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 24 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.

Ноh — nxd + (l — x)d = nxd' + (l' — х)d'откудаx = 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..