Манометр ртутный

— Ртутный манометр это тип манометра, используется ртуть в котором в качестве рабочей жидкости . Самая простая форма этого прибора — стеклянная трубка U-образной формы, наполненная ртутью. Более сложные версии рассчитаны на очень высокое давление или имеют более совершенные способы наполнения ртутью.

Описание

Прибор представляет собой стеклянную U-образную трубку, наполовину заполненную ртутью. Один конец соединен с сосудом, давление которого измеряется. Второй можно оставить открытым или загерметизировать. Если его оставить открытым, измеренное давление будет зависеть от давления воздуха, которое является переменным. Если он герметичен, измеренное давление является абсолютным . Во время производства трубка герметизируется, а на запечатанном конце находится вакуум. ^[1] Ртуть — полезный материал для использования в манометрах из-за ее высокой плотности . Это означает, что необходима гораздо более короткая колонка по сравнению с водой. ^[2] Например, давление, создаваемое столбом высотой 100 мм воды , составляет чуть менее 7,4 мм ртутного столба ( мм рт. ст. ). ^[3]

Давление определяют путем измерения разницы высот между эталонной колонкой и колонкой, соединенной с испытуемым объектом. Для помощи в этом измерении обычно имеются калибровочные метки, а в лабораториях катетометр . для обеспечения точности можно использовать ^[4] При измерении относительного давления разница может быть отрицательной, что означает, что испытательное давление ниже эталонного давления. ^[5] Повсеместное распространение этого прибора привело к тому, что мм рт. ст. стало общепринятой единицей измерения давления. Это также связано с другой единицей давления — торром . мм рт.ст. не является единицей системы СИ , но до сих пор иногда используется, особенно в медицине. ^[6] В единицах СИ 1 мм рт. ст. составляет примерно 133 Па . ^[7]

Заполнение ртутью

Первоначальное заполнение герметичного манометра ртутью может оказаться проблематичным. Один из методов заключается в приваривании стекла манометра к сосуду с ртутью, откачке воздуха и кипячении ртути. После заполнения манометр снова отрезается. Кроме того, вакуум в манометре со временем ухудшается из-за медленной диффузии газов через ртуть, что делает прибор неточным. ^[8]

В 1938 году Адольф Циммерли (1886–1967). ^[9] изобрел манометр, который позволил решить проблемы с наполнением, по крайней мере, при давлении ниже атмосферного. ^[10] Датчик Циммерли состоит из трех относительно широких столбцов. На схеме столбцы в центре и справа функционируют как стандартный манометр с U-образной трубкой. Кроме того, верхняя часть центральной колонки соединена с нижней частью третьей левой колонки капиллярной трубкой . Центральная колонка изначально полностью заполнена ртутью, как и соединительный капилляр. Остальные два столбца заполнены частично. Верхняя часть основной колонны справа и резервуарной колонны слева соединены вместе и со входом для измерения давления. При приложении испытательного давления уровень ртути 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 правого и центрального столбцов. ^[11]

Поскольку при каждом измерении образуется новый вакуум, проблем с загрязнением вакуума не возникает. Любые пузырьки, образующиеся в капилляре, легко удаляются путем переворачивания манометра и встряхивания или постукивания. ^[12]

Измерение высокого давления

При чрезвычайно высоких давлениях столбец может оставаться очень высоким даже при использовании ртути. Созданы манометры для измерения давления в диапазоне 20–30 стандартных атмосфер (15 000–23 000 мм рт. ст.). ^[13] Ртутный столб высотой 23 метра трудно читать, и он страдает от неточностей, вызванных тем, что разные части столба находятся при разных температурах. Более компактный ртутный манометр, пригодный для измерения высокого давления, построил Хайке Камерлинг-Оннес , первооткрыватель сверхпроводимости . Он состоял из серии заполненных ртутью U-образных трубок, соединенных вместе перевернутыми U-образными трубками. Перевернутые U-образные трубки содержат сжатый воздух под давлением, позволяющим привести прибор в интересующий диапазон давлений. Давление определяется с помощью этого прибора путем суммирования разницы высот колонн в каждой из U-образных трубок. ^[14]

История

Родоначальником всех ртутных манометров является ртутный барометр, изобретенный Евангелистой Торричелли в 1643 году. ^[15] Первым инженерным применением ртутного манометра было измерение давления в паровых котлах в эпоху пара. Впервые паровые двигатели были использованы Джеймсом Уаттом при разработке парового двигателя Уатта между 1763 и 1775 годами. Этот двигатель был развитием популярного атмосферного двигателя Ньюкомена . ^[16] Манометр для использования в паровых двигателях, очень похожий на более поздний манометр Камерлинг-Оннеса, был запатентован в 1858 году Томасом Перссглавом. Как и устройство Камерлинга-Оннеса, оно имело несколько последовательно соединенных U-образных трубок. Соединительные трубки были заполнены несжимаемой жидкостью. ^[17]

Раньше этот прибор широко использовался в образовании, лабораториях и медицинских измерениях, а также в промышленности. Однако токсичность ртути и риск ее разливов через разбитую стеклянную посуду привели к ее снижению. Также проще подключить другие типы датчиков к электронным системам. К 1991 году они были в основном заменены другими технологиями. ^[18]

Использовать в качестве стандарта

Ртутные манометры обычно используются в качестве основного эталона давления национальными лабораториями эталонов . ^[19] Например, Национальный институт стандартов и технологий (NIST) в США использует манометр высотой три метра, содержащий 225 кг ртути. Для точного ультразвук измерения высоты столба ртути используется . Однако в 2019 году резервный манометр был выведен из эксплуатации после многолетнего простоя. Он был настолько велик, что его нельзя было удалить обычными способами; для его извлечения в потолке прорезали дыру. Вывод из эксплуатации был частью международного движения по прекращению использования ртути в лабораториях по стандартизации по экологическим соображениям. В конечном итоге NIST также выведет из строя основной ртутный датчик после того, как портативное фотонное устройство. вместо него будет установлено ^[20]

См. также

Манометр Маклеода — разновидность ртутного манометра, используемого для калибровки электронных манометров.

Ссылки

^ Говорите и др. , стр. 207–209
^ Штейн, с. 409
^ Герман, с. 82
^ Говорите и др. , с. 208
^ Сингх, с. 8
^ Линд и др. , с. 271
^ Коц и др. , с. 516
^ Говорите и др. , стр. 209–211
^ <Автор Рутгерса>, с. 34
^ Циммерли, с. 283
^ Говорите и др. , стр. 211–212
^ Говорите и др. , с. 212
^ Говорите и др. , с. 220
^ Говорите и др. , с. 220
^ Мак, с. 3-12
^ Копп, стр. 494.
^ Перссглав, с. 1
^ КОУИ, стр. 138–139
^ Суски и др. , стр. 75
^ Ли

Библиография

COWI Инженеры-консультанты и проектировщики , Ртуть: глобальный загрязнитель, требующий глобальных инициатив , Совет министров Северных стран, 2002 г. ISBN 9289307544 .
Халла, Эдуард; Пик, Джордж; Фрид, Войтех; Вилим, О.; Стандарт, Джордж (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, Проектирование систем телеметрии , Artech House, 2002 г. ISBN 1580532578 .
Коц, Джон К.; Трейчел, Пол М.; Таунсенд, Джон Р., Химия и химическая реакционная способность , том. 1, Cengage Learning, 2008 г. ISBN 0495387118 .
Лешевалье, Юбер А., «Институт микробиологии Ваксмана, 1954–1984» , Журнал Университета Рутгерса , том. 49–51, стр. 20–45, Ассоциированные друзья библиотеки Университета Рутгерса, 1987.
Ли, Дженнифер Лорен, «Больше не под давлением: NIST демонтирует гигантский ртутный манометр» , NIST, 28 июня 2019 г./15 января 2020 г., получено и заархивировано 29 августа 2020 г.
Линд, Уилбурта К.; Пулер, Мэрилин С.; Тампаро, Кэрол Д.; Даль, Барбара М., Клиническая медицинская помощь Дельмара , Cengage Learning, 2009 г. ISBN 1435419251 .
Мак, Дональд М., Instrumentman 1 & C , Типография правительства США, 1990 г. (издание 1973 г. LCCN 73-603249 ).
Перссглав, Томас Парамор, «Манометр» , английские патенты на изобретения, технические характеристики: 1858, 2675-2752 , патент №. 2739, подано 1 декабря 1858 г., выдано 31 мая 1859 г.
Сингх, Сарбджит, Эксперименты по механике жидкости , PHI Learning, 2012 г. ISBN 8120345118 .
Штейн, Бенджамин, Строительные технологии: механические и электрические системы , John Wiley & Sons, 1996 г. ISBN 0471593192 .
Суски, Дж.; Пуэрс, Р.; Эрлих, CD; Шмидт, Дж.В.; Абрамсон, Э.Х.; Саттон, CM, «Давление», гл. 3 дюйма, Гудвин, ARH; Марш, КН; Уэйкхэм, Вашингтон (ред.), Экспериментальная термодинамика (том 6): Измерение термодинамических свойств одиночных фаз , Elsevier, 2003 г. ISBN 008053144X .
Циммерли, Адольф, «Улучшенный ртутный U-образный датчик» , Промышленная и инженерная химия: аналитическое издание , том. 10, вып. 5, стр. 283–284, 1 мая 1938 г.

[1] Говорите и др. , стр. 207–209

[2] Штейн, с. 409

[3] Герман, с. 82

[4] Говорите и др. , с. 208

[5] Сингх, с. 8

[6] Линд и др. , с. 271

[7] Коц и др. , с. 516

[8] Говорите и др. , стр. 209–211

[9] <Автор Рутгерса>, с. 34

[10] Циммерли, с. 283

[11] Говорите и др. , стр. 211–212

[12] Говорите и др. , с. 212

[DYK_ref-13] Говорите и др. , с. 220

[14] Говорите и др. , с. 220

[15] Мак, с. 3-12

[16] Копп, стр. 494.

[17] Перссглав, с. 1

[18] КОУИ, стр. 138–139

[19] Суски и др. , стр. 75

[20] Ли

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]