrána.
Obr-3
Pružinové meradlá
V týchto zariadeniach je citlivým prvkom pružina spojená so šípkou pomocou prevodového mechanizmu. Vo vnútri trubice pôsobí tlak, časť sa snaží získať okrúhly tvar, pružina (1) sa snaží odvinúť, v dôsledku čoho sa ukazovateľ pohybuje pozdĺž stupnice (obrázok 3a).
Membránové tlakomery
V týchto zariadeniach je elastickou zložkou membrána (2). Pod tlakom sa ohýba a na šíp pôsobí pomocou prevodového mechanizmu. Membrána je vyrobená podľa typu boxu (3). To zvyšuje presnosť a citlivosť zariadenia v dôsledku väčšieho vychýlenia pri rovnakom tlaku (obrázok 3b).
Vlnovcové tlakomery
V zariadeniach vlnovcového typu (obrázok 3c) je elastickým prvkom vlnovec (4), ktorý je vyrobený vo forme vlnitej tenkostennej rúrky. Táto trubica je pod tlakom. V tomto prípade sa mech zväčšuje a pomocou prevodového mechanizmu posúva ihlu tlakomeru.
Na meranie miernych pretlakov a podtlaku sa používajú vlnovcové a membránové tlakomery, pretože elastická zložka má malú tuhosť. Keď sa takéto zariadenia používajú na meranie vákua, sú tzv ponoromerov. Zariadenie na meranie tlaku je tlakomer , sa používajú na meranie pretlaku a podtlaku ťahomery .
Tlakomery deformačného typu majú výhodu oproti kvapalinovým modelom. Umožňujú vám prenášať údaje na diaľku a automaticky ich zaznamenávať.
Je to spôsobené premenou deformácie elastickej zložky na výstupný signál elektrického prúdu. Signál je zaznamenávaný meracími prístrojmi, ktoré sú kalibrované v tlakových jednotkách. Takéto zariadenia sa nazývajú deformačné elektrické manometre. Tenzometrické, diferenciálno-transformátorové a magnetomodulačné meniče našli široké využitie.
Diferenciálny transformátorový menič
Obr-4
Princípom činnosti takéhoto meniča je zmena sily indukčného prúdu v závislosti od veľkosti tlaku.
Zariadenia s prítomnosťou takéhoto meniča majú rúrkovú pružinu (1), ktorá pohybuje oceľovým jadrom (2) transformátora, a nie šípkou. V dôsledku toho sa mení sila indukčného prúdu dodávaného cez zosilňovač (4) do meracieho zariadenia (3).
Prístroje na meranie tlaku s magnetickou moduláciou
V takýchto zariadeniach sa sila premieňa na signál elektrického prúdu v dôsledku pohybu magnetu spojeného s elastickým komponentom. Pri pohybe magnet pôsobí na magnetomodulačný menič.
Elektrický signál je zosilnený v polovodičovom zosilňovači a privádzaný do sekundárnych elektrických meracích zariadení.
Tenzometrické snímače
Prevodníky na báze tenzometra pracujú na základe závislosti elektrického odporu tenzometra od veľkosti deformácie.
Obr-5
Snímače zaťaženia (1) (obrázok 5) sú upevnené na elastickom prvku zariadenia. Elektrický signál na výstupe vzniká zmenou odporu tenzometra a je fixovaný sekundárnymi meracími prístrojmi.
Elektrokontaktné tlakomery
Obr-6
Elastickým komponentom v zariadení je rúrková jednootáčková pružina. Kontakty (1) a (2) sa zhotovujú pre ľubovoľné značky mierky prístroja otáčaním skrutky v hlave (3), ktorá je umiestnená na vonkajšej strane skla.
Keď tlak klesne a dosiahne sa jeho spodná hranica, šípka (4) pomocou kontaktu (5) zapne obvod lampy zodpovedajúcej farby. Keď tlak stúpne na hornú hranicu, ktorá je nastavená kontaktom (2), šípka uzavrie obvod červenej žiarovky s kontaktom (5).
Triedy presnosti
Meracie tlakomery sú rozdelené do dvoch tried:
ukážkový.
Robotníci.
Vzorové prístroje určujú chybu v čítaní pracovných prístrojov, ktoré sú súčasťou technológie výroby.
Trieda presnosti súvisí s dovolenou chybou, ktorou je odchýlka tlakomeru od skutočných hodnôt. Presnosť zariadenia je určená percentom maximálnej prípustnej chyby k menovitej hodnote. Čím vyššie percento, tým nižšia je presnosť zariadenia.
Referenčné tlakomery majú presnosť oveľa vyššiu ako pracovné modely, pretože slúžia na posúdenie zhody údajov pracovných modelov zariadení. Vzorové tlakomery sa používajú najmä v laboratóriu, preto sú vyrobené bez dodatočnej ochrany pred vonkajším prostredím.
Pružinové tlakomery majú 3 triedy presnosti: 0,16, 0,25 a 0,4. Pracovné modely tlakomerov majú také triedy presnosti od 0,5 do 4.
Aplikácia tlakomerov
Prístroje na meranie tlaku sú najobľúbenejšie prístroje v rôznych priemyselných odvetviach pri práci s kvapalnými alebo plynnými surovinami.
Uvádzame hlavné miesta použitia takýchto zariadení:
- V plynárenskom a ropnom priemysle.
- V tepelnom inžinierstve na riadenie tlaku nosiča energie v potrubiach.
- V leteckom priemysle, automobilovom priemysle, údržbe lietadiel a automobilov.
- V strojárstve pri použití hydromechanických a hydrodynamických jednotiek.
- V lekárskych prístrojoch a zariadeniach.
- V železničných zariadeniach a doprave.
- V chemickom priemysle na zisťovanie tlaku látok v technologických procesoch.
- Na miestach s použitím pneumatických mechanizmov a jednotiek.
Fulltextové vyhľadávanie.
Princíp činnosti
Princíp činnosti tlakomeru je založený na vyrovnávaní nameraného tlaku silou pružnej deformácie rúrkovej pružiny alebo citlivejšej dvojlamenej membrány, ktorej jeden koniec je utesnený v držiaku a druhý je pripojený cez tyč do tribco-sektorového mechanizmu, ktorý premieňa lineárny pohyb elastického snímacieho prvku na kruhový pohyb ukazovateľa.
Odrody
Skupina zariadení na meranie nadmerného tlaku zahŕňa:
Tlakomery - prístroje merajúce od 0,06 do 1000 MPa (Merajú pretlak - kladný rozdiel medzi absolútnym a barometrickým tlakom)
Vákuomery - prístroje na meranie podtlaku (tlaku pod atmosférickým tlakom) (do mínus 100 kPa).
Manometre - manometre merajúce pretlak (od 60 do 240 000 kPa) aj podtlak (do mínus 100 kPa).
Tlakomery - manometre malých pretlakov do 40 kPa
Trakčné merače - vákuomery s limitom do mínus 40 kPa
Trakčné tlakomery - tlakomery a podtlakomery s extrémnymi limitmi nepresahujúcimi ± 20 kPa
Údaje sú uvedené podľa GOST 2405-88
Väčšina domácich a dovážaných tlakomerov sa vyrába v súlade so všeobecne uznávanými normami, v tomto ohľade sa tlakomery rôznych značiek navzájom nahrádzajú. Pri výbere tlakomeru potrebujete vedieť: limit merania, priemer puzdra, triedu presnosti zariadenia. Dôležité je aj umiestnenie a závit kovania. Tieto údaje sú rovnaké pre všetky zariadenia vyrábané u nás a v Európe.
Existujú aj tlakomery, ktoré merajú absolútny tlak, teda pretlak + atmosferický
Prístroj na meranie atmosférického tlaku sa nazýva barometer.
Typy meradiel
V závislosti od konštrukcie, citlivosti prvku existujú tlakomery kvapalinové, vlastnou hmotnosťou, deformačné tlakomery (s rúrkovou pružinou alebo membránou). Tlakomery sú rozdelené do tried presnosti: 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4.0 (čím nižšie číslo, tým presnejší prístroj).
Typy tlakomerov
Po dohode možno tlakomery rozdeliť na technické - všeobecné technické, elektrokontaktné, špeciálne, samonahrávacie, železničné, vibračne odolné (plnené glycerínom), lodné a referenčné (vzorové).
Všeobecné technické: určené na meranie kvapalín, plynov a pár, ktoré nie sú agresívne voči zliatinám medi.
Elektrokontakt: majú schopnosť upraviť merané médium, vďaka prítomnosti elektrokontaktného mechanizmu. EKM 1U možno nazvať obzvlášť populárnym zariadením tejto skupiny, aj keď sa už dlho nevyrába.
Špeciálne: kyslík – treba odmastiť, pretože niekedy aj mierna kontaminácia mechanizmu pri kontakte s čistým kyslíkom môže viesť k výbuchu. Často sa vyrábajú v modrých puzdrách s označením O2 (kyslík) na ciferníku; acetylén - nepovoľte zliatiny medi pri výrobe meracieho mechanizmu, pretože pri kontakte s acetylénom existuje nebezpečenstvo tvorby výbušnej acetylénovej medi; amoniak – mal by byť odolný voči korózii.
Referencia: s vyššou triedou presnosti (0,15; 0,25; 0,4) sa tieto zariadenia používajú na overenie iných tlakomerov. Takéto zariadenia sa vo väčšine prípadov inštalujú na tlakomery s vlastnou hmotnosťou alebo na akékoľvek iné zariadenia schopné vyvinúť požadovaný tlak.
Lodné tlakomery sú určené pre prevádzku v riečnej a námornej flotile.
Železnica: určená na prevádzku v železničnej doprave.
Samonahrávanie: tlakomery v puzdre s mechanizmom, ktorý umožňuje reprodukovať graf tlakomeru na milimetrový papier.
tepelná vodivosť
Teplovodivé tlakomery sú založené na znížení tepelnej vodivosti plynu s tlakom. Tieto tlakomery majú zabudované vlákno, ktoré sa zahrieva, keď ním prechádza prúd. Na meranie teploty vlákna možno použiť termočlánok alebo odporový snímač teploty (DOTS). Táto teplota závisí od rýchlosti, ktorou vlákno odovzdáva teplo okolitému plynu, a teda od tepelnej vodivosti. Často sa používa meradlo Pirani, ktoré používa jedno platinové vlákno ako vykurovacie teleso aj ako DOTS. Tieto tlakomery poskytujú presné údaje medzi 10 a 10-3 mmHg. Art., ale sú dosť citlivé na chemické zloženie meraných plynov.
[upraviť] Dve vlákna
Jedna drôtová cievka sa používa ako ohrievač, zatiaľ čo druhá sa používa na meranie teploty pomocou konvekcie.
Pirani manometer (jeden závit)
Tlakomer Pirani pozostáva z kovového drôtu otvoreného meranému tlaku. Drôt je ohrievaný prúdom, ktorý ním prechádza, a ochladzovaný okolitým plynom. So znižovaním tlaku plynu klesá aj chladiaci účinok a zvyšuje sa rovnovážna teplota drôtu. Odpor drôtu je funkciou teploty: meraním napätia na drôte a prúdu, ktorý ním prechádza, možno určiť odpor (a tým aj tlak plynu). Tento typ tlakomeru ako prvý navrhol Marcello Pirani.
Termočlánkové a termistorové meradlá fungujú podobným spôsobom. Rozdiel je v tom, že na meranie teploty vlákna sa používa termočlánok a termistor.
Rozsah merania: 10−3 - 10 mmHg čl. (približne 10-1 - 1000 Pa)
Ionizačný manometer
Ionizačné tlakomery sú najcitlivejšie meracie prístroje pre veľmi nízke tlaky. Tlak merajú nepriamo meraním iónov vytvorených pri bombardovaní plynu elektrónmi. Čím nižšia je hustota plynu, tým menej iónov sa vytvorí. Kalibrácia iónového manometra je nestabilná a závisí od povahy meraných plynov, čo nie je vždy známe. Môžu byť kalibrované porovnaním s údajmi tlakomeru McLeod, ktorý je oveľa stabilnejší a nezávislý od chémie.
Termoelektróny sa zrážajú s atómami plynu a vytvárajú ióny. Ióny sú priťahované k elektróde pri vhodnom napätí, známom ako kolektor. Kolektorový prúd je úmerný rýchlosti ionizácie, ktorá je funkciou tlaku v systéme. Meranie kolektorového prúdu teda umožňuje určiť tlak plynu. Existuje niekoľko podtypov ionizačných meradiel.
Rozsah merania: 10−10 - 10−3 mmHg čl. (približne 10-8 - 10-1 Pa)
Väčšina iónových meradiel spadá do dvoch kategórií: horúca katóda a studená katóda. Tretí typ, rotačný rotorový tlakomer, je citlivejší a drahší ako prvé dva a nie je tu diskutovaný. V prípade horúcej katódy vytvára elektricky vyhrievané vlákno elektrónový lúč. Elektróny prechádzajú cez tlakomer a ionizujú molekuly plynu okolo nich. Výsledné ióny sa zhromažďujú na záporne nabitej elektróde. Prúd závisí od počtu iónov, ktorý zase závisí od tlaku plynu. Tlakomery s horúcou katódou presne merajú tlak v rozsahu 10-3 mmHg. čl. do 10-10 mm Hg. čl. Princíp meradla so studenou katódou je rovnaký, okrem toho, že elektróny sú generované vo výboji vytvoreným vysokonapäťovým elektrickým výbojom. Tlakomery so studenou katódou presne merajú tlak v rozsahu 10-2 mmHg. čl. až 10-9 mm Hg. čl. Kalibrácia ionizačných meradiel je veľmi citlivá na štrukturálnu geometriu, chémiu plynov, koróziu a povrchové usadeniny. Ich kalibrácia sa môže stať nepoužiteľnou pri zapnutí pri atmosférickom a veľmi nízkom tlaku. Zloženie vákua pri nízkych tlakoch je zvyčajne nepredvídateľné, preto je potrebné na presné meranie použiť súčasne hmotnostný spektrometer s ionizačným manometrom.
horúcu katódu
Ionizačné meradlo s horúcou katódou Bayard-Alpert sa zvyčajne skladá z troch elektród pracujúcich v režime triódy, kde vlákno je katóda. Tri elektródy sú kolektor, vlákno a mriežka. Kolektorový prúd sa meria v pikoampéroch elektrometrom. Potenciálny rozdiel medzi vláknom a zemou je zvyčajne 30 voltov, zatiaľ čo sieťové napätie pri konštantnom napätí je 180-210 voltov, ak nie je voliteľné bombardovanie elektrónmi, zahrievaním siete, ktorá môže mať vysoký potenciál približne 565 voltov. Najbežnejším iónovým meradlom je Bayard-Alpert horúca katóda s malým zberačom iónov vo vnútri mriežky. Elektródy môže obklopovať sklenený obal s otvorom pre vákuum, ktorý sa však zvyčajne nepoužíva a tlakomer je zabudovaný priamo do vákuového zariadenia a kontakty sú vyvedené cez keramickú platňu v stene vákuového zariadenia. Ionizačné meradlá s horúcou katódou sa môžu poškodiť alebo stratiť kalibráciu, ak sú zapnuté pri atmosférickom tlaku alebo dokonca nízkom vákuu. Ionizačné meradlá s horúcou katódou vždy merajú logaritmicky.
Elektróny emitované vláknom sa niekoľkokrát pohybujú dopredu a dozadu okolo mriežky, kým na ňu nenarazí. Počas týchto pohybov sa časť elektrónov zrazí s molekulami plynu a vytvorí elektrón-iónové páry (ionizácia elektrónov). Počet takýchto iónov je úmerný hustote molekúl plynu vynásobenej termionickým prúdom a tieto ióny lietajú do kolektora a vytvárajú iónový prúd. Keďže hustota molekúl plynu je úmerná tlaku, tlak sa odhaduje meraním iónového prúdu.
Nízka tlaková citlivosť meradiel s horúcou katódou je obmedzená fotoelektrickým efektom. Elektróny narážajúce na mriežku produkujú röntgenové lúče, ktoré vytvárajú fotoelektrický šum v iónovom kolektore. To obmedzuje rozsah starších meracích prístrojov s horúcou katódou na 10-8 mmHg. čl. a Bayard-Alpert na približne 10-10 mm Hg. čl. Dodatočné drôty na katódovom potenciáli v zornom poli medzi iónovým kolektorom a mriežkou tomuto efektu zabraňujú. Pri extrakčnom type nie sú ióny priťahované drôtom, ale otvoreným kužeľom. Keďže ióny sa nevedia rozhodnúť, do ktorej časti kužeľa zasiahnu, prejdú cez otvor a vytvoria iónový lúč. Tento iónový lúč možno preniesť do Faradayovho pohára.
Kapitola 2. MERAČE KVAPALINY
Otázky zásobovania vodou pre ľudstvo boli vždy veľmi dôležité a nadobudli osobitný význam s rozvojom miest a vznikom rôznych druhov priemyslu v nich. Zároveň sa čoraz naliehavejšie stával problém merania tlaku vody, t. j. tlaku potrebného nielen na zabezpečenie dodávky vody cez vodovodný systém, ale aj na ovládanie rôznych mechanizmov. Česť objaviteľa patrí najväčšiemu talianskemu umelcovi a vedcovi Leonardovi da Vincimu (1452-1519), ktorý ako prvý použil piezometrickú trubicu na meranie tlaku vody v potrubiach. Žiaľ, jeho dielo „O pohybe a meraní vody“ vyšlo až v 19. storočí. Preto sa všeobecne uznáva, že kvapalinový manometer prvýkrát vytvorili v roku 1643 talianski vedci Torricelli a Viviaii, študenti Galilea Galileiho, ktorí pri štúdiu vlastností ortuti umiestnenej v trubici objavili existenciu atmosférického tlaku. . Takto sa zrodil ortuťový barometer. Počas nasledujúcich 10-15 rokov vo Francúzsku (B. Pascal a R. Descartes) a Nemecku (O. Guericke) vznikli rôzne typy kvapalinových barometrov, vrátane tých s vodnou náplňou. V roku 1652 O. Guericke demonštroval gravitáciu atmosféry veľkolepým experimentom s vypumpovanými hemisférami, ktoré nedokázali oddeliť dva záprahy koní (slávne „magdeburské hemisféry“).
Ďalší rozvoj vedy a techniky viedol k vzniku veľkého množstva kvapalinových manometrov rôznych typov, ktoré sa používajú: doteraz v mnohých odvetviach: meteorológia, letectvo a elektrovákuová technika, geodézia a geologický prieskum, fyzika a metrológia atď. Vzhľadom na množstvo špecifických vlastností princípu činnosti kvapalinových tlakomerov je však ich merná hmotnosť v porovnaní s inými typmi tlakomerov relatívne malá a v budúcnosti sa pravdepodobne zníži. Napriek tomu sú stále nevyhnutné pre merania s obzvlášť vysokou presnosťou v tlakovom rozsahu blízkom atmosférickému tlaku. Kvapalinové manometre nestratili svoj význam ani v mnohých ďalších oblastiach (mikromanometria, barometria, meteorológia, fyzikálno-technický výskum).
2.1. Hlavné typy kvapalinových manometrov a princípy ich činnosti
Princíp činnosti kvapalinových manometrov možno ilustrovať na príklade kvapalinového manometra v tvare U (obr. 4, a ), ktorý pozostáva z dvoch vzájomne prepojených vertikálnych rúr 1 a 2,
do polovice naplnené kvapalinou. V súlade so zákonmi hydrostatiky s rovnakými tlakmi R ja a p 2 voľné povrchy kvapaliny (menisky) v oboch skúmavkách budú nastavené na úroveň I-I. Ak jeden z tlakov prevyšuje druhý (R\ > str 2), potom rozdiel tlaku spôsobí pokles hladiny kvapaliny v trubici 1 a v súlade s tým stúpanie v trubici 2, kým sa nedosiahne rovnovážny stav. Zároveň na úrovni
II-P rovnovážna rovnica bude mať tvar
Ap \u003d pi-p 2 \u003d H R "g, (2.1)
t.j. tlakový rozdiel je určený tlakom výšky stĺpca kvapaliny H s hustotou r.
Rovnica (1.6) je z hľadiska merania tlaku zásadná, keďže tlak v konečnom dôsledku určujú hlavné fyzikálne veličiny – hmotnosť, dĺžka a čas. Táto rovnica platí pre všetky typy kvapalinových manometrov bez výnimky. Z toho vyplýva definícia, že kvapalinový manometer je manometer, v ktorom je nameraný tlak vyvážený tlakom kvapalinového stĺpca vytvoreného pôsobením tohto tlaku. Je dôležité zdôrazniť, že meranie tlaku v kvapalinových manometroch je
výška stola kvapaliny, bola to táto okolnosť, ktorá viedla k vzniku tlakových jednotiek mm vody. Art., mm Hg čl. a ďalšie, ktoré prirodzene vyplývajú z princípu činnosti kvapalinových manometrov.
Pohárkový kvapalinový manometer (obr. 4, b) pozostáva zo vzájomne prepojených pohárov 1 a vertikálna trubica 2, okrem toho je plocha prierezu pohára podstatne väčšia ako plocha rúrky. Preto pod vplyvom tlakového rozdielu Ar zmena hladiny kvapaliny v pohári je oveľa menšia ako nárast hladiny kvapaliny v skúmavke: H\ = H r f/F, kde H ! - zmena hladiny tekutiny v pohári; H 2 - zmena hladiny kvapaliny v trubici; / - plocha prierezu rúrky; F - prierezová plocha pohára.
Preto výška stĺpca kvapaliny vyrovnáva nameraný tlak V - V x + H 2 = # 2 (1 + f/F), a nameraný tlakový rozdiel
Pi - Rg = H 2 p?-(1 +f/F ). (2.2)
Preto so známym koeficientom k= 1 + f/F rozdiel tlakov možno určiť zmenou hladiny kvapaliny v jednej trubici, čo zjednodušuje proces merania.
Dvojhrnčekový manometer (obr. 4, v) pozostáva z dvoch pohárov spojených pružnou hadicou 1 a 2 z ktorých jeden je pevne pripevnený a druhý sa môže pohybovať vo vertikálnom smere. S rovnakými tlakmi R\ a p 2 misky a následne sú voľné povrchy kvapaliny na rovnakej úrovni I-I. Ak R\ > R 2 potom pohár 2 stúpa, kým sa nedosiahne rovnováha v súlade s rovnicou (2.1).
Jednota princípu fungovania kvapalinových manometrov všetkých typov určuje ich všestrannosť z hľadiska možnosti merania tlaku akéhokoľvek druhu - absolútneho a pretlakového a tlakového rozdielu.
Absolútny tlak sa bude merať, ak p 2 = 0, teda keď je priestor nad hladinou kvapaliny v skúmavke 2 odčerpané. Potom stĺpec kvapaliny v manometri vyrovná absolútny tlak v trubici
i,T.e.p a6c = tf p g.
Pri meraní pretlaku jedna z trubíc komunikuje s atmosférickým tlakom, napr. p 2 \u003d p tsh. Ak je absolútny tlak v trubici 1 viac ako atmosférický tlak (R i >p aT m)> potom v súlade s (1.6) stĺpec kvapaliny v skúmavke 2 vyrovnávajte nadmerný tlak v trubici 1 } tj p a = H R g: Ak naopak p x < р атм, то столб жидкости в трубке 1 bude mierou negatívneho pretlaku p a = -N R g.
Pri meraní rozdielu dvoch tlakov, z ktorých každý sa nerovná atmosférickému tlaku, platí rovnica merania Ap \u003d p \ - p 2 - \u003d H - R "g. Rovnako ako v predchádzajúcom prípade môže rozdiel nadobúdať kladné aj záporné hodnoty.
Dôležitou metrologickou charakteristikou prístrojov na meranie tlaku je citlivosť meracieho systému, ktorá do značnej miery určuje presnosť odčítania pri meraniach a zotrvačnosť. Pri manometrických prístrojoch sa citlivosť chápe ako pomer zmeny nameraných hodnôt prístroja k zmene tlaku, ktorá ju spôsobila (u = AN/Ar) . Vo všeobecnosti, keď citlivosť nie je konštantná v celom rozsahu merania
n = lim at Ar -*¦ 0, (2.3)
kde AN - zmena hodnôt kvapalinového manometra; Ar je zodpovedajúca zmena tlaku.
Ak vezmeme do úvahy rovnice merania, dostaneme: citlivosť manometra v tvare U alebo dvoch hrnčekov (pozri obr. 4, a a 4, c)
n =(2A ' a ~>
citlivosť manometra (pozri obr. 4, b)
R-gy \llF) ¦ (2 " 4 ’ 6)
Spravidla pre časté tlakomery F »/, preto je pokles ich citlivosti v porovnaní s manometrami v tvare U nevýznamný.
Z rovníc (2.4, a ) a (2.4, b) vyplýva, že citlivosť je úplne určená hustotou kvapaliny R, plnenie meracieho systému prístroja. Ale na druhej strane hodnota hustoty kvapaliny podľa (1.6) určuje rozsah merania manometra: čím je väčší, tým väčšia je horná hranica meraní. Relatívna hodnota chyby čítania teda nezávisí od hodnoty hustoty. Na zvýšenie citlivosti a tým aj presnosti bol preto vyvinutý veľký počet čítacích zariadení založených na rôznych princípoch činnosti, od zafixovania polohy hladiny kvapaliny vzhľadom na stupnici tlakomeru okom (chyba čítania približne 1 mm) a končiac použitím najpresnejších interferenčných metód (chyba čítania 0,1-0,2 µm). Niektoré z týchto metód nájdete nižšie.
Meracie rozsahy kvapalinových manometrov podľa (1.6) sú určené výškou kvapalinového stĺpca, t.j. rozmermi tlakomeru a hustotou kvapaliny. Najťažšou kvapalinou v súčasnosti je ortuť, ktorej hustota je p = 1,35951 10 4 kg/m 3 . Ortuťový stĺpec vysoký 1 m vyvinie tlak asi 136 kPa, t.j. tlak, ktorý nie je oveľa vyšší ako atmosférický tlak. Pri meraní tlakov rádovo 1 MPa je preto výška tlakomeru úmerná výške trojpodlažnej budovy, čo predstavuje značné prevádzkové ťažkosti, nehovoriac o nadmernej objemnosti konštrukcie. Napriek tomu sa uskutočnili pokusy vytvoriť manometre s ultra vysokým obsahom ortuti. Svetový rekord bol vytvorený v Paríži, kde bol na základe konštrukcií známej Eiffelovej veže namontovaný manometer s výškou ortuťového stĺpca asi 250 m, čo zodpovedá 34 MPa. V súčasnosti je tento tlakomer demontovaný z dôvodu jeho zbytočnosti. Ortuťový manometer Fyzikálno-technického inštitútu Nemecka, jedinečný svojimi metrologickými charakteristikami, je však naďalej v prevádzke. Tento tlakomer namontovaný v iO-poschodovej veži má horný limit merania 10 MPa s presnosťou menšou ako 0,005 %. Prevažná väčšina ortuťových manometrov má hornú hranicu rádovo 120 kPa a len ojedinele až 350 kPa. Pri meraní relatívne malých tlakov (do 10-20 kPa) sa merací systém kvapalinových manometrov plní vodou, liehom a inými ľahkými kvapalinami. V tomto prípade sú rozsahy merania zvyčajne do 1-2,5 kPa (mikromanometre). Pre ešte nižšie tlaky boli vyvinuté metódy na zvýšenie citlivosti bez použitia zložitých čítacích zariadení.
Mikromanometer (obr. 5), pozostáva z misky ja ktorý je pripojený k rúrke 2, inštalovanej pod uhlom a do horizontálnej úrovne
ja-ja. Ak, s rovnakými tlakmi pi a p 2 povrchy kvapaliny v nádobke a skúmavke boli na úrovni I-I, potom zvýšenie tlaku v nádobke (R 1 > Pr) spôsobí pokles a zvýšenie hladiny kvapaliny v nádobke v skúmavke. V tomto prípade výška stĺpca kvapaliny H 2 a jeho dĺžka pozdĺž osi rúrky L2 bude súvisieť vzťahom H 2 \u003d L 2 hriech a.
Vzhľadom na rovnicu kontinuity tekutiny H, F \u003d b 2 /, nie je ťažké získať rovnicu merania pre mikromanometer
p t -p 2 \u003d N p "g \u003d L 2 r h (sina + -), (2,5)
kde b 2 - pohyb hladiny kvapaliny v trubici pozdĺž jej osi; a - uhol sklonu rúrky k horizontále; ostatné označenia sú rovnaké.
Z rovnice (2.5) vyplýva, že pre hriech a « 1 a f/F « 1 posun hladiny kvapaliny v trubici mnohonásobne presiahne výšku stĺpca kvapaliny potrebnú na vyrovnanie nameraného tlaku.
Citlivosť mikromanometra so šikmou trubicou v súlade s (2.5)
Ako je zrejmé z (2.6), maximálna citlivosť mikromanometra s horizontálnou trubicou (a = O)
t.j. vo vzťahu k oblastiam misky a skúmavky viac ako pri Manometer v tvare U.
Druhým spôsobom zvýšenia citlivosti je vyrovnanie tlaku stĺpcom dvoch nemiešateľných kvapalín. Dvojhrnčekový manometer (obr. 6) sa naplní kvapalinami tak, aby ich hranice
Ryža. 6. Dvojhrnčekový mikromanometer s dvoma kvapalinami (p, > p 2)
časť bola vo zvislom úseku rúrky priľahlej k miske 2. Keď pi = p 2 tlak na úrovni I-I
Ahoj Pi -N 2 R 2 (Pi>Р2)
Potom so zvyšujúcim sa tlakom v pohári 1 bude vyzerať rovnovážna rovnica
Ap=pt -p 2 =D#[(P1 -p 2) +f/F(Pí + Pr)] g, (2.7)
kde px je hustota kvapaliny v pohári 7; p 2 je hustota kvapaliny v pohári 2.
Zdanlivá hustota stĺpca dvoch kvapalín
Pk \u003d (Pi – P2) + f/F (Pi + Pr) (2,8)
Ak majú hustoty Pi a p 2 hodnoty blízko seba, a f/F". 1, potom možno zdanlivú alebo efektívnu hustotu znížiť na p min = f/F (R i + p 2) = 2p x f/F.
rr p k * %
kde p k je zdanlivá hustota v súlade s (2.8).
Tak ako predtým, zvyšovanie citlivosti týmto spôsobom automaticky znižuje meracie rozsahy kvapalinového manometra, čo obmedzuje ich použitie na oblasť micromanometra™. Aj vzhľadom na veľkú citlivosť uvažovaných metód na vplyv teploty pri presných meraniach sa spravidla používajú metódy založené na presnom meraní výšky stĺpca kvapaliny, čo však komplikuje konštrukciu kvapalinových manometrov.
2.2. Opravy indikácií a chýb kvapalinových manometrov
Do rovníc na meranie kvapalinových tlakomerov je potrebné zaviesť korekcie v závislosti od ich presnosti, berúc do úvahy odchýlky prevádzkových podmienok od podmienok kalibrácie, typ meraného tlaku a vlastnosti schémy zapojenia konkrétnych tlakomerov.
Prevádzkové podmienky sú určené teplotou a zrýchlením voľného pádu v mieste merania. Vplyvom teploty sa mení ako hustota kvapaliny používanej pri vyrovnávaní tlaku, tak aj dĺžka stupnice. Gravitačné zrýchlenie v mieste merania spravidla nezodpovedá jeho normálnej hodnote, prijatej počas kalibrácie. Preto ten tlak
P = Rp
}
