Manometer zur Messung des Unterdrucks eines gasförmigen Mediums

Allgemeine Information

Flüssige und gasförmige Stoffe wirken mit einer bestimmten Kraft auf die mit ihnen in Berührung kommenden Körper. Die Größe dieses Effekts, der von den Eigenschaften des Stoffes und äußeren Faktoren (Temperatur, Kompression usw.) abhängt, wird durch den Begriff des Drucks charakterisiert.

Der Druck ist das Verhältnis der senkrecht zur Oberfläche wirkenden Kraft zur Fläche der Oberfläche, sofern die Kraft gleichmäßig über die gesamte Fläche verteilt ist. Unterscheiden Sie zwischen Absolut- und Manometerdruck.

Absolutdruck ist der Gesamtdruck eines Gases oder einer Flüssigkeit unter Berücksichtigung aller einwirkenden Kräfte, einschließlich des atmosphärischen Luftdrucks. Manometerdruck ist die Differenz zwischen absolutem und atmosphärischem Druck, sofern der absolute Druck größer ist als der atmosphärische Druck. In der Technik wird in der Regel Überdruck gemessen.

Der absolute Druck kann kleiner als der atmosphärische Druck sein. Wenn gleichzeitig ihre Differenz gering ist, spricht man von Verdünnung, wenn sie groß genug ist - Vakuum.

Manometer werden zur Messung von Überdruck verwendet, weshalb dieser Druck oft als Überdruck bezeichnet wird. Vakuum und Unterdruck werden mit Vakuummetern gemessen, Atmosphärendruck mit Barometern.

Die SI-Einheit für Druck ist Newton pro Quadratmeter (N/m2). Hergestellte Geräte werden jedoch immer noch in alten Einheiten kalibriert - Millimeter Wassersäule (mm Wassersäule), Millimeter Quecksilbersäule (mm Hg) und technische Atmosphären (kgf / cm2).

Eine technische Atmosphäre entspricht dem Druck auf einer Fläche von 1 cm2 einer 735,56 mm hohen Quecksilbersäule bei einer Temperatur von 0 ° C oder einer 10 m hohen Wassersäule bei einer Temperatur von 4 ° C, dh 1 kgf / cm2 = = 735,56 mmHg. Kunst. = 104 mm WS Kunst.

Das Vakuum wird als Prozentsatz des atmosphärischen Drucks oder in denselben Einheiten wie der Druck gemessen. Der Mittelwert des atmosphärischen Luftdrucks wurde durch zahlreiche Messungen ermittelt und beträgt 760 mm Hg,

Druckmessung mit einem Manometer

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Um den Druck von Luft oder Gas in einem Gefäß mit einem Manometer zu messen, ist es notwendig, seinen Gummischlauch an diesem Gefäß zu befestigen. Überwachen Sie den Flüssigkeitsstand in beiden Schenkeln des Manometers.
a) Wenn sich die Flüssigkeit in beiden Knien des Manometers auf dem gleichen Niveau befindet, nehmen Sie an, dass der Druck des Gases im Inneren des Gefäßes gleich dem Druck der umgebenden Luft ist.
b) Wenn der Flüssigkeitsstand im kurzen Schenkel des Manometers niedriger ist als im anderen, betrachten Sie den Druck im Inneren des Behälters als größer als den Umgebungsluftdruck.

c) Wenn die Flüssigkeit im kurzen Bein des Manometers höher ist als im anderen Bein, bedenken Sie, dass der Druck im Inneren des Gefäßes geringer ist als der Druck der umgebenden Luft.

Bei einer Differenz der Flüssigkeitsstände in den Manometerrohren erfolgt die Berechnung der Differenz des atmosphärischen Drucks und des Drucks im Behälter nach der Formel:

Sie können die folgenden Experimente mit Ihrem Manometer durchführen.
Setzen Sie das Ende des Gummischlauchs des Manometers fest auf den Glastrichter und verschließen Sie die breite Öffnung mit einer Gummifolie. Wenn sich die Flüssigkeit im Manometer beruhigt hat, senken Sie den Trichter in einen Eimer mit Wasser. Beobachten Sie, wie sich der Druck im Wasser mit der Tiefe des Trichters ändert. Nachdem Sie den Trichter in einer bestimmten Tiefe im Wasser installiert haben, drehen Sie sein Loch in verschiedene Richtungen, nach oben und unten, und folgen Sie dabei der Anzeige des Manometers.
2. Öffnen Sie den Schornstein am Ofen, der kurz vor dem Versuch ausgeheizt wurde. Setzen Sie den Manometer-Gummischlauch in den Ofen ein. Der Wasserstand im kurzen Schenkel des Manometers steigt. Berechnen Sie den Druck der warmen Luft im Ofen (mit Zug).
3. Blasen Sie den Gummisack des medizinischen Heizkissens leicht mit Luft auf und verbinden Sie ihn fest mit dem Gummischlauch des Manometers.Legen Sie die Tasche waagerecht und legen Sie dicke Bücher (Ladung) nacheinander darauf. Das Manometer zeigt gut die Änderung des im Beutel geschlossenen Luftdrucks an.
4. Wenn Sie ein Glasrohr mit einer Gesamtlänge von etwa 1,7 m erhalten, können Sie ein Manometer herstellen, um einen viel höheren Überdruck zu messen, z. B. den höchsten Luftdruck beim Mundblasen. Auf diese Weise wird die „Kraft der Lunge“ kontrolliert. Es ist notwendig, nicht ruckartig zu blasen, sondern den Druck allmählich zu erhöhen.

5. Dasselbe Instrument kann das größte Vakuum messen, das durch orale Absaugung erzeugt wird. In diesem Fall müssen Sie mit dem Mund Luft aus dem oberen Ende des Schlauchs ziehen.
6. Wenn in der Vorrichtung des 4. Versuchs anstelle eines kurzen Rohrkrümmers ein zu eng gezogenes Rohr eingesetzt wird, dann schlägt beim Blasen in den langen Krümmer eine Fontäne aus dem kurzen Rohr.

E. N. Sokolov "An den jungen Physiker"

Physik für das Gymnasium

Barometer. Manometer

Barometer sind Instrumente zur Messung des atmosphärischen Drucks. Das Quecksilberbarometer (Abb. 1) besteht aus einem mit Quecksilber gefüllten U-förmigen Glasrohr, dessen eines Ende verschlossen ist und dessen anderes Ende ein offenes Quecksilberreservoir enthält. Das Barometer hat eine Skala mit Millimetereinteilung, die direkt den atmosphärischen Druck in Millimeter Quecksilbersäule misst. Es ist numerisch gleich der Höhe der Quecksilbersäule zwischen ihren Niveaus in den geschlossenen und offenen Knien des Barometers.

Reis. eins

Der Vorteil solcher Barometer ist die größere Genauigkeit der Messwerte. Nachteile - sie sind sperrig, zerbrechlich, Quecksilberdampf ist gesundheitsschädlich.

Ein aneroides Metallbarometer (Abb. 2) besteht aus einer zylindrischen Kammer K, aus der die Luft evakuiert wird. Die Kammer ist mit einer dünnen gewellten Deckelmembran M hermetisch verschlossen.

Reis. 2

Damit der atmosphärische Druck die Membran nicht plattdrückt, ist sie über eine Stange T mit einer am Instrumentengehäuse befestigten Feder P verbunden. An der Feder ist ein Pfeil C angebracht, dessen Ende sich entlang der Skala W bewegt.Wenn sich der atmosphärische Druck ändert, biegt sich die Membran nach innen oder außen und bewegt den Pfeil entlang der Skala.

Die Vorteile von Aneroiden bestehen darin, dass sie einfach zu verwenden, langlebig und klein sind. Der Hauptnachteil besteht darin, dass sie weniger genau sind als Quecksilberbarometer.

Manometer werden verwendet, um den Druck zu messen, der größer oder kleiner als der atmosphärische Druck ist. Manometer sind flüssig und aus Metall.

Ein Flüssigkeitsmanometer besteht aus einem U-förmigen Rohr mit einer Flüssigkeit (normalerweise Wasser oder Quecksilber), von dem ein Krümmer mit dem Gefäß verbunden ist, in dem der Druck gemessen werden soll (Abb. 3, a). Der Flüssigkeitspegel in diesem Zweig sinkt (wenn der Druck im Behälter größer als der Atmosphärendruck ist) oder steigt (wenn er niedriger als der Atmosphärendruck ist) im Vergleich zum Flüssigkeitspegel im zweiten Zweig. Der gemessene Druck ist p = p_ein ±pgh, wobei p_ein - atmosphärischer Druck, pgh - hydrostatischer Druck der überschüssigen Flüssigkeitssäule im Manometerkrümmer.

Reis. 3

Um mit einem solchen Manometer den Druck in der Flüssigkeit zu messen, wird an einem seiner Knie ein flacher Kasten mit einem Gummischlauch befestigt, dessen eine Seite mit einer Gummifolie bedeckt ist (Abb. 3, b).

Das einfachste Metallmanometer ist wie folgt angeordnet (Abb. 3, c). Eine dünne elastische Platte M - eine Membran - schließt den Kasten K hermetisch ab, aus dem die Luft teilweise evakuiert wird. An der Membran ist ein Zeiger P befestigt, der sich um die Achse O dreht. Wenn das Gerät in eine Flüssigkeit eingetaucht wird, biegt sich die Membran unter der Wirkung von Druckkräften und ihre Auslenkung wird auf den Zeiger übertragen, der sich entlang der Skala bewegt.

Instrumentenklassifizierung

Die Arten von Manometern unterscheiden sich in zweierlei Hinsicht: durch die Art der Anzeige, die sie messen, und durch das Funktionsprinzip.

Nach dem ersten Merkmal sind sie unterteilt in:

• Instrumente zur Messung des atmosphärischen Drucks, ansonsten Barometer genannt;
• Instrumente zur Messung von Exzess und Absolut;
• Vakuummeter zur Messung der Differenz zwischen atmosphärischem und absolutem Druck;
• Manometer messen kleinen (bis 40 kPa) Überdruck;
• Tagonometer, eine Art Vakuummeter, das den Überdruck der Obergrenze von 40 kPa misst;
• Differenzdruckmessgeräte messen den Druckunterschied.

Sie arbeiten nach dem Prinzip, die Druckdifferenz mit einer bestimmten Kraft auszugleichen. Daher unterscheidet sich die Einrichtung von Manometern, je nachdem, wie genau dieser Abgleich erfolgt.

Nach dem Wirkprinzip werden sie unterteilt in:

• Flüssigkeit, der Ausgleich der Druckdifferenz in solchen Geräten erfolgt aufgrund des hydrostatischen Drucks der Flüssigkeitssäule, das Gerät verwendet das Prinzip der kommunizierenden Gefäße;
• Feder haben ein einfaches Design und werden häufig verwendet, um den Druck des Mediums in einem weiten Bereich zu messen;
• Membran, basierend auf pneumatischem Ausgleich, Druckausgleich erfolgt durch die elastische Kraft des Membrankastens;
• Elektrokontakt, Verwendung in automatischen Steuer- und Meldesystemen, da sie durch den im Gehäuse eingebauten Elektrokontaktmechanismus zur Regelung des Messmediums verwendet werden können;
• Differential werden verwendet, um den Füllstand von Flüssigkeiten unter Druck, die Durchflussrate von Flüssigkeiten, Dampf und Gas mit Membranen zu messen.

https://youtube.com/watch?v=MLdd1XPX7cA

Nach Vereinbarung gibt es solche Arten von Manometern wie:

• allgemeine technische Instrumente werden verwendet, um den Druck von Flüssigkeiten, Gasen und Dämpfen zu messen, die gegenüber Kupferlegierungen chemisch neutral sind;
• Sauerstoff, sie werden in blauen Gehäusen mit O2-Anzeige auf dem Zifferblatt hergestellt, sie werden verwendet, um den Sauerstoffdruck in Flaschen oder Vakuum zu messen;
• Acetylen werden verwendet, um den Überdruck von Acetylen zu kontrollieren;
• Referenzinstrumente werden verwendet, um andere Instrumente zu überprüfen, da sie eine hohe Genauigkeit aufweisen;
• Schiffe werden im Schiffs- und Seeverkehr eingesetzt;
• Bahn werden im Schienenverkehr eingesetzt;
• Rekorder verfügen über einen eingebauten Mechanismus, mit dem Sie das Ergebnis der Arbeit auf Papier reproduzieren können.

https://youtube.com/watch?v=rq3BMjXM7PY