3.6. Вагопоршневі манометри .
В них тиск зрівноважується тиском, який утворюється в циліндрі, що
заповнений робочою рідиною, мірними вагами (гирями) та вагою не
ущільненого поршня (рис.6,а), тобто, поршня 1, який входить в циліндр 2 з рівномірним по колу і невеликим по величині (<0,01мм) зазором. Будучи оточеним робочою рідиною (мастилом), що протікає через цей зазор, і зовсім не
доторкуючись до внутрішньої поверхні циліндру, поршень знаходиться в рідині
у зваженому стані.
Рівняння рівноваги сил найпростішого поршневого манометра (рис.6,а)
має вигляд: G = Т + РּF, (1) де G - сила, що прикладена до поршня; Р - вимірюваний тиск; F – площа поперечного перерізу поршня; Т- сила рідинного тертя до бокової поверхні поршня.
Після перетворення (почленного ділення на Р ) одержимо:
Р = G/( F + Т/P ) = G / Fеф = kּG, (2)
де k=1/ Fеф ; Fеф = F+ Т/Р - ефективна площа поршня.
Теоретичні й експериментальні дослідження показали, що сила рідинного тертя Т пропорційна тискові Р , тобто Т / Р = соnst. Тому Fеф не залежить від тиску, з чого випливає, що вимірюваний тиск прямо пропорційний силі, яка зрівноважує його.
а) б)
Рис.6. Схеми: а) - не ущільненого поршня та б) - манометра типу МП-2,5
Найбільш часто вимірюваний тиск зрівноважують вагою зовнішнього
навантаження (набір дисків-важок). Рівняння вимірювання цих манометрів має вигляд: Р = (mּg)/ Fеф, (3)
де m - маса поршня та навантаження на нього; g - прискорення падіння.
Таким чином утворюють тиск рідини в циліндрі до тисяч атмосфер. При цьому зберігається гідростатичний принцип дії приладу. Рівномірність заповненого рідиною кільцевого зазору, що оточує поршень, досягається повільним (30об/хв.) повертанням поршня 3 з важками 1 навколо своєї осі (рис.6,б). Так як рідина має певну в’язкість , то при обертанні утворюється зусилля, яке відштовхує поршень від стінок циліндру (ефект віджимання).
Завдяки нестисливості використовуваної робочої рідини поршневі
вимірювачі тиску мають дуже високий клас точності (0,02; 0,05), тому їх широко використовують для перевірення манометрів і вакуумметрів (зокрема, й зразкових), а також дифманометрів (рис. 6,б).
Відповідно із стандартом випускаються манометри вагопоршневі 1-го розряду з допустимою основною приведеною похибкою 0,02% від вимірюваного тиску, якщо він лежить в межах від 10 до 100% верхньої межі
вимірювання. Відповідно для другого розряду ця ж похибка дорівнює 0,05%.
Типи вагопоршневих манометрів: наприклад, МП-2,5 (рис.6,б) з верхньою
межею вимірювання 0,25 МПа (2,5 кгс/см2); ■ МП-60 з діапазоном вимірювання від 1 до 6 МПа (від 1 до 60 кгс/см2). Їх класи точності відповідно 0,02 та 0,05. Вони використовуються в якості лабораторних приладів, що відтворюють міру тиску, при перевіренні робочих манометрів.