Вероятно, у вас в бардачке есть один из тех пластиковых стержневых манометров. Они повсеместно распространены. Конструкция почти всегда одинакова: цилиндрический корпус, небольшое круглое окошко сбоку и скользящая шкала. Возможно, вы задавались вопросом, почему механизм не вылетает из открытого конца, когда вы прижимаете его к вентилю. Или, может быть, вам просто интересно, как он на самом деле работает.
Ответ кроется в базовой физике и простой пружине.
Физика давления
Чтобы понять принцип работы манометра, сначала нужно понять, что такое давление на самом деле. Представьте себе деревянный брусок размером один на один дюйм и длиной три фута. Если этот брусок весит один фунт, и вы наступаете на него, вы оказываете давление в один фунт на квадратный дюйм (psi) на свою ногу. Сила распределяется по этой единственной квадратной дюймовой площади.
Если взять 30-футовую версию того же бруска, его вес пропорционально увеличится. Стояние на 30-футовой колонне создаст давление в 10 psi. Колонна высотой 300 футов создаст давление в 100 psi.
Этот принцип применим и к жидкостям. Вода глубиной в один фут создает давление около 0,43 psi. Если бы вы оказались на глубине в милю под водой, вес водяного столба над вами составлял бы примерно 2 270 psi. Столб воды высотой в одну милю и площадью поперечного сечения в один квадратный дюйм весил бы 2 270 фунтов.
Воздух ведет себя аналогичным образом. Атмосфера имеет «глубину» примерно в 50 миль. На уровне моря столб воздуха высотой в 50 миль и площадью поперечного сечения в один квадратный дюйм весит 14,7 фунта. Это создает атмосферное давление в 14,7 psi. Наше тело находится под таким же давлением, поэтому мы его не ощущаем.
Давление падает по мере подъема на высоту. Вот как меняется атмосферное давление с высотой:
- Уровень моря: 14,7 psi
- 10 000 футов: 10,2 psi
- 20 000 футов: 6,4 psi
- 30 000 футов: 4,3 psi
- 40 000 футов: 2,7 psi
- 50 000 футов: 1,6 psi
Как газы создают силу
Внутри шины или воздушного шара давление создается за счет столкновений. Атомы газа находятся в постоянном движении. Они отскакивают от внутренних стенок контейнера. Скорость этих атомов определяется температурой.
При абсолютном нуле (0 Кельвинов) движение атомов прекращается. По мере повышения температуры атомы движутся быстрее. Более быстрые атомы ударяют о стенки сильнее и чаще. Это создает внешнее давление.
Давление в системе можно увеличить двумя способами:
1. Повысить температуру.
2. Добавить больше атомов.
Накачивая шину, вы выбираете второй вариант. Вы принудительно загоняете больше молекул воздуха в постоянный объем. Автомобильная шина обычно рассчитана на 30 psi. Шине велосипеда может потребоваться давление от 60 до 100 psi. Насос не использует магию; он просто упаковывает больше газа в то же пространство. Увеличение числа столкновений повышает давление.
Механика стержневого манометра
Так как же простая пластиковая трубка измеряет эту силу?
Большинство стержневых манометров используют простой пружинный поршень. Внутри цилиндра находится подвижный шток, соединенный с пружиной. На конце манометра есть клапан, который открывается, когда вы прижимаете его к штоку вентиля шины.
Когда вы прижимаете манометр к вентилю, воздух из шины устремляется в трубку. Этот воздух давит на поршень. Давление воздуха оказывает силу на площадь поверхности поршня.
Пружина сопротивляется этому движению. Шток перемещается до тех пор, пока сила от давления воздуха не сравняется с сопротивлением пружины. В этой точке равновесия поршень перестает двигаться.
Положение штока соответствует определенному давлению. Скользящая шкала на боковой стороне трубки совмещается с концом штока. Вы считываете число там, где останавливается поршень.
Шкала не вылетает наружу, потому что пружина создает противодействующую силу. Пружина откалибрована так, чтобы соответствовать диапазону давления типичных шин. Если давление слишком высокое, пружина сжимается дальше, но она рассчитана на то, чтобы выдерживать максимальное ожидаемое давление без отказа. Если давление слишком низкое, пружина выталкивает поршень обратно.
Точность зависит от калибровки пружины и трения штока. Дешевые манометры имеют большее трение, что приводит к неточностям. Более качественные манометры используют материалы с низким коэффициентом трения и более жесткие допуски.
В следующий раз, когда вы будете проверять давление в шинах, помните, что вы балансируете атмосферную силу против механического натяжения пружины. Это простое и элегантное решение.
Почему важна точность
Большинство
Как правильно пользоваться манометром для шин
Большинство цифровых и аналоговых приборов имеют схожий принцип работы. Внутри пластикового или металлического корпуса находится простой механизм, предназначенный для измерения давления. Вы не гадаете — вы измеряете.
Процесс состоит из трех шагов. Это не ракетостроение, но люди постоянно допускают ошибки.
Первый шаг. Займите устойчивое положение. Если вы шатаетесь, уплотнение будет ненадежным. Наклонитесь вперед. Убедитесь, что можете прилагать постоянное усилие, не дергая инструмент.
Второй шаг — контакт. Вы не просто касаетесь вентильного стержня — вы создаете герметичное соединение. Плотно прижмите наконечник манометра к сердечнику вентиля. Вы услышите звук. Этот шипящий звук означает, что воздух выходит из шины и попадает в камеру манометра. Внутри инструмента шток давит на клапанный стержень внутри вентиля. Это действие опускает сердечник, позволяя сжатому воздуху из шины уравняться с внутренним датчиком манометра. Если вы не слышите быстрого выброса воздуха, значит, уплотнение не герметично. Попробуйте снова.
Третий шаг — посмотрите на показания. Если это стрелочный прибор, подождите, пока стрелка перестанет дрожать. Если это цифровой прибор, подождите, пока цифры стабилизируются. Не считывайте показания, пока манометр еще подключен и воздух все еще выходит. Такое значение будет неточным.
Шипящий звук, который вы слышите, — это не признак того, что шина спускает. Это признак того, что манометр выполняет свою работу.
Многие водители пропускают этот этап, считая его утомительным. Вместо этого они используют «тест пинком». Но так не работает физика. Слабый захват манометра вносит погрешность. Наклонный угол нарушает герметичность. Оба фактора приводят к недопустимому снижению давления.
Недостаточное давление снижает топливную экономичность. Оно приводит к неравномерному износу шин. Оно увеличивает риск взрыва шины на высоких скоростях. Манометр не врет. Вам просто нужно удерживать его неподвижно достаточно долго, чтобы он «заговорил».
Механическое сердце манометра
Внутри корпуса механизм на удивление прост. Представьте себе цилиндр велосипедного насоса. Внутри трубки перемещается поршень. Стенки трубки отполированы до зеркального блеска. Сам поршень изготовлен из мягкой резины. Он плотно прилегает к металлу. Внутренняя поверхность покрыта тонким слоем масла. Эта смазка снижает трение. Она также обеспечивает плотное уплотнение.
Если присмотреться к сборке, поршень находится в одном конце хода. Ограничитель определяет предел с другой стороны. Между ними находится пружина.
Сжатая пружина толкает поршень к левой стороне трубки.
Эта пружина постоянна. Она всегда находится под напряжением. Она вынуждает поршень двигаться влево. Это создаёт базовое положение. Манометр полагается на этот механический возврат. Без пружины поршень может застрять. Точность упадёт до нуля. Системе нужен этот возвратный усилие. Ей необходимо напряжение для сброса. Каждый раз, когда давление падает, пружина вступает в действие. Она возвращает поршень в исходное положение. Именно это движение вы видите на циферблате. Или, точнее, то, что измеряет циферблат.
Механизм манометра
Сферический выступ слева — это не просто декоративный элемент. Он полой конструкции и специально разработан для надевания на ниппель шины. Если внимательно посмотреть на отверстие, можно увидеть два ключевых компонента: резиновое уплотнение и небольшой фиксированный штифт.
Уплотнение выполняет свою функцию, прижимаясь к краю ниппеля. Это создает герметичный барьер, предотвращающий утечку давления во время измерения. В то же время штифт действует как спусковой механизм: он нажимает на клапан внутри ниппеля, открывая путь для выхода воздуха.
Этот воздух обтекает штифт, проходит через полый центр сферы и попадает в поршневую камеру.
Как давление перемещает стрелку
После того как манометр закреплен на ниппеле, процесс начинается мгновенно. Сжатый воздух из шины устремляется внутрь и толкает поршень вправо. Расстояние, на которое перемещается поршень, напрямую соответствует давлению в шине.
Это простой баланс сил. Воздух толкает поршень вправо, а пружина сопротивляется, толкая его влево.
Манометр рассчитан на максимальное давление. Допустим, в данном примере этот предел составляет 60 psi. Пружина точно откалибрована для этого диапазона:
— При 60 psi давление воздуха полностью преодолевает сопротивление пружины, перемещая поршень в крайнее правое положение трубки.
— При 30 psi сила вдвое меньше. Поршень останавливается посередине.
— При более низком давлении поршень перемещается на меньшее расстояние.
Когда манометр снимают с ниппеля, поток воздуха прекращается. Пружина мгновенно берет управление на себя, возвращая поршень в исходное левое положение.
Считывание показаний
Чтобы интерпретировать движение поршня, внутри трубки находится откалиброванный стержень :
Объяснение механизма Max-Hold
На визуальной схеме внутренняя пружина не показана, но она присутствует. Внутри неё находится откалиброванный стержень. Стержень не прикреплен к поршню, он просто лежит сверху. Соединение между стержнем и упором плотное, с почти полным отсутствием трения.
Посмотрите на последовательность действий. Поршень движется вправо, толкая откалиброванный стержень вперед. Это простая физика. Когда давление падает, поршень возвращается влево. А стержень? Он остается на месте, фиксируясь в своей максимальной точке. Это позволяет вам прочитать пиковое давление после отсоединения манометра.
Почему загорается индикатор TPMS, когда шины выглядят нормально
Вы проверяете шины. Они выглядят накачанными. Но приборная панель все равно предупреждает. Почему?
Обычной причиной является холодная погода. На морозе воздух сжимается. Датчик срабатывает. Индикатор гаснет позже, когда вы проедете достаточно, чтобы нагреть внутреннее давление. Но не доверяйте только приборной панели. Проверьте давление в шинах с помощью ручного манометра. Убедитесь, что безопасно двигаться, прежде чем игнорировать предупреждение.
Где производятся манометры JACO для шин?
Контроль качества имеет значение. Вся продукция JACO производится в США. Каждое устройство тестируется на точность перед тем, как попасть на полки магазинов. Если вы ищете, где производятся манометры JACO для шин, ответ — внутри страны.
Какое показание должен отображать манометр для шин?
Системы мониторинга давления в шинах (TPMS) имеют запрограммированный диапазон допусков. Для прямого мониторинга этот оптимальный диапазон обычно составляет от 28 до 35 фунтов на квадратный дюйм (psi). Любое значение вне этого диапазона активирует систему.
Если ваш манометр показывает менее 28 psi, шины недокачаны. Если более 35 psi? Возможно, они перекачаны. Соблюдайте этот диапазон для оптимальной производительности и безопасности.
Продаются ли эти инструменты в крупных розничных сетях?
Walmart продает манометры для шин. Вы можете просматривать товары и совершать покупки непосредственно на их веб-сайте. Это одно из самых простых мест, где можно найти базовую механическую или цифровую модель.
Подробнее о давлении и физике
Если вас интересуют механизмы накачки, углубитесь в тему.
- Как работают шины
- Как работают воздушные шары
- Как работает подводное плавание (SCUBA)
- Как работают атомы
- Как 30 фунтов воздуха в шинах удерживают автомобиль весом 2 тонны?
- Почему в гоночных автомобилях не используют обычный воздух?
- Что означает повышение или понижение показаний барометра?
- Можете ли вы объяснить работу герметичных кабин самолетов?
Дополнительная литература
- Давление и газы
- Давление
- TireSafety.com
- Как проверить давление в шинах
- Видео GM Goodwrench
