«Манометры»

— приборы для измерения давления газов или капельных жидкостей на стенки заключающих их сосудов. Чтобы измерить это давление путем опыта, в абсолютной мере, надо определить вес столба жидкости, его уравновешивающего, для чего необходимо знать высоту этого столба, плотность взятой жидкости и ускорение силы тяжести в месте наблюдения. Для технических целей довольствуются определением давления в разных условных единицах: в атмосферах, килограммах на кв. см, в фунтах на кв. дюйм, в см или дм водяного или ртутного столба, и пользуются более удобными М. различного устройства, с эмпирически градуированными шкалами. Ртуть представляет самую удобную жидкость для такого рода "открытого" М.; она не смачивает стекла и обладает большой плотностью, вследствие чего размеры прибора для умеренных давлений получаются удобные. Обыкновенно открытый М. представляет две стеклянные вертикальные трубки, сообщающиеся внизу; одна из них открыта сверху, а другая сообщается трубкой с пространством, где надо определить давление.

Фиг. 1.

Разность уровней измеряется с помощью шкалы или катетометра (см.), смотря по степени требуемой точности. В таком "сифонном" М. один уровень жидкости понижается, а другой повышается, и надо делать каждый раз два отсчета. Зато здесь влияет только разность капиллярного понижения уровня ртути в обеих трубках. Можно делать и один отсчет, если одну из трубок заменить широким сосудом, как в барометре с чашкой. Так устраивают барометрический манометр при воздушном насосе; для давлений меньше атмосферного можно соединять с исследуемым пространством открытое колено сифонного барометра, как в "укороченном" М. воздушного насоса (см.). Конструкторская сторона устройства такого рода М. проста и бывает указана в курсах физики; трудности начинаются только при больших давлениях в десятки и сотни атмосфер. Реньо мог довести высоту столба своего М. лишь до 2 4 м. Самый высокий М. устроил Кальете, в 1891 г., на Эйфелевой башне в Париже. Давление, доходящее до 400 атмосфер, потребовало стальной трубки около 4 мм внутреннего диаметра; она присоединена к нижней части замкнутого сосуда с ртутью, в котором можно получать желаемое давление, накачивая воду над ртутью особым насосом. Чтобы наблюдать верхний уровень ртути, через каждые три метра стальной трубки устроен кран, сообщающийся с особой стеклянной трубкой, снабженной шкалой на лакированной деревянной линейке; верхние концы этих трубок соединены с общей сточной трубкой, по которой избыток ртути стекает обратно в запасный резервуар, если ее накачают слишком много. Для облегчения работы, оба наблюдателя переговариваются с помощью особого телефона, а внизу, в лаборатории, помещен еще металлический манометр со шкалой, где обозначены, для каждого положения стрелки, соответствующее давление в атмосферах и номер крана, до которого доходит ртуть. Помимо своего специального назначения для опытов над сгущением газов, такой М. служит и для поверки шкал технических М. Открытый М. употребляется также для измерения малых разностей давлений, как при многих физических измерениях, так и в технике, при исследовании тяги дымовых труб и вентиляции. В таких случаях берут не ртуть, а более легкую воду, масло или один из углеводородов. Для увеличения чувствительности можно наклонить трубку к вертикальной линии. Но при наклоне изменяется в обратном отношении сила, приводящая столб в движение, поэтому показания М. становятся неопределенными: он очень медленно приходит в положение равновесия. Большое удобство представляет М. Креца: он состоит из двух широких трубок А, B сечения s, соединенных узкой. Пространство AM наполнено смесью винного спирта и воды плотности d, a MB скипидаром плотности d' (немного меньшей d). При равенстве давлений ld = l'd', если давление в А возрастет на h см столба воды, то уровень М перейдет в m на x см, уровень В в b', а уровень А в a, причем это перемещение будет равно xn. Но

h

— nxd + (l — x)d = nxd' + (l' — х)d'

откуда

x = h/[d — d' + n(d + d')]

Когда же нужно измерять упругость газов разреженных до крайней степени ртутным насосом, то М. с жидкостями малой плотности неприменимы: одни из них обращаются в пар, а трудно кипящие углеводороды выделяют непрерывно из себя пузырьки газа в разреженное пространство. В таком случае приходится основывать измерение на законе Бойля-Мариотта (см.) и довольствоваться приближенным результатом "мерки Мак-Леода". Это вертикальная, закрытая сверху трубочка, расширяющаяся внизу в довольно большой шарик; у основания этого шарика ответвляется трубка, ведущая к насосу, а другая вертикальная трубка сообщается с ртутным резервуаром. Когда воздух выкачан, уровень ртути поднимают, она заполняет весь шарик и вгоняет, газ его наполнявший, в капиллярную трубку мерки, давление которой составляет 0,000001 объема шарика. Таким образом непосредственно измеряют по разности уровней ртути в миллион раз увеличенную упругость воздуха, разреженного насосом. Реньо устроил М. для сильно сгущенных газов, основанный на том же принципе, но примененном в обратном порядке: в нем измеряют при известном, меньшем давлении объем газа, наполнявший данный резервуар при искомом давлении. Большим распространением пользуются в технике только металлические М. очень разнообразного детального устройства. В одних так наз. М. Бурдона (хотя первоначально их изобрел в 1846 г. Шинц) орган, чувствительный к изменениям давлений, состоит из гибкой, упругой, замкнутой с одного конца металлической трубки, эллиптического сечения, согнутой в виде дуги круга. Под влиянием давления жидкости на внутреннюю поверхность, трубка стремится увеличить свой объем и при этом выпрямляется. В 1848 г. Бурдон выпустил свои первые М., в которых трубка делала два полных круговых оборота и стрелка, указывавшая на шкалу, составляла непосредственное продолжение свободного конца трубки. Теперь предпочитают брать трубку короче, но увеличивать движение стрелки с помощью чувствительного рычага; это устройство дает возможность удобнее регулировать прибор, чтобы получить желаемую степень чувствительности (фиг. 2).

Фиг. 2.

В других типах М. (Дюкоме, Шефер и Буденберг, Ришар и др.) давление воспринимается упругой металлической диафрагмой, имеющей вид кружка или коробки с концентрическими волнообразными выгибами (фиг. 3).

Фиг. 3.

Давление действует снизу, а сверху на гибкое дно давит стальная кругообразная пружина; диафрагма приводит в движение вертикальный стержень, который давит близко к оси вращения самой стрелки или легкого зубчатого сектора, сцепляющегося с шестерней на оси стрелки. Легкая спиральная пружинка стремится вращать стрелку назад и уничтожает этим мертвый ход. Металлические М. могут быть предназначаемы и для измерения давления атмосферы: тогда они носят название барометров-анероидов (см.), если употреблена трубка Бурдона, и барометров холостерических, если они снабжены коробкой итальянца Види. Они могут быть изготовляемы и для малых давлений (вакуометры), и для больших, до многих сотен атмосфер; они довольно прочны, но требуют как первоначальной выверки, так и периодической проверки, по сравнению с абсолютным манометром. Когда нет в распоряжении достаточно высокого открытого М. с ртутью, пользуются для этой проверки простым приспособлением, основанным на законе пропорциональности давления жидкости величине поверхности поршня. Для этого приготовляют очень правильный стальной цилиндр раз в 15 длиннее своего диаметра, снабженный на верхнем конце цилиндрическим кружком. Цилиндр этот очень плотно, но свободно входит в полый стальной цилиндр (допускается зазор лишь в 0,005 мм), нижний конец этого цилиндра соединяется горизонтальной трубкой с другой вертикальной, на которую навинчиваются исследуемые М. Если полый цилиндр и трубка наполнены глицерином, а на кружок поршня наложены концентрично гири, то манометр испытывает соответственное давление, а жидкость не только не выливается в заметном количестве, но почти уничтожает трение поршня. Зная поверхность поперечного сечения поршня и вес его с наложенными грузами, легко вычислить каждый раз производимое гидростатическое давление. Подобный М. употреблял с успехом Кальете для измерения давлений в тысячи атмосфер: для большей достоверности он помещал на дно цилиндра диафрагму из "плевки" (см. Золотобойное рем.), вставлял поршень и нагружал его сколько было нужно. Когда, при постепенно возраставшем давлении, снизу поршня он только что начинал приподниматься, особый контакт замыкал ток, начинал звонить колокольчик и наблюдатель прекращал возрастание давления. Благодаря этому перепонка не разрывалась, но вполне удерживала жидкость, а для уничтожения трения достаточно было и слоя воздуха в узком и длинном кольцеобразном пространстве между поршнем и цилиндром. Для контроля за ходом работы устраивают самопишущие М. (Ришар, Шефер и Буденбер); см. Самопишущие приборы.

Ср. А. Ломшаков, "Сп. испытания пар. котлов и машин" (СПб., 1896).

В. Лермантов

.

(от греч. manos - редкий, неплотный и metreo - измеряю), служат для измерения давления жидкостей, газов и паров. Различают М. для определения абс. давления, отсчитываемого от нуля (полного вакуума); избыточного давления, т. е. превышения давления над атмосферным; разности двух давлений, отличающихся от атмосферного (дифференциальные М., или дифманометры). Приборы для измерения давления, соответствующего атмосферному, наз. барометрами, давления ниже атмосферного - вакуумметрами, избыточного давления и давления ниже атмосферного-мановакуумметрами. Шкалы М. могут быть градуированы в килопаскалях (кПа) или мегапаскалях (MПа), а также в кгс/м ², кгс/см ², барах, мм вод. ст., мм рт. ст. и др. По принципу действия М. могут быть жидкостными, грузопоршневыми, деформационными (см. рис.), тепловыми и др., по способу представления информации о величине измеряемого давления - показывающими, регистрирующими и сигнализирующими. Кроме М. с непосредств. отсчетом показаний применяют т. наз. бесшкальные датчики (измерительные преобразователи) давления с унифицированными (стандартизованными) пневматич. или электрич. выходными сигналами. Такие датчики широко используют в системах автоматич. контроля, регулирования и управления химико-технол. процессами, в частности при автоматизации пожаро- и взрывоопасных произ-в. Датчики давления должны надежно работать при наличии интенсивной вибрации, нестационарных температурных и электро-магн. полей, а также в агрессивных средах, в условиях высокой влажности, запыленности и загазованности окружающей среды. Дифманометры применяют в приборах для измерения уровня и плотности жидкости по величине гидростатич. давления, а также в приборах для измерения расхода жидкости, пара или газа по перепаду давлений на сужающих поток устройствах (диафрагмах, соплах Вентури и др.).

Основные типы манометров: жидкостные ( а -U-образный, б, в - чашечные соотв. с постоянным и переменным углом j наклона трубки, г - поплавковый, д - колокольный, е - кольцевой); грузопоршневые (ж); деформационные ( з - показывающий с трубчатой пружиной, и - мембранный разделитель давлений с закрытой камерой); 1 - поплавок; 2 - колокол; 3 - перегородка; 4 - опора; 5, 8 - грузы; 6 - поршень; 7 - цилиндр; 9 - пружина; 10 - передаточный механизм; 11 - камера; р, р _атм -соотв. измеряемое и атмосферное давления; Н - высота столба манометрич. жидкости; х,a_x - меры измеряемого давления.

Жидкостные М. В таких приборах измеряемое давление (разрежение) либо разность давлений уравновешивается давлением столба манометрич. жидкости, заполняющей прибор. Диапазон измерения - 10 - 10⁵ Па. Жидкостные М. применяют в осн. при определении давления в лаб. условиях и при поверке других М. Погрешность измерения U-образных и чашечных М. (0,5-1,0%) определяется погрешностью самого прибора, ошибкой отсчета показаний и несоответствием действительного и расчетного значений плотности манометрич. жидкости. Двухчашечные (компенсационные) микроманометры с верх. пределами измерения до 2,5-10³ Па имеют погрешность 0,02-0,05%. При малых пределах измерения (до 10⁴ Па) М. заполняют легкими жидкостями (водой, спиртом, толуолом, силиконовым маслом), при увеличении пределов измерения до 10⁵ Па - ртутью. В поплавковых, колокольных и кольцевых дифманометрах мера измеряемого давления (перепада) - не высота столба жидкости, а определяемое им положение подвижного элемента прибора. Манометрич. жидкостью в поплавковых дифманометрах обычно служит ртуть или силиконовое масло. Пределы измерения серийных приборов (от 4-10³ Па до 0,16 MПа) обеспечиваются изменением высоты и диаметра одного из сосудов дифманометра. Погрешность не более 2,5% от верх. предела измерения. Колокольные дифманометры (манометрич. жидкость - обычно вода или масло) используют для измерения малых давлений и перепадов давлений от 25 до 400 Па. Погрешность 1,5 и 2,5% от диапазона измерения. В кольцевых дифманометрах (кольцевых весах) замкнутый сосуд с непроницаемой перегородкой в верх. части установлен на призматич. опору, к-рая расположена в центре тяжести сосуда.