Меню

Приборы для измерение давление пьезометр манометр



Что такое пьезометр и микроманометр

Пьезометры и микроманометры одни из самых простых приборов для измерения давления, представляющие из себя трубки, заполняемые рабочей жидкостью.

Устройство пьезометра

Пьезометр представляет собой вертикальную стеклянную трубку, заполненную той же жидкостью, что и пространство, давление в котором измеряется. Пьезометр присоединен одним концом к точке замера давления. Другой конец открыт в атмосферу. Избыточное давление в точке присоединения прибора можно вычислить используя основное уравнение гидростатики:

Пьезометры используют для измерения небольших давлений в не агрессивных, нетоксичных жидкостях в лабораторных и научно-исследовательских установках.

С помощью пьезометров можно иллюстрировать перепад давления вызванный потерями по длине.

Микроманометр

Микроманометр — представляет собой наклонную трубку (или сосуд с жидкостью и наклонной трубкой), которая предназначена для измерения малых давлений. Принципиальная схема микроманометра с регулируемым углом наклона трубки показан на рисунке.

Давление в точке присоединения можно вычислить по формуле:

p = ρ×g×h

  • где ρ — плотность жидкости
  • g — ускорение свободного падения
  • h — высота столба жидкости над выбранной точкой

Сравнение показаний пьезометра и микроманометра

Схема измерения давления с помощью пьезометра и микроманометра показана на рисунке.

Сравним величину уровня жидкости l в вертикальном и наклонном пьезометре при избыточном давления.

Для вертикального пьезометра:

Для наклонного пьезометра:

l=h/Sin α = P/(ρ×g×Sin α)

То есть при равном изменении давлении величина, на которую переместится жидкость вдоль трубки будет выше.

Наклонное расположение пьезометра позволяет сделать измерения более точными. Изменяя угол наклона трубки можно регулировать точность и предел измерения прибора.

Измеряемое давление подводится к выходу сосуда. Для того, чтобы знать угол наклона трубки на приборе расположена шкала.

Микроманометры применяют для точных измерений небольших величин давления, они могут использоваться для тарировки манометров и других приборов измерения давления.

Источник

Приборы для измерения давления

Реферат

По дисциплине гидравлика на тему: Вакуум. Пьезометр. Вакуумметр.

Выполнил: студент 31-м группы

Проверил: Колдин М.С.

Мичуринск-Наукоград — 2012 г

Содержание.

Приборы для измерения давления………………………………………5

Вакуум

На практике сильно разреженный газ называют техническим вакуумом. В макроскопических объёмах идеальный вакуум недостижим на практике, поскольку при конечной температуре все материалы обладают ненулевой плотностью насыщенных паров. Кроме того, многие материалы, в том числе толстые металлические, стеклянные и иные стенки сосудов, пропускают газы. В микроскопических объёмах, однако, достижение идеального вакуума в принципе возможно.

Мерой степени разрежения вакуума служит длина свободного пробега молекул газа λ, связанной с их взаимными столкновениями в газе, и характерного линейного размера l сосуда, в котором находится газ.

Высокий вакуум в микроскопических порах некоторых кристаллов достигается уже при атмосферном давлении, поскольку диаметр поры гораздо меньше длины свободного пробега молекулы.

Рассмотрим два сосуда I и II (риc. 1), соединённые между собой. Сосуд II заполнен жидкостью и имеет давление на свободной поверхности, равное атмосферному PA. Из сосуда I, постепенно откачивая воздух, создадим разрежение с давлением РРАЗР меньше атмосферного. Тогда жидкость из сосуда II начнёт подниматься, то есть всасываться по трубке.

Рис. 1. Определение величины вакуума

Пусть при каком-то давлении Рразр уровень в трубке поднялся на величину hV. Рассмотрим равновесие частиц жидкости в трубке на уровне а – а. Так как частицы жидкости в трубке на уровне а – а находятся в равновесии, то это значит, что давление со стороны сосуда I, равное Рразр + г hV, и давление со стороны сосуда II, равное PA, между собой равны.

В этом случае можно написать, что Рразр + г hV = PA. отсюда:

Разность между атмосферным давлением PA и абсолютным давлением Рразр, когда оно меньше атмосферного, называется вакуумметрическим давлением, или вакуумом. Иначе, вакуум – это недостаток давления до атмосферного.

Вакуум измеряется в тех же единицах, что и гидростатическое давление. Вакуум можно измерить и высотой столба жидкости. Вакуум встречается в насосах и иных гидравлических аппаратах и сооружениях, например в сифонах, и т.п.

Теоретически наибольшая величина вакуума может быть равна 1 кгc/см2, или 10,33 м вод. ст., или 101,3 кН/м2. Практически такой величины вакуума добиться нельзя, так как абсолютное разрежение над жидкостью создать невозможно, потому что в пространстве над жидкостью неизбежно будут пары жидкости и выделяющийся из жидкости растворённый воздух. Поэтому при перекачке холодной воды величина вакуума практически в насосах бывает не более 7 м вод. ст., при перекачке горячей воды и лёгких жидкостей – значительно меньше.

Читайте также:  Как измерить уровень трубкой

Аппараты, используемые для достижения и поддержания вакуума, называются вакуумными насосами. Для поглощения газов и создания необходимой степени вакуума используются геттеры. Более широкий термин вакуумная техника включает также приборы для измерения и контроля вакуума, манипулирования предметами и проведения технологических операций в вакуумной камере и т. д. Высоковакуумные насосы являются сложными техническими приборами. Основные типы высоковакуумных насосов — это диффузионные насосы, основанные на увеличении молекул остаточных газов потоком рабочего газа, геттерные, ионизационные насосы, основанные на внедрении молекул газа в геттеры, например титан и криосорбционные насосы в основном для создания форвакуума.

Стоит отметить, что даже в идеальном вакууме при конечной температуре всегда имеется некоторое тепловое излучение — газ фотонов. Таким образом, тело, помещённое в идеальный вакуум, рано или поздно придёт в тепловое равновесие со стенками вакуумной камеры за счёт обмена тепловыми фотонами.

Вакуум является хорошим термоизолятором. Перенос тепловой энергии в нём происходит лишь за счёт теплового излучения, конвекция и теплопроводность исключены. Это свойство используется для теплоизоляции в термосах сосудах Дьюара, состоящих из ёмкости с двойными стенками, пространство между которыми вакуумированно.

Вакуум широко применяется в электровакуумных приборах — радиолампах, например, магнетронах микроволновых печей, электронно-лучевых трубках и т. п.

Приборы для измерения давления

Давление в жидкости измеряется приборами:

Пьезометры и манометры измеряют избыточное манометрическое давление, то есть они работают, если полное давление в жидкости превышает величину, равную одной атмосфере p = 1 кгс/см2 = 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

pатм = 101325 ≈ 100000 Па.

Рис. 2. Пьезометрическая плоскость

Пьезометр обычно представляет собой вертикальную стеклянную трубку, нижняя часть которой сообщается с исследуемой точкой в жидкости, где нужно измерить давление, например, точка А на рис. 2, а верхняя её часть открыта в атмосферу. Высота столба жидкости в пьезометре hp является показанием этого прибора и позволяет измерять избыточное манометрическое давление в точке по соотношению:

жидкость гидростатический вакуум давление

где hp – пьезометрический напор высота, м.

Упомянутые пьезометры применяются главным образом для лабораторных исследований. Их верхний предел измерения ограничен высотой до 5 м, однако их преимущество перед манометрами состоит в непосредственном измерении давления с помощью пьезометрической высоты столба жидкости без промежуточных передаточных механизмов.

Рис. 3. Пьезометр

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.

Манометры чаще всего применяются механические, реже – жидкостные. Все манометры измеряют не полное давление, а избыточное:

Преимуществами их перед пьезометрами являются более широкие пределы измерения, однако есть и недостаток: они требуют контроля их показаний. Манометры, выпускаемые в последнее время, градуируются в единицах СИ: МПа или кПа. Однако ещё продолжают применяться и старые манометры со шкалой в кгс/см2, они удобны тем, что эта единица равна одной атмосфере. Нулевое показание любого манометра соответствует полному давлению p, равному одной атмосфере.

Вакуумметр — это U-образная стеклянная трубка, в колене которой имеется жидкость, тяжелее от той, которая находится в сосуде. Один конец трубки соединен с сосудом, а второй открыт рис.4.

Рис. 4. Жидкостной вакуумметр

Вакуумметр по своему внешнему виду напоминает манометр, а показывает он 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:

Читайте также:  Приборы для измерения перемещения физика

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

По принципу действия вакуумметры можно подразделить на следующие типы:

— классические – являются обычными манометрами (жидкостными или анероидами), служат для измерения малых давлений. В жидкостных вакуумметрах в измерительном колене применяется масло с известной плотностью и по возможности малым давлением пара с тем, чтобы не нарушать вакуум. Обычно жидкостные манометры изолируют от остальной вакуумной системы при помощи азотных ловушек – специальных устройств наполняемых жидким азотом и служащих для вымораживания паров рабочего вещества манометра. Область измеряемых давлений от 10 до 100000 Па.

— емкостные – основаны на изменении емкости конденсатора при изменении расстояния между обкладками. Одна из обкладок конденсатора выполняется в виде гибкой мембраны. При изменении давления мембрана изгибается и меняет емкость конденсатора, которую можно измерить. После градуировки возможно использовать прибор для измерения давления. Область измеряемых давлений от 1 до 1000 Па.

— термонапорные – принцип действия основан на охлаждении за счет теплопроводности. Термопара находится в контакте с нагреваемым проводом. Чем лучше вакуум, тем меньше теплопроводность газа, и следовательно выше температура проводника (теплопроводность разреженного газа прямо пропорциональна его давлению). Проградуировав подключенный к термопаре гальванометр при известных давлениях можно использовать измеряемое значение температуры для определения давления. Область измеряемых давлений от 10 -3 до 10 Torr.

— ионизационные – принцип действия основан на ионизации газа. При понижении давления газа уменьшается число атомов, способных подвергнуться ионизации, и соответственно ионизационный ток, текущий между электродами при данном напряжении. Область измеряемых давлений от 10 -12 до 10 -1 Torr. Подразделяются на вакуумметры с холодным катодом (Пеннинга и магнитронные) и с накапливаемым катодом.

Термонапорный и ионизационный вакуумметры широко применяются в промышленности и экспериментах, так как являются массовыми, хорошо повторяемыми приборами. Практически выполняются в виде электронных ламп со стеклянным отростком, соединяющимся с исследуемым объемом с помощью шланга или припаивания.

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/см2 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=100 000–40 000=60 000 Па, что составляет 60% от атмосферного.

1. Башта, Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов [и др.]. – 2-е изд., перераб. – М.: Машиностроение, 2010. – 423 с.

2. Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод: учеб. пособие для вузов / Т.В. Артемьева [и др.]; под ред. С.П. Стесина. – 3-е изд., стер. – М.: Академия, 2008. – 336 с.

3. Сологаев, В.И. Механика жидкости и газа: конспекты лекций / В.И. Сологаев; СибАДИ. – Омск, 2010. – 56 с.

4.Чугуев Р.Р. Гидравлика. Л.:»Энергоатомиздат», 1982.

Источник

Приборы для измерения давления. Для измерения давления используют жидкостные (барометр, пьезометр, вакуумметр, дифманометр), механические (манометр

Для измерения давления используют жидкостные (барометр, пьезометр, вакуумметр, дифманометр), механические (манометр, вакуумметр) и электрические приборы. Рассмотрим принцип действия основных из них.

Барометр состоит из открытой чашки, заполненной ртутью, и стеклянной трубки, верхний конец которой запаян,

а нижний опущен в чашку под уровень ртути (рис.2.5). В верхней части трубки воздуха нет, поэтому в ней действует давление насыщенных паров ртути. Значение атмосфер-ного давления определяют по формуле
Рисунок 2.5 – Ртутный барометр

(2.9)

где — плотность ртути; h- высота подъема жидкости в трубке.

Читайте также:  Интересные измерения по физике

Пьезометр — это прибор для измерения небольших давлений в жидкости при помощи высоты столба этой жидкости (рис.2.6).

Он состоит из вертикальной стеклянной трубки, верхний конец которой открыт и сообщается с атмосферой, а нижний присоединен к сосуду, в котором измеряют давление р.
Рисунок 2.6 – Пьезометр

По основному уравнению гидростатики

. (2.10)

Вакуумметр — это U-образная стеклянная трубка, в колене которой имеется жидкость, тяжелее от той, которая

находится в сосуде. Один конец трубки соединен с сосудом, а второй открыт (рис.2.7). Давление на свободной поверхности жидкости, если трубка присоединена выше этой поверхности, вычисляют по формуле
Рисунок 2.7 – Жидкостной вакууметр

. (2.11)

Пружинный манометр (рис.2.8) состоит из корпуса 5, штуцера 6, манометрической (пружинной) трубки 4, передающе-

Источник

Жидкостные приборы для измерения давления

Приборы для измерения давления по назначению можно разделить на три основные группы: барометры, манометры и вакуумметры. Барометры служат для измерения атмосферного давления, манометры – для измерения избыточного давления, вакуумметры – для измерения разрежения. Применяются также и комбинированные приборы.

По конструкции приборы применяются трех основных видов: жидкостные, механические и электрические.

Жидкостные приборыприменяютсядля измерения всех видов давления. Жидкостные барометры, так же как и другие жидкостные приборы, основаны на принципе сообщающихся сосудов и применяются в двух основных вариантах: чашечные и сифонные (рис. 6.2).

Жидкостной барометр-стеклянная трубка с запаянным одним концом. В качестве жидкости обычно применяется ртуть. Давление столба ртути в трубке уравновешивается атмосферным давлением. При изменении атмосферного давления измеряется высота ртутного столба, которая и служит мерой давления.

Рис. 6.2. Жидкостные барометры:

Жидкостные манометрыприменяются различных видов и конструктивных вариантов. По типу применяемой жидкости жидкостные манометры делятся на пьезометры и ртутные манометры. В пьезометрах в качестве рабочей жидкости используется та же жидкость, давление которой измеряется. В свою очередь, каждая из групп делится на две подгруппы: на обычные приборы для измерения давления в жидкости и приборы для измерения разности давлений – дифференциальные манометры.

Пьезометр-вертикальная стеклянная трубка, верхний конец которой открыт в атмосферу, а нижний присоединен к сосуду в том месте, где требуется измерить избыточное давление (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Жидкостные пьезометры:

а– обычный; б – дифференциальный

Применяя основное уравнение гидростатики ко всей жидкости, заключенной в пьезометре, получим

где pабс – абсолютное давление в жидкости на уровне присоединения пьезометра, h – высота подъема жидкости в пьезометре – пьезометрическая высота.

Из уравнения (6.3) следует, что избыточное (манометрическое) давление на высоте присоединения пьезометра равно

Отсюда пьезометрическая высота равна

Если на свободную поверхность покоящейся жидкости действует атмосферное давление, то пьезометрическая высота для любой точки рассматриваемого объема жидкости равна глубине расположения этой точки hi, так как pабс = pат + rghi, и следовательно, h = hi.

Для замера разности давлений в двух сосудах или в двух точках одного сосуда применяют дифференциальные пьезометры(см. рис.6.3). Можно показать, что

то есть разность уровней в трубках прямо пропорциональна разности давлений в сосудах.

Ртутные манометрыпредназначены для измерения давлений жидкостей и газов в больших пределах, чем это можно осуществить с помощью, например, водяных пьезометров. Ртутный манометр состоит из резервуара с жидкостью и стеклянной трубки, присоединенной к этому резервуару. Давление определяется по разности уровней ртути в резервуаре и стеклянной трубке (рис.6.4).

Рис. 6.4. Жидкостные манометры:

а– обычный; б – дифференциальный

Так как плотность ртути в 13,6 раза выше плотности воды, то высота подъема ртути в стеклянной трубке будет во столько же раз меньше подъема воды в пьезометре, Аналогично дифференциальным пьезометрам для измерения разности давлений требуютсядифференциальныертутныеманометры.

Жидкостные вакуумметрыпо устройству и работе принципиально не отличаются от жидкостных манометров (рис. 6.5). Кроме того, разрежение может определяться по разности уровней жидкости в резервуаре и стеклянной трубке(см. рис. 4.5, б).

Рис. 6.5. Жидкостные ваккууметры:

а– обычный; б – дифференциальный

Источник