Измерение давления

1. Измерение атмосферного давления

Для измерения атмосферного давления применяют чашечные ртутные барометры или пружинные барометры-анероиды. Единицей измерения по шкале барометра обычно служат миллиметр ртутного столба (мм.рт.ст). Перевод показаний прибора в международную систему единиц СИ производится в соответствии с соотношением 1 мм.рт.ст. = 133,3 Па.

Для удобства используют следующие обозначения для величины атмосферного давления:

• при измерении в мм.рт.ст. – В_а ;

• при измерении в Па – р_а .

Таблица 1

Давление, Па∙104	βТ,1/гр при температуре, °С
	1 - 10	10 - 20	40 - 50	60 - 70	90 - 100
10	0,000014	0,00015	0,000422	0,000556	0,000719
980	0,000043	0,000165	0,000422	0,000548	0,000714
1960	0,000072	0,000183	0,000426	0,000539	0,000695
4900	0,000149	0,000236	0,000429	0,000523	0,000661
8830	0,000229	0,000294	0,000437	0,000514	0,000621

2. Измерение давления в потоке воздуха

Жидкостные манометры

Для измерения давления в потоке воздуха обычно используют жидкостные манометры, работающие на принципе сообщающихся сосудов. Наиболее простым типом такого манометра является U-образная трубка, заполненная жидкостью. Для заполнения U-образной трубки используют чистую или слегка подкрашенную дистиллированную воду. Подкраска воды не должна приводить к изменению ее плотности, а применяемый краситель не давать осадка. Единицей измерения на шкале U-образной трубки служит либо Паскаль, либо мм.вод.ст.

1 мм.вод.ст. = 9,81 Па.

Микроманометр

Для точных измерений небольших перепадов давления служит микроманометр с наклонной трубкой. Принципиальная схема этого микроманометра приведена на рис. 10.

Увеличение чувствительности и точности отсчета в этом манометре достигается тем, что вертикальный столб жидкости высотой А, соответствующий измеряемой разности давлений (Р₁–Р₂), заменяется наклонным столбом протяженностью l, причем l = h/sin α. Шкала, по которой производится отсчет показаний микроманометра, обычно располагается непосредственно на наклонной трубке.

Рис. 10 Микроманометр

Микроманометр заливается этиловым спиртом с плотностью ρ = 789,3 кг/м³. Для удобства пользования микроманометром в его конструкции (рис. 10) предусмотрено несколько фиксированных положений наклонной трубки, соответствующих значениям к_м = 0,2; 0,3; 0,4; 0,6; 0,8. Установка микроманометра производится с помощью имеющихся на его основании уровней.

Трубка Прандтля

Полное давление в любой точке потока складывается из статического и динамического давления. Статическое давление р численно равно силе, действующей в потоке на единицу площади поверхности, ориентированной параллельно к вектору скорости. Статическое давление обусловлено потенциальной энергией жидкости или газа, находящихся под действием сил различной физической природы, включая силы межмолекулярного взаимодействия. Согласно существующим представлениям о физическом строении жидкости и газа и их свойствах, введенное в гидромеханике статическое давление совпадает с термодинамическим давлением, входящим в уравнение состояния.

Динамическое давление p_d характеризующее кинетическую энергию движущихся жидкости или газа, определяется как

,

где ρ – плотность кг/м³, υ – скорость м/с.

При увеличении скорости потока динамическая составляющая полного давления возрастает, а статическая уменьшается. В покоящейся среде динамическое давление равно нулю.

Для комплексного измерения полного, статического и динамического давления в потоке применяют комбинированный приемник давления, называемый обычно трубкой Прандтля. Если направить комбинированный приемник давления навстречу потоку, то перед его носиком поток окажется полностью заторможенным и динамическое давление будет полностью преобразовано в статическое. Комбинированное приемотверстие комбинированного приемника будет воспринимать полное давление р_п в точке замера, равное сумме статического р и динамического p_d давлений. На расстоянии 3d от носика насадка (где d – его внешний диаметр) струйки потока будут параллельны его образующим, а боковые отверстия, просверленные в этом месте, будут воспринимать только статическое давление р. Схема измерения полного давления и его компонентов в потоке воздуха приведена на рис. 11.

Преобразователь давления

Пример конструкции деформационного датчика давления с встроенной электронной частью и получившего из-за этого название преобразователя давления показан на рис. 12. Преобразователь выполнен в цилиндрическом корпусе 3, в нижней части которого расположен штуцер 4, предназначенный для присоединения к линии измеряемого давления. В верхней части корпуса расположена «обойма» 9, которая крепится в корпусе с помощью специальных защелок, позволяющих ей вращаться вокруг своей оси (относительно корпуса 3).

Рис. 12. Преобразователь давления

Для фиксации положения обоймы относительно корпуса служит крышка 10, которая навинчивается на наружную резьбу верхней части корпуса 3. На обойме установлена приборная часть 2 электрического соединителя типа В1М 43650С. В кабельной части 1 соединителя производится подсоединение проводов внешних электрических цепей с помощью винтовых зажимов (клемм) без применения пайки.

Во входном отверстии 5 приемной полости штуцера преобразователя предусмотрена резьба для установки гидравлического дросселя, предназначенного для предотвращения повреждения мембраны чувствительного элемента преобразователя в случае возникновения гидроудара.

В штуцере преобразователя размещен чувствительный элемент 6. В качестве чувствительного элемента применен тензопреобразователь, на котором размещена тензочувствительная полупроводниковая схема из четырех тензорезисторов, соединенных в мост Уитсона. Под действием давления измеряемой среды мембрана чувствительного элемента прогибается. Тензорезисторы, деформируясь, изменяют свое сопротивление. В результате происходит разбаланс моста пропорционально измеряемому давлению. Разбаланс в виде электрического сигнала преобразуется электронным блоком, расположенным в корпусе преобразователя, в выходной унифицированный сигнал постоянного тока 4...20 мА. В применяемом тензопреобразователе имеется термокомпенсация, что обеспечивает относительно высокую температурную стабильность его характеристик.

В обойме 9 преобразователя имеется специальное окно для доступа к подстроечному резистору корректора нуля. Корректор нуля предназначен для подстройки выходного сигнала преобразователя при давлении, равном атмосферному.

Для подстройки выходного сигнала преобразователя при верхнем предельном значении измеряемого давления предназначен подстроечный резистор корректора диапазона 8.

К преобразователю давления присоединяется вторичный электронный прибор, измеряющий сигнал с преобразователя и переводящий его в значения давления.

Приборы могут быть скомпонованы в едином корпусе или смонтированы по отдельности.