> Техника, страница 61 > Микроманометр

Микроманометр

Микроманометр, прибор для измерения незначительных разностей давления. М. применяется часто при измерении скоростей газов в вентиляционных установках, скоростей газов в газопроводах, для опреде

ления тяги в топках; в последнем случае он носит название т я г о м e р а. М. бывают жидкостные, мембранные, с колоколами и с кольцевым сосудом.

Жидкостные М. применяются обычно при научных работах и при исследованиях вентиляционных устройств. Наиболее

*10

простым типом жидкостного микроманометра является простая U-образная трубка, частично наполненная жидкостью и сообщающаяся своими концами (фигура 1) с областями измеряемых давлений. Назовем h—разность высот жидкости в обоих коленах в миллиметров, Р_х и Р₂—давления, действующие на оба столба жидкости в к г/м² (или в миллиметров вод. ст.), и γ—плотность жидкости в килограммах]л, тогда:

Ρι-Ρ,-yh. (1)

Для упрощения отсчета часто одно колено делают значительно более крупного диаметра, тогда достаточно бывает произвести один отсчет по шкале, указывающей высоту подъема жидкости в тонкой трубке (фигура 2). Отсчитывая высоту подъема от нулевой черты О (то есть уровня, занимаемого жидкостью при равенстве давлений Р_г и Р₂) и называя и F площади поперечных сечений обоих сосудов на уровне менисков, имеем:

(2)

Фигура 3.

P₁-P₂=yfe_l(l+/,)·

Ошибка в показаниях М., происходящая от опускания уровня в широком сосуде, обыкновенно уравновешивается соответственным изменением шкалы

F

F + f

или этой ошибкой пренебрегают в виду ее малости. Конструктивное выпод-

в отношении

Фигура 4.

нение М. этого типа изображено на фигуре 3.

Для увеличения чувствительности прибора делают М. с наклонными трубками. В этом случае (фигура 4) перемещение мениска п в наклонной трубке, соответствующее разности давлений Р_г—Р₂=h, выражается ф-лой:

h=п sin а. (3)

Чтобы по отсчету перемещения мениска % определить действительную разность дав

лений, пользуются для этого типа М. следующей ф-лой:

Pi-Pf=тг (sin а + у (4)

М. этого последнего типа (сист. Сера) изображен на фигуре 5; аппарат состоит из тщательно обточенного изнутри для сохранения постоянства F по всей высоте его бронзового резервуара а, к к-рому на шарнире с пустотелой осью присоединена трубка б. Резервуар сообщается с полостью, в которой имеется большее давление, при посредстве патрубка в, трубка—с полостью меньшего давления через кран с насадкой г. Аппарат устанавливается горизонтально при помощи установительного винта д, правильность установки проверяется уровнем е. Эта конструкция позволяет изменять чувствительность прибора, придавая различные углы

ФПГ. 6.

наклона трубке б; последняя закрепляется при помощи винта, который ходит в прорези градуированной дуги ж. Винт з скреплен с отчасти погруженным в жидкость резервуара а цилиндром; поднимая или опуская его, заставляют колебаться уровень жидкости, что служит для приведения мениска в трубке б на нуль перед началом отсчетов. Для особо точных измерений применяют микроманометр системы Креля (фигура 6), который отличается от предыдущего тем, что:

1) в нем уклон трубки постоянный [п=* —

и 2) он снабжен двумя спаренными трехходовыми кранами, через которые оба сосуда одновременно сообщаются или с атмосферой (для установки на нуль) или с обеими полостями измеряемых давлений. Для измерения весьма малых разностей да- ^F вления применяется также двухжидкостный М. (фигура 7); этот М. состоит из U-образной трубки сечением миллиметров², снабженной наверху двумя цилиндрич. расширениями площадью поперечного сечения F миллиметров². В колено наливается более тяжелая жидкость уд. в γ₂, а поверх ее— более легкая, уд. в y_t, не смешивающаяся с первой жидкостью; когда оба колена сообщаются с атмосферой, уровни обеих жидкостей лежат в двух горизонтальных плоскостях, для чего верхние сосуды сообщаются путем открытия крана а. Если при измерении, посредством попеременного закрывания и открывания крана а и не изображенного на фигуре крана в колене трубки, приводят верхние поверхности жидкости в уширенных частях к одному уровню, то 7г₁=0, и

Ρι~ Рц= hziyz — yi), (5)

делая разность уд. в обеих жидкостей малой, можем увеличить точность прибора в желаемой степени. Для наполнения этого М. берут например водный уд. в 0,93 и

оливковое масло уд. в 0,916, т. о. Р₁—Р₂== 0,0141ι₂. Другой способ работы с этим же прибором состоит в подборе двух жидкостей приблизительно или совсем равного уд. веса и работе при постоянно закрытом кране а. Тогда при γ,_=γ₂ разность уровней fe₂будет служить мерой разности уровней в широких сосудах к_г, причем

Pi Р%~ hVl ⁼ ^2 7l >

если yj ф у._г, именно у_г < у₂, то

Pi ~ РЛ ⁼ ^2 [у2 ~ (l pj l’l] (6)

Двухжидкостные М. неудобны S том отношении, что граница между обеими жидкостями не резка и кроме того довольно трудно избежать частичного смешения жидкостей и изменения их уд. веса. В качестве жидкостей для М. применяют: воду, керосин, эфир, ксилол. От идеальной жидкости требуется незначительный> и неизменяемый уд. в., однородность состава, незначительная вязкость, небольшая капиллярная постоянная и малый объёмный коэф. i°-Horo расширения. Керосин и неудобны в том отношении, что более легко испаряющиеся составные части улетучиваются и таким образом изменяется уд. в жидкости. Вода обладает слишком большой вязкостью. Хорошо зарекомендовал себя.

Все жидкостные М. неудобны для применения их в качестве тягомеров в условиях производственной практики, как по причине их чрезвычайной чувствительности, так и потому, что их трудно приспособить для создания указывающих и регистрирующих приборов.Поэтому для производственных тягомеров применяют обычно колокольные, мембранные и кольцевые микр оманометры.

Колокольные М. Принцип действия колокольного М. изображен на фигуре 8; изменение давления Р₂ под колоколом на величину ± ΔΡ₂ вызывает подъем или опускание колокола на величину ±Ah (уровень жидкости _{фиг 9}_

снаружи колокола считается неизменным). Эти величины связаны между собой следующей зависимостью:

*

Р_г+АР_г

Фигура 8.

Δ и =

ΔΡ.,1) is У

СО

где D и s—диаметр и толщина стенок колокола, выраженные в одинаковых мерах. Отсюда видно, что чувствительность М. возрастает с увеличением диаметра колокола и с уменьшением толщины его стенок и плотности жидкости. Колокольные М. пригодны для измерения колебаний разности давлений по обеим сторонам стенок колокола. Конструктивное выполнение указывающего М. приведено на фигуре 9. Для создания самопишущего М. желательна большая сила подъема, что заставляет делать колокол значительного диаметра; принимая во внимание, что толщина стенок не м. б. сделана сколько-нибудь значительной в виду того, что вес колокола получается слишком большим, и на малые разности давлений аппарат вообще не реагирует, видим из ф-лы (7), что М. становится чрезмерно чувствительным; так например для П=400 миллиметров и s==0,2 миллиметров изменение давления на 1 миллиметров вод. ст. вызовет изменение положения колокола на 500 миллиметров. Дополнительная нагрузка колокола производится пружинами, или же колокол снабжают поплавком. Принцип действия поплавкового колоколазаклю-чается в том, что при изменении глубины погружения колокола изменяется объём погруженной части поплавка, что и дает добавочную силу нагрузки. Зависимость между элементами поплавко-

Фигура 10.

Фигура 11.

вого колокола (фигура 10) и изменением давления Р₂ выражается следующей ф-лой:

Ah =

D‘-d41 +у) у (4Ds -г d²)

δρ₂=χδρ₂.

(8)

Практич. выполнение регистрирующего М. с поплавковым колоколом изображено на фигуре 11: а — резервуар с герметически закрывающей его при помощи гидравлич. затвора б крышкой в Колокол з, внутренняя полость которого сообщается трубкой д с полостью высшего измеряемого давления, соединен стерженьком ж с пером регистрирующего аппарата е. Сливная трубка з служит для поддержания постоянного уровня жидкости в резервуаре, а патрубок и— для присоединения трубки, сообщающейся с полостью низшего измеряемого давления. Делая поплавок переменного сечения, можно изменять значение К в формуле (8) в зависимости от высоты подъема колокола; например делая площадь сечения поплавка пропорциональной Vh, получим величину отсчетов пропорциональной также Vh, то есть скорости газов в канале, измеряемой при помощи трубки Пито. Специальный тип М. — ди ференц и альный тягомер, изображенный на фигуре 12, состоит из двух М. с колоколами а и б, из которых первый соединен открытой трубкой в с атмосферой,

а второй — с областью наибольшего из измеряемых разрежений (например с боровом

парового котла); пространство внутри кожуха сообщается с областью наименьшего разрежения (например топкой котла). Каждый колокол соединен через посредство тяги г, уравновешенного противовесом рычага д и зубчатого сектора е с шестерней ж, сидящей на оси отдельной для каждого колокола стрелки и; т. о. одна из стрелок показывает разность давлений между двумя исследуемыми областями (например топка—боров), а другая—между давлением в о^ной из областей (например в топке) и атмосферой.

Мембранный М. (фигура 13) представляет собой не что иное, как мембранный манометр с мембраной особо большого диаметра и малой толщины; для возможности измерения разностей давления, пространства как под, так и над мембраной сделаны закрытыми и сообщаются с полостями измеряемых давлений двумя связанными между собой трехходовыми кранами.

Рабочей деталью М. с кольцевым сосудом является кольцевой сосуд а (фигура 14, А) радиуса R и постоянного сечения /, который может качаться вокруг центра на острие г и разгорожен сверху переборкой б, а внизу столбом жидкости в на две полости, сообщающиеся с областями

щотшйш

измеряемых давлений. Пусть жидкость уд.в. γ занимает объём, определяемый центральным углом 2а; при разности давлений ΔΡ=О центры тяжести сосуда S (вес его G) и жид кости Sj, (вес ее G,=2αβ/y) лежат на одной вертикальн. прямой, в расстояний от центра вращения соответственно ей С=R ^sl"^a. Когда ΔΡ имеет конечную величину, жидкость будет оттеснена па угол Δα (фигура 14, Б) в сторону меньшего давления, вследствие чего сосуд повернется на угол φ в обратном направлении. Ур-ие равновесия в этом случае будет:

Ge sin φ=R f kP+2R-fy sin a-sin Δα,

где левая сторона — момент веса сосуда относительно О, а первый член правой—момент разноети давлений на перегородку б, и второй—момент веса столба жидкости. Разность уровней жидкости h пропорциональна разности давлений ΔΡ, а именно:

Δ Р

h=—=R cos (a — Δα) + R cos (a + Δα) =

= 2R sin a-sin Δα,

откуда

sin Δα =

ΔΡ_

2 R γ sin a

Подставляя полученное значение sin Δα в уравнение равновесия, получим окончатель

но уравнение работы кольцевого микроманометра в виде:

sin φ=ΔΡ=/сЛР,

где /i—постоянная прибора. М. с кольцевым сосудом применяется на практике для измерения разности давлений в паромерах (смотрите).

Лтгi.: Л о м ш а к о в А. С., Испытание паровых котлов, 3 изд., Л., 1927; Баулин К. К., Приборы для проверки вентиляционных установок, Сборн. «Вентиляция промышл. предприятий», Москва, 1929; 1"р а м б е р г А., Технич. измерения при испытании машин и контроле их в производстве, т. 1, вып. 1 и 2, М., 1926; Гронвальд Е., Центробежные вентиляторы, пер. с нем., Харьков, 1928; О wer Е., The Measurement of Air Flow, L., 1927. Л. Павлуш ков.