Ein Flüssigkeitsthermometer ist ein Gerät zur Messung der Temperatur technologischer Prozesse mithilfe einer Flüssigkeit, die auf Temperaturänderungen reagiert. Flüssigkeitsthermometer sind im Alltag jedem bekannt: zur Messung der Raumtemperatur oder der menschlichen Körpertemperatur.

Flüssigkeitsthermometer bestehen aus fünf Hauptteilen: der Thermometerkugel, der Flüssigkeit, dem Kapillarrohr, der Bypasskammer und der Skala.

Die Thermometerkugel ist der Teil, in dem die Flüssigkeit platziert wird. Die Flüssigkeit reagiert auf Temperaturänderungen, indem sie durch das Kapillarrohr steigt oder fällt. Ein Kapillarröhrchen ist ein schmaler Zylinder, durch den sich Flüssigkeit bewegt. Häufig ist das Kapillarrohr mit einer Bypasskammer ausgestattet, bei der es sich um einen Hohlraum handelt, in den überschüssige Flüssigkeit fließt. Wenn keine Bypasskammer vorhanden ist, baut sich nach dem Füllen des Kapillarrohrs genügend Druck auf, um das Rohr zu zerstören, wenn die Temperatur weiter ansteigt. Die Skala ist der Teil des Flüssigkeitsthermometers, mit dem Messungen vorgenommen werden. Die Skala ist in Grad kalibriert. Die Skala kann am Kapillarrohr befestigt oder beweglich sein. Die bewegliche Skala ermöglicht eine Anpassung.

Funktionsprinzip eines Flüssigkeitsthermometers

Das Funktionsprinzip von Flüssigkeitsthermometern basiert auf der Fähigkeit von Flüssigkeiten, sich zu komprimieren und auszudehnen. Wenn eine Flüssigkeit erhitzt wird, dehnt sie sich normalerweise aus; Die Flüssigkeit im Thermometerkolben dehnt sich aus und wandert im Kapillarrohr nach oben, was einen Temperaturanstieg anzeigt. Umgekehrt zieht sich eine Flüssigkeit normalerweise zusammen, wenn sie abkühlt. Die Flüssigkeit im Kapillarrohr eines Flüssigkeitsthermometers nimmt ab und zeigt damit einen Temperaturabfall an. Bei einer Änderung der gemessenen Temperatur eines Stoffes kommt es zu einer Wärmeübertragung: zunächst vom Stoff, dessen Temperatur gemessen wird, auf die Thermometerkugel und dann von der Kugel auf die Flüssigkeit. Die Flüssigkeit reagiert auf Temperaturänderungen, indem sie sich im Kapillarrohr nach oben oder unten bewegt.

Die Art der in einem Flüssigkeitsthermometer verwendeten Flüssigkeit hängt vom Temperaturbereich ab, den das Thermometer misst.

Quecksilber, -39-600 °C (-38-1100 °F);
Quecksilberlegierungen, -60-120 °C (-76-250 °F);
Alkohol, -80-100 °C (-112-212 °F).

Teilimmersions-Flüssigkeitsthermometer

Viele Flüssigkeitsthermometer sind so konzipiert, dass sie an der Wand hängen, wobei die gesamte Oberfläche des Thermometers mit der Substanz in Kontakt kommt, deren Temperatur gemessen wird. Einige Arten von Industrie- und Laborflüssigkeitsthermometern sind jedoch für das Eintauchen in Flüssigkeiten konzipiert und kalibriert.

Von den auf diese Weise verwendeten Thermometern sind Teiltauchthermometer am weitesten verbreitet. Um mit einem teilweise eingetauchten Thermometer einen genauen Messwert zu erhalten, tauchen Sie den Kolben und das Kapillarrohr nur bis zu dieser Linie ein.

Teiltauchthermometer werden bis zu einer Markierung eingetaucht, um Änderungen der Umgebungstemperatur auszugleichen, die sich auf die Flüssigkeit im Kapillarrohr auswirken können. Wenn Änderungen der Umgebungstemperatur (Änderungen der Lufttemperatur um das Thermometer herum) zu erwarten sind, können diese dazu führen, dass sich die Flüssigkeit im Kapillarrohr ausdehnt oder zusammenzieht. Dadurch werden die Messwerte nicht nur von der Temperatur des zu messenden Stoffes, sondern auch von der Temperatur der Umgebungsluft beeinflusst. Durch Eintauchen des Kapillarrohrs bis zur markierten Linie wird der Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Genauigkeit der Messwerte beseitigt.

Unter Bedingungen Industrielle Produktion Oft ist es notwendig, die Temperaturen von Stoffen zu messen, die durch Rohre fließen oder in Behältern enthalten sind. Die Messung der Temperatur unter diesen Bedingungen stellt Instrumenteningenieure vor zwei Probleme: Wie misst man die Temperatur eines Stoffes, wenn kein direkter Zugang zu diesem Stoff oder dieser Flüssigkeit besteht, und wie entfernt man ein Flüssigkeitsthermometer zur Inspektion, Überprüfung oder zum Austausch, ohne den Prozess zu unterbrechen? Beide Probleme entfallen, wenn Messkanäle zum Einsetzen von Thermometern verwendet werden.

Der Messkanal zum Einführen des Thermometers ist ein rohrförmiger Kanal, der an einem Ende geschlossen und am anderen Ende offen ist. Der Messkanal dient zur Aufnahme der Flüssigkeitsthermometerkugel und schützt diese so vor korrosionsverursachenden Stoffen, giftigen Stoffen oder hohem Druck. Bei der Verwendung von Messkanälen zum Einsetzen von Thermometern erfolgt der Wärmeaustausch in Form eines indirekten Kontakts (durch den Messkanal) zwischen dem Messstoff, dessen Temperatur gemessen wird, und der Thermometerkugel. Die Messkanäle dichten den erhöhten Druck ab und verhindern das Austreten der Flüssigkeit, deren Temperatur gemessen wird.

Die Messkanäle sind in Standardgrößen gefertigt, so dass sie mit verschiedenen Thermometertypen verwendet werden können. Beim Einbau des Thermometers in den Messkanal wird dessen Kugel in den Kanal eingeführt und zur Befestigung des Thermometers eine Mutter über das Thermometer geschraubt.

Zur Messung des Drucks werden Manometer und Barometer verwendet. Barometer dienen zur Messung des Luftdrucks. Für andere Messungen werden Manometer verwendet. Das Wort Manometer kommt von zwei griechische Wörter: manos – locker, metreo – Maß.

Rohrförmiges Manometer aus Metall

Es gibt verschiedene Arten Manometer. Schauen wir uns zwei davon genauer an. Das folgende Bild zeigt ein röhrenförmiges Metallmanometer.

Es wurde 1848 vom Franzosen E. Bourdon erfunden. Die folgende Abbildung zeigt seinen Aufbau.

Die Hauptbestandteile sind: ein bogenförmig gebogenes Hohlrohr (1), ein Pfeil (2), Zahnräder (3), ein Hahn (4), ein Hebel (5).

Funktionsprinzip eines Rohrmanometers

Ein Ende des Röhrchens ist versiegelt. Am anderen Ende des Schlauchs wird dieser über einen Hahn mit dem Gefäß verbunden, in dem der Druck gemessen werden soll. Beginnt der Druck zu steigen, wird das Rohr aufgebogen und wirkt dadurch auf den Hebel. Der Hebel ist über ein Zahnrad mit dem Pfeil verbunden, sodass sich der Pfeil bei steigendem Druck auslenkt und so den Druck anzeigt.

Wenn der Druck abnimmt, verbiegt sich der Schlauch und der Pfeil bewegt sich in die entgegengesetzte Richtung.

Flüssigkeitsdruckmessgerät

Schauen wir uns nun eine andere Art von Manometer an. Das folgende Bild zeigt ein Flüssigkeitsdruckmessgerät. Es hat die Form eines U.

Es besteht aus einer Glasröhre in Form des Buchstabens U. In diese Röhre wird Flüssigkeit eingefüllt. Eines der Enden des Schlauchs ist mit einem Gummischlauch mit einer runden flachen Box verbunden, die mit Gummifolie abgedeckt ist.

Funktionsprinzip eines Flüssigkeitsdruckmessgeräts

In der Ausgangsposition befindet sich das Wasser in den Rohren auf dem gleichen Niveau. Wenn Druck auf die Gummifolie ausgeübt wird, sinkt der Flüssigkeitsstand in einem Winkelstück des Manometers und im anderen steigt er an.

Dies ist im Bild oben dargestellt. Wir drücken mit dem Finger auf die Folie.

Wenn wir auf die Folie drücken, erhöht sich der Luftdruck in der Box. Der Druck wird durch das Rohr übertragen und erreicht die Flüssigkeit, wodurch diese verdrängt wird. Wenn der Flüssigkeitsspiegel in diesem Rohrkrümmer sinkt, steigt der Flüssigkeitsspiegel im anderen Rohrkrümmer.

Anhand der unterschiedlichen Flüssigkeitsstände lässt sich der Unterschied zwischen dem atmosphärischen Druck und dem auf den Film ausgeübten Druck beurteilen.

Die folgende Abbildung zeigt, wie man mit einem Flüssigkeitsdruckmesser den Druck in einer Flüssigkeit in verschiedenen Tiefen misst.

Flüssigkeits-(Rohr-)Manometer arbeiten nach dem Prinzip kommunizierender Gefäße – indem sie den festen Druck mit dem Gewicht der Füllflüssigkeit ausgleichen: Die Flüssigkeitssäule verschiebt sich auf eine Höhe, die proportional zur aufgebrachten Last ist.

Messungen nach der hydrostatischen Methode bestechen durch ihre Kombination aus Einfachheit, Zuverlässigkeit, Kosteneffizienz und hoher Genauigkeit. Ein Manometer mit Flüssigkeit im Inneren eignet sich optimal zur Messung von Druckabfällen innerhalb von 7 kPa (in Sonderausführungen bis zu 500 kPa).

Arten und Arten von Geräten

Für Labormessungen oder industrielle Anwendungen eingesetzt werden verschiedene Möglichkeiten Manometer mit Rohrkonstruktion. Die beliebtesten Gerätetypen sind:

• U-förmig. Grundlage der Konstruktion sind kommunizierende Gefäße, in denen der Druck durch einen oder mehrere Flüssigkeitsstände gleichzeitig bestimmt wird. Für die Messung wird ein Teil des Rohres an das Rohrleitungssystem angeschlossen. Gleichzeitig kann das andere Ende hermetisch abgedichtet sein oder eine freie Kommunikation mit der Atmosphäre haben.
• Gewölbt. Ein Einrohr-Flüssigkeitsdruckmessgerät ähnelt in vielerlei Hinsicht dem Design klassischer U-förmiger Instrumente, verwendet jedoch anstelle eines zweiten Rohrs ein breites Reservoir, dessen Fläche 500-700-mal größer ist als das Kreuz -Querschnittsfläche des Hauptrohres.
• Ring. Bei Geräten dieser Art ist die Flüssigkeitssäule in einem Ringkanal eingeschlossen. Bei einer Druckänderung verschiebt sich der Schwerpunkt, was wiederum zur Bewegung des Anzeigepfeils führt. Somit erfasst das Druckmessgerät den Neigungswinkel der Achse des Ringkanals. Diese Manometer zeichnen sich durch eine hohe Genauigkeit der Ergebnisse aus, die nicht von der Dichte der Flüssigkeit und des darin enthaltenen gasförmigen Mediums abhängen. Gleichzeitig ist der Anwendungsbereich solcher Produkte durch ihre hohen Kosten und die Komplexität der Wartung begrenzt.
• Flüssigkeitskolben. Der gemessene Druck verschiebt den Fremdstab und gleicht seine Position mit kalibrierten Gewichten aus. Durch die Wahl der optimalen Parameter für die Masse des Stabes mit Gewichten ist es möglich, seinen Auswurf um einen Betrag sicherzustellen, der proportional zum gemessenen Druck ist und daher bequem zu steuern ist.

Woraus besteht ein Flüssigkeitsdruckmessgerät?

Das Gerät eines Flüssigkeitsdruckmessgeräts ist auf dem Foto zu sehen:

Anwendung eines Flüssigkeitsdruckmessgeräts

Die Einfachheit und Zuverlässigkeit der auf der hydrostatischen Methode basierenden Messungen erklären die weit verbreitete Verwendung flüssigkeitsgefüllter Geräte. Solche Manometer sind bei der Durchführung unverzichtbar Laborforschung oder das Lösen verschiedener technischer Probleme. Die Geräte werden insbesondere für folgende Messarten eingesetzt:

• Leichter Überdruck.
• Druckunterschied.
• Atmosphärendruck.
• Unterdruck.

Ein wichtiger Einsatzbereich von Rohrdruckmessgeräten mit flüssigem Füllstoff ist die Überprüfung von Kontroll- und Messgeräten: Zugmessgeräte, Manometer, Vakuummessgeräte, Barometer, Differenzdruckmessgeräte und einige Arten von Manometern.

Flüssigkeitsdruckmessgerät: Funktionsprinzip

Das gebräuchlichste Gerätedesign ist ein U-förmiges Rohr. Das Funktionsprinzip des Manometers ist in der Abbildung dargestellt:

Ein Ende des Rohrs hat eine Verbindung zur Atmosphäre – es ist dem atmosphärischen Druck Patm ausgesetzt. Das andere Ende des Rohres wird über Versorgungseinrichtungen mit der Zielrohrleitung verbunden – es wird dem Druck des Messmediums Rab ausgesetzt. Wenn der Rabs-Indikator höher als Patm ist, wird die Flüssigkeit in ein mit der Atmosphäre kommunizierendes Rohr verdrängt.

Berechnungsanleitung

Der Höhenunterschied zwischen Flüssigkeitsständen wird nach folgender Formel berechnet:

h = (Rabs – Ratm)/((rl – ratm)g)
Wo:
Abs – absolut gemessener Druck.
Ratm – atmosphärischer Druck.
rzh – Dichte des Arbeitsmediums.
ratm – Dichte der umgebenden Atmosphäre.
g – Erdbeschleunigung (9,8 m/s2)
Der Arbeitsflüssigkeitshöhenanzeiger H besteht aus zwei Komponenten:
1. h1 – Verringerung der Spalte im Vergleich zum ursprünglichen Wert.
2. h2 – Anstieg der Säule in einem anderen Teil der Röhre im Vergleich zum Ausgangsniveau.
Der ratm-Indikator wird bei Berechnungen oft nicht berücksichtigt, da rl >> ratm. Somit kann die Abhängigkeit dargestellt werden als:
h = Rizb/(rzh g)
Wo:
Rizb – Überdruck des gemessenen Mediums.
Basierend auf der obigen Formel ist Rizb = hrÖ g.

Wenn der Druck verdünnter Gase gemessen werden muss, verwenden Sie Messgeräte, bei dem eines der Enden hermetisch verschlossen ist und der Vakuumdruck über Versorgungsgeräte mit dem anderen verbunden wird. Das Design ist im Diagramm dargestellt:

Für solche Geräte wird die Formel verwendet:
h = (Ratm – Rabs)/(rzh g).

Der Druck am verschlossenen Rohrende ist Null. Wenn sich darin Luft befindet, wird der Vakuumüberdruck wie folgt berechnet:
Ratm – Rabs = Rizb – hrzh g.

Wenn die Luft im abgedichteten Ende evakuiert wird und der Gegendruck Ratm = 0 ist, dann gilt:
Rab = hrzh g.

Für den Einsatz als Barometer eignen sich Ausführungen, bei denen die Luft am verschlossenen Ende vor dem Befüllen abgesaugt und evakuiert wird. Durch die Fixierung des Säulenhöhenunterschieds im abgedichteten Teil ist dies möglich genaue Berechnungen Luftdruck.

Vor- und Nachteile

Flüssigkeitsdruckmessgeräte haben sowohl starke als auch starke Eigenschaften Schwächen. Durch deren Einsatz ist es möglich, die Kapital- und Betriebskosten für Kontroll- und Messaktivitäten zu optimieren. Gleichzeitig sollte man sich der möglichen Risiken und Schwachstellen solcher Strukturen bewusst sein.

Zu den wesentlichen Vorteilen flüssigkeitsgefüllter Messgeräte gehören:

• Hohe Messgenauigkeit. Geräte mit einem geringen Fehlerniveau können als Referenzgeräte zur Überprüfung verschiedener Kontroll- und Messgeräte verwendet werden.
• Benutzerfreundlichkeit. Die Anweisungen zur Verwendung des Geräts sind äußerst einfach und enthalten keine komplexen oder spezifischen Aktionen.
• Niedrige Kosten. Der Preis von Flüssigkeitsdruckmessgeräten ist im Vergleich zu anderen Gerätetypen deutlich niedriger.
• Schnelle Installation. Der Anschluss an die Zielleitungen erfolgt über Versorgungsgeräte. Für die Installation/Demontage ist keine spezielle Ausrüstung erforderlich.

Bei der Verwendung von flüssigkeitsgefüllten Manometern sind einige Schwächen solcher Konstruktionen zu berücksichtigen:

• Ein plötzlicher Druckanstieg kann zur Freisetzung von Arbeitsflüssigkeit führen.
• Die Möglichkeit einer automatischen Aufzeichnung und Übermittlung von Messergebnissen ist nicht vorgesehen.
• Die innere Struktur von Flüssigkeitsdruckmessgeräten bestimmt ihre erhöhte Zerbrechlichkeit
• Die Geräte zeichnen sich durch einen recht schmalen Messbereich aus.
• Die Richtigkeit der Messungen kann durch eine schlechte Reinigung der Innenflächen der Rohre beeinträchtigt werden.

Bei Flüssigkeitsdruckmessgeräten wird der gemessene Druck bzw. die Druckdifferenz durch den hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule ausgeglichen. Die Geräte nutzen das Prinzip kommunizierender Gefäße, bei denen die Niveaus der Arbeitsflüssigkeit übereinstimmen, wenn die Drücke über ihnen gleich sind, und wenn die Drücke über ihnen ungleich sind, nehmen sie eine Position ein, in der der Überdruck in einem der Gefäße ausgeglichen ist durch den hydrostatischen Druck der überschüssigen Flüssigkeitssäule im anderen. Die meisten Flüssigkeitsdruckmessgeräte verfügen über einen sichtbaren Füllstand der Arbeitsflüssigkeit, dessen Position den Wert des gemessenen Drucks bestimmt. Diese Geräte werden in der Laborpraxis und in einigen Branchen eingesetzt.

Es gibt eine Gruppe Differenzdruckmessgeräte für Flüssigkeiten, bei dem der Füllstand des Arbeitsmediums nicht direkt beobachtet wird. Durch die Änderung des letzteren wird eine Bewegung des Schwimmers oder eine Änderung der Eigenschaften eines anderen Geräts bewirkt, wodurch entweder eine direkte Anzeige des Messwerts mithilfe eines Lesegeräts oder eine Umrechnung und Übertragung seines Werts über eine Entfernung ermöglicht wird.

Zweirohr-Flüssigkeitsdruckmessgeräte. Zur Messung von Druck und Druckdifferenz werden Zweirohr-Manometer und Differenzdruckmanometer mit sichtbarem Füllstand, oft auch U-förmig genannt, verwendet. Schematische Darstellung Ein solches Manometer ist in Abb. dargestellt. 1, a. Zwei vertikale kommunizierende Glasröhren 1, 2 sind auf einem Metall-bzw Holzsockel Die Röhrchen sind bis zur Nullmarke mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt. Der gemessene Druck wird dem Rohr 1 zugeführt, Rohr 2 kommuniziert mit der Atmosphäre. Bei der Druckdifferenzmessung werden die gemessenen Drücke beiden Rohren zugeführt.

Reis. 1. Diagramme eines Zweirohr- (c) und Einrohr-Manometers (b).:

1, 2 - vertikal kommunizierende Glasröhren; 3 - Basis; 4 - Skalenplatte

Als Arbeitsflüssigkeiten werden Wasser, Quecksilber, Alkohol und Transformatorenöl verwendet. Somit werden bei Flüssigkeitsdruckmessgeräten die Funktionen eines empfindlichen Elements, das Änderungen des Messwerts wahrnimmt, vom Arbeitsmedium übernommen, der Ausgangswert ist die Füllstandsdifferenz, der Eingangswert ist der Druck oder die Druckdifferenz. Die Steigung der statischen Kennlinie hängt von der Dichte des Arbeitsmediums ab.

Um den Einfluss von Kapillarkräften zu eliminieren, werden in Manometern Glasrohre mit einem Innendurchmesser von 8...10 mm verwendet. Handelt es sich bei der Arbeitsflüssigkeit um Alkohol, kann der Innendurchmesser der Rohre verringert werden.

Wassergefüllte Doppelrohrmanometer dienen zur Messung von Druck, Vakuum, Druckdifferenz von Luft und nicht aggressiven Gasen im Bereich bis ±10 kPa. Durch die Füllung des Manometers mit Quecksilber werden die Messgrenzen auf 0,1 MPa erweitert, wobei das Messmedium Wasser, nicht aggressive Flüssigkeiten und Gase sein kann.

Bei der Verwendung von Flüssigkeitsdruckmessgeräten zur Messung der Druckdifferenz von Medien unter statischem Druck bis 5 MPa werden in die Konstruktion der Geräte zusätzliche Elemente eingeführt, die das Gerät vor einseitigem statischen Druck schützen und die Ausgangslage des Arbeitsmediums überprüfen sollen Ebene.

Fehlerquellen bei Zweirohr-Manometern sind Abweichungen von den berechneten Werten der lokalen Erdbeschleunigung, der Dichten des Arbeitsmediums und des darüber liegenden Mediums sowie Fehler beim Ablesen der Höhen h1 und h2.

Die Dichten des Arbeitsmediums und des Mediums sind in Tabellen der thermophysikalischen Eigenschaften von Stoffen in Abhängigkeit von Temperatur und Druck angegeben. Der Fehler beim Ablesen des Höhenunterschieds der Arbeitsflüssigkeitsstände hängt von der Skalenteilung ab. Ohne zusätzliche optische Geräte beträgt der Fehler beim Ablesen der Niveaudifferenz bei einem Teilungswert von 1 mm ±2 mm, unter Berücksichtigung des Fehlers bei der Anwendung der Skala. Bei der Verwendung zusätzlicher Geräte zur Erhöhung der Ablesegenauigkeit h1, h2 ist die Diskrepanz der Tevon Maßstab, Glas und Arbeitsstoff zu berücksichtigen.

Einrohr-Manometer. Um die Genauigkeit der Ablesung des Höhenunterschieds zu erhöhen, werden Einrohr-(Becher-)Manometer verwendet (siehe Abb. 1, b). Bei einem Einrohr-Manometer wird ein Rohr durch ein weites Gefäß ersetzt, in das der größere der gemessenen Drücke eingespeist wird. Das an der Skalenplatte befestigte Rohr misst und kommuniziert mit der Atmosphäre; bei der Messung der Druckdifferenz wird ihm der niedrigere Druck zugeführt. Das Arbeitsmedium wird bis zur Nullmarke in das Manometer eingefüllt.

Unter Druckeinfluss strömt ein Teil des Arbeitsmediums aus einem weiten Gefäß in das Messrohr. Da das aus einem weiten Gefäß verdrängte Flüssigkeitsvolumen gleich dem in das Messrohr eintretenden Flüssigkeitsvolumen ist,

Die Messung der Höhe nur einer Arbeitsflüssigkeitssäule in Einrohr-Manometern führt zu einer Reduzierung des Ablesefehlers, der unter Berücksichtigung des Skalenkalibrierungsfehlers ± 1 mm bei einem Teilungswert von 1 mm nicht überschreitet. Andere Fehlerkomponenten, die durch Abweichungen vom berechneten Wert der Erdbeschleunigung, der Dichte des Arbeitsmediums und des darüber liegenden Mediums sowie der Temperaturausdehnung der Geräteelemente verursacht werden, sind allen Flüssigkeitsdruckmessgeräten gemeinsam.

Bei Zweirohr- und Einrohr-Manometern ist der Hauptfehler der Fehler beim Ablesen der Füllstandsdifferenz. Bei gleichem absoluten Fehler nimmt der reduzierte Druckmessfehler mit zunehmender Messobergrenze von Manometern ab. Der minimale Messbereich wassergefüllter Einrohr-Manometer beträgt 1,6 kPa (160 mmH2O), und der reduzierte Messfehler überschreitet nicht ±1 %. Die Konstruktion von Manometern hängt vom statischen Druck ab, für den sie ausgelegt sind.

Mikromanometer. Zur Messung von Drücken und Druckdifferenzen bis zu 3 kPa (300 kgf/m2) werden Mikromanometer verwendet, bei denen es sich um eine Art Einrohr-Manometer handelt, die mit speziellen Vorrichtungen ausgestattet sind, um entweder den Skalenteilungspreis zu senken oder die Genauigkeit zu erhöhen Ablesen der Füllstandhöhe mithilfe optischer oder anderer Geräte. Die gebräuchlichsten Labor-Mikromanometer sind Mikromanometer vom Typ MMN mit geneigtem Messrohr (Abb. 2). Die Messwerte des Mikromanometers werden durch die Länge der Arbeitsflüssigkeitssäule n im Messrohr 1 bestimmt, die einen Neigungswinkel a aufweist.

Reis. 2. :

1 - Messrohr; 2 - Gefäß; 3 - Halterung; 4 - Sektor

In Abb. 2 Halterung 3 mit Messrohr 1 ist am Sektor 4 in einer von fünf festen Positionen montiert, die k = 0,2 entsprechen; 0,3; 0,4; 0,6; 0,8 und fünf Messbereiche des Geräts von 0,6 kPa (60 kgf/m2) bis 2,4 kPa (240 kgf/m2). Der angegebene Messfehler überschreitet nicht 0,5 %. Der minimale Teilungspreis bei k = 0,2 beträgt 2 Pa (0,2 kgf/m2). Eine weitere Verringerung des Teilungspreises, die mit einer Verringerung des Neigungswinkels des Messrohrs verbunden ist, wird durch eine Verringerung der Genauigkeit der Positionsablesung begrenzt des Arbeitsflüssigkeitsstandes aufgrund der Dehnung des Meniskus.

Genauere Instrumente sind Mikromanometer vom Typ MM, sogenannte Kompensationsmessgeräte. Der Fehler beim Ablesen der Füllstandhöhe beträgt bei diesen Geräten gebrauchsbedingt nicht mehr als ±0,05 mm optisches System zur Festlegung des Anfangsniveaus und einer Mikrometerschraube zur Messung der Höhe der Arbeitsflüssigkeitssäule, um den gemessenen Druck oder die Druckdifferenz auszugleichen.

Barometer Wird zur Messung des atmosphärischen Drucks verwendet. Am gebräuchlichsten sind mit Quecksilber gefüllte Becherbarometer mit mmHg-Einteilung. Kunst. (Abb. 3).

Reis. 3.: 1 - Nonius; 2 - Thermometer

Der Fehler beim Ablesen der Säulenhöhe beträgt nicht mehr als 0,1 mm, was durch die Verwendung von Nonius 1 in Kombination mit dem oberen Teil des Quecksilbermeniskus erreicht wird. Für eine genauere Messung des atmosphärischen Drucks müssen Korrekturen für die Abweichung der Erdbeschleunigung vom Normalwert und den Wert der vom Thermometer 2 gemessenen Barometertemperatur vorgenommen werden. Wenn der Rohrdurchmesser weniger als 8 ... 10 mm beträgt, Dabei wird die durch die Oberflächenspannung von Quecksilber verursachte Kapillardepression berücksichtigt.

Kompressionsmessgeräte(McLeod-Druckmessgeräte), dessen Diagramm in Abb. dargestellt ist. 4 enthalten ein Reservoir 1 mit Quecksilber und ein darin eingetauchtes Rohr 2. Letzteres kommuniziert mit dem Messzylinder 3 und dem Rohr 5. Der Zylinder 3 endet mit einer blinden Messkapillare 4, an das Rohr 5 ist eine Referenzkapillare 6 angeschlossen. Beide Kapillaren haben den gleichen Durchmesser, so dass die Messergebnisse durch den Einfluss von Kapillarkräften nicht beeinflusst wurden. Die Druckversorgung des Tanks 1 erfolgt über ein Dreiwegeventil 7, das sich während des Messvorgangs in den im Diagramm angegebenen Positionen befinden kann.

Reis. 4. :

1 - Reservoir; 2, 5 - Röhren; 3 - Messzylinder; 4 - Blindmesskapillare; 6 - Referenzkapillare; 7 - Dreiwegeventil; 8 - Mündung des Ballons

Das Funktionsprinzip des Manometers basiert auf der Anwendung des Boyle-Marriott-Gesetzes, nach dem für eine feste Gasmasse das Produkt aus Volumen und Druck bei konstanter Temperatur einen konstanten Wert darstellt. Bei der Druckmessung werden die folgenden Vorgänge ausgeführt. Wenn Hahn 7 in Position a installiert ist, wird der gemessene Druck an Tank 1, Rohr 5, Kapillare 6 geliefert und Quecksilber in den Tank abgelassen. Dann wird Hahn 7 sanft in Position c bewegt. Da der Atmosphärendruck den gemessenen p deutlich übersteigt, wird Quecksilber in das Rohr 2 verdrängt. Wenn das Quecksilber die Mündung des Zylinders 8 erreicht, im Diagramm durch Punkt O markiert, befindet sich das Gasvolumen V im Zylinder 3 und der Messkapillare 4 wird vom gemessenen Medium abgeschnitten. Bei einem weiteren Anstieg des Quecksilbergehalts wird das Abschaltvolumen komprimiert. Wenn das Quecksilber in der Messkapillare eine Höhe h erreicht, stoppt der Lufteinlass in Tank 1 und Ventil 7 wird auf Position b gestellt. Die im Diagramm dargestellte Stellung von Ventil 7 und Quecksilber entspricht dem Zeitpunkt der Manometerablesung.

Die untere Messgrenze von Kompressionsdruckmessgeräten liegt bei 10 -3 Pa (10 -5 mm Hg), der Fehler überschreitet ±1 % nicht. Die Geräte verfügen über fünf Messbereiche und decken Drücke bis 10 3 Pa ab. Je niedriger der gemessene Druck, desto größer ist der Zylinder 1, dessen maximales Volumen 1000 cm3 und dessen minimales 20 cm3 beträgt, der Durchmesser der Kapillaren beträgt 0,5 bzw. 2,5 mm. Die untere Messgrenze eines Manometers wird hauptsächlich durch den Fehler bei der Bestimmung des Gasvolumens nach der Kompression begrenzt, der von der Genauigkeit der Herstellung der Kapillarrohre abhängt.

Ein Satz Kompressionsmanometer zusammen mit einem membrankapazitiven Manometer ist Teil der Landessondernorm für die Druckeinheit im Bereich 1010 -3 ... 1010 3 Pa.

Die Vorteile der betrachteten Flüssigkeitsdruckmessgeräte und Differenzdruckmessgeräte liegen in ihrer Einfachheit und Zuverlässigkeit bei hoher Messgenauigkeit. Beim Arbeiten mit Flüssigkeitsgeräten müssen Überlastungen und plötzliche Druckänderungen ausgeschlossen werden, da in diesem Fall das Arbeitsmedium in die Leitung oder Atmosphäre spritzen kann.

Funktionsprinzip

Das Funktionsprinzip des Manometers basiert auf dem Ausgleich des gemessenen Drucks mit der Kraft elastische Verformung eine röhrenförmige Feder oder eine empfindlichere Zweiplattenmembran, deren eines Ende in einem Halter abgedichtet ist und deren anderes Ende über eine Stange mit einem Dreieckssektormechanismus verbunden ist, der die lineare Bewegung des elastischen Sensorelements in eine Kreisbewegung umwandelt des Anzeigepfeils.

Sorten

Zur Gruppe der Überdruckmessgeräte gehören:

Manometer – Instrumente mit Messwerten von 0,06 bis 1000 MPa (Überdruck messen – die positive Differenz zwischen absolutem und barometrischem Druck)

Vakuummessgeräte sind Geräte, die Vakuum (Druck unter Atmosphärendruck) (bis zu minus 100 kPa) messen.

Druck- und Vakuummessgeräte sind Manometer, die sowohl Überdruck (von 60 bis 240.000 kPa) als auch Vakuum (bis zu minus 100 kPa) messen.

Druckmessgeräte – Manometer für kleine Überdrücke bis 40 kPa

Traktionsmessgeräte – Vakuummessgeräte mit einem Grenzwert von bis zu minus 40 kPa

Schubdruck- und Vakuummessgeräte mit extremen Grenzwerten von nicht mehr als ±20 kPa

Die Daten werden gemäß GOST 2405-88 angegeben

Die meisten inländischen und importierten Manometer werden nach allgemein anerkannten Standards hergestellt. Daher ersetzen Manometer verschiedener Marken einander. Bei der Auswahl eines Manometers müssen Sie Folgendes wissen: die Messgrenze, den Durchmesser des Gehäuses, die Genauigkeitsklasse des Geräts. Wichtig sind auch die Lage und das Gewinde der Armatur. Diese Daten sind für alle in unserem Land und Europa hergestellten Geräte gleich.

Es gibt auch Manometer, die den absoluten Druck messen, also Überdruck + Atmosphärendruck

Ein Gerät, das den Luftdruck misst, wird Barometer genannt.

Arten von Manometern

Je nach Bauart und Empfindlichkeit des Elements gibt es Flüssigkeits-, Eigengewichts- und Verformungsdruckmessgeräte (mit Rohrfeder oder Membran). Manometer werden in Genauigkeitsklassen eingeteilt: 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 (je niedriger die Zahl, desto genauer das Gerät).

Arten von Manometern

Je nach Verwendungszweck können Manometer in technische unterteilt werden: allgemeine technische, elektrische Kontakt-, Spezial-, selbstaufzeichnende, Eisenbahn-, vibrationsbeständige (mit Glycerin gefüllte), Schiffs- und Referenzmanometer (Modell).

Allgemeine Technik: Entwickelt für die Messung von Flüssigkeiten, Gasen und Dämpfen, die Kupferlegierungen nicht angreifen.

Elektrischer Kontakt: Sie haben die Möglichkeit, das Messmedium anzupassen, da ein elektrischer Kontaktmechanismus vorhanden ist. Ein besonders beliebtes Gerät dieser Gruppe kann EKM 1U heißen, obwohl es schon lange nicht mehr hergestellt wird.

Besonderheit: Sauerstoff – muss entfettet werden, da manchmal schon leichte Verunreinigungen des Mechanismus bei Kontakt mit reinem Sauerstoff zu einer Explosion führen können. Sie werden oft in blauen Gehäusen mit der Bezeichnung O2 (Sauerstoff) auf dem Zifferblatt hergestellt; Acetylen - Kupferlegierungen sind bei der Herstellung des Messwerks nicht zulässig, da bei Kontakt mit Acetylen die Gefahr der Bildung von explosivem Acetylenkupfer besteht; Ammoniak – muss korrosionsbeständig sein.

Referenz: Diese Geräte verfügen über eine höhere Genauigkeitsklasse (0,15; 0,25; 0,4) und werden zur Überprüfung anderer Manometer verwendet. In den meisten Fällen werden solche Geräte an Manometern mit Kolbenmanometern oder anderen Installationen installiert, die den erforderlichen Druck erzeugen können.

Schiffsdruckmessgeräte sind für den Einsatz in Fluss- und Seeflotten vorgesehen.

Eisenbahn: für den Einsatz im Schienenverkehr vorgesehen.

Selbstaufzeichnend: Manometer in einem Gehäuse, mit einem Mechanismus, der es Ihnen ermöglicht, das Betriebsdiagramm des Manometers auf Diagrammpapier wiederzugeben.

Wärmeleitfähigkeit

Wärmeleitfähigkeitsmessgeräte basieren auf der Abnahme der Wärmeleitfähigkeit eines Gases mit zunehmendem Druck. Diese Manometer verfügen über einen eingebauten Glühfaden, der sich erwärmt, wenn Strom durch ihn fließt. Zur Messung der Temperatur des Filaments kann ein Thermoelement oder ein Widerstandstemperatursensor (DOTS) verwendet werden. Diese Temperatur hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der das Filament Wärme an das umgebende Gas überträgt, und damit von der Wärmeleitfähigkeit. Häufig wird ein Pirani-Messgerät verwendet, das gleichzeitig einen einzelnen Platinfaden verwendet Heizkörper und wie DOTS. Diese Manometer liefern genaue Messwerte zwischen 10 und 10−3 mmHg. Art., aber sie reagieren ziemlich empfindlich darauf chemische Zusammensetzung gemessene Gase.

[Bearbeiten]Zwei Filamente

Eine Drahtspule dient als Heizung, während die andere zur Temperaturmessung durch Konvektion dient.

Pirani-Manometer (ein Gewinde)

Das Pirani-Manometer besteht aus einem Metalldraht, der dem zu messenden Druck ausgesetzt ist. Der Draht wird durch den durch ihn fließenden Strom erhitzt und durch das umgebende Gas abgekühlt. Mit sinkendem Gasdruck nimmt auch die Kühlwirkung ab und die Gleichgewichtstemperatur des Drahtes steigt. Der Widerstand eines Drahtes ist eine Funktion der Temperatur: Durch Messung der Spannung am Draht und des durch ihn fließenden Stroms kann der Widerstand (und damit der Gasdruck) bestimmt werden. Dieser Manometertyp wurde erstmals von Marcello Pirani entworfen.

Thermoelement- und Thermistor-Messgeräte funktionieren auf ähnliche Weise. Der Unterschied besteht darin, dass ein Thermoelement und ein Thermistor verwendet werden, um die Temperatur des Filaments zu messen.

Messbereich: 10−3 - 10 mmHg. Kunst. (ungefähr 10−1 - 1000 Pa)

Ionisationsdruckmessgerät

Ionisationsdruckmessgeräte sind die empfindlichsten Messgeräte für sehr niedrige Drücke. Sie messen den Druck indirekt, indem sie die Ionen messen, die entstehen, wenn das Gas mit Elektronen beschossen wird. Je geringer die Gasdichte, desto weniger Ionen werden gebildet. Die Kalibrierung eines Ionendruckmessgeräts ist instabil und hängt von der Art der gemessenen Gase ab, die nicht immer bekannt ist. Sie können durch Vergleich mit den Messwerten des McLeod-Manometers kalibriert werden, die viel stabiler und unabhängig von der Chemie sind.

Thermionische Elektronen kollidieren mit Gasatomen und erzeugen Ionen. Die Ionen werden mit einer geeigneten Spannung, einem sogenannten Kollektor, von der Elektrode angezogen. Der Kollektorstrom ist proportional zur Ionisationsrate, die eine Funktion des Systemdrucks ist. Somit ermöglicht die Messung des Kollektorstroms die Bestimmung des Gasdrucks. Es gibt verschiedene Untertypen von Ionisationsdruckmessgeräten.

Messbereich: 10−10 - 10−3 mmHg. Kunst. (ungefähr 10−8 - 10−1 Pa)

Die meisten Ionenmessgeräte gibt es in zwei Ausführungen: Heißkathode und Kaltkathode. Der dritte Typ, ein Manometer mit rotierendem Rotor, ist empfindlicher und teurer als die ersten beiden und wird hier nicht besprochen. Bei einer Glühkathode erzeugt ein elektrisch erhitzter Glühfaden einen Elektronenstrahl. Die Elektronen passieren das Manometer und ionisieren die sie umgebenden Gasmoleküle. Die entstehenden Ionen werden an der negativ geladenen Elektrode gesammelt. Der Strom hängt von der Anzahl der Ionen ab, die wiederum vom Gasdruck abhängt. Heißkathoden-Druckmessgeräte messen den Druck im Bereich von 10−3 mmHg genau. Kunst. bis zu 10−10 mm Hg. Kunst. Das Prinzip eines Kaltkathoden-Druckmessgeräts ist das gleiche, mit der Ausnahme, dass Elektronen in einer Entladung erzeugt werden, die durch eine elektrische Hochspannungsentladung erzeugt wird. Kaltkathoden-Manometer messen den Druck im Bereich von 10−2 mmHg genau. Kunst. bis 10−9 mm Hg. Kunst. Die Kalibrierung von Ionisationsdruckmessgeräten ist sehr empfindlich gegenüber der Strukturgeometrie, der chemischen Zusammensetzung der gemessenen Gase, Korrosion und Oberflächenablagerungen. Ihre Kalibrierung kann unbrauchbar werden, wenn sie bei Atmosphärendruck und sehr niedrigem Druck eingeschaltet wird. Die Zusammensetzung des Vakuums bei niedrigen Drücken ist normalerweise unvorhersehbar, daher muss für genaue Messungen ein Massenspektrometer in Verbindung mit einem Ionisationsdruckmessgerät verwendet werden.

Heiße Kathode

Ein Bayard-Alpert-Heißkathoden-Ionisationsdruckmessgerät besteht typischerweise aus drei Elektroden, die im Triodenmodus arbeiten, wobei die Kathode ein Glühfaden ist. Die drei Elektroden sind Kollektor, Glühfaden und Gitter. Der Kollektorstrom wird mit einem Elektrometer in Pikoampere gemessen. Der Potenzialunterschied zwischen dem Glühfaden und der Erde beträgt typischerweise 30 Volt, während die Netzspannung bei konstanter Spannung 180–210 Volt beträgt, es sei denn, es erfolgt eine optionale elektronische Bombardierung durch Erhitzen des Netzes, das ein hohes Potenzial von etwa 565 Volt haben kann. Das gebräuchlichste Ionenmessgerät ist eine Bayard-Alpert-Heißkathode mit einem kleinen Ionenkollektor im Inneren des Gitters. Ein Glasgehäuse mit einem Loch zum Vakuum kann die Elektroden umgeben, wird aber normalerweise nicht verwendet und das Manometer ist direkt in das Vakuumgerät eingebaut und die Kontakte werden durch eine Keramikplatte in der Wand des Vakuumgeräts geführt. Heißkathoden-Ionisationsmessgeräte können beschädigt werden oder ihre Kalibrierung verlieren, wenn sie eingeschaltet werden atmosphärischer Druck oder sogar bei niedrigem Vakuum. Die Messungen von Glühkathoden-Ionisationsdruckmessgeräten sind immer logarithmisch.

Die vom Glühfaden emittierten Elektronen bewegen sich mehrmals in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung um das Gitter, bis sie darauf treffen. Bei diesen Bewegungen kollidieren einige Elektronen mit Gasmolekülen und bilden Elektron-Ionen-Paare (Elektronenionisation). Die Anzahl solcher Ionen ist proportional zur Dichte der Gasmoleküle multipliziert mit dem thermionischen Strom, und diese Ionen fliegen zum Kollektor und bilden einen Ionenstrom. Da die Dichte von Gasmolekülen proportional zum Druck ist, wird der Druck durch Messung des Ionenstroms geschätzt.

Empfindlichkeit gegenüber Niederdruck Glühkathoden-Druckmessgeräte sind durch den photoelektrischen Effekt begrenzt. Auf das Gitter auftreffende Elektronen erzeugen Röntgenstrahlen, die im Ionenkollektor photoelektrisches Rauschen erzeugen. Dies begrenzt den Bereich älterer Heißkathodenmessgeräte auf 10−8 mmHg. Kunst. und Bayard-Alpert auf etwa 10−10 mmHg. Kunst. Zusätzliche Drähte auf Kathodenpotential in der Sichtlinie zwischen Ionenkollektor und Gitter verhindern diesen Effekt. Beim Extraktionstyp werden die Ionen nicht von einem Draht, sondern von einem offenen Kegel angezogen. Da die Ionen nicht entscheiden können, welchen Teil des Kegels sie treffen sollen, passieren sie das Loch und bilden einen Ionenstrahl. Dieser Ionenstrahl kann auf einen Faraday-Becher übertragen werden.