2.6 Прилади для вимірювання тиску. Епюри гідростатичного тиску

2.6.1 Прилади для вимірювання тиску

Для вимірювання тиску використовують рідинні (барометр, п’єзометр, манометр, вакуумметр, дифманометр) та механічні (пружинні та мембранні) прилади : манометри, вакуумметри і мановакуумметри. Крім механічних, користуються електричними приладами. Розглянемо деякі з них.

1 Барометр

Барометр (рис.2.11) складається з відкритої чашки, заповненої ртуттю та скляної трубки, верхній кінець якої запаяний, а нижній опущений у чашку під рівень ртуті.

Визначимо тиск .

Рисунок 2.11 – Барометр:

1 – чашка зі ртуттю;

2 – скляна трубка У верхній частині трубки повітря відсутнє, тому в ній діє тиск насиченої пари . Значення атмосферного тиску обчислюють за формулою

, (2.33)

де - тиск насиченої пари; – густина ртуті ; - висота підняття ртуті у скляній трубці.

У формулі (2.33) не врахована поправка на капілярність.

2. Диференціальний манометр

Диференціальний манометр (рис.2.12) використовують для вимірювання різниці тисків у двох резервуарах або різниці тисків у двох точках одного і того ж резервуару.

Рисунок 2.12 – Диференціальний

Манометр

Диференціальний манометр – це U – подібна трубка, заповнена робочою рідиною. Кожний з кінців трубки приєднаний до точок, між якими необхідно виміряти різницю тисків ∆р, яку визначають за формулою

, (2.34)

або

, (2.35)

де - різниця рівнів рідини в трубках.

Формулу (2.35) використовують у випадках, коли рідина в резервуарах однакова. Якщо рідини в резервуарах різні, то різницю тисків визначають за іншою формулою

, (2.36)

де і - густина рідини відповідно у першому і другому резервуарах.

Необхідно відмітити, що диференціальні манометри використовують у тих випадках, коли абсолютні тиски в точках вимірювання великі, а різниця тисків мала.

3 Пружинний манометр

Рідинні прилади застосовують для вимірювання порівняно невеликих тисків. При вимірювання тисків більше 0,02 – 0,03 МПа використовують механічні прилади. Найбільш поширеними є пружинні манометри.

Пружинний манометр (рис. 2.13) складається з корпуса 5, пружної манометричної трубки 4, передавального механізму 3, стрілки 2 та шкали 1. Рідина під тиском надходить у штуцер 6, потім у трубку. Під дією тиску пружина розпрямляється. Рух кінця пружини через передавальний механізм передається стрілці, яка на шкалі показує величину тиску.

2.6.2 Епюри гідростатичного тиску

Запишемо основне рівняння гідростатики

.

Це рівняння є рівнянням прямої лінії , в якому ; , а – тиск на поверхні рідини. Згідно цього рівняння тиск в рідині змінюється за лінійним законом, а епюри тисків на плоску поверхню мають форму трикутників або трапецій (рис. 2.14 а, б, в).

Тиск буде змінюватися залежно від глибини занурення точки. У відкритому резервуарі надлишковий (манометричний) тиск на поверхні дорівнює р₀ = 0, на дні буде – .

Епюра від надлишкового тиску має форму трикутника (рис.2.14 а). Якщо врахувати атмосферний тиск р₀ на поверхні рідини, то абсолютний тиск в точці В на глибині h буде дорівнювати : . Епюра тиску приймає форму трапеції (рис. 2.14 б). Аналогічна епюра тисків буде для похилої стінки АВ, розташованої похило (рис. 2.14 в).

а

б

в