Ein Manometer kann jedes Gerät sein, das Druck misst. Sofern nicht anders gekennzeichnet, bezieht sich der Begriff „Manometer“ jedoch meistens speziell auf ein U-förmiges Rohr, das teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist. Sie können diese Art von Manometer leicht als Teil eines Laborexperiments bauen, um die Wirkung des Luftdrucks auf eine Flüssigkeitssäule zu demonstrieren.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Ein Manometer ist ein wissenschaftliches Instrument oder Manometer, das den Druck misst.
Bau eines Manometers
Ein einfaches Manometer kann gebaut werden, indem ein durchsichtiges Plastikröhrchen teilweise mit einer farbigen Flüssigkeit gefüllt wird, damit der Flüssigkeitsstand leicht beobachtet werden kann. Anschließend wird das Rohr U-förmig gebogen und in aufrechter Position fixiert. Die Flüssigkeitsstände in den beiden vertikalen Säulen sollten zu diesem Zeitpunkt gleich sein, da sie derzeit dem gleichen Druck ausgesetzt sind. Dieser Füllstand wird daher als Nullpunkt des Manometers markiert und gekennzeichnet.
Druckmessung
Das Manometer wird an einer gemessenen Skala angebracht, um jegliche Höhenunterschiede der beiden Säulen zu berücksichtigen. Dieser Höhenunterschied kann direkt verwendet werden, um relative Vergleiche zwischen verschiedenen Prüfdrücken anzustellen. Mit diesem Manometer kann auch der Absolutdruck berechnet werden, wenn die Dichte der Flüssigkeit im Manometer bekannt ist.
Wie es funktioniert
Ein Ende des Rohres ist gasdicht mit einer Prüfdruckquelle verbunden. Das andere Ende des Rohres bleibt zur Atmosphäre hin offen und wird daher einem Druck von ungefähr 1 Atmosphäre (atm) ausgesetzt. Wenn der Prüfdruck größer als der Referenzdruck von 1 atm ist, wird die Flüssigkeit in der Prüfsäule die Säule nach unten gedrückt. Dadurch steigt die Flüssigkeit in der Referenzsäule um den gleichen Betrag an.
Berechnung des Drucks
Der von einer Flüssigkeitssäule ausgeübte Druck kann durch die Gleichung P = hgd angegeben werden. In dieser Gleichung ist P der berechnete Druck, h die Höhe der Flüssigkeit, g die Schwerkraft und d die Dichte der Flüssigkeit. Da das Manometer eher eine Druckdifferenz als einen Absolutdruck misst, verwenden wir die Substitution P = Pa – P0. Bei dieser Substitution ist Pa der Prüfdruck und P0 der Referenzdruck.
Beispiel: Verwendung eines Manometers
Angenommen, die Flüssigkeit im Manometer ist Quecksilber und die Höhe der Flüssigkeit in der Referenzsäule ist 0,02 Meter höher als die Höhe der Flüssigkeit in der Testsäule. Verwenden Sie 13.534 Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m²3) für die Dichte von Quecksilber und 9,8 Meter pro Sekunde zum Quadrat (m/s2) für die Erdbeschleunigung. Sie können die Druckdifferenz zwischen den beiden Spalten wie folgt berechnen:
hgp=0,02\times 9,8\times 13.534 = 2.653\text{ kg/ms}^2
Als Druckeinheiten können Sie Pascal verwenden, wobei ungefähr 101.325 Pascal 1 atm Druck entsprechen. Die Druckdifferenz im Manometer beträgt daher:
P_a-P_0=\frac{2,653}{101,325}=0,026\text{atm}
Der Druck in der Testsäule (Pa) ist also gleich:
P_0+0,026 = 1 + 0,026 = 1,026\text{atm}