Druhy manometrů

1. Kreativita – logo týmu
Logo má být jednoduché a výstižné. Proto je v něm náš
název a sedm plamenů, protože je nás v týmu sedm a
jsme zapáleni pro fyziku.
V soutěži jsme zaregistrovaní potřetí, proto mají bílé
plameny 3 plamínky. Na finále jsme byli čtyři, proto
mají oranžové plameny 4 plamínky.
2. Teorie a výzkum – měření tlaku
Druhy manometrů
Kapalinové – porovnávají měřený tlak s hydrostatickým tlakem kapaliny
Otevřené – lineární stupnice, citlivé měření
Uzavřené – nelineární stupnice (kapalina stlačuje vzduch v uzavřené trubici, který klade odpor)
A
E
D
C
B
A – trubice U – nejjednodušší tlakoměrný přístroj – velikost přetlaku či podtlaku vypočítáme z rozdílu hladin
B – manometr s rozšířeným koncem – při působení tlaku vystoupí kapalina do určité výšky v užší trubici, kde je stupnice
na odečítání tlaku
C – sklonný manometr - pracuje na stejném principu jako U trubice a slouží k přesnému kontrolnímu měření malých
tlaků nebo malých talkových rozdílů. Zvýšení citlivosti a zmenšení měřicího rozsahu se dosahuje skláněním jednoho
ramena a rozdílným průřezem ramen.
D – plovákový manometr - princip U trubice. Pohyb hladiny v nádobě sleduje plovák.
E – prstencový manometr - vlivem tlaků dojde k natočení prstence o určitý úhel.
Deformační – tlakem dochází k deformování části manometru
Deformační částí může být například membrána, krabice, vlnovec nebo Bourdonova trubice (dutá zatočená trubice,
která se při změně tlaku deformuje)
Bordonova trubice
membrána
krabice
vlnovec
Bourdonův manometr - jako deformačního elementu se používá Bourdonovy trubice, což je trubice eliptického
průřezu stočená do kruhového oblouku, spirály nebo šroubovice
Membránový manometr - používají jako tlakoměrného elementu kovové membrány kruhového tvaru zvlněné
soustředěnými kruhy
Krabicový manometr se používají pro měření malých přetlaků či podtlaků. Měřicím prvkem je krabice tvořená dvěma
zvlněnými membránami. Deformace se přenáší pákovým převodem na ukazovatel.
Vlnovcový manometr - tlakoměrným prvkem je tenkostěnný kovový měch - vlnovec, který je umístěn v pouzdře, do
něhož je přiváděn měřený tlak. Deformace vlnovce se přenáší táhlem na ukazatel.
Rozdělení podle účelu měření
barometr na měření tlaku ovzduší
vakuometr na měření velkého podtlaku
manovakuomer na měření přetlaku a podtlaku
sphygmomanometr na měření krevního tlaku
altimetr neboli výškoměr na měření nadmořské výšky
hloubkoměr je hydrostatický tlakoměr, běžně přenosný
aneroid je tlakoměr atmosférického tlaku
barograf je měřicí přístroj atmosférického tlaku, tlaku vzduchu, který je schopný zaznamenávat průběh tlaku
Atmosférický tlak
Atmosférický tlak je síla, kterou působí atmosféra planety (obvykle chápána Země) na jednotkovou plochu v daném
místě.
Atmosférický tlak dosahuje nejvyšších hodnot při hladině moře (popř. povrchu planety) a s rostoucí výškou klesá.
Atmosférický tlak není stálý, ale kolísá na daném místě zemského povrchu kolem určité hodnoty.
Tlak vzduchu je závislý na nadmořské výšce, na velikosti tíhového zrychlení, teplotě a hustotě atmosféry v daném
místě. Z důvodu snazšího porovnávání výsledků různých měření barometrického tlaku byl zaveden tzv. normální tlak
vzduchu (normální atmosférický tlak). Jeho hodnota je 101 325 Pa.
Změnou atmosférického tlaku můžeme předpovídat počasí. Např. zvýšení atmosférického tlaku obvykle znamená
příchod slunečného počasí s malou oblačností, zatímco pokles tlaku ohlašuje příchod oblačnosti a deštivého počasí. Pro
srovnatelnost údajů se pak používá, obdobně jako u výškoměrů, tlak přepočtený na hladinu moře.
Torricelliho pokus
Torricelli poprvé změřil v 1. polovině 17. století velikost atmosférického tlaku pomocí rtuťového manometru. Na
hladinu rtuti v nádobě působí atmosférický tlak, který je v rovnováze se sloupcem rtuti ve zkumavce. Rozdíl hladin je
přibližně 75 cm. Hydrostatický tlak rtuti v trubici lze vypočítat, tím zároveň spočítáme atmosférický tlak.
3. Praxe a projekt – měření tlaku
Membránový manometr
Pomůcky: sklenice, balónek, špejle, lepicí páska, papír na stupnici
Konstrukce: Balónek ustřihneme a přetáhneme přes hrdlo sklenice. Pořádně ho
našponujeme. Tím vznikne pružná membrána. Na membránu připevníme špejli, která
reaguje pohybem na změnu tlaku okolí tím, že se membrána hýbe.
Manometrem jsme provedli měření v průběhu 10 dnů. Červená čára je počáteční výchylka,
dílky k měření tlaku byly vzdáleny 2 mm. Měření probíhalo v místnosti při téměř neměnné
teplotě 23 0C. Žluté šipky naznačují snížení a zvýšení tlaku.
Takto vypadal manometr před a po odčerpání
vzduchu ve vývěvě. V okolí balónku se snížil tlak,
proto byl v balónku přetlak vůči okolí a nafoukl
se.
Alessihho pokus
Pomocí hadice s vodou jsme provedli podobné měření jako Torricelli. Protože hadici donesl
Aleš, nazvali jsme ho Alessihho pokus. Protože má voda 13,5 x větší hustotu než rtuť museli
jsme mít hadici delší - okolo 12 m. Hadici jsme napustili vodou a jeden konec zašpuntovali.
Druhý konec jsme vložili do vody v otevřené nádobě. Pak jsme uzavřený konec hadice
vytáhli do výšky, kde se nám ve třetím patře objevila hladina. Rozdíl dolní a horní hladiny byl
10, 4 m, což odpovídá tlaku 102 024 Pa = 1020 hPa.
Pro kontrolu jsme na internetu našli tlak vzduchu v ČB v tento den, kde byl údaj 1015 hPa.
Kapalinový manometr
Je vyroben ze dvou PET lahví. Jednu PET lahev uřízneme a naplníme vodou. Druhou láhev
také naplníme přibližně do poloviny vodou a vložíme hrdlem do první, aby bylo hrdlo pod
hladinou. Dolní láhev musí být otevřená (vyřezali jsme do ní otvory), aby se k hladině dostal
atmosférický tlak. Při změně tlaku hladina stoupá a klesá. Měření je ovlivněno změnou
teploty.
Hloubkoměr
Abychom tlak vyzkoušeli v praxi, vydali jsme se na plovárnu. Zde jsme vyzkoušeli lahvový
hloubkoměr. Otevřenou láhev jsme otočili dnem vzhůru a ponořili do vody. U hladiny
bazénu byla hladina vody v lahvi zároveň s hrdlem, protože tlaky v láhvi i vody byly
vyrovnané. Postupně jsme láhev ponořovali a pozorovali, že se voda tlačí do láhve, protože
tlak v okolí se zvětšoval a vzduch v láhvi je stlačitelný. V hloubce 1,8 m se vtlačila kapalina
4 cm do láhve, která byla dlouhá 15 cm. Do bazénu jsme si vzali i potápěčský hloubkoměr,
který byl membránový, a vyzkoušeli jsme, jak funguje.
video