Манометр ртутный - Mercury pressure gauge

Открытый (дифференциальный) ртутный манометр

А манометр ртутный это тип манометр с помощью Меркурий в качестве рабочего тела. Самая простая форма этого инструмента - U-образная стеклянная трубка, заполненная ртутью. Более сложные версии работают с очень высоким давлением или имеют более совершенные средства заполнения ртутью.

Описание

Инструмент представляет собой стеклянную U-образную трубку, наполовину заполненную ртутью. Один конец подсоединяется к сосуду, давление в котором измеряется. Другой можно оставить открытым или опломбировать. Если оставить его открытым, измеренное давление будет относиться к давлению воздуха, которое является переменным. Если он герметичен, измеренное давление абсолютное давление. При изготовлении трубка герметизируется, и на ее конце создается вакуум.[1] Ртуть - полезный материал для манометра из-за ее высокого плотность. Это означает, что необходим столбик гораздо меньшей длины по сравнению с водой.[2] Например, давление, представленное столбцом 100 мм воды чуть ниже 7,4 мм ртути (мм рт. ст. ).[3]

Давление определяется путем измерения разницы в высоте между контрольной колонкой и колонкой, соединенной с испытуемым объектом. Калибровочные отметки обычно предоставляются для помощи в этом измерении и в лабораториях. катетометр может использоваться для точности.[4] При измерении относительного давления разница может быть отрицательной, то есть испытательное давление ниже эталонного давления.[5] Повсеместное распространение этого прибора привело к тому, что миллиметры рт. Ст. Стали общепринятой единицей измерения давления. Это также связано с другой единицей давления, торр. MmHg не Единица СИ но по-прежнему иногда используется, особенно в медицине.[6] В единицах СИ 1 мм рт. Ст. примерно 133 Па .[7]

Заполнение ртутью

Ртутный манометр Циммерли

Первоначальное заполнение герметичного манометра ртутью может быть проблематичным. Один метод включает сплавление стекла измерителя в сосуд с ртутью, откачивая воздух и вскипая ртуть. После заполнения калибр снова срезается. Кроме того, вакуум в манометре со временем ухудшается из-за медленного распространение газов через ртуть, что делает прибор неточным.[8]

Датчик, решающий проблемы заполнения, был изобретен Адольфом Циммерли (1886–1967).[9] в 1938 г., по крайней мере, для низких давлений (то есть давлений ниже атмосферного - частичный вакуум).[10] Калибр Циммерли состоит из трех относительно широких столбцов. Как показано на схеме, столбцы в центре и справа функционируют как стандартный U-образный манометр. Кроме того, верх центрального столбца соединяется с нижним краем третьего столбца слева с помощью капиллярная трубка. Центральная колонка изначально полностью заполнена ртутью, как и соединительный капилляр. Два других столбца заполнены частично. Верхняя часть как основной колонки справа, так и колонны резервуара слева соединены вместе и с впускным отверстием для измерения давления. При приложении испытательного давления ртуть поднимается как в левом, так и в правом столбце и падает в центральном столбце. Ртуть в верхней части капилляра разрывается, и там образуется вакуум. Затем давление измеряется обычным способом по разнице высот правой и центральной колонн.[11]

Поскольку новый вакуум создается каждый раз при проведении измерения, проблема загрязнения вакуума не возникает. Любые пузырьки, которые образуются в капилляре, легко удалить, перевернув манометр и встряхивая или постукивая.[12]

Измерение высокого давления

Kamerlingh Onnes ртутный манометр

При очень высоких давлениях колонка может быть очень высокой даже при использовании ртути. Созданы манометры для измерения давления в диапазоне 20–30 стандартных атмосфер (15–23000 мм рт. Ст.).[13] Столбец с ртутью высотой 23 метра плохо читается и страдает неточностями, вызванными тем, что разные части столбца находятся при разных температурах. Более компактный ртутный манометр, подходящий для высокого давления, был построен Хайке Камерлинг-Оннес, первооткрыватель сверхпроводимость. Он состоял из ряда заполненных ртутью U-образных трубок, соединенных вместе с перевернутыми U-образными трубками. В перевернутых U-образных трубках содержится сжатый воздух под давлением, рассчитанным на работу прибора в интересующем диапазоне давления. Давление определяется с помощью этого прибора путем суммирования разницы высот колонок в каждой из U-образных трубок.[14]

История

Родителем всех ртутных манометров является ртутный барометр изобретен Евангелиста Торричелли в 1643 г.[15] Одним из первых инженерных применений ртутного манометра было измерение давления в паровых котлах в эпоху пара. Первое использование на Паровые двигатели был от Джеймс Ватт при разработке Паровой двигатель ватта между 1763 и 1775 годами. Этот двигатель был развитием популярного Атмосферный двигатель Newcomen.[16] Датчик для паровых двигателей, очень похожий на более поздний датчик Камерлинг-Оннеса, был запатентован в 1858 году Томасом Пурсгловом. Подобно устройству Камерлинг-Оннеса, в нем было несколько последовательно соединенных U-образных трубок. Соединительные трубки были заполнены несжимаемой жидкостью.[17]

Этот инструмент ранее широко использовался в образовании, лабораториях и медицинских измерениях, а также в промышленных приложениях. Однако токсичность ртути и риск разливов через битую стеклянную посуду привели к ее снижению. Также проще подключить другие типы датчиков к электронным системам. К 1991 году его в основном заменили другие технологии.[18]

Использовать как стандарт

Датчики ртути обычно используются в качестве первичный стандарт для давления со стороны национальных лаборатории эталонов.[19] Например, Национальный институт стандартов и технологий (NIST) в США использует калибр высотой три метра и 225 кг ртути. Для точности ультразвук используются для измерения высоты столбика ртути. Однако в 2019 году резервный манометр был выведен из эксплуатации после долгих лет эксплуатации. Он был настолько большим, что его нельзя было удалить обычными средствами; в потолке было проделано отверстие для его извлечения. Вывод из эксплуатации был частью международного шага по прекращению использования ртути в лабораториях стандартизации по экологическим причинам. NIST в конечном итоге также выведет из строя основной датчик ртути после переносного фотонный устройство установлено на его замену.[20]

Смотрите также

  • Датчик Маклеода, тип ртутного манометра, используемый для калибровки электронных манометров.

Рекомендации

  1. ^ Хала и другие., стр. 207–209
  2. ^ Штейн, стр. 409
  3. ^ Герман, стр. 82
  4. ^ Хала и другие., п. 208
  5. ^ Сингх, стр. 8
  6. ^ Линд и другие., п. 271
  7. ^ Коц и другие., п. 516
  8. ^ Хала и другие., стр. 209–211
  9. ^ <Автор Рутгерса>, стр. 34
  10. ^ Циммерли, с. 283
  11. ^ Хала и другие., стр. 211–212
  12. ^ Хала и другие., п. 212
  13. ^ Хала и другие., п. 220
  14. ^ Хала и другие., п. 220
  15. ^ Мак, стр. 3–12
  16. ^ Копп, стр. 494
  17. ^ Purssglove, стр. 1
  18. ^ COWI, стр. 138–139.
  19. ^ Suski и другие., п. 75
  20. ^ Ли

Библиография

  • COWI Инженеры-консультанты и проектировщики, Ртуть: глобальный загрязнитель, требующий глобальных инициатив, Совет министров северных стран, 2002 г. ISBN  9289307544.
  • Хала, Эдуард; Пик, Иржи; Фрид, Войтех; Vilím, O .; Стандарт, Георгий (транс), Равновесие пар-жидкость, Pergamon Press, 1967 (перепечатка Elsevier, 2013 г.) ISBN  1483160866).
  • Герман, Ирвинг, Физика человеческого тела, Springer Science & Business Media, 2007 г. ISBN  3540296042.
  • Копп, Брайан, "Промышленная телеметрия", гл. 18 дюймов, Разработка систем телеметрии, Artech House, 2002 г. ISBN  1580532578.
  • Коц, Джон С .; Treichel, Paul M .; Таунсенд, Джон Р., Химия и химическая реакционная способность, т. 1, Cengage Learning, 2008 г. ISBN  0495387118.
  • Лешевалье, Юбер А., «Институт микробиологии Ваксмана, 1954–1984», Журнал Университета Рутгерса, т. 49–51, стр. 20–45, Associated Friends of the Library of Rutgers University, 1987.
  • Ли, Дженнифер Лорен, «Больше не под давлением: NIST демонтирует гигантский ртутный манометр», NIST, 28 июня 2019 г./15 января 2020 г., извлечены и в архиве 29 августа 2020.
  • Lindh, Wilburta Q .; Пулер, Мэрилин С .; Тампаро, Кэрол Д .; Даль, Барбара М., Клиническая медицинская помощь Делмара, Cengage Learning, 2009 г. ISBN  1435419251.
  • Мак, Дональд М., Инструментман 1 и С, Типография правительства США, 1990 г. (издание 1973 г.) LCCN  73-603249 ).
  • Пурсглав, Томас Парамор, "Манометр", Английские патенты на изобретения, спецификации: 1858, 2675-2752, патент № 2739, подана 1 декабря 1858 г., выдана 31 мая 1859 г.
  • Сингх, Сарбджит, Эксперименты в механике жидкости, PHI Learning, 2012 г. ISBN  8120345118.
  • Штейн, Бенджамин, Строительная техника: механические и электрические системы, Джон Вайли и сыновья, 1996 ISBN  0471593192.
  • Suski, J .; Puers, R .; Ehrlich, C.D .; Schmidt, J.W .; Abramson, E.H .; Саттон, C.M., «Давление», гл. 3 дюйма, Goodwin, A.R.H .; Marsh, K.N .; Wakeham, W.A. (ред.), Экспериментальная термодинамика (том 6): Измерение термодинамических свойств одиночных фаз, Эльзевир, 2003 ISBN  008053144X.
  • Циммерли, Адольф, «Усовершенствованный ртутный U-образный датчик», Промышленная и инженерная химия: аналитическое издание, т. 10, вып. 5. С. 283–284, 1 мая 1938 г.