Манометрическое давление и барометр

Физика > Манометрическое давление и барометр

Барометр – прибор для определения атмосферного и манометрического давлений при помощи гидростатических жидкостей.

Задача обучения

• Сравнить дизайн и работу барометров на основе анероидов и гидростатики.

Основные пункты

• Манометрическое давление – давление системы выше атмосферного, которое для большинства расчетов должно трансформироваться в абсолютное.
• Барометр – устройство, применяющее гидростатические жидкости для замера атмосферного давления. Его можно использовать для косвенного измерения манометрического давления в системах.
• Барометр гидростатической колонны использует жидкость (вода или ртуть) для функциональности, а барометр-анероид – эвакуированную гибкую металлическую ячейку.

Термины

• Анероидный барометр – устройство для измерения давления. Часто настроенный на использование в качестве высотомера.
• Торр – единица давления, соответствующая одному миллиметру ртути (760 торр = 101 325 Па).

Манометрическое давление

Начнем с определения манометрического давления. Манометрическое – давление системы выше атмосферного. Последнее обычно выступает постоянным, с небольшими колебаниями вблизи уровня моря, и достигает 101325 Па. Современные устройства для измерения давления иногда добавляют механизмы для учета изменений атмосферного давления из-за перемен высоты. Манометрическое давление намного удобнее абсолютного в практических измерениях и широко используется в качестве установленной меры давления. Но нужно понять, есть ли необходимость в использовании абсолютного давления для расчетов.

Давление удалось измерить в середине 1600-х годов с изобретением традиционного датчика давления - барометра. Это устройство изначально настраивалось исключительно на измерение атмосферного давления.

Гидростатические барометры

Первые барометры замеряли атмосферное давление на основе гидростатических жидкостей. Это столбчатые конструкции (чаще стеклянные), заполненные статической жидкостью с фиксированной плотностью. Столбчатая секция герметизирована, удерживает вакуум и частично заполняется жидкостью, а базовая открыта для атмосферы и дает возможность контактировать с внешней средой. По мере перемены атмосферного давления вносятся поправки и в показатель. Это приводит к перемене высоты жидкости в столбчатой ​конструкции (растет, когда атмосфера сильнее давит на жидкость в основании резервуара, и падает, когда атмосфера оказывает более низкое давление).

Затем высота жидкости в стеклянном столбе показывает количество атмосферного давления. Работа гидростатического барометра основывается на определении высоты жидкости в колонке. Поэтому в качестве единицы давления используют торр, а в виде жидкости – воду или ртуть. С точки зрения безопасности лучше всего ограничиваться водой, но ртуть гарантирует точность (плотность ртути намного выше, чем у воды).

Теоретически, гидростатический барометр можно отправить в замкнутую систему для измерения абсолютного и манометрического давлений системы через вычитание атмосферного.

Анероидный барометр

Представлен небольшим металлическим корпусом (анероидная ячейка), частично изолированным. Небольшие перемены внешнего давления воздуха заставляют его расширяться или сжиматься. Это усиливается специальным механизмом, чтобы зафиксировать показатели.

Такие устройства отличаются большей практичностью. Большинство современных механизмов изначально настроены на замер манометрического давления. Анероидный – главный механизм, от которого отталкиваются при создании устройств измерения давления.

Определение давления при помощи высоты флюиды в барометре с гидростатической колонной

Плотность жидкости равна p, g – ускорение силы тяжести, h – высота жидкости в столбце барометра

---