U-образные манометры

0

Принцип работы U-образных манометров хорошо известен из курса физики. Они обычно делаются из стеклянной трубки, изогнутой в виде латинской буквы U и частично, заполненной какой-либо рабочей жидкостью. Их работа основана на перемещении уровней рабочей жидкости в обоих коленах трубки в зависимости от разности давлений над этими уровнями. Одним концом манометр присоединяется к вакуумной установке, давление в которой требуется измерить, другой конец или закрыт (запаян), или остается открытым (т. е. постоянно сообщенным с атмосферным воздухом).

Закрыты е U-образные манометры (рис. 6-2). В качестве рабочей жидкости обычно применяется ртуть, которую наливают в трубку, предварительно откачанную до давления не выше 103 мм рт. ст. Благодаря этому давление над уровнем ртути в закрытом колене можно полагать практически равным нулю независимо от высоты уровня («торичеллиева пустота»).

Пусть такой манометр присоединен к вакуумной установке. До начала откачки, пока давление в установке равно атмосферному, например 750 мм рт. ст., ртуть занимает положение Ai, в закрытом колене и Вх со стороны установки. Очевидно, разность уровней А—должна по вертикальному направлению составлять как раз 750 мм, так как только таким образом уравновесится различие в давлениях со стороны обоих уровней ртути.

По мере откачки вакуумной установки давление в ней будет падать и для уравновешивания разницы давлений над уровнем ртути понадобится уже меньшая разность уровней, например (А2—В2).

Наконец, когда установка откачана достаточно хорошо, уровни ртути будут находиться в обоих коленах на одинаковой высоте (Аз—Вз = О), так как со стороны вакуумной установки достигнуто давление, практически (для манометров данного типа) равное давлению над уровнем ртути в закрытом колене.


Таким образом, при помощи закрытого U-образного манометра давление р в вакуумной установке измеряется путем непосредственного отсчета разности уровней ртути:

Закрытый U-образный манометр иногда бывает укороченной конструкции (рис. 6-3). Отсчет давления производится так же, как и в случае закрытого манометра нормальной длины; но начало отсчета возможно лишь с момента, когда давление в вакуумной установке понизится до (А—В) мм рт. ст., так как до этого момента ртуть в закрытом колене остается прижатой к запаянному концу.

Для предохранения от резкого удара ртутью о запаянный конец при впуске воздуха в откачанный манометр участок трубки в месте изгиба на некотором протяжении представляет собой узкий капилляр, создающий сопротивление движению ртути.

Открытые U-О бразные манометры (рис. 6-4). Рабочей жидкостью служит ртуть. Поскольку до начала откачки над уровнями в обоих коленах давление одинаково:


Если начать откачку вакуумной системы, то уровни ртути начнут перемещаться. Это перемещение должно приводить к равновесию между давлением, которое со стороны открытого1 конца всегда остается равным атмосферному ра, и давлением над уровнем ртути со стороны вакуумной установки р, которое по мере откачки становится меньше атмосферного. Очевидно, что в связи с этим (положение II) уровень ртути А2 со стороны вакуумной установки должен быть на столько миллиметров выше уровня В2 со стороны открытого конца, чтобы



Следовательно, искомое давление открытый манометр непосредственно измерить не может; оно вычисляется из предыдущего соотношения:

Для того, чтобы измерить давление в вакуумной установке открытым манометром, необходимо знать атмосферное давление (в момент измерения) и из него вычесть разность уровней ртути.

Если разность уровней (А3—В3) полностью уравновесит атмосферное давление со стороны открытого конца (положение 777), Т. е. если можно считать А3—В3= ра, то вакуумную установку можно считать практически (для манометров данного типа) откачанной полностью:

Открытым манометром можно измерять давления, превышающие атмосферное (положение 0). В этом случае разность уровней (А—В) отрицательна, и, очевидно, чтобы вычислить давление, надо к атмосферному давлению в данный момент прибавить абсолютную величину разности (А-В):


Если в качестве рабочей жидкости вместо ртути (удельный вес 13,56) взята другая жидкость (удельный вес д), то для приведения показаний манометра к миллиметрам ртутного столба надо разность отсчетов (Л—В) умножить на отношение jg-g так как величина (Л—В) обратно пропорциональна удельному весу рабочей жидкости.

Замена ртути другой, более легкой жидкостью целесообразна только для пониженных давлений, не превышающих нескольких десятков миллиметров ртутного столба; например, нетрудно подсчитать, что для уравновешивания атмосферного давления столбом масла, имеющего примерно в 15 раз меньший удельный вес по сравнению со ртутью, потребовался бы столб высотой в 760×15 мм=11,4 м. В случае же достаточно низких давлений с применением более легкой рабочей жидкости получается выигрыш в точности отсчета, так что нижний предел измерений можно довести до десятой доли миллиметра ртутного столба.

Однако необходимо помнить, что ртуть можно заменить только жидкостью,удовлетворяющей следующим двум основным требованиям: 1) давление насыщенного пара жидкости должно быть столь малым, чтобы его присутствие в «торичеллиевой пустоте» не искажало положения уровней жидкости заметно на глаз; 2) жидкость не должна в большом количестве растворять воздух и другие газы или пары, с которыми она соприкасается, так как иначе они будут выделяться в «торичеллиевую пустоту» и искажать показания манометра.

Иногда в U-юбразных манометрах применяют вместо ртути масла для пароструйных насосов; они, как мы уже знаем, отличаются весьма малой упругостью пара; однако при пользовании маслом в качестве рабочей жидкости в U-образном манометре последний можно, сообщать с вакуумной системой лишь после того, как давление в пей понизится настолько, что его уже трудно измерять ртутным манометром; иначе масло будет поглощать газы и манометр быстро придет в негодность (появление газа в «торичеллиевой пустоте», вспенивание масла при откачке).

Для наполнения U-образных манометров практически интересно пользование борвольфрамовокислым кадмием — жидкостью, не поглощающей газов в заметном количестве; правда удельный вес ее равен 3,28, т. е. примерно в 3,5 раза больший, чем удельный вес масла.

Leave A Reply