Манометр (від грец. (Грецький) manós - рідкісний, нещільний та ... метр ), Прилад для вимірювання тиску рідин і газів. Розрізняють М. для вимірів абсолютного тиску, який починається від нуля (повного вакууму); М. для вимірювання надлишкового тиску, тобто різниці між абсолютним і атмосферним тиском, коли абсолютний тиск більше атмосферного; діфманометри для вимірювань різниці двох тисків, кожне з яких, як правило, відрізняється від атмосферного. Для вимірювань тиску, відповідного атмосферному, застосовують барометри , Для вимірювань тиску розріджених газів - вакуумметри (головним чином в вакуумній техніці ).

При вимірах тиску користуються М., у яких шкали градуйовані в різних одиницях (див. тиск ).

Основа вимірювальної системи М. - чутливий елемент, що є первинним перетворювачем тиску. Залежно від принципу дії і конструкції чутливого елемента розрізняють М. рідинні, поршневі, деформаційні (пружинні). Крім того, знаходять застосування прилади, дія яких заснована на вимірі змін фізичних властивостей різних речовин під дією тиску.

Крім М. з безпосереднім відліком свідчень або їх реєстрацією, широко використовуються так звані безшкальний М. з уніфікованими пневматичними або електричними вихідними сигналами, які надходять в системи контролю, автоматичного регулювання та керування різними технологічними процесами. Області застосування М. різних типів показані на рис. 1.

У рідинних М. чутливим елементом є стовп рідини, що врівноважує вимірюваний тиск. Ідея використовувати рідину для вимірювання тиску належить італійському вченому Е. Торрічеллі (1640). Перші ртутні М. були зроблені італійським механіком В. Вівіані (+1642) і французьким ученим Б. Паскалем (+1646). Конструктивне виконання рідинних М. відрізняється великою різноманітністю. Основні різновиди рідинних М .: U-образні (двотрубні), чашкові (однотрубні) і двохчашкові. Сучасні рідинні М. мають межі вимірювань від 0,1 н / м2 до 0,25 Мн / м2 (~ від 0,01 мм вод. Cm. До 1900 мм pm. Cm.) І знаходять застосування головним чином для вимірів з високою точністю в лабораторних умовах. Рідинні М., службовці для вимірювання малих надлишкових тисків і розрідження менше 5 кн / м2 (37,5 мм pm. Ст.), Називаються мікроманометрами. При малих межах вимірів рідинні М. заповнюються легкими рідинами (вода, спирт, толуол, силіконові масла), а при збільшенні меж вимірів - ртуттю. При вимірі тиску чашковим мікроманометром (рис. 2) заповнює посудину рідина витісняється в трубку, зміна рівня рідини порівнюють зі шкалою, отградуированной в одиницях тиску. Межі вимірювань приладу не перевищують 2 кн / м2 (~ 200 мм вод. Ст.) При найбільшому куті нахилу. Для точних вимірювань і повірки мікроманометрі ін. Типів застосовують двохчашкові мікроманометри компенсаційного типу, в яких один з судин (чашка) жорстко закріплений, а другий посудину з метою створення необхідного для урівноваження тиску стовпа рідини переміщається у вертикальному напрямку. Переміщення, яке визначається за допомогою точної шкали з ноніусом або по кінцевими мірами довжини, безпосередньо характеризує вимірюваний тиск. Компенсаційними мікроманометрами можна вимірювати тиск до 5 кн / м2 (~ 500 мм вод. Ст.), При цьому похибка не перевищує (2-5) × 10-3 н / м2, або (2-5) × 10-2 мм вод . cm.

Верхня межа вимірювання рідинних М. можна підвищити, збільшивши висоту стовпа рідини і вибравши рідину з більшою щільністю. Однак навіть при заповненні М. ртуттю його верхня межа виміру рідко перевищує 0,25 Мн / м2 (~ 1900 мм рт. Ст.), Наприклад в чашкових М., в яких широкий посудину повідомлений з вертикальною трубкою. Рідинні М. для вимірів з високою точністю оснащують електричними або оптичними відліковими пристроями, а їх конструктивне виконання дозволяє усунути різні джерела похибок (вплив температури, вплив вібрацій, капілярні сили і т. Д.). Високу точність забезпечує двохчашкові ртутний М. абсолютного тиску з так званим ємнісним відліком (рис. 3), який застосовується для визначення температури в еталонному газовому термометрі (Всесоюзний науково-дослідний інститут метрології імені Д. І. Менделєєва). Межі вимірювань М. складають (0-0,13) Мн / м2 (0-1000 мм pm. Ст.).

Для поліпшення експлуатаційних характеристик (в основному точності показань) в рідинних М. застосовують стежать , Які дозволяють автоматично визначати висоту стовпа рідини.

У поршневих М. чутливим елементом є поршень або інше тіло, за допомогою якого тиск врівноважується вантажем або яким-небудь силовимірювальне пристроєм. Поширення отримав М. з так званим неущільненого поршнем, в якому поршень притертою до циліндра з невеликим зазором і переміщається в ньому в осьовому напрямку. Вперше подібний прилад був створений в 1833 російськими вченими Е. І. Парротом і Е. Х. Ленцем ; широке застосування поршневі М. знайшли в другій половині 19 століття завдяки роботам Е. Рухгольца (Німеччина) і А. Амага (Франція), які незалежно один від одного запропонували «неущільненого» поршень. Основна перевага поршневих М. перед рідинними полягає в можливості виміру ними високого тиску при збереженні високої точності. Поршневий М. з відносно невеликими габаритами (висота ~ 0,5 м) перевершує по межах вимірів і точності 300-метровий ртутний М., конструкція якого була розроблена французьким ученим Л. Кальете (1891). М. був змонтований на Ейфелевій вежі в Парижі. Верхня межа вимірювання поршневих М. складає близько 3,5 Гн / м2 (3,5 × 108 мм вод. Ст.). При цьому висота вимірювальної установки не перевищує 2,5 м. Для вимірювання такого тиску ртутним М. потрібно було б довести його висоту до 26,5 км.

Найбільш поширені вантажопоршневі М. з простим неущільненого поршнем (рис. 4). Простір під поршнем заповнене маслом, яке під тиском надходить у зазор між поршнем і циліндром, що забезпечує мастило поверхонь, що труться. Обертання поршня щодо циліндра запобігає появі контактного тертя. Тиск визначається вагою вантажів, що врівноважують його, і площею перетину поршня. Змінюючи вагу вантажів і площа перетину поршня, можна в широкому діапазоні змінювати межі вимірювань, які для М. даного типу складають 0,04-10 Мн / м2 (0,4-100 кгс / см2). При цьому похибки найбільш точних еталонних М. не більше 0,002-0,005%. При подальшому підвищенні меж вимірів площа поршня стає настільки малою, що для вантажів необхідно конструювати спец. (Спеціальний) пристрої (опорні штанги, важільні пристрої). Наприклад, для зменшення ваги вантажів в М. системи М. К. Жоховського (СРСР) врівноважує зусилля створюється за допомогою гідравлічного мультиплікатора . У цьому випадку навіть при вимірі високого тиску 2,5 Гн / м2 (2,5 × 104 кгс / см2) вимірювальна установка гранично компактна і не вимагає накладення великого числа вантажів.

Поршневі М. спец. (Спеціальний) конструкцій застосовуються також при вимірюванні невеликих надлишкових тисків, розрідження, абсолютного і атмосферного тиску. Як правило, поршневі системи таких М. заздалегідь врівноважуються спеціальним пристроєм, що дозволяє знизити нижню межу вимірювань практично до нуля. Поршень може бути урівноважений, наприклад, пружинним механізмом. Обертання поршня здійснюється від електродвигуна. При створенні розрідження в просторі над верхньою частиною поршня надлишок атмосферного тиску врівноважують вантажі, що накладаються на його нижню частину.

Крім циліндричних поршнів, застосовують сферичні і конічні поршні. У так званих церковних М. роль поршня виконує дзвін, а в М. типу «кільцевих ваг» - плоска перегородка усередині полого кільця.

Поршневі М. застосовують для градуювання і повірки М. інших типів, при точних вимірах і контролі тиску з виходом свідчень на цифровий лічильник або з передачею їх на відстань.

В деформаційних М. чутливим елементом є пружна оболонка, яка сприймає вимірюваний тиск. Деформація цієї оболонки є мірою викликав її тиску. Деформаційні М. залежно від конструкції чутливого елемента діляться на трубчасті, мембранні і сильфонні. Принцип визначення тиску по пружною деформації тонкої оболонки був запропонований в 1846 німецьким ученим Р. Шінцем, а окремий випадок цього методу - визначення тиску по деформації порожнистої трубчастої пружини - в 1848 французьким ученим Е. Бурдоном, на ім'я якого трубчаста пружина часто називається трубкою Бурдона. Межі вимірювань деформаційних М. охоплюють широкий діапазон тисків - від 10 н / м2 до 1000 Мн / м2 (1-108 мм вод. Ст.).

Простота принципу дії, компактність конструкції, зручність в експлуатації зумовили застосування деформаційних М. при промислових вимірах. Найпростіший трубчастий М. (рис. 5) має порожнисту, вигнуту по дузі трубку, один кінець якої приєднаний до обсягу, де вимірюється тиск, другий, запаяний кінець - до важеля передавального механізму. При зміні тиску трубка деформується, переміщення її кінця через передавальний механізм повідомляється стрілці, яка показує тиск за шкалою. Поряд з трубчастою пружиною в М. часто застосовують мембрану або сильфон . Крім механічного перетворення деформації чутливого елемента в показання М., застосовуються також електричні або оптичні методи перетворення, в тому числі з передачею результатів вимірювань на відстань.

У системах автоматичного регулювання та контролю технологічних процесів застосовують деформаційні М. з силовою компенсацією (по методу вимірювань). В цьому випадку М. складається з вимірювального блоку і уніфікованого електричного або пневматичного силового перетворювача. Вимірюється тиск перетворюється чутливим елементом вимірювального блоку в зусилля, яке врівноважується силою, що розвивається механізмом зворотного зв'язку, а не деформацією чутливого елемента. На виході перетворювача механізму створюється стандартний електричний або пневматичний сигнал, пропорційний вимірюваному тиску. Дана система дозволяє застосовувати один і той же перетворювач в М. для вимірювання абсолютного, надлишкового тиску і розрідження, різниці тисків, а також інших теплоенергетичних параметрів (температури, рівня, щільності, витрати). При цьому можлива зміна меж вимірів в широкому діапазоні за рахунок зміни співвідношень плечей важелів перетворювача і площ сильфонов. Вимірювальний блок М. абсолютного тиску складається з двох сильфонів (рис. 6), пов'язаних з Т-образним важелем перетворювача. В одному з сильфонов створено розрідження, другий повідомлений з об'ємом, в якому вимірюється тиск. Під дією тиску заслінка Т-образного важеля притискається до сопла, що призводить до збільшення тиску в сильфоні зворотного зв'язку і появи врівноважує зусилля. Перетворювач харчується стисненим повітрям від стороннього джерела. Вихідний тиск за допомогою пневмоусилителя передається на апаратуру, що фіксує результати вимірів.

При вимірі дуже високого тиску (понад 2,5 Мн / м2) або тисків, близьких до нуля (менше 10 н / м2), застосування М. зазначених вище типів пов'язане з великими труднощами або просто неможливо. У цих випадках знайшли вживання М., принцип дії яких заснований на вимірюванні будь-якого фізичного параметра, пов'язаного з тиском певною залежністю. При вимірі малого абсолютного тиску застосовують іонізаційні, теплові, в'язкі, радіометричні М. (див. Вакуумметрія ). При вимірі високого тиску широко використовують, наприклад, манганінові М., в яких під дією тиску змінюється електричний опір тонкої манганінового дроту. Знаходять застосування також М., дія яких заснована на магнітострикційному ефекті (див. магнітострикція ), Швидкості поширення звуку в середовищі і ін. Високою точністю відрізняються М., принцип дії яких заснований на залежності температури плавлення ртуті від тиску. Перехід ртуті з твердого стану в рідке супроводжується стрибкоподібним зміною обсягу, що дозволяє надійно фіксувати відповідні моменту плавлення температуру і тиск і забезпечує хорошу відтворюваність результатів. Вимірювальна установка з таким М. дозволяє визначати тиску до 4 Гн / м2 (~ 4 × 102 мм вод. Ст.) З похибкою, що не перевищує 1%, і використовується як еталон надвисокого тиску (до 4 Гн / м2) при перевірці і градуировке М.

Подальше вдосконалення М. передбачає підвищення їх точності, розширення меж вимірювань, забезпечення більш високої надійності і довговічності, зручності експлуатації. Підвищенню точності М. сприяє використання таких матеріалів, як дисперсно-тверднуть сплави, кварц (наприклад, для виготовлення чутливих елементів деформаційних М.), застосування пружних опор, оптичних і електричних методів зняття показань і реєстрації їх. При автоматизації вимірювань знаходять застосування різні засоби, що дозволяють передавати результати вимірювань на пристрої з цифровим відліком, що записують і друкують устрою, які можуть перебувати на значних відстанях від місць вимірів (наприклад, передача результатів вимірювання атмосферного тиску на Марсі і Венері при обльоті їх штучними супутниками) , і так далі.

Літ .: Жоховський М. К., Техніка виміру тиску і розрідження, 2 вид., М., 1952; його ж, Теорія і розрахунок приладів з неущільнений поршнем, 2 вид., М., 1966; Андрюхина О. Б., Граменіцкий В. Н., Зразкові вантажопоршневі прилади для вимірювання тиску, сили і маси. [Огляд], М., 1969: Хансуваров К. І., Точні прилади для вимірювання абсолютного тиску, М., 1971.

К. І. Хансуваров.

Мал. 3. Схема манометра абсолютного тиску з ємнісним відліком свідчень: 1 - судини; 2 - металеві пластини; 3 - ртуть; 4 - скляні сполучні трубки; 5 - відліковий мікроскоп; 6 - шкала.

Мал. 2. Рідинний чашковий мікроманометр з похилою трубкою типу ммн.

Мал. 4. грузопоршневой манометр МП-60 з простим неущільненого поршнем: 1 - вантажі; 2 - вантажоприймальної тарілка; 3 - обмежувач; 4 - воронка; 5 - поршень; 6 - циліндр.

Мал. 6. Принципова схема бесшкального манометра абсолютного тиску типу МАС-П1: 1 - порівняльний сильфон; 2 - вимірювальний сильфон; 3 - сопло; 4 - заслінка; 5 - сильфон зворотного зв'язку; 6 - пневмоусилитель.

Мал. 5. Трубчастий манометр ММ-40: 1 - трубка; 2 - важіль передавального механізму; 3 - передавальний механізм; 4 - стрілка.

Мал. 1. Області застосування манометрів різних типів.