Прилади для вимірювання тиску і розрідження
§ 1. Поняття про тиск і розрідження
Тиск - величина, що характеризує інтенсивність сил, що діють на будь-яку частину поверхні тіла і направлені перпендикулярно до даної поверхні.
Існують три види тисків: атмосферний, надлишковий та абсолютний.
Атмосферний тиск Ратм - це гідростатичний тиск, яким атмосфера діє на всі предмети, що знаходяться в ній. За нормальний атмосферний тиск приймають тиск, рівний 100 кПа (760 мм рт. ст.), що називається фізичною атмосферою.
Надлишковий тиск Рнадл може бути позитивним і негативним Негативний тиск називається розрідженням або вакуумом. Під вакуумом розуміють стан повітря або іншого газу в замкнутому обсязі, якщо тиск у ньому менше атмосферного.
Абсолютний тиск Рабс дорівнює сумі атмосферного і надлишкового тисків: Рабс = Рнадл + Ратм.
У Міжнародній системі одиниць (СІ) тиск виражається в Па (Паскалях) (1Па=1Н/м2). Паскаль – тиск, викликаний силою в 1Н, рівномірно розподіленої по поверхні площею 1м2. Позасистемні одиниці тиску, що використовуються для технічних вимірювань: кгс/см2, мм вод.ст., мм рт. ст.
САМОСТІЙНО
Основні співвідношення між різноманітними одиницями вимірювання тиску.
Прилади для вимірювання позитивного надлишкового тиску називаються манометри, а прилади для вимірювання негативного надлишкового тиску (вакууму) - вакуумметри. Комбіновані прилади для вимірювання позитивного і негативного надлишкових тисків називаються мановакууметри.
За принципом дії прилади для вимірювання тиску і розріджень розділяють на такі типи:
рідинні, у яких тиск або розрідження врівноважується висотою стовпа рідини;
пружні, у яких тиск врівноважується силою пружної деформації чутливого елемента;
поршневі, у яких тиск врівноважується силою, що діє на поршень визначеного перерізу;
комбіновані, принцип дії яких має змішаний характер;
електричні, у яких використовується зміна е.р.с. термопари, явище електричного розряду і зміна іонізації газу.
За своїм призначенням прилади поділяються на робочі, контрольні і зразкові.
При виконанні монтажу приладів тиску необхідно передбачити:
захист приладу і його чутливого елемента від впливу агресивних середовищ, вібрації, високих температур, високих пульсацій вимірювального тиску;
необхідно використовувати пристрій для скидання конденсату при вимірюванні тисків вологих газів;
виключення виникнення газових мішків у трубопроводах при вимірюванні тиску рідини, а при вимірюванні тиску газів - гідравлічних пробок;
виключення впливу динамічного напору контрольованого середовища.
При вимірюванні тиску агресивних рідин для захисту приладу в місця відбору імпульсу повинна бути встановлена розділювальна посудина. При вимірюванні тисків агресивних середовищ (лугів і кислот) для захисту приладів використовують розділювальні посудини, внутрішню порожнину яких заповнюють неагресивною рідиною: водою, легкими мінеральними оліями, етиловим спиртом, гліцерином і т.д.
§ 2. Рідинні і мембранні прилади
Рідинні трубчасті прилади знайшли широке застосування в лабораторних і місцевих технічних вимірюваннях тиску, розрідження і різниці тисків.
Принцип дії таких приладів заснований на основному рівнянні гідростатики – законі Паскаля. Цей принцип знайшов широке застосування в техніці при вимірюванні тиску і різниці тисків (перепаду тисків). Закон Паскаля дозволяє зробити важливий висновок: рівні рідин у сполучених посудинах при однакових тисках в обох колінах лежать в одній горизонтальній поверхні, тобто якщо Р1=Р2, то Н1=Н2.
Рис. 1. Манометр U-подібний; 1- трубка; 2 шкала
Найбільш поширеним приладом є U-подібний манометр (рис. 1), в якому в якості робочої рідини використовуються вода, ртуть, олія або спирт. Похибка таких манометрів складає ±2мм стовпа робочої рідини і не залежить від діаметра трубок. Прилад має U-подібну скляну трубку і шкалу з рівномірними поділками. Ціна найменшої поділки шкали складає 1мм. Робоча рідина заповнюється до нульової відмітки шкали. Принцип дії U-подібних манометрів заснований на законі сполучених посудин. Якщо вигнуту і відкриту з обох кінців U-подібну порожню трубку залити рідиною, то рівні рідини в обох посудинах будуть однаковими. Під дією вимірювального тиску, підключеного до одного з кінців приладу, утвориться різниця рівнів рідини, по якій визначається значення вимірювального тиску. U-подібний манометр може вимірювати різницю вимірювального і атмосферного тисків, а також різницю двох підведених вимірювальних тисків. У першому випадку одна з трубок відкрита і сполучається з атмосферою, в другому - вимірювальні тиски підводяться до обох трубок. Для вимірювання малих тисків і розріджень застосовують рідинні прилади ТНЖ і ММН. Для вимірювання тиску, розрідження і різниці тисків випускають стрілочні прилади – напоромери, тягоміри і тягонапоромери НМ-П1, ТМ-П1, ТНМ-П1, які встановлюють на щитах, а також можуть використовувати як місцеві прилади.
Рис. 2 Напоромер НМ-П:
Чутливим елементом напоромера (рис. 2) є мембранна коробка 13, що складається з двох спаяних між собою мембран. Вимірювальний тиск підводиться до штуцера 15, сполученого з внутрішньою порожниною мембранної коробки. Під дією різниці атмосферного і вимірювального тисків коробка 13 змінює свій об’єм, що викликає переміщення центру верхньої мембрани, який через поводок 12 і важіль 8 передається на тягу 1 і вісь 5 вимірювальної стрілки 6.
Виготовлення мембранного блока з лінійною характеристикою, тобто пропорційною залежністю переміщення верхнього центру від вимірювального тиску, практично неможливо через складність виготовлення мембрани. Тому для виправлення не лінійності в приладі передбачена кутова корекція в важільному механізмі установкою стрілки на нуль коректором 14. Запізнювання показань приладу складає не більш 4с.