В грузопоршневых манометрах измеряемое давление уравновешивается силой тяжести неуплотненного поршня с грузами. Манометры используются в качестве образцовых средств воспроизведения единицы давления в диапазоне от 10-1 до 1013 Па, а также для точных измерений давления в лабораторной практике.
Схема поршневого манометра, имеющего диапазон измерения 6 МПа (МП-60), представлена на рис. 11.3. Поршень 1 с тарелкой 2 для грузов 3 перемещается внутри цилиндра 4. Поршневая пара подгоняется таким образом, чтобы зазор между поршнем 1 и цилиндром 4 не превышал 0,01 мм.
При таком зазоре, даже при высоких давлениях, скорость опускания поршня, из-за утечки рабочей жидкости, не превышает 1 мм/мин. Для обеспечения равномерного зазора между цилиндром и поршнем последний в момент измерения вращают по часовой стрелке. В манометрах с диапазоном измерения 0,6 МПа и выше вращение поршня осуществляется вручную. В манометрах с диапазоном измерения 0,06 и 0,25 МПа вращение поршня производится электрическим двигателем.
Внутренняя полость поршневого манометра тщательно заполняется рабочей жидкостью (керосином, касторовым или трансформаторным маслом). Заливка жидкости производится при открытом вентиле 5 через отверстие в дне резервуара 6; поршнем 7 винтового пресса 8 жидкость засасывается внутрь манометра. С помощью пресса 8 в процессе измерения обеспечивается подъем поршня 1 с грузами до высоты, заданной указателем. К стоякам 9 с запорными вентилями 10 подключаются поверяемые манометры. Вентиль 11 служит для слива жидкости из поршневого манометра.
Для получения заданного давления на тарелку 2 с учетом ее массы с поршнем накладываются грузы, создающие определенную силу тяжести. При суммарной массе поршня с грузами m создаваемое давление
p = mg / S,
где S – эффективная площадь поршня 1, равная сумме площади торца поршня и половины площади зазора; g – ускорение свободного падения.
Учитывая, что калибровка грузов производится для нормального ускорения свободного падения, при измерениях должны вводиться поправки на местное ускорение свободного падения.
Площадь поршня в рассмотренной конструкции манометров составляет 0,5 и 1 см2, что обеспечивает отсутствие прогиба поршня под тяжестью грузов. Класс точности манометров 0,02; 0,05. Давление во внутренней полости грузопоршневых манометров может создаваться винтовым прессом 8 без использования грузопоршневой колонки. В этом случае вентилем 12 колонка отключается, а создаваемое давление измеряется образцовым манометром, подключенным к одному из стояков 9.
Рис. 11.3. Схема грузопоршневого манометра МП-60
Низкая погрешность воспроизведения и измерения давления с помощью грузопоршневых манометров определяется высокой точностью задания массы грузов, площади сечения поршня и ускорения свободного падения.