5. Приборы для измерения давления

4.1. Основные понятия

Давление, как и температура, представляет собой один из важнейших параметров технологических процессов пищевых производств. От величины давления во многом зависит режим и качество протекания процесса, поэтому возникает необходи­мость своевременно контролировать и регулировать величину этого параметра.

Давлением называется сила, равномерно распределенная по нормальной к ней поверхности. За единицу давления в Между­народной системе единиц (СИ) принят паскаль (Па) — давле­ние, вызываемое силой с 1 ньютон, равномерно распределен­ной по поверхности площадью 1 м².

Кроме паскаля, в практике измерений применяются и внесистемные еди­ницы: техническая атмосфера 1 кгс/см² = 98066,5 Па; миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.) —давление столба ртути высотой 1 мм на свое основа­ние (1 мм рт. ст.= 133,322 Па); миллиметр водяного столба (мм вод. ст.) — давление водяного столба па свое основание (1 мм. вод. ст.= 1 кгс/м² = 9,80665 Па).

Различают давление абсолютное, барометрическое, избыточ­ное вакуумметрическое.

Абсолютным давлением Р_а называется полное дав­ление, под которым находится жидкость, газ или пар. Оно равно сумме давлений избыточного и атмосферного, или баро­метрического (Р_а = Р_и + Рб).

Барометрическим давлением Рб называется дав­ление, которое производит масса воздушного столба атмо­сферы.

Избыточным давлением Р„ называется разность ме­жду абсолютным и барометрическим давлением (Р_п = Ра—Рб), а вакуум- метрическим Р_в — разность между барометри­ческим и абсолютным давлением, меньшим атмосферного (Р_п = Р_б-Ра).

По роду измеряемой величины приборы для измерения дав­ления и разрежения делятся на:

манометры — для измерения абсолютного и избыточного давления;

вакуумметры — для измерения вакуумметрического давле­ния (разрежения);

мановакуумметры — для измерения избыточного и вакуумметрического давления;

тягомеры — для измерения вакуумметрического давления (малых разрежений) газа;

напоромеры — для измерения малых избыточных давлений газа;

тягонапоромеры — для измерения вакуумметрического и ма­лого избыточного давления газа;

барометры — для измерения барометрического давления ат­мосферного воздуха;

дифференциальные манометры — для измерения разности двух давлений, из которых ни одно не является давлением окружающей среды.

По принципу действия приборы для измерения давления де­лятся на следующие основные группы:

жидкостные, в которых измеряемое давление уравновешива­ется гидростатическим давлением столба жидкости;

деформационные, в которых давление измеряется по вели­чине деформации упругих элементов или по развиваемой ими силе;

грузопоршневые, действие которых основано на уравновеши­вании измеряемого давления внешней силой, действующей на поршень;

электрические, действие которых основано либо на преобра­зовании давления в какую-нибудь электрическую величину, либо на изменении электрических свойств материала под дей­ствием давления.

4.2. Жидкостные манометры

Принцип действия этих манометров основан на уравновешивании измеряемого давления пли разности давлений давлением столба жидкости. Они имеют простое устройство и высокую точность из­- мерений. В качестве запорных жидкостей применяются вода, спирт, масло, ртуть. Жидкостные манометры разделяются на U-образные, коло- кольные и кольцевые.

4.2.1. U-образные манометры

U-образный жидкостный манометр (рис. 4.1) со­стоит из стеклянных измерительных трубок 1 и 2, соединенных внизу и укрепленных на верти-кальной доске, на которой находится миллиметровая шкала с нулевой отметкой посере­дине. До этой отметки измерительные трубки заполняются ра­бочей жидкостью. Если трубка 2 со­общается со средой большего давления, а трубка 1 — со средой меньшего давления, то в первой уровень жидкости понизится, а во второй повысится, в результате чего общая высота отсчета будет равна сумме отклонений уровней в каждой трубке от ну­левой отметки:

h=h₁ + h₂ (4.1)

Тогда для сечения аб можно написать равен­ство

р_абс =р_атм + h g, (4.2)

где — h - высота столба рабочей жидкости, м; — плотность рабочей жидкости, кг/м³; g- ускорение свобод­ного падения, м/с². Из приведенного равенства следует, что из­быточное давление измеряемой среды прямо пропорционально высоте столба и плотности уравновешивающей жидкости в ма­нометре. Такие приборы благодаря простоте конструкции и достаточно высокой точности измерений широко применяются для лабораторных и технических измерений.

Двухтрубным приборам присущ ряд погрешностей вследствие не­точности отсчета положения мениска жидкости, изменения темпе­ратуры окружающей среды, явлений капиллярности и т. д. Боль­шинство погрешностей может быть снижено введением соответст­вующих поправок. Недостатком двухтрубных жидкостных приборов является необходимость двух отсчетов, что приводит к увеличению погрешности измерения.

Однотрубные (чашечные) манометры представляют собой моди­фикацию двухтрубных, одно из колен которых заменяется широким сосудом (чашечкой) (рис. 4.2). Под действием избыточного дав­ления уровень жидкости в сосуде понижается, а в трубке повыша­ется. При этом

р_изб =(Н + h) g. (4.3)

Рис.4.1. U-образный жидкостный Рис.4.2. Чашечный однотрубный манометр манометр

Недостатком однотрубных приборов является погрешность, возни-кающая в результате понижения уровня жидкости в сосуде на величину Н.

Потому для повышения точности измерения увеличивают диаметр широкого сосуда до значений не менее f/F=400, где f – площадь сечения трубки, м², F – площадь сечения сосуда, м².

Верхний предел измерения жидкостных манометров ограничи­вается приемлемыми габаритными размерами. На практике при­меняются приборы для измерения избыточного давления не свыше 20 кПа. При ртутном заполнении этот предел может быть повышен до 100 кПа.

Для измерения очень малых давлений применяются микромано­метры с наклонной трубкой (рис.4.3). Вследствие наклонного положения трубки высота столба жидкости, уравновешивающей из­меряемое давление,

h=l sin ,

где l — перемещение мениска жидкости по шкале, м.

Такие приборы изготовляются на пределы измерения от 160 Па до 2кПа. Широко распространены приборы с переменным углом наклонной трубки, что значительно расширяет возможности их при­менения.

Описанные выше жидкостные приборы широко применяются в лабораторной и производственной практике, особенно в наладочных работах при пуске вентиляционных и аспирационных сетей произ­водственных помещений, элеваторов, складов, хранилищ и т. д.

Рис. 4.3. Микроманометр с наклонной Рис.4.4. Схема поплавкового

трубкой дифференциального манометра

Поплавковые U-образные дифманометры (рис.4.4) по прин­ципу действия подобны чашечным, но для измерения давления в них ис-пользуется перемещение поплавка, помещенного в чашку, при измене-нии уровня жидкости. Посредством передаточного уст­ройства перемещение поплавка преобразуется в перемещение пока­зывающей стрелки, а также может быть использовано для регист­рации или передачи сигнала измерительной информации.