Манометры и барометры

Манометры - это приборы, с помощью которых измеряют давление в жидкости или в газе. При этом можно измерять как избыточное давление, так и разрежение. Если с помощью манометра измеряется разрежение, то в этом случае он называется вакуумметр (вакуум значит "пустота, разряжение").

Различают жидкостные и металлические манометры. Жидкостные манометры могут быть разные, они могут быть заполнены водой (в этом случае мы говорим о водяных манометрах), могут быть ртутные (мы говорим о ртутных манометрах), но принцип действия их один и тот же, независимо от того, какой жидкостью заполнен манометр.

Одним из типов жидкостных манометров является так называемый U-образный манометр, который называется так потому, что он представляет собой изогнутую трубку в виде латинской буквы U. На столе стоит сейчас стеклянный U-образный манометр. На его левое колено надета резиновая трубка. Сейчас конец этой трубки открыт. Правое колено манометра также открыто.

Сейчас давление на воду в обоих коленях одинаково, оно равно атмосферному давлению, и поэтому уровень воды в обоих коленях одинаков. Уровни находятся на нулевой отметке шкалы.

Вставим в резиновую трубку резиновую грушу и слегка нажмем на эту грушу. При этом объем газа внутри груши будет уменьшаться, давление будет возрастать. За счет роста давления в груше уровень воды в левом колене пойдет вниз, а в правом колене - вверх. И по разности этих уровней можно определить давление в груше в сантиметрах водяного столба. Можно перевести это давление в Паскали, воспользуясь соотношением p = ρ (плотность воды) * g (9,8 м/с²) * h, где h - это разность уровней в обоих коленах (например, в сантиметрах или в метрах).

Можно создать обратный перепад давлений. Мы поступим для этого следующим образом. Я выну грушу из резинки, из трубки. Видите, уровни снова пришли к нулю. Теперь я нажимаю на грушу в начале, и так, в сжатом состоянии вставляю конец груши в трубку и отпускаю грушу. Объем газа при этом возрастает, а давление внутри груши и внутри резиновой трубки уменьшается. Теперь наоборот, в левом колене вода пошла вверх, а в правом колене вниз. И снова по разности уровней можно определить степень разрежения в груше.

Кроме жидкостных манометров существуют металлические манометры, одним из которых является так называемый манометр Бурдона. Перед вами модель манометра Бурдона. Основной частью этого манометра является изогнутая, полая внутри трубка, в которую можно либо нагнетать воздух, либо можно воздух из этой трубки откачивать. Если мы будем нагнетать воздух в трубку, трубка стремится распрямиться. А если мы будем откачивать воздух из трубки, то она, наоборот, будет изгибаться в большей степени.

Свободный конец этой трубки системой рычагов и передач связан со стрелкой. Таким образом, при увеличении давления внутри трубки или при уменьшении давления стрелка будет перемещаться вдоль шкалы. Сейчас к этому манометру подключен ручной насос, и мы будем нагнетать воздух внутрь трубки.

Видите, при этом стрелка поворачивается и показывает избыточное давление внутри трубки. Сейчас показания стрелки на единице - это 10 Н/см², примерно 10⁵ Па.

Можно с помощью таких манометров измерять не только избыточное давление, но и разрежение. Такой принцип используется во многих технических манометрах. Сейчас перед вами один из технических манометров, в основу принципа действия которого положен манометр Бурдона. Я вновь накачиваю воздух внутрь манометра, и вы видите, что показания манометра при этом увеличиваются, стрелка манометра идет вправо. Опять таки, единица - это 10 Н/см² или 10⁵ Па.

С помощью этого манометра можно измерять не только избыточное давление, но и разрежение в системе. Я сейчас переключаю ручной насос на откачку. Смотрите, куда будет идти стрелка прибора. Сейчас он будет действовать уже как вакуумметр. По сути дело перед вами мановакууметр, мы можем измерять не только избыточное давление, но и разрежение.

Итак, я откачиваю воздух из системы. Видите, когда я откачиваю воздух из системы, то стрелка манометра при этом уходит влево, потому что трубка в манометре изогнулась в противоположном направлении, когда я вел откачку, и, естественно, стрелка также пошла в противоположном направлении.

Многие технические манометры используются для измерения атмосферного давления, в этом случае они называются барометры. На штативе висит ртутный чашечный барометр. Он называется так потому, что ртуть заполняет чашку в нижней части барометра. В эту чашку вставлена длинная стеклянная трубка, запаянная с верхнего конца, также заполненная ртутью. Сейчас вы видите уровень ртути в трубке. Если атмосферное давление будет увеличиваться, то ртуть будет подниматься в трубке, а если давление будет уменьшаться, то ртуть в трубке будет опускаться. С помощью специального устройства можно очень точно определить высоту ртутного столба и измерить атмосферное давление сразу в миллиметрах ртутного столба, которое можно перевести также и в гектопаскали.

Перед вами одна из разновидностей манометра, так называемый барометр-анероид. Барометры измеряют атмосферное давление. Анероид - это один из типов барометров. Называется он так, поскольку слово "анероид" переводится на русский язык "безжидкостный". Основной частью анероида является гофрированная коробочка, которую вы можете увидеть в центре барометра в его глубине. Эта коробочка герметичная, из нее откачан воздух для того, чтобы температура не влияла на показания барометра, и коробочка системой специальных передач соединена со стрелкой-указателем. Когда давление растет, коробочка сжимается, когда атмосферное давление уменьшается, коробочка расширяется, и это сжатие или расширение коробочки передается на стрелку, которая движется по шкале.

Сейчас вы видите, что давление составляет 723 мм рт. ст., внутренняя шкала проградуирована в миллиметрах ртутного столба. Барометр указывает сейчас на дождь: при низких давлениях часто погода портится, идет дождь.

Если давление растет, то погода улучшается, и нормальному атмосферному давлению соответствует 760 мм рт. ст. Кроме этой внутренней шкалы в миллиметрах ртутного столба у барометра-анероида есть и внешняя шкала, которая проградуирована в гектопаскалях. Вы видите, что давление 760 мм рт. ст. соответствует 1013 гПа.

Другой меньший анероид находится под колоколом воздушного насоса. Вот колокол насоса, видна вся установка, под колоколом находится анероид. Кроме того, здесь, в системе, имеется еще один манометр, точнее, вакуумметр, с помощью которого можно измерять разрежение в системе. Система подсоединена к ручному насосу, и сейчас мы будем с помощью этого ручного насоса откачивать воздух из-под колокола воздушного насоса, а вы следите при этом за показаниями обоих манометров - анероида и вакууметра.

Видите, по мере откачки стрелка анероида идет к началу шкалы, и к началу шкалы пошла стрелка вакууметра тоже. Если я пущу воздух в систему, то по мере заполнения воздухом пространства под колоколом воздушного насоса показания приборов будут восстанавливаться.