Манометр – прибор, измеряющий абсолютное или относительное давление. Существует различные типы манометров, все они работают по разным принципам и на основе разных законов – жидкостные, пружинные и компрессионные.
Из формулы давления $p = rho gh$ следует соотношение на случай, когда в сосудах налиты жидкости разной плотности: ${{p_1} over {p_2}} = {{h_2} over {h_1}}$ – закон сообщающихся сосудов.
В жидкостном манометре на одну из трубок действует измеряемое давление, а на другую – гидростатическое давление. По высоте подъема столба жидкости во второй трубке судят об измеряемом давлении.
В лабораторной практике и на производстве используется несколько видов жидкостных манометров. Приведем некоторые из них:
- Двухтрубный U-образный манометр. Это две стеклянные трубки, соединенные друг с другом. На первую трубку, имеющую измерительную шкалу, действует атмосферное давление, на другую подается измеряемое давление. По уровню подъема или опускания жидкости производится расчет.
- Однотрубный манометр. Его отличие от предыдущего в том, что трубку, на которую подается давление, заменяют сосудом (чашкой).
- Микроманометр. Принцип тот же, что у однотрубного, но диапазон измеряемых давлений много меньше. Используется в основном в лабораториях.
- Дифференциальный жидкостный манометр – целый ряд приборов различных конструкций. Общее в них одно – они измеряют относительное давление.
Манометры других типов
На практике для измерения больших давлений используют не жидкостные, а пружинные манометры. В их основе – деформация твердого тела, в данном случае – пружины. Под действием давления пружина сжимается и через механизмы вращает стрелку прибора. Иногда вместо пружины используют согнутую в дугу металлическую трубу с запаянным концом. Когда в нее подается давление, она разгибается и посредством механизмов двигает стрелку манометра.
Существуют компрессионные манометры. Они работаю на законах термодинамики, в частности – на законе Бойля-Мариотта. Такие манометры могут измерять очень низкие давления.
Задачи
- Определить манометрическое давление в закрытом сосуде на уровне 0 см, если в трубке манометра жидкость плотностью $rho = 13,4 г/см^3$ поднялась на 2 см.
Решение:
$P_1$ – давление в сосуде.
$P_2$ – давление в трубке манометра.
$P_1 = P_2$
$P_2 = rho gh + P_a$, где $P_a$ – атмосферное давление.
$P_2 = {{13400}cdot{10}cdot{0,02}} + 101325 = 104005 Па$
- Насколько изменится уровень воды в трубке манометра, если на сосуд подано давление $P = 1,2P_a$
Решение:
$P_1 = 1,2P_a$ – давление в сосуде.
$P_2 = P_a + rho gh$ – давление в трубке манометра.
$P_1 = P_2$
$h = {{0,2P_a}over{{rho} cdot {g}}}$
$h = {{20265}over{{1000}cdot {10}}} = 2,0265 м$
Что мы узнали?
В ходе урока было разобрано устройство манометра жидкостного типа, рассмотрены различные его виды (отличия в конструкции), был описан компрессионный и пружинный манометры. В заключение урока разобраны две задачи.
