Манометры жидкостные и деформационные

Барометры измеряют так называемое абсолютное давление атмосферного воздуха. Это значит, что в пространстве, где находится барометр, давление именно такое, какое показывает прибор. Однако часто бывает нужно знать и так называемое относительное давление (например, по сравнению с атмосферным давлением). Для его измерения служат манометры.

На рисунке вы видите U-образный манометр с подкрашенной водой. Правый его конец сообщается с атмосферой. При помощи шланга к манометру присоединен сосуд, который в начале опыта тоже сообщается с атмосферой. При этом уровни воды в манометре находятся у отметки 0 см. Затем, откачивая насосом воздух, уменьшают его давление в сосуде. При этом вода в манометре смещается влево. Выясним, почему это происходит.

В манометре на правую поверхность воды действует атмосферное давление, а на левую – меньшее давление. По причине неравенства давлений вода смещается в левую трубку. Сместившись, вода останавливается, значит давление слева от точки В равно давлению справа. Приравняем эти давления:

p_{в сосуде} + r g h_лев = r g h_прав. + p_атм

В левой части этого равенства записана сумма давления в сосуде и давления столба воды слева. В правой части равенства мы записали сумму атмосферного давления и давления столба воды справа. Подставим значения и упростим равенство:

p_{в сосуде} + 1000 кг/м³ • 10 Н/кг • 50 см = 1000 кг/м³ • 10 Н/кг • 10 см + p_атм

p_{в сосуде} = p_атм – 4 кПа

Равенство показывает, что относительно атмосферного давления, давление воздуха в сосуде на 4 кПа меньше. Это значение мы узнали именно благодаря манометру. Несложно подсчитать и полное, то есть абсолютное давление в сосуде:

p_{в сосуде} = 100 кПа – 4 кПа = 96 кПа

Жидкостный U-образный манометр неудобен для измерений, так как позволяет получать значение давления не сразу, а лишь после перевода «сантиметров водного столба» в паскали. По этой причине в технике широко распространились так называемые деформационные манометры, сразу показывающие измеряемое давление в паскалях (строго говоря, не само давление, а его превышение над атмосферным).

В основе работы деформационного манометра лежит деформация (изгиб) упругой дугообразной трубки 1. При помощи двух тяг 2 движение концов трубки передаётся стрелке 3, которая закреплена на оси 4. Конец стрелки передвигается по шкале 5. Трубка, стрелка и шкала помещены внутрь корпуса, закрытого стеклом, 6.

При увеличении давления газа внутри трубки её концы распрямляются и вызывают смещение стрелки вправо по шкале. При уменьшении давления стрелка сместится в обратном направлении под действием сил упругости, действующих в стенках трубки.