Изучение приборов для измерения давления измерение гидростатического давления

Работа 2. Изучение приборов для измерения давления

Изучение устройства и принципа действия жидкостных приборов для измерения давления

Гидростатическим давлением Называют нормальное напряжение сжатия в неподвижной жидкости, то есть силу, действующую на единицу площади поверхности, нормально ориентированной к этой силе.

За единицу давления в Международной системе единиц (СИ) принят паскаль (Па) – давление, вызываемое силой 1Н, равномерно распределенной по нормаль-ной к ней поверхности площадью 1 м2, то есть

Для практических вычислений и измерений эта единица может быть неудобна, поэтому чаще применяют кратные единицы – килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (Мпа)

1 кПа = 103 Па; 1 МПа = 106 Па.

В настоящее время в технике продолжают применять систему единиц МКГСС, в которой за единицу давления принимается 1 кгс/см2. Используют также внесис-темные единицы – техническую атмосферу и бар

1 ат = 1 кгс/см2 = 104 кгс/м2; 1 бар = 105 Па = 1,02 ат.

В зависимости от способа отсчета различают Абсолютное, Избыточное (манометрическое) и Вакуумметрическое Давление.

Если жидкость находится в ненапряженном состоянии, то есть в ней отсут-ствуют напряжения сжатия, то давление равно нулю P = 0. Значения давления, отсчитанные от этого нуля, называют Абсолютным давлением PА.

Иногда давление удобно отсчитывать от условного нуля, за который прини-мается Атмосферное давление, величина которого в какой-либо точке зависит от высоты этой точки над уровнем моря и незначительно колеблется в одной и той же точке. Нормальное атмосферное давление на уровне моря при температуре 0 0С принимают равным PАт =101,3 кПа, что отвечает давлению 760 мм. рт. ст. (или 10330 мм. вод. ст.). Приближенно это давление можно принять равным PАт » 100 кПа = 105 Па. Таким образом, если давление отсчитывать от атмосфер-ного давления, то его величина покажет избыток абсолютного давления над атмосферным. В этом случае давление называется Избыточным давлением PИ:

Избыточное давление отрицательно, если абсолютное давление PА Меньше атмосферного PАт. Недостаток давления до атмосферного называется Вакуумом PВ:

На рис. 2 показано соотношение давлений в различных системах отсчета.

Рис. 2. Системы отсчета давлений

Приборы для измерения давления весьма разнообразны. Они классифицируются по различным признакам. По характеру измеряемой величины давления приборы разделяются на следующие группы:

– приборы для измерения атмосферного давления PАтБарометры;

– приборы для измерения Разности абсолютного PА И атмосферного давлений PАт, то есть для измерения Избыточного давления PИ – Манометры И Вакуума PВ – Вакуумметры. Приборы, измеряющие избыточное давление и ваку-ум называются Мановакуумметрами;

– приборы для измерения абсолютного давления PАМанометры абсолютного давления (если измеряемое давление больше атмосферного, то абсолютное давление можно измерять с помощью Барометра и Манометра; если меньше атмосферного – с помощью Барометра и Вакуумметра);

– приборы для измерения разности давлений – Дифференциальные манометры;

– приборы для измерения малого избыточного давления и вакуума – Микроманометры.

По принципу действия различают приборы жидкостные, механические, электрические, комбинированные.

К Жидкостным относятся приборы, основанные на гидростатическом принципе действия, заключающемся в том, что измеряемое давление уравновешивается давлением, создаваемым весом столба жидкости, высота которого H [м] служит мерой давления

Где R – плотность жидкости [кг/м3]; G – ускорение свободного падения [м/с2].

Преимуществами жидкостных приборов являются простота конструкции и высокая точность, однако они удобны только при измерении небольших давлений.

В механических приборах измеряемое давление деформирует упругий элемент прибора – пружину, которая может представлять собой полую трубку, мембрану, сильфон и т. п. Деформация упругого элемента, вызванная давлением, по закону Гука пропорциональна давлению и служит его мерой. Преимуществом механических приборов является их компактность и большой диапазон измеряемых давлений.

В Электрических приборах воспринимаемое чувствительным элементом давление преобразуется в электрический сигнал, который регистрируется показывающим (вольтметр, амперметр) или пишущим (самописец, осциллограф) приборами. Важным преимуществом этих приборов является то, что с их помощью можно фиксировать давление при быстротекущих процессах.

К Комбинированным относятся приборы, принцип действия которых носит смешанный характер (например, Электромеханические приборы).

Описание устройства № 2 и жидкостных приборов

Ртутный барометр состоит вертикальной стеклянной трубки с миллиметровой шкалой и закрытым верхним концом, которая заполнена ртутью, и чаши с ртутью, в которую опущена трубка нижним концом. Таким прибором впервые было измерено атмосферное давление итальянским ученым Э. Торричелли в 1642 г.

Для демонстрации других приборов служит устройство № 2, которое выполнено прозрачным и имеет полость 1, в которой всегда сохраняется атмосферное давление, и резервуар 2, частично заполненный водой – рис. 3. Для измерения давления и уровня жидкости в резервуаре 2 служат жидкостные приборы 3, 4 и 5. Они представляют собой прозрачные вертикальные каналы со шкалами, размеченными в единицах длины.

Однотрубный манометр (пьезометр) 3 сообщается верхним концом с атмосферой, а нижним – с резервуаром 2. Им определяется манометрическое давление PМ = R× G× HП на дне резервуара (см. рис. 3).

Уровнемер 4 соединен обоими концами с резервуаром и служит для измерения уровня жидкости H В нем.

Мановакуумметр 5 представляет собой U-образный канал, частично заполненный жидкостью. Левым коленом он подключен к резервуару 2, а правым – к полости 1 и предназначен для определения манометрического PМо = R× G× HМ (см. рис. 3, а) или вакуумметрического PВо = R× G× HВ (см. рис. 3, б) давлений над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2. Давление в резервуаре можно изменять путем наклона устройства.

При повороте устройства в его плоскости на 1800 против часовой стрелки (см. рис. 3, в) канал 4 остается уровнемером, колено мановакуумметра 5 преобразуется в Пьезометр 6, а пьезометр 3 – в Вакуумметр 7(обратный пьезометр), служащий для определения вакуума PВо = R× G× HВ над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2.

рат»/>

Рис. 3. Схема устройства № 2: 1 – полость с атмосферным давлением; 2 – опытный резервуар; 3 – пьезометр; 4 – уровнемер; 5 – мановакуумметр;

Источник

Лабораторная работа №3 Измерение гидростатического давления.

Цель работы: Приобретение навыков по измерению гидростатического давления жидкостными приборами.

1.Полость с атмосферным давлением;

2. опытный резервуар; 3-пьезометр; 4-уровнеметр; 5-мановакуметр; 6-пьезоиетр; 7-вакуметр.

Порядок выполнения работы

В резервуаре 2 над жидкостью создать давление выше атмосферного (Ро>Ра), о чём свидетельствует превышения уровня жидкости в пьезометре 3 над уровнем в резервуаре и прямой перепад уровней в мановакуметре (рис. а). Для этого устройство поставить на правую сторону, затем поворотом его против часовой стрелки отлить часть жидкости из левого колена мановакууметра 5 в резервуар 2.

Снять показания пьезометра hп, уровнемера Н и мановакууметра hм.

Вычислить абсолютное давление на дне резервуара через показания пьезометра, а затем через величины, измеренные уровнемером и мановакууметром. Для оценки сопоставимости результатов определения давления на дне резервуара двумя путями найти относительную погрешность δр.

Над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2 создать вакуум (Ро

Р0РА Р0 РА

Источник

Изучение приборов для измерения давления. Определение гидростатического давления

Лабораторная работа № 1

Цельработы: освоение способов измерения гидростатического давления.

При подготовке к работе, в процессе выполнения работы и при обработке результатов опытов необходимо:

— ознакомиться с устройством механических и жидкостных приборов для измерения давлений.

— определить плотность второй жидкости, считая, что в левом дифференциальном пьезометре вода.

— определить цену деления стрелочного манометра в атмосферах и Н/м 2 .

1. Приборы для измерения давления

Методы измерения гидростатического давления так же раз­нообразны, как и конструкции приборов, предназначенных для этого.

Приборы для измерения давления носят общее название манометров. Однако по назначению они подразделяются на:

барометры, предназначенные для измерения атмосферного давления;

манометры, измеряющие давления выше атмосферного;

вакуумметры, измеряющие давления ниже атмосферного.

По принципу действия манометры делятся на жидкостные (водяные, спиртовые, ртутные) и механические (пружинные, мембранные и сильфонные).

Пьезометры и манометры измеряют избыточное (манометрическое) дав­ление, то есть они работают, если полное давление в жидкости превышает ве­личину, равную одной атмосфере p = 1 кгс/см 2 = 0,1 МПа. Эти приборы показывают долю давления сверх атмосферного. Для измерения в жидкости полного давления p необходимо к манометрическому давлению pман прибавить атмосферное давление pатм, снятое с барометра. Практически же в гид­равлике атмосферное давление считается величиной постоянной

Простейшим жидкостным прибором является пьезометр (рис. 1). Он состоит из стеклянной трубки с внутренним диаметром 5—12 мм, помещенной на доске измерительной шкалы, градуированной обычно в миллиметрах. Верхний конец трубки сообщается с атмосферой, а нижний соединен с сосудом (резервуаром), в котором находится жидкость под давлением ро>ра Под действием этого давления жидкость поднимается по трубке на некоторую высоту hp, называемую пьезометрической высотой. Высота столба жидкости в пьезометре hp является показанием этого прибора и позволяет измерять избыточное (манометрическое) давление в точке.

Основное уравнение гидростатики относительно плоскости, проходящей через центр отверстия (точку А), к которому присоединена трубка, имеет следующий вид:

рабс = ра+γhp или hp=

или hp= (1.1)

С другой стороны (внутри сосуда)

Подставив значение ра6с, определим

hp=

Таким образом, пьезометрическая высота определяет величину избыточного давления в точке, где установлен пьезометр. Если он установлен в открытом сосуде, то уравнение примет вид hp= т. е. пьезометрическая высота будет равна глубине погружения точки А в жидкость.

Пьезометр является достаточно точным прибором. Однако, чтобы использовать его для измерения давлений выше 48033 Па требуются очень высокие трубки. Упомянутые пьезометры применяются главным образом для лабораторных исследований. Их преимущество перед манометрами состоит в непосредственном измерении давления с помощью пьезометрической высоты столба жидкости без промежуточных передаточных механизмов.

В качестве пьезометра может быть использован любой колодец, котлован, скважина с водой или даже любое измерение глубины воды в открытом резервуаре, так как оно даёт нам величину hp .

Для измерения более высоких давлений применяют ртутные манометры. Поскольку плотность ртути в 13,6 раза больше плотности воды, то и трубки в этих манометрах значительно короче.

Простейший манометр—ртутный [U-образная трубка (рис. 2)]. Под действием давления со стороны сосуда ртуть и трубке устанавливается на разных уровнях. Так как жидкость находится в равновесии, то можно составить уравнение, например, для уровня F — F;

для левого колена р = ро + γh;

для правого колена р = ра + γhрт или

Рис. 2. Манометр ртутный

т е. разность уровней в манометре равна манометрическому давлению ртути на глубине hрт. Для измерения больших давлений, например, в гидросистемах и насосных установках используют пружинные манометры (рис. 3). Основной частью таких манометров является полая металлическая трубка 1, имеющая эллиптическое поперечное сечение. Один конец ее запаян и соединен с механизмом 2, перемещающим стрелку; другой

конец посредством ниппеля 3 сообщается с исследуемым объемом. Под действием давления поступившей жидкости трубка, стремясь выпрямиться, через механизм приводит в движение стрелку, которая по шкале указывает величину давления. Иногда манометры снабжают механизмом, записывающим измеряемое давление. Нулевое показание любого манометра соответствует полному давлению p, равному одной атмосфере

Для измерений давлений ниже атмосферного (p0

Рис. 4. Схема пьезометра, измеряющего вакуумметрическое давление на свободной поверхности в резервуаре:1 — свободная поверхность; 2 — поверхность уровня; р3 — атмосферное давление; р0 — абсо­лютное давление на свободной поверхности в ре­зервуаре; hвак — величина снижения уровня в пьезометре

Вакуумметр показывает ту долю давления, которая дополняет полное давление в жидкости до величины одной атмосферы. Вакуум в жидкости — это не пустота, а такое состояние жидкости, когда полное давление в ней меньше атмосферного на величину pв, которая измеряется вакуумметром. Вакуумметрическое давление pв, показываемое прибором, связано с полным и атмосферным так:

Таким образом, вакуумметрическому давлению будет соответствовать высота подъема hвак жидкости в изогнутой трубке над уровнем в резервуаре.

Величина вакуума не может быть больше 1 ат, то есть предельное значение pв » 100000 Па, так как полное давление не может быть меньше абсолютного нуля.

Приведём примеры снятия показаний с приборов:

— пьезометр, показывающий hp=160 см вод. ст., соответствует в единицах СИ давлениям pизб=16000 Па и p= 100000+16000=116000 Па;

— манометр с показаниями pман = 2,5 кгс/см 2 соответствует водяному столбу hp=25 м и полному давлению в СИ p = 0,35 МПа;

— вакуумметр, показывающий pв=0,04 МПа, соответствует полному давлению p=100000-40000=60000 Па, что составляет 60 % от атмосферного.

Источник

XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2019

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ

Основная часть. Гидростатическое давление разделяют на абсолютное или полное, избыточное (манометрическое) и недостаточное (вакуумметрическое).

Полное или абсолютное гидростатическое давление в любой точке или сечении жидкости равно внешнему давлению на ее свободной поверхности , сложенному с давлением столба жидкости , у которого основание равно единице площади, а высота — глубине погружения точки или сечения в жидкость.

Разность между абсолютным гидростатическим и атмосферным давлением называется избыточным или манометрическим давлением, характеризующим избыток давления по сравнению с атмосферным.

Если на поверхности жидкости давление больше атмосферного, то избыточное давление в рассматриваемом случае будет равно:

таким образом, избыточное давление в ном случае создается как за счет веса столба жидкости , так и за счет разности давлений .

Вакуумом (вакуумметрическим давлением) называется разность между атмосферным и абсолютным давлением, характеризующая недостаток давления до окружающего атмосферного:

Вакуумом (вакуумметрическим давлением) называется разность между атмосферным и абсолютным давлением, характеризующая недостаток давления до окружающего атмосферного:

Для измерения давления применяют различные приборы, которые можно разделить на две основные группы: жидкостные и механические.

Простейшим прибором является пьезометр, измеряющий давление в жидкости высотой столба той же жидкости. Он представляет собой стеклянную трубку, открытую с одного конца (трубка на рис. 14а).

в) дифференциальный манометр

Рисунок 14 – Жидкостные приборы для измерения давления

Для уменьшения длины измерительной трубки применяют приборы с жидкостью большей плотностью (например, ртутью). Ртутный манометр представляет собой У-образную трубку, изогнутое колено которого заполняется ртутью (рис. 14б). Под действием давления в сосуде уровень ртути в левом колене манометра понижается, а в правом — повышается.

Дифференциальный манометр применяют в тех случаях, когда необходимо измерить не давление в сосуде, а разность давлений в двух сосудах или в двух точках одного сосуда (рис. 14 в).

Применение жидкостных приборов ограничивается областью сравнительно небольших давлений. Если необходимо измерять высокие давления, применяют приборы второго типа -механические.

Пружинный манометр является наиболее распространенным из механических приборов. Он состоит (рис.15а) из полой тонкостенной изогнутой латунной или стальной трубки (пружины) 1, один конец которой запаян и соединен приводным устройством 2 с зубчатым механизмом 3. На оси зубчатого механизма располагается стрелка 4. Второй конец трубки открыт и соединен с сосудом, в котором замеряется давление. Под действием давления пружина деформируется (распрямляется) и через приводное устройство приводит в действие стрелку, по отклонению которой определяют значение давления по шкале 5.

а) пружинный манометр б) мембранный манометр

Рисунок 15 — Механические приборы для измерения давления.

Мембранные манометры также относятся к механическим (рис. 15б). В них вместо пружины устанавливается тонкая пластина-мембрана 1 (металлическая или из прорезиненной материи). Деформация мембраны посредством приводного устройства передается стрелке, указывающей значение давления.

Механические манометры имеют по сравнению с жидкостными некоторые преимущества: портативность, универсальность, простоту устройства и эксплуатации, большой диапазон измеряемых давлений.

Для измерения давлений меньше атмосферного применяют жидкостные и механические вакуумметры, принцип работы которых тот же, что и у манометров.

Применение. Достоинства и недостатки. Пьезометр — очень чувствительный и точный прибор, однако он удобен только при измерении небольших давлений, в противном случае трубка получается очень длинной, что осложняет его применение. Так же недостатком измерения давления пьезометрами это то, что достаточно большие давления нельзя определить из-за чрезмерной их высоты. В основном пьезометры применяются при достаточно небольших давлениях не более 3000 Па, т.е. пьезометрических высот не более 3,0 м в.ст. В машиностроении используются более высокие давления (в сотни атмосфер), что ограничивает применение пьезометров. Достоинством является его весьма высокая точность измерения давления.

Аналогичные по принципу работы приборы с использованием ртути позволяют в 13,6 раза уменьшить пьезометрические высоты (ртуть в 13,6 раза тяжелее воды). Но ртуть ядовита, и такие приборы в машиностроении практически перестали применяться.

Механические приборы используются в тех случаях, когда более точные, жидкостные, не могут применяться из-за чрезмерно больших измеряемых давлений. В некоторых конструкциях механических манометров и вакуумметров используются упругие рабочие элементы (например, полые пружины, гибкие диафрагмы, сильфоны и т.п.), которые деформируются под действием давления жидкости.

Заключение. Из всего вышесказанного можно сделать выводы, что самым эффективным и более применяемым является механический (пружинный) манометр, потому что именно этот прибор может измерять чрезмерно высокие давления, по сравнению с пьезометром и жидкостными манометрами. Так же большим недостатком жидкостного ртутного манометра является его токсичность и опасность, что сократило его применение практически совсем. Но нельзя исключать тот факт, что пьезометры и жидкостные манометры более точные, чем механические манометры.

Гидравлика: учебное пособие. – М.: ИД «ФОРМУМ»: ИНФРА-М, 2009. – 464 с.: ил. – (Высшее образование) / Ухин Б.В.

Гидравлика, гидропривод и гидросистемы: учебное пособие /Новиков А. П., Кондратенко И. Ю. /Воронежская государственная лесотехническая академия / 2007 год /151 страница

Гидравлика: учебное пособие /Малашкина В. А. /Московский государственный горный университет • 2012 год • 103 страницы

Источник

Поделиться с друзьями
Моя стройка
Adblock
detector