El principio de funcionamiento de los manómetros de líquidos se basa en. Manómetros de líquidos y manómetros diferenciales. Diseño, principio de funcionamiento, tipos y tipos de manómetros. Termómetros de líquidos de inmersión parcial

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento del manómetro se basa en equilibrar la presión medida mediante la fuerza de deformación elástica de un resorte tubular o una membrana de dos placas más sensible, un extremo del cual está sellado en un soporte y el otro está conectado a través de una varilla a un mecanismo de sector tribal que convierte el movimiento lineal del elemento sensor elástico en un movimiento circular de la flecha indicadora.

Variedades

El grupo de instrumentos que miden el exceso de presión incluye:

Manómetros: instrumentos con mediciones de 0,06 a 1000 MPa (miden el exceso de presión: la diferencia positiva entre la presión absoluta y barométrica)

Los vacuómetros son dispositivos que miden el vacío (presión inferior a la atmosférica) (hasta menos 100 kPa).

Los manómetros y vacuómetros son manómetros que miden tanto el exceso de presión (de 60 a 240.000 kPa) como el vacío (hasta menos 100 kPa).

Manómetros: manómetros para pequeñas sobrepresiones de hasta 40 kPa

Medidores de tracción: vacuómetros con un límite de hasta menos 40 kPa

Manómetros de presión de empuje y de vacío con límites extremos que no excedan ±20 kPa

Los datos se proporcionan de acuerdo con GOST 2405-88.

La mayoría de los manómetros nacionales e importados se fabrican de acuerdo con normas generalmente aceptadas, por lo que los manómetros de distintas marcas se reemplazan entre sí; Al elegir un manómetro, necesita saber: el límite de medición, el diámetro del cuerpo, la clase de precisión del dispositivo. La ubicación y la rosca del racor también son importantes. Estos datos son los mismos para todos los dispositivos fabricados en nuestro país y Europa.

También existen manómetros que miden la presión absoluta, es decir, exceso de presión + atmosférica.

Un dispositivo que mide la presión atmosférica se llama barómetro.

Tipos de manómetros

Dependiendo del diseño y sensibilidad del elemento, existen manómetros de líquido, de peso muerto y de deformación (con resorte tubular o membrana). Los manómetros se dividen en clases de precisión: 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4.0 (cuanto menor sea el número, más preciso será el dispositivo).

Tipos de manómetros

Según su finalidad, los manómetros se pueden dividir en técnico: técnico general, de contacto eléctrico, especial, autorregistrador, ferroviario, resistente a vibraciones (relleno de glicerina), de barco y de referencia (modelo).

Técnico general: diseñado para medir líquidos, gases y vapores que no sean agresivos para las aleaciones de cobre.

Contacto eléctrico: tienen la capacidad de ajustar el medio medido, debido a la presencia de un mecanismo de contacto eléctrico. Un dispositivo particularmente popular en este grupo puede llamarse EKM 1U, aunque hace tiempo que dejó de fabricarse.

Especial: oxígeno: es necesario desengrasarlo, ya que a veces incluso una ligera contaminación del mecanismo en contacto con oxígeno puro puede provocar una explosión. A menudo disponible en casos color azul con la designación en el dial O2 (oxígeno); acetileno: las aleaciones de cobre no están permitidas en la fabricación del mecanismo de medición, ya que al entrar en contacto con el acetileno existe el peligro de que se forme acetileno-cobre explosivo; amoniaco: debe ser resistente a la corrosión.

Referencia: al tener una clase de precisión superior (0,15; 0,25; 0,4), estos dispositivos se utilizan para comprobar otros manómetros. Estos dispositivos se instalan en la mayoría de los casos en manómetros de peso muerto o en cualquier otra instalación capaz de desarrollar presión requerida.

Los manómetros para barcos están diseñados para su uso en ríos y Armada.

Ferrocarril: destinado a su uso en el transporte ferroviario.

Autograbación: manómetros en una carcasa, con un mecanismo que permite reproducir el gráfico de funcionamiento del manómetro en papel cuadriculado.

Conductividad térmica

Los medidores de conductividad térmica se basan en la disminución de la conductividad térmica de un gas con la presión. Estos manómetros tienen un filamento incorporado que se calienta cuando pasa corriente a través de él. Se puede utilizar un termopar o un sensor de temperatura resistivo (DOTS) para medir la temperatura del filamento. Esta temperatura depende de la velocidad a la que el filamento transfiere calor al gas circundante y, por tanto, de la conductividad térmica. A menudo se utiliza un medidor Pirani, que utiliza un único filamento de platino como elemento calefactor y DOTS. Estos manómetros dan lecturas precisas entre 10 y 10-3 mmHg. Art., pero son bastante sensibles a composición química gases medidos.

[editar]Dos filamentos

Una bobina de alambre se utiliza como calentador, mientras que la otra se utiliza para medir la temperatura por convección.

Manómetro Pirani (una rosca)

El manómetro Pirani consta de un alambre metálico expuesto a la presión que se mide. El alambre se calienta por la corriente que lo atraviesa y se enfría por el gas circundante. A medida que disminuye la presión del gas, el efecto de enfriamiento también disminuye y aumenta la temperatura de equilibrio del alambre. La resistencia de un cable es función de la temperatura: midiendo el voltaje a través del cable y la corriente que fluye a través de él, se puede determinar la resistencia (y por lo tanto la presión del gas). Este tipo de manómetro fue diseñado por primera vez por Marcello Pirani.

Los medidores de termopar y termistor funcionan de manera similar. La diferencia es que se utilizan un termopar y un termistor para medir la temperatura del filamento.

Rango de medición: 10−3 - 10 mmHg. Arte. (aproximadamente 10−1 - 1000 Pa)

Manómetro de ionización

Los manómetros de ionización son los instrumentos de medición más sensibles para presiones muy bajas. Miden la presión indirectamente midiendo los iones producidos cuando el gas es bombardeado con electrones. Cuanto menor sea la densidad del gas, menos iones se formarán. La calibración de un manómetro de iones es inestable y depende de la naturaleza de los gases medidos, que no siempre se conoce. Se pueden calibrar en comparación con las lecturas del manómetro McLeod, que son mucho más estables e independientes de la química.

Los electrones termoiónicos chocan con los átomos del gas y generan iones. Los iones son atraídos por el electrodo a un voltaje adecuado, conocido como colector. La corriente del colector es proporcional a la tasa de ionización, que es función de la presión del sistema. Por tanto, medir la corriente del colector permite determinar la presión del gas. Existen varios subtipos de manómetros de ionización.

Rango de medición: 10−10 - 10−3 mmHg. Arte. (aproximadamente 10−8 - 10−1 Pa)

La mayoría de los medidores de iones son de dos tipos: de cátodo caliente y de cátodo frío. El tercer tipo, un manómetro con rotor giratorio, es más sensible y caro que los dos primeros y no se analiza aquí. En el caso de un cátodo caliente, un filamento calentado eléctricamente crea un haz de electrones. Los electrones pasan a través del manómetro e ionizan las moléculas de gas que los rodean. Los iones resultantes se acumulan en el electrodo cargado negativamente. La corriente depende del número de iones, que a su vez depende de la presión del gas. Los manómetros de cátodo caliente miden con precisión la presión en el rango de 10 a 3 mmHg. Arte. hasta 10-10 mm Hg. Arte. El principio de un manómetro de cátodo frío es el mismo, excepto que los electrones se producen en una descarga creada por una descarga eléctrica de alto voltaje. Los manómetros de cátodo frío miden con precisión la presión en el rango de 10 a 2 mmHg. Arte. hasta 10-9 mm Hg. Arte. La calibración de manómetros de ionización es muy sensible a la geometría estructural, la composición química de los gases medidos, la corrosión y los depósitos superficiales. Su calibración puede quedar inutilizable cuando se enciende a presión atmosférica y muy baja. La composición del vacío a bajas presiones suele ser impredecible, por lo que se debe utilizar un espectrómetro de masas junto con un manómetro de ionización para realizar mediciones precisas.

cátodo caliente

Un manómetro de ionización de cátodo caliente Bayard-Alpert normalmente consta de tres electrodos que funcionan en modo triodo, donde el cátodo es un filamento. Los tres electrodos son el colector, el filamento y la rejilla. La corriente del colector se mide en picoamperios con un electrómetro. La diferencia de potencial entre el filamento y la tierra suele ser de 30 voltios, mientras que el voltaje de la red bajo voltaje constante es de 180 a 210 voltios, a menos que haya un bombardeo electrónico opcional mediante el calentamiento de la red, que puede tener un alto potencial de aproximadamente 565 voltios. El medidor de iones más común es un cátodo caliente de Bayard-Alpert con un pequeño colector de iones dentro de la rejilla. Una carcasa de vidrio con un orificio para el vacío puede rodear los electrodos, pero normalmente no se utiliza y el manómetro está integrado directamente en el dispositivo de vacío y los contactos se pasan a través de una placa de cerámica en la pared del dispositivo de vacío. Los medidores de ionización de cátodo caliente pueden dañarse o perder la calibración si se encienden a presión atmosférica o incluso a bajo vacío. Las medidas de los manómetros de ionización de cátodo caliente son siempre logarítmicas.

Los electrones emitidos por el filamento se mueven varias veces hacia adelante y hacia atrás alrededor de la rejilla hasta que chocan con ella. Durante estos movimientos, algunos electrones chocan con moléculas de gas y forman pares electrón-ion (ionización de electrones). El número de estos iones es proporcional a la densidad de las moléculas de gas multiplicada por la corriente termoiónica, y estos iones vuelan hacia el colector, formando una corriente iónica. Dado que la densidad de las moléculas de gas es proporcional a la presión, la presión se estima midiendo la corriente iónica.

Sensibilidad a baja presión Los manómetros de cátodo caliente están limitados por el efecto fotoeléctrico. Los electrones que chocan contra la rejilla producen rayos X, que producen ruido fotoeléctrico en el colector de iones. Esto limita el rango de los medidores de cátodo caliente más antiguos a 10-8 mmHg. Arte. y Bayard-Alpert a aproximadamente 10 a 10 mm Hg. Arte. Los cables adicionales en el potencial catódico en la línea de visión entre el colector de iones y la rejilla evitan este efecto. En el tipo de extracción, los iones no son atraídos por un cable, sino por un cono abierto. Como los iones no pueden decidir en qué parte del cono golpear, pasan a través del agujero y forman un haz de iones. Este haz de iones se puede transmitir a una copa de Faraday.

En los manómetros de líquido, la presión medida o la diferencia de presión se equilibra con la presión hidrostática de la columna de líquido. Los dispositivos utilizan el principio de vasos comunicantes, en el que los niveles del fluido de trabajo coinciden cuando las presiones sobre ellos son iguales, y cuando las presiones sobre ellos son desiguales, ocupan una posición donde se equilibra el exceso de presión en uno de los vasos. por la presión hidrostática de la columna de exceso de líquido en la otra. La mayoría de los manómetros de líquido tienen un nivel visible del fluido de trabajo, cuya posición determina el valor de la presión medida. Estos dispositivos se utilizan en la práctica de laboratorio y en algunas industrias.

hay un grupo manómetros de presión diferencial de líquidos, en el que no se observa directamente el nivel del fluido de trabajo. Cambiar este último hace que el flotador se mueva o que cambien las características de otro dispositivo, proporcionando una indicación directa del valor medido utilizando un dispositivo de lectura o una conversión y transmisión de su valor a distancia.

Manómetros de líquido de doble tubo. Para medir la presión y la diferencia de presión se utilizan manómetros de dos tubos y manómetros diferenciales con un nivel visible, a menudo llamado en forma de U. Diagrama esquemático Un manómetro de este tipo se muestra en la Fig. 1, a. Dos tubos de vidrio comunicantes verticales 1, 2 están fijados sobre un soporte metálico o base de madera 3, a la que está fijada una placa de escala 4. Los tubos se llenan con fluido de trabajo hasta la marca cero. La presión medida se suministra al tubo 1, el tubo 2 se comunica con la atmósfera. Al medir la diferencia de presión, las presiones medidas se suministran a ambos tubos.

Arroz. 1. Esquemas de un manómetro de dos tubos (c) y un tubo (b):

1, 2 - tubos de vidrio comunicantes verticales; 3 - base; 4 - placa de escala

Como fluidos de trabajo se utilizan agua, mercurio, alcohol y aceite de transformador. Así, en los manómetros de líquidos, las funciones de un elemento sensible que percibe cambios en el valor medido las realiza el fluido de trabajo, el valor de salida es la diferencia de nivel, el valor de entrada es la presión o la diferencia de presión. La pendiente de la característica estática depende de la densidad del fluido de trabajo.

Para eliminar la influencia de las fuerzas capilares, en los manómetros se utilizan tubos de vidrio con un diámetro interior de 8... 10 mm. Si el fluido de trabajo es alcohol, entonces se puede reducir el diámetro interno de los tubos.

Los manómetros de doble tubo llenos de agua se utilizan para medir la presión, el vacío, la diferencia de presión del aire y gases no agresivos en el rango de hasta ±10 kPa. Llenar el manómetro con mercurio amplía los límites de medición a 0,1 MPa, mientras que el medio medido puede ser agua, líquidos no agresivos y gases.

Cuando se utilizan manómetros de líquidos para medir la diferencia de presión de medios bajo una presión estática de hasta 5 MPa, el diseño de los dispositivos incluye: elementos adicionales, diseñado para proteger el dispositivo de la presión estática unilateral y verificar la posición inicial del nivel del fluido de trabajo.

Las fuentes de errores en los manómetros de dos tubos son las desviaciones de los valores calculados de la aceleración de la gravedad local, las densidades del fluido de trabajo y el medio sobre él, y los errores al leer las alturas h1 y h2.

Las densidades del fluido y del medio de trabajo se dan en tablas de propiedades termofísicas de sustancias en función de la temperatura y la presión. El error al leer la diferencia en las alturas de los niveles del fluido de trabajo depende de la división de la escala. Sin dispositivos ópticos adicionales, con un valor de división de 1 mm, el error al leer la diferencia de nivel es de ±2 mm, teniendo en cuenta el error al aplicar la escala. Cuando se utilizan dispositivos adicionales para aumentar la precisión de la lectura h1, h2, es necesario tener en cuenta la discrepancia en los coeficientes de expansión de temperatura de la escala, el vidrio y la sustancia de trabajo.

Manómetros monotubo. Para aumentar la precisión de la lectura de la diferencia de alturas de nivel, se utilizan manómetros de un solo tubo (taza) (ver Fig. 1, b). En un manómetro de un solo tubo, un tubo se reemplaza por un recipiente ancho al que se suministra la mayor de las presiones medidas. El tubo unido a la placa de escala mide y se comunica con la atmósfera, al medir la diferencia de presión, se le suministra la presión más baja; El fluido de trabajo se vierte en el manómetro hasta la marca cero.

Bajo la influencia de la presión, parte del fluido de trabajo de un recipiente ancho fluye hacia el tubo de medición. Dado que el volumen de líquido desplazado de un recipiente ancho es igual al volumen de líquido que ingresa al tubo de medición,

Medir la altura de una sola columna de fluido de trabajo en manómetros de un solo tubo conduce a una reducción en el error de lectura, que, teniendo en cuenta el error de calibración de la escala, no excede ± 1 mm con un valor de división de 1 mm. Otros componentes del error, causados ​​por desviaciones del valor calculado de la aceleración de la gravedad, la densidad del fluido de trabajo y el medio sobre él, y la expansión térmica de los elementos del dispositivo, son comunes a todos los manómetros de líquidos.

Para manómetros de doble y simple tubo, el error principal es el error al leer la diferencia de nivel. Para el mismo error absoluto, el error de medición de presión reducida disminuye al aumentar el límite superior de medición de los manómetros. El rango de medición mínimo de los manómetros llenos de agua de un solo tubo es de 1,6 kPa (160 mmH2O) y el error de medición reducido no supera el ±1%. El diseño de los manómetros depende de la presión estática para la que están diseñados.

Micromanómetros. Para medir la presión y la diferencia de presión hasta 3 kPa (300 kgf/m2), se utilizan micromanómetros, que son un tipo de manómetros de un solo tubo y están equipados con dispositivos especiales para reducir el valor de división de escala o para aumentar la precisión de Lectura de la altura del nivel mediante el uso de dispositivos ópticos u otros. Los micromanómetros de laboratorio más habituales son los micromanómetros del tipo MMN con tubo de medición inclinado (Fig. 2). Las lecturas del micromanómetro están determinadas por la longitud de la columna de fluido de trabajo n en el tubo de medición 1, que tiene un ángulo de inclinación a.

Arroz. 2. :

1 - tubo medidor; 2 - embarcación; 3 - soporte; 4 - sector

En la Fig. 2 el soporte 3 con el tubo de medición 1 está montado en el sector 4 en una de cinco posiciones fijas, que corresponden a k = 0,2; 0,3; 0,4; 0,6; 0,8 y cinco rangos de medición del dispositivo desde 0,6 kPa (60 kgf/m2) hasta 2,4 kPa (240 kgf/m2). El error de medición dado no supera el 0,5%. El precio mínimo de división en k = 0,2 es 2 Pa (0,2 kgf/m2), una disminución adicional en el precio de división asociada con una disminución en el ángulo de inclinación del tubo de medición está limitada por una disminución en la precisión de la lectura de la posición. del nivel del fluido de trabajo debido al estiramiento del menisco.

Los instrumentos más precisos son los micromanómetros de tipo MM, llamados de compensación. El error en la lectura de la altura del nivel en estos dispositivos no supera los ±0,05 mm como resultado del uso de un sistema óptico para establecer el nivel inicial y un tornillo micrométrico para medir la altura de la columna de fluido de trabajo que equilibra la presión medida. o diferencia de presión.

Barómetros Se utiliza para medir la presión atmosférica. Los más comunes son los barómetros de copa llenos de mercurio, graduados en mmHg. Arte. (Fig. 3).

Arroz. 3.: 1 - nonio; 2 - termómetro

El error en la lectura de la altura de la columna no supera los 0,1 mm, lo que se consigue utilizando el nonio 1, combinado con la parte superior del menisco de mercurio. Para una medición más precisa de la presión atmosférica, es necesario introducir correcciones para la desviación de la aceleración gravitacional de la normal y el valor de la temperatura del barómetro medida por el termómetro 2. Cuando el diámetro del tubo es inferior a 8... 10 mm, Se tiene en cuenta la depresión capilar provocada por la tensión superficial del mercurio.

Medidores de compresión(Manómetros McLeod), cuyo diagrama se muestra en la Fig. 4, contienen un depósito 1 con mercurio y un tubo 2 sumergido en él, este último comunica con el cilindro de medición 3 y el tubo 5. El cilindro 3 termina con un capilar de medición ciego 4, al tubo 5 está conectado un capilar de referencia 6. Ambos capilares tienen el mismo diámetro, por lo que en los resultados de la medición no se vio afectada la influencia de las fuerzas capilares. La presión se suministra al tanque 1 a través de una válvula de tres vías 7, que durante el proceso de medición puede estar en las posiciones indicadas en el diagrama.

Arroz. 4. :

1 - depósito; 2, 5 - tubos; 3 - cilindro medidor; 4 - capilar de medición ciego; 6 - capilar de referencia; 7 - válvula de tres vías; 8 - boca del globo

El principio de funcionamiento del manómetro se basa en el uso de la ley de Boyle-Marriott, según la cual, para una masa fija de gas, el producto del volumen y la presión a temperatura constante representa un valor constante. Al medir la presión, se realizan las siguientes operaciones. Cuando se instala el grifo 7 en la posición a, la presión medida se suministra al tanque 1, tubo 5, capilar 6 y el mercurio se drena al tanque. Luego se mueve suavemente el grifo 7 a la posición c. Dado que la presión atmosférica excede significativamente la p medida, el mercurio se desplaza hacia el tubo 2. Cuando el mercurio llega a la boca del cilindro 8, marcada en el diagrama por el punto O, el volumen de gas V ubicado en el cilindro 3 y el capilar de medición 4 se separa del medio medido. Un aumento adicional en el nivel de mercurio comprime el volumen de corte. Cuando el mercurio en el capilar de medición alcanza una altura hy la entrada de aire al tanque 1 se detiene y la válvula 7 se coloca en la posición b. La posición de la válvula 7 y del mercurio que se muestra en el diagrama corresponde al momento en que se tomaron las lecturas del manómetro.

límite inferior Las mediciones de los manómetros de compresión son 10 -3 Pa (10 -5 mm Hg), el error no supera el ±1%. Los dispositivos tienen cinco rangos de medición y cubren presiones de hasta 10 3 Pa. Cuanto menor es la presión medida, mayor es el cilindro 1, cuyo volumen máximo es de 1000 cm3 y el mínimo es de 20 cm3, el diámetro de los capilares es de 0,5 y 2,5 mm, respectivamente. El límite inferior de medición de un manómetro está limitado principalmente por el error en la determinación del volumen de gas después de la compresión, que depende de la precisión de fabricación de los tubos capilares.

Un juego de manómetros de compresión junto con un manómetro capacitivo de membrana forma parte de la norma especial estatal para la unidad de presión en la región de 1010 -3 ... 1010 3 Pa.

Las ventajas de los manómetros de líquidos y manómetros diferenciales considerados son su simplicidad y confiabilidad con una alta precisión de medición. Cuando se trabaja con dispositivos líquidos, es necesario excluir la posibilidad de sobrecargas y cambios bruscos de presión, ya que en este caso el fluido de trabajo puede salpicar la línea o la atmósfera.

Los manómetros de líquido (tubería) funcionan según el principio de vasos comunicantes: equilibran la presión fija con el peso del líquido de llenado: la columna de líquido se desplaza a una altura proporcional a la carga aplicada.

Las mediciones basadas en el método hidrostático son atractivas debido a su combinación de simplicidad, confiabilidad, rentabilidad y alta precisión. Un manómetro con líquido en su interior es óptimo para medir caídas de presión dentro de 7 kPa (en versiones especiales, hasta 500 kPa).

Tipos y tipos de dispositivos.

Para mediciones de laboratorio o aplicaciones industriales se utilizan varias opciones Manómetros con estructura de tubería. Los siguientes tipos de dispositivos son los más demandados:

• En forma de U. La base del diseño son los vasos comunicantes en los que la presión está determinada por uno o varios niveles de líquido a la vez. Una parte del tubo está conectada al sistema de tuberías para realizar la medición. Al mismo tiempo, el otro extremo puede estar sellado herméticamente o tener libre comunicación con la atmósfera.
• Ahuecado. Un manómetro de líquido de un solo tubo es en muchos aspectos similar al diseño de los instrumentos clásicos en forma de U, pero en lugar de un segundo tubo, utiliza un depósito ancho, cuyo área es entre 500 y 700 veces mayor que el área de la sección transversal del tubo principal.
• Anillo. En dispositivos de este tipo, la columna de líquido está encerrada en un canal anular. Cuando cambia la presión, el centro de gravedad se mueve, lo que a su vez provoca el movimiento de la flecha indicadora. De este modo, el dispositivo medidor de presión registra el ángulo de inclinación del eje del canal anular. Estos manómetros obtienen resultados de alta precisión que no dependen de la densidad del líquido y del medio gaseoso que contiene. Al mismo tiempo, el ámbito de aplicación de dichos productos está limitado por su elevado coste y complejidad de mantenimiento.
• Pistón líquido. La presión medida desplaza la varilla extraña y equilibra su posición con pesas calibradas. Al seleccionar los parámetros óptimos para la masa de la varilla con pesas, es posible asegurar su expulsión en una cantidad proporcional a la presión medida y, por tanto, conveniente para el control.

¿En qué consiste un manómetro de líquido?

El dispositivo de un manómetro de líquido se puede ver en la foto:

Aplicación del manómetro de líquido

La simplicidad y confiabilidad de las mediciones basadas en el método hidrostático explican el uso generalizado de dispositivos llenos de líquido. Estos manómetros son indispensables a la hora de realizar investigaciones de laboratorio o resolver diversos problemas técnicos. En particular, los instrumentos se utilizan para los siguientes tipos de mediciones:

• Ligera sobrepresión.
• Diferencia de presión.
• Presión atmosférica.
• Bajo presión.

Un área de aplicación importante para los manómetros de tuberías con relleno de líquido es la verificación del control. instrumentos de medición: manómetros de tiro, manómetros, vacuómetros, barómetros, manómetros de presión diferencial y algunos tipos de manómetros.

Manómetro de líquido: principio de funcionamiento.

El diseño de dispositivo más común es un tubo en forma de U. El principio de funcionamiento del manómetro se muestra en la figura:

Esquema de un manómetro de líquido en forma de U

Un extremo del tubo está conectado con la atmósfera: está expuesto a la presión atmosférica Patm. El otro extremo del tubo se conecta a la tubería de destino mediante dispositivos de suministro; está expuesto a la presión del medio medido Rab. Si el indicador Rabs es más alto que Patm, entonces el líquido se desplaza hacia un tubo que se comunica con la atmósfera.

Instrucciones de cálculo

La diferencia de altura entre los niveles de líquido se calcula mediante la fórmula:

h = (Rabs – Ratm)/((rl – ratm)g)
Dónde:
Abs – presión absoluta medida.
Ratm – presión atmosférica.
rzh – densidad del fluido de trabajo.
ratm – densidad de la atmósfera circundante.
g – aceleración gravitacional (9,8 m/s2)
El indicador de altura del fluido de trabajo H consta de dos componentes:
1. h1 – disminución en la columna en comparación con el valor original.
2. h2 – aumento de la columna en otra parte del tubo en comparación con el nivel inicial.
El indicador ratm a menudo no se tiene en cuenta en los cálculos, ya que rl >> ratm. Por tanto, la dependencia se puede representar como:
h = Rizb/(rzh g)
Dónde:
Rizb es el exceso de presión del medio medido.
Según la fórmula anterior, Rizb = hrж g.

Si es necesario medir la presión de los gases descargados, se utilizan instrumentos de medición en los que uno de los extremos está sellado herméticamente y la presión de vacío se conecta al otro mediante dispositivos de suministro. El diseño se muestra en el diagrama:

Diagrama de un vacuómetro de líquido de presión absoluta.

Para tales dispositivos se utiliza la fórmula:
h = (Ratm – Rabs)/(rzh g).

La presión en el extremo sellado del tubo es cero. Si hay aire en él, los cálculos de la presión vacuométrica se realizan de la siguiente manera:
Ratm – Rabs = Rizb – hrzh g.

Si se evacua el aire en el extremo sellado y la contrapresión Ratm = 0, entonces:
Rab = hrzh g.

Los diseños en los que el aire en el extremo sellado se evacua y se evacua antes del llenado son adecuados para su uso como barómetros. Arreglar la diferencia en la altura de la columna en la parte sellada le permite cálculos precisos presión barométrica.

Ventajas y desventajas

Los manómetros de líquidos tienen fortalezas y debilidades. Al utilizarlos, es posible optimizar los costos de capital y operativos para las actividades de control y medición. Al mismo tiempo, conviene recordar los posibles riesgos y vulnerabilidades de este tipo de estructuras.

Entre ventajas clave Para instrumentos de medición llenos de líquido, se debe tener en cuenta lo siguiente:

• Alta precisión de medición. Los dispositivos con un bajo nivel de error se pueden utilizar como referencia para comprobar diversos equipos de control y medición.
• Facilidad de uso. Las instrucciones de uso del dispositivo son extremadamente sencillas y no contienen acciones complejas o específicas.
• Bajo costo. El precio de los manómetros de líquidos es significativamente menor en comparación con otros tipos de equipos.
• Instalación rápida. La conexión a las tuberías de destino se realiza mediante dispositivos de suministro. La instalación/desmontaje no requiere equipo especial.

Cuando se utilizan manómetros llenos de líquido, se deben tener en cuenta algunas debilidades de dichos diseños:

• Un aumento repentino de presión puede provocar la liberación de fluido de trabajo.
• No se ofrece la posibilidad de registrar y transmitir automáticamente los resultados de las mediciones.
• La estructura interna de los manómetros de líquidos determina su mayor fragilidad.
• Los dispositivos se caracterizan por un rango de medición bastante estrecho.
• La exactitud de las mediciones puede verse afectada por una mala limpieza de las superficies internas de los tubos.

Capítulo 2. MANÓMETROS DE LÍQUIDOS

Las cuestiones del suministro de agua para la humanidad siempre han sido muy importantes y adquirieron especial relevancia con el desarrollo de las ciudades y el surgimiento de varios tipos producción Al mismo tiempo, se volvió cada vez más urgente el problema de medir la presión del agua, es decir, la presión necesaria no solo para garantizar el suministro de agua a través del sistema de suministro de agua, sino también para operar varios mecanismos. El honor del descubridor pertenece al mayor artista y científico italiano Leonardo da Vinci (1452-1519), quien fue el primero en utilizar un tubo piezométrico para medir la presión del agua en las tuberías. Desafortunadamente, su obra "Sobre el movimiento y la medición del agua" no se publicó hasta el siglo XIX. Por tanto, se acepta generalmente que el primer manómetro de líquido fue creado en 1643 por los científicos italianos Torricelli y Viviai, alumnos de Galileo Galilei, quienes, mientras estudiaban las propiedades del mercurio colocado en un tubo, descubrieron la existencia de presión atmosférica. Así nació el barómetro de mercurio. Durante los siguientes 10 a 15 años, se crearon varios tipos de barómetros líquidos, incluidos los de llenado de agua, en Francia (B. Pascal y R. Descartes) y Alemania (O. Guericke). En 1652, O. Guericke demostró el peso de la atmósfera con un espectacular experimento con hemisferios evacuados, que no podían separar dos tiros de caballos (los famosos “hemisferios de Magdeburgo”).

Un mayor desarrollo de la ciencia y la tecnología ha llevado a la aparición de una gran cantidad de manómetros de líquidos de varios tipos, que se utilizan hasta el día de hoy en muchas industrias: meteorología, aviación y tecnología de vacío eléctrico, geodesia y exploración geológica, física y metrología. etc. Sin embargo, debido a una serie de características específicas del funcionamiento principal de los manómetros de líquidos, su peso específico en comparación con los manómetros de otros tipos es relativamente pequeño y probablemente seguirá disminuyendo en el futuro. Sin embargo, siguen siendo indispensables para mediciones de alta precisión en el rango de presión cercano a la presión atmosférica. Los manómetros de líquidos no han perdido su importancia en otras áreas (micromanometría, barometría, meteorología e investigación física y técnica).

2.1. Principales tipos de manómetros de líquidos y principios de su funcionamiento.

El principio de funcionamiento de los manómetros de líquidos se puede ilustrar con el ejemplo de un manómetro de líquidos en forma de U (Fig. 4, un ), que consta de dos tubos verticales interconectados 1 y 2,

Lleno hasta la mitad de líquido. De acuerdo con las leyes de la hidrostática, con presiones iguales. R yo y página 2 las superficies libres del líquido (meniscos) en ambos tubos se ajustarán a nivel I-I. Si una de las presiones excede a la otra (R\ > pág. 2), entonces la diferencia de presión hará que el nivel del líquido en el tubo baje 1 y, en consecuencia, subir en el tubo. 2, hasta alcanzar un estado de equilibrio. Al mismo tiempo, a nivel

La ecuación de equilibrio II-P toma la forma

Ap=pi -р 2 =Н Р " g, (2.1)

es decir, la diferencia de presión está determinada por la presión de una columna de líquido con una altura norte con densidad p.

La ecuación (1.6) desde el punto de vista de la medición de la presión es fundamental, ya que la presión está determinada en última instancia por las cantidades físicas básicas: masa, longitud y tiempo. Esta ecuación es válida para todo tipo de manómetros de líquidos sin excepción. Esto implica la definición de que un manómetro de líquido es un manómetro en el que la presión medida se equilibra con la presión de la columna de líquido formada bajo la influencia de esta presión. Es importante recalcar que la medida de presión en manómetros de líquidos es

la altura de la mesa de líquido, fue esta circunstancia la que llevó a la aparición de unidades de medida de presión de mm de agua. Arte., mm Hg. Arte. y otros que se derivan naturalmente del principio de funcionamiento de los manómetros de líquidos.

Manómetro de líquido de copa (Fig. 4, b) consta de tazas conectadas entre sí 1 y tubo vertical 2, Además, el área de la sección transversal de la copa es significativamente mayor que la del tubo. Por lo tanto, bajo la influencia de la diferencia de presión. Arkansas El cambio en el nivel de líquido en la taza es mucho menor que el aumento en el nivel de líquido en el tubo: N\ = N g f/F, Dónde norte ! - cambio en el nivel de líquido en la taza; H2 - cambio del nivel del líquido en el tubo; / - área de la sección transversal del tubo; F - área de la sección transversal de la copa.

De ahí la altura de la columna de líquido que equilibra la presión medida. norte - norte x + H2 = # 2 (1 + f/F), y la diferencia de presión medida

Pi-Pr = H2 p?-(1 + f/F ). (2.2)

Por tanto, con un coeficiente conocido k= 1 + f/f la diferencia de presión se puede determinar mediante el cambio en el nivel del líquido en un tubo, lo que simplifica el proceso de medición.

Manómetro de doble copa (Fig. 4, V) consta de dos tazas conectadas a través de una manguera flexible 1 y 2, uno de los cuales está rígidamente fijado y el segundo puede moverse en dirección vertical. A presiones iguales R\ Y página 2 tazas, y por tanto las superficies libres del líquido están al mismo nivel I-I. Si R\ > R 2 luego taza 2 aumenta hasta que se alcanza el equilibrio de acuerdo con la ecuación (2.1).

La unidad del principio de funcionamiento de los manómetros de líquidos de todo tipo determina su versatilidad en términos de la capacidad de medir presión de cualquier tipo: absoluta, manométrica y diferencial.

La presión absoluta se medirá si página 2 = 0, es decir, cuando el espacio por encima del nivel del líquido en el tubo 2 bombeado. Entonces la columna de líquido en el manómetro equilibrará la presión absoluta en el tubo.

i,T.e.p a6c =tf ð gramo.

Al medir el exceso de presión, uno de los tubos se comunica con la presión atmosférica, por ejemplo, p 2 = p tsh. Si la presión absoluta en el tubo 1 más que la presión atmosférica (R i >р аТ m)> entonces, de acuerdo con (1.6), la columna de líquido en el tubo 2 equilibrará el exceso de presión en el tubo 1 } es decir p y = norte R gramo: Si por el contrario, px < р атм, то столб жидкости в трубке 1 será una medida de exceso de presión negativa p y = -NORTE R gramo.

Al medir la diferencia entre dos presiones, cada una de las cuales no es igual a la presión atmosférica, la ecuación de medición tiene la forma Ar=p\ - p 2 - = N -R "g. Al igual que en el caso anterior, la diferencia puede tomar valores tanto positivos como negativos.

Una característica metrológica importante de los instrumentos de medición de presión es la sensibilidad del sistema de medición, que determina en gran medida la precisión y la inercia de la medición. Para los instrumentos manómetros, se entiende por sensibilidad la relación entre el cambio en las lecturas del instrumento y el cambio de presión que lo provocó (u = AN/Ar) . En el caso general, cuando la sensibilidad no es constante en el rango de medición

norte = Lim en Ar-*¦ 0, (2.3)

Dónde UN - cambio en las lecturas del manómetro de líquido; Arkansas - cambio de presión correspondiente.

Teniendo en cuenta las ecuaciones de medición, obtenemos: la sensibilidad de un manómetro en forma de U o de dos tazas (ver Fig.4, a y 4, c)

norte =(2A’a~>

sensibilidad del manómetro de la taza (ver Fig. 4, b)

r-gy \llF) ¦ (2 " 4 ’ 6)

Como regla general, para manómetros de copa. F "/, por lo que la disminución de su sensibilidad en comparación con los manómetros en forma de U es insignificante.

De las ecuaciones (2.4, A ) y (2.4, b) se deduce que la sensibilidad está enteramente determinada por la densidad del líquido R, llenando el sistema de medición del dispositivo. Pero, por otro lado, el valor de la densidad del líquido según (1.6) determina el rango de medición del manómetro: cuanto más alto es, más limite superior mediciones. Por tanto, el valor relativo del error de lectura no depende del valor de densidad. Por ello, para aumentar la sensibilidad y, por tanto, la precisión, se han desarrollado un gran número de dispositivos de lectura, basados ​​en diversos principios de funcionamiento, que van desde fijar visualmente la posición del nivel del líquido con respecto a la escala del manómetro (error de lectura de aproximadamente 1 mm ) y terminando con el uso de métodos de interferencia precisos (error de lectura 0,1-0,2 micrones). Algunos de estos métodos se pueden encontrar a continuación.

Los rangos de medición de los manómetros de líquido según (1.6) están determinados por la altura de la columna de líquido, es decir, las dimensiones del manómetro y la densidad del líquido. El líquido más pesado en la actualidad es el mercurio, cuya densidad es p = 1,35951 10 4 kg/m 3. Una columna de mercurio de 1 m de altura desarrolla una presión de aproximadamente 136 kPa, es decir, una presión no mucho mayor que la presión atmosférica. Por tanto, al medir presiones del orden de 1 MPa, las dimensiones del manómetro en altura son comparables a la altura de un edificio de tres pisos, lo que representa importantes inconvenientes operativos, sin mencionar el excesivo volumen de la estructura. Sin embargo, se ha intentado crear manómetros con niveles de mercurio ultra altos. El récord mundial se estableció en París, donde se montó sobre la base de las estructuras de la famosa Torre Eiffel un manómetro con una altura de columna de mercurio de unos 250 m, lo que corresponde a 34 MPa. Actualmente este manómetro se encuentra desmantelado por su inutilidad. Sin embargo, sigue en funcionamiento el manómetro de mercurio del Instituto Fisicotécnico de la República Federal de Alemania, único por sus características metrológicas. Este manómetro, instalado en una torre iO-story, tiene un límite de medición superior de 10 MPa con un error inferior al 0,005%. La gran mayoría de los manómetros de mercurio tienen límites superiores del orden de 120 kPa y sólo ocasionalmente hasta 350 kPa. Al medir presiones relativamente pequeñas (hasta 10-20 kPa), el sistema de medición de los manómetros de líquidos se llena con agua, alcohol y otros líquidos ligeros. En este caso, los rangos de medición suelen ser de hasta 1-2,5 kPa (micromanómetros). Para presiones aún más bajas, se han desarrollado métodos para aumentar la sensibilidad sin el uso de dispositivos sensores complejos.

Micromanómetro (Fig. 5), consta de una copa I, que está conectado al tubo 2, instalado en ángulo A al nivel horizontal

Yo-yo. Si con presiones iguales Pi Y página 2 las superficies del líquido en la copa y el tubo estaban en el nivel I-I, luego el aumento de presión en la copa (R 1 > Pr) hará que el nivel del líquido en el vaso baje y suba en el tubo. En este caso, la altura de la columna de líquido. H2 y su longitud a lo largo del eje del tubo L 2 estará relacionado por la relación H2 =L2 pecado a.

Teniendo en cuenta la ecuación de continuidad del fluido. H, F = segundo 2 /, no es difícil obtener la ecuación de medición del micromanómetro

p t -р 2 =Н p "g \u003d l 2 Rh (sina + -), (2.5)

Dónde segundo 2 - mover el nivel del líquido en el tubo a lo largo de su eje; A - ángulo de inclinación del tubo con respecto a la horizontal; otras designaciones son las mismas.

De la ecuación (2.5) se deduce que para el pecado A « 1 y f/f “1 movimiento del nivel del líquido en el tubo será muchas veces mayor que la altura de la columna de líquido necesaria para equilibrar la presión medida.

Sensibilidad de un micromanómetro con tubo inclinado según (2.5)

Como se puede ver en (2.6), la sensibilidad máxima del micromanómetro con una disposición de tubo horizontal (a = O)

es decir, en relación con las áreas de la copa y el tubo, es mayor que en Manómetro en forma de U.

La segunda forma de aumentar la sensibilidad es equilibrar la presión con una columna de dos líquidos inmiscibles. Un manómetro de dos tazas (Fig. 6) se llena con líquidos de modo que su límite

Arroz. 6. Micromanómetro de dos tazas con dos líquidos (p, > p 2)

La sección estaba ubicada dentro de la sección vertical del tubo adyacente a la copa 2. Cuando pi = p 2 presión en el nivel I-I

Hola Pi -NORTE 2 R 2 (Pi>P2)

Luego, a medida que aumenta la presión en la taza 1 la ecuación de equilibrio tendrá la forma

Ap=pt-p 2 =D#[(P1 -p 2) +f/F(Pi +Rg)] gramo, (2.7)

donde px es la densidad del líquido en la taza 7; p 2 - densidad del líquido en la taza 2.

Densidad aparente de una columna de dos líquidos.

Pk = (Pi-P2) + f/f (Pi+Pr) (2.8)

Si las densidades Pi y p 2 tienen valores cercanos entre sí, a f/F". 1, entonces la densidad aparente o efectiva se puede reducir al valor p min = f/f (R i + p 2) = 2p x f/F.

ьр rk* %

donde p k es la densidad aparente de acuerdo con (2.8).

Al igual que antes, aumentar la sensibilidad mediante estos métodos reduce automáticamente los rangos de medición de un manómetro de líquido, lo que limita su uso al área del micromanómetro™. Teniendo en cuenta también la gran sensibilidad de los métodos considerados a la influencia de la temperatura durante mediciones precisas, por regla general se utilizan métodos basados ​​en mediciones precisas de la altura de la columna de líquido, aunque esto complica el diseño de los manómetros de líquido.

2.2. Correcciones de lecturas y errores de manómetros de líquidos.

Dependiendo de su precisión, es necesario introducir modificaciones en las ecuaciones de medición de los manómetros de líquidos, teniendo en cuenta las desviaciones de las condiciones de funcionamiento de las condiciones de calibración, el tipo de presión que se mide y las características del diagrama de circuito de manómetros específicos.

Las condiciones de funcionamiento están determinadas por la temperatura y la aceleración de caída libre en el lugar de medición. Bajo la influencia de la temperatura, cambian tanto la densidad del líquido utilizado para equilibrar la presión como la longitud de la escala. La aceleración de la gravedad en el lugar de medición, por regla general, no corresponde a su valor normal aceptado durante la calibración. Por lo tanto la presión

P=Pp }