МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ. АБСОЛЮТНОЕ И ИЗБЫТОЧНОЕ ДАВЛЕНИЕ. ВАКУУМ

Приборы, применяемые для измерения давления, можно разделить на две основные группы: жидкостные и металлические.

Принцип действия жидкостных приборов основан на уравновешивании измеряемого давления высотой столба жидкости (рис. 3.8).

Простейшим представителем приборов жидкостного типа является пьезометр, который представляет собой стеклянную трубку небольшого диаметра (около 5мм), один конец которой открыт и сообщается с атмосферой. Второй конец присоединяется к сосуду, в котором измеряется давление. Пусть давление p больше атмосферного (барометрического) B (p >B). Тогда жидкость в трубке пьезометра поднимается на определенную высоту так, что вес столба жидкости будет уравновешивать разницу в давлениях p и B. Давление в точке A у основания пьезометрической трубки определяется по формуле гидростатического давления (3.23)

.

Отсюда

.

Таким образом, высота жидкости в пьезометре характеризует не истинное давление в точке А, а избыток этого давления над атмосферным или барометрическим.

Давление в сосуде p_A принято называть абсолютным давлением. Разницу называют избыточным давлением. Следовательно, абсолютным давлением называется давление в сосуде, отсчитанное от неусловного нуля. Абсолютное давление обозначается «ата», что означает «атмосфера абсолютная».

Избыточным давлением называется разница между абсолютным давлением и атмосферным в том случае, когда абсолютное давление больше атмосферного. Оно обозначается «ати», что означает «атмосфера избыточная».

Очевидно, что

или

.

Так как барометрическое давление близко к 1 кг/см², то обычно считают .

Для точных измерений абсолютного давления нужно знать показание барометра. При измерении пьезометром , где под p следует понимать избыточное давление. Отсюда .

Измерение давления высотой столба жидкости весьма удобно и часто применяется в технике. Полезно напомнить, что давлению в 1 кгс/см² (техническая атмосфера) соответствует вес столба воды

или же

вес столба ртути высотой см = 735 миллиметров ртутного столба (мм рт. ст.).

Если абсолютное давление в сосуде меньше атмосферного, то для измерения его применяются вакуумметры. Если для измерения вакуума применяются жидкостные приборы, то они обычно выполняются в виде так называемого U-образного манометра (рис. 3.9).

В точках C и B давление одинаково и равно барометрическому B. Тогда по формуле гидростатического давления будем иметь

.

Учитывая, что , получим

.

Отсюда

.

Разность называется вакуумом. То есть вакуумом называется разность между атмосферным давлением и абсолютным в том случае, когда абсолютное давление меньше атмосферного. Например, абсолютное давление в сосуде 0,3 атм, тогда вакуумом будет разница 1,0—0,3 = 0,7 атм.

Рис. 3.9 Рис. 3.10

Рассмотрим еще случай измерения давления газа с помощью U‑образного ртутного манометра. На основании формулы гидростатического давления (3.23) можно записать (рис.3.10)

; .

Давления в точках B и C равны, так как они находятся на поверхности равного давления в жидкости (ртуть).

Тогда

.

Отсюда

_.

Из металлических приборов наиболее распространенным на практике является пружинный манометр (рис.3.11), принцип действия которого следующий.

Под действием давления жидкости полая пружина 1 частично распрямляется и посредством зубчатого механизма 2 приводит в движение стрелку 3, перемещающуюся относительно шкалы 4. Принцип действия пружинного манометра основан на уравновешивании силы давления жидкости упругой силой пружины. Пружинный манометр также показывает избыточное давление.