ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

«Приборы для измерения давления»

Цель работы: изучение конструкций и принципов действия приборов для измерения давления.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1 Определение понятия «давление», единицы измерения давления и соотношение между ними

Давление является одним из важнейших параметров химико-технологических процессов. От величины давления часто зависит правильность протекания процесса химического производства. Под давлением в общем случае понимают предел отношения нормальной составляющей силы к площади, на которую действует сила:

р = F / S. (1.1)

Единицы измерения давления: Па (Н/м²); кгс/см²; мм вод.ст.; мм рт.ст. Величина единицы давления зависит от выбранной системы единиц (табл. 1).

Таблица 1. – Соотношение между единицами давления

Единицы давления	кгс/м2 или ммвод.ст.	кгс/см2	атм.	мм рт.ст.	Н/м2
1 кгс/м2 или 1 мм вод.ст.	1	10-4	0,0968·10-3	73,556·10-3	9,80665
1 кгс/см2 или 1 атм. (техни­ческая атмосфера)	104	1	0,9678	735,56	98066,5
1 атм. (физи­ческая атмо­сфера)	10332	1,0332	1	760,00	101 325
1 мм рт.ст.	13,6	1,36·10-3	1, 316·10-3	1	133,322
1 Па (Н/м2)	0,102	10,2·10-6	10,13·10-6	7,5·10-3	1

Различают абсолютное и избыточное давление. Абсолютное давление р_а — параметр состояния вещества (жидкостей, газов и паров). Избыточное давление р_и представляет собой разность между абсолютным давлением р_а и барометрическим давлением р_б (т.е. давлением окружающей среды):

р_и = р_а — р_б. (1.2)

Если абсолютное давление ниже барометрического, то

р_в = р_б — р_а, (1.3)

где р_в — разрежение.

2 Классификация приборов для измерения давления

По виду упругого чувствительного элемента приборы для измерения давления делятся на следующие группы:

1) приборы с трубчатой пружиной (рис. 1 а, б);

2) мембранные приборы, у которых упругим элементом служит мембрана (рис. 1, в), анероидная или мембранная коробка (рис. 1 г, д), блок анероидных или мембранных коробок (рис. 1 е, ж);

3) пружинно-мембранные с гибкой мембраной (рис. 1, з);

4) приборы с упругой гармониковой мембраной (сильфоном) (рис. 1, к);

5) пружинно-сильфонные (рис. 1, и).

Рис. 1. – Типы пружинных устройств

3 Классификация приборов для измерения давления

Приборы для измерения давления подразделяются на:

а) манометры – для измерения абсолютного и избыточного давления;

б) вакуумметры – для измерения разряжения (вакуума);

в) мановакуумметры – для измерения избыточного давления и вакуума;

г) напоромеры – для измерения малых избыточных давлений (верхний предел измерения не более 0,04МПа);

д) тягомеры – для измерения малых разряжений (верхний предел измерения до 0,004МПа);

е) тягонапорометры – для измерения разряжений и малых избыточных давлений;

ж) дифференциальные манометры – для измерения разности давлений;

з) барометры - для измерения барометрического давления атмосферного воздуха.

4 Жидкостные манометры и дифманометры

В жидкостных манометрах измеряемое давление или разность давлений уравновешивается давлением столба жидкости. В приборах используется принцип сообщающихся сосудов, в которых уровни рабочей жидкости совпадают при равенстве давлений над ними, а при неравенстве занимают такое положение, когда избыточное давление в одном из сосудов уравновешивается гидростатическим давлением избыточного столба жидкости в другом. Большинство жидкостных манометров имеют видимый уровень рабочей жидкости, по которому осуществляется непосредственное снятие показаний. Эти приборы используются в лабораторной практике и при проведении промышленных испытаний.

4.1 О д н о т р у б н ы е м а н о м е т р ы

Для повышения точности отсчета разности высот уровней используются однотрубные (чашечные) манометры. В однотрубном манометре одна трубка заменена широким сосудом, в который подаётся большее из измеряемых давлений. Трубка, прикрепленная к шкальной пластине, является измерительной и соединяется с атмосферой, при измерении разности давлений к ней подводится меньшее из давлений. Рабочая жидкость заливается в манометр до нулевой отметки.

Под действием давления часть рабочей жидкости из широкого сосуда перетекает в измерительную трубку. Поскольку объём жидкости, вытесненной из широкого сосуда, равен объёму жидкости, поступившей в измерительную трубку,

h F = h f; h =h f/F, (2.2)

где f, F - площадь поперечного сечения измерительной трубки и широкого сосуда.

Если для повышения точности измерения необходимо учесть это изменение, то шкала градуируется в единицах давления согласно уравнению:

р - р = gρ(h + h ) = gρh (1+ f/F). (2.3)

Рис. 3. – Схема чашечного (однотрубного) манометра

4.2 Д в у х т р у б н ы е ж и д к о с т н ы е м а н о м е т р ы

Для измерения давления и разности давлений используют двухтрубные манометры и дифманометры с видимым уровнем, часто называемые U-образными. Принципиальная схема такого манометра представлена ​​на рис. 2. Две вертикальные соединённые стеклянные трубки 1 и 2 диаметром 8-10мм закреплены на металлической или деревянной основе 3, к которой прикреплена шкальная пластинка 4. Трубки заполняются рабочей жидкостью до нулевой отметки. В трубку 1 подается измеряемое давление, трубка 2 соединена с атмосферой. При измерении разности давлений к обеим трубкам подводят измеряемые давления.

Рис. 2. – Схема двухтрубного манометра

Столб жидкости высотой h уравновешивает разность давлений:

р - р = g ρ h; h=1/ρg(р - р) , (2.1)

где g - местное ускорение свободного падения, м/с²;

ρ - плотность рабочей жидкости, кг/м³.

В качестве рабочей жидкости используется вода, ртуть, спирт, трансформаторное масло. Таким образом, в жидкостных манометрах функции чувствительного элемента, воспринимаю-щего изменения измеряемой величины, выполняет рабочая жидкость. Выходной величиной является разность уровней, входной – давление или разность давлений.

Двухтрубные манометры с водяным заполнением используются для измерения давления, разрежения, разности давлений воздуха и неагрессивных газов в диапазоне до ±10кПа.