Лабораторная работа № 1

ИЗУЧЕНИЕ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Основы теории и цель работы

Для измерения давления в капельных жидкостях и газах применяются жидкостные, механические, электрические и комбинированные приборы. Те из них, которые предназначены для измерения положительной разности между абсолютным и атмосферным давлениями (манометрического или избыточного давления), называются манометрами. Если прибор предназначен для измерения положительной разности между атмосферным давлением и абсолютным (вакуумметрического давления), то он называется вакуумметром. Во многих случаях приборы могут измерять как избыточное, так и вакуумметрическое давление, и тогда они называются мановакуумметрами.

Если прибор предназначен для измерения разности давлений в двух точках, то он называется дифференциальным манометром.

Жидкостные приборы основаны на использовании основного уравнения гидростатики

, (1.1)

где - абсолютное; - внешнее; - весовое давление;

- плотность жидкости, применяемой в приборе.

Если = ( -атмосферное давление), то

(1.2)

называется пьезометрической высотой. В случае < величина

(1.3)

носит наименование вакуумметрической высоты.

Из основного уравнения гидростатики следует, что каждому давлению P можно поставить в соответствие некоторую высоту столба жидкости согласно зависимости

(1.4)

Рассмотрим схемы основных жидкостных приборов.

Пьезометр применяется для измерения избыточного давления и представляет собой стеклянную, установленную строго вертикально трубку 1 (рис.1.1) с открытым в атмосферу верхним концом. Нижний конец трубки соединяется с местом измерения давления. Под действием давления жидкость в трубке поднимается на высоту , измеряемую по линейной шкале (рис.1.1).

Рис. 1.1. Пьезометр Рис. 1.2. U-образный мановакуумметр

Величина избыточного давления в любой точке А жидкости определяется по зависимости

, (1.5)

где - плотность жидкости; h - показание пьезометра; h₁ - глубина точки А под уровнем нуля шкалы прибора.

Напор в метрах столба жидкости (пьезометрическая высота) в точке А равен

(1.6)

U-образный мановакуумметр (рис.1.2) представляет собой U- образную стеклянную трубку 1, заполненную до некоторого уровня рабочей жидкостью, более тяжелой, чем жидкость, давление которой измеряется. Одно из колен трубки (на рис. 1.2 - левое) соединяется с местом измерения, другое (правое) открыто в атмосферу. Если давление P_м на уровне рабочей жидкости в левом колене больше атмосферного (рис.1.2, а), то под его действием жидкость в левом колене опустится, а в правом поднимется. Если давление P_м меньше атмосферного, то жидкость в левом колене поднимется, а в правом опустится (рис.1.2, б). Разность h высот уровней жидкости в коленах является показанием прибора.

Избыточное P_и и вакуумметрическое давление в произвольной точке А жидкости находятся по зависимостям

(1.7)

, (1.8)

где r – плотность жидкости, заполняющей сосуд и левое колено прибора (до уровня рабочей жидкости); r_p – плотность рабочей жидкости; h₁ – разность уровней точки А и рабочей жидкости в левом колене (рис. 1.2).

Дифференциальный манометр. Дифференциальный манометр применяется для измерения разности давлений.

Разность давлений может быть определена путем измерения каждого из давлений в отдельности. Однако таким способом нельзя воспользоваться в тех случаях, когда разность давлений мала, а каждое из давлений велико, ибо для получения достаточно высокой точности измерения малой разности измерение каждого из больших давлений должно быть выполнено со значительно более высокой, практически недостижимой, точностью.

Поэтому для измерения разности давлений применяются специальные приборы.

На рис.1.3 изображена схема U-образного дифференциального манометра. Он состоит из U-образной стеклянной трубки, примерно до середины заполненной рабочей жидкостью. Под действием разности давлений рабочая жидкость в коленах перемещается.

Для горизонтальной плоскости равного давления 0-0 можно записать

(1.9)

Из (1.9) видно, что разность давлений по показанию манометра определяется следующим образом

(1.10)

Если точки, где измеряется давление, находятся на одном уровне, то . В этом случае

(1.11)

Из других жидкостных приборов находят широкое применение микроманометры (пьезометры с наклонной трубкой), чашечные манометры и вакуумметры, а также дифференциальные пьезометры.

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. На схемах (рис.1.4, а, б) приведены две принципиальные схемы таких приборов.

Цель работы – ознакомиться с устройством и работой приборов для измерения давления. Измерить и вычислить избыточные, абсолютные давления в различных единицах.