Приборы для измерения давления. Барометр-анероид. Манометр

Введение

Давление — это физическая величина, показывающая, с какой силой одно тело действует на единицу площади другого тела.
Мы уже знаем, что давление может создавать воздух, жидкость или твёрдое тело.
Для изучения и практического использования давления необходимо уметь его измерять.
Без этого невозможно представить себе ни метеорологию, ни технику, ни медицину, ни промышленность.

Для измерения давления используют специальные приборы — барометры и манометры.

1. Барометры — приборы для измерения атмосферного давления

Атмосферное давление измеряется с помощью барометра.
Слово происходит от греческих слов baros — тяжесть и metreo — измеряю.
Первые барометры были ртутными, как в опыте Торричелли. Однако ртуть — тяжёлый и токсичный металл, поэтому в быту и на транспорте их заменили другими, более удобными устройствами.

Одним из таких приборов стал барометр-анероид.

2. Барометр-анероид и принцип его действия

Барометр-анероид (от греческого a- — «без» и neron — «жидкость») — это безжидкостный барометр, изобретённый французским учёным Люсьеном Види в 1847 году.

Основная часть прибора — металлическая коробочка, из которой частично откачан воздух.
Эта коробочка очень тонкая и легко деформируется: при увеличении атмосферного давления она сжимается, а при уменьшении — расширяется.
Движение её стенок передаётся через систему рычагов и пружин на стрелку, которая перемещается по шкале, показывая значение давления.

Шкала проградуирована в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.) или в паскалях (Па).
Обычно 1 атмосфера соответствует 760 мм рт. ст. или 101 325 Па.

Барометры-анероиды используются для:

• измерения атмосферного давления в метеостанциях и аэропортах;

• прогнозирования погоды (рост давления — к ясной, падение — к ненастной);

• определения высоты (высотомеры в самолётах и альтиметры в горах — это разновидности барометра-анероида).

3. Манометр — прибор для измерения давления жидкостей и газов

Если нужно измерить давление внутри замкнутых систем (например, в шине, баллоне, трубе, бойлере), используют манометры.
Манометр измеряет избыточное давление, то есть давление жидкости или газа по сравнению с атмосферным.

Существует несколько видов манометров, но принцип у них общий: давление среды вызывает изгиб или перемещение чувствительного элемента, а по шкале прибора определяется его величина.

4. Жидкостные манометры

Самый простой манометр — жидкостный U-образный.
Он представляет собой стеклянную трубку, изогнутую в виде буквы U и частично заполненную жидкостью (например, ртутью, спиртом или водой).
Один конец трубки соединён с сосудом, где измеряется давление, другой остаётся открытым в атмосферу.

Разность уровней жидкости в коленах трубки показывает, насколько давление в сосуде больше (или меньше) атмосферного.
Если столб жидкости выше со стороны открытого конца, давление в сосуде больше атмосферного.

Жидкостные манометры просты и точны, но неудобны для переноски, поэтому чаще применяются механические манометры.

5. Пружинные (деформационные) манометры

В механических манометрах давление действует на упругий металлический элемент — обычно изогнутую трубку (трубку Бурдона).
Когда давление внутри трубки увеличивается, она слегка распрямляется.
Это движение через систему рычагов передаётся стрелке, которая движется по шкале.

Такой принцип используется в автомобильных, промышленных и медицинских манометрах (например, в приборе для измерения давления крови — тонометре).

6. Единицы измерения давления

Основная единица давления в системе СИ — паскаль (Па):
1 Па = 1 Н/м².

Однако на практике часто используют и другие единицы:

• 1 атмосфера (1 атм) = 101 325 Па;

• 1 мм рт. ст. = 133,3 Па;

• 1 бар = 100 000 Па.

Для удобства измерений в манометрах и барометрах иногда указываются доли и кратные единицы:
килопаскали (кПа), мегапаскали (МПа), миллиметры ртутного столба.

7. Практическое значение барометров и манометров

Барометры и манометры широко применяются в самых разных областях:

• в метеорологии — для измерения атмосферного давления и прогнозов погоды;

• в авиации и судоходстве — для измерения высоты и давления воздуха;

• в медицине — для контроля артериального давления;

• в промышленности и энергетике — для контроля давления в котлах, баллонах, трубопроводах;

• в бытовой технике — в насосах, компрессорах, газовых баллонах и шинах.

Без этих приборов невозможно безопасно использовать газ, пар, воду под давлением или следить за погодными условиями.

8. Интересный факт

Современные цифровые барометры и манометры работают с помощью датчиков давления, преобразующих механические колебания мембраны в электрический сигнал.
Такие приборы могут подключаться к компьютеру или смартфону и показывать не только давление, но и графики его изменения.

Заключение

Барометры и манометры — важные приборы, которые помогают людям понимать и контролировать давление в окружающем мире.
Барометр-анероид показывает, с каким давлением атмосфера действует на Землю, а манометр помогает измерять давление в газах и жидкостях.
Знание и правильное применение этих приборов делает возможной работу многих технических систем и помогает предсказывать природные явления.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется барометром?

2. Чем барометр-анероид отличается от ртутного барометра?

3. Как устроен барометр-анероид и как он работает?

4. Что измеряет манометр и в чём его отличие от барометра?

5. Как устроен жидкостный манометр и что показывает разность уровней жидкости?

6. Как работает пружинный манометр (трубка Бурдона)?

7. Какие единицы измерения давления используются в физике?

8. Где применяются барометры и манометры в быту и технике?

9. Почему давление в шине измеряется манометром, а не барометром?

10. Как цифровые датчики заменяют механические приборы?