2.5. Применение закона Паскаля в технике

2.5.1. Приборы для измерения давления

2.5.2. Простейшие гидравлические машины.

Гидравлический пресс. Мультипликатор

2.5.1. Приборы для измерения давления

Пьезометры. Погрузим в «абсолютно» покоящуюся жидкость открытые с обоих концов стеклянные трубки так, чтобы их нижние концы совпали с точками и(рис. 2.11). В обеих трубках с открытыми концами жидкость поднимется на одинаковую высоту, которая будет лежать водной плоскости относительно плоскости сравнения . Эта высота равна высоте полного гидростатического напора, измеренной не по абсолютному, а по избыточному давлению.

Рис.2.11. Закон распределения давления

в «абсолютно» покоящейся жидкости

Такие открытые с обоих концов трубки, предназначенные для измерения давления, точнее пьезометрической высоты, называются пьезометрами, или пьезометрическими трубками.

Пьезометры пригодны для измерения относительно небольших давлений, т.к. уже при вода в трубке поднялась бы на высоту 10 м, а минерального масла с относительным весом 0,8 – на 12,5 м.

Дифференциальные манометры. Для измерения разности давлений в двух точках служат дифференциальные манометры, простейшим из которых является - образный манометр (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Дифференциальный манометр

Дифференциальные манометры могут измерять как избыточное (рис. 2.11, а), так и вакуумметрическое давление (рис. 2.11, б). Если при помощи такого манометра, обычно заполняемого ртутью, измеряется разность давлений ив жидкости плотностью, которая полностью заполняет соединительные трубки, то

. (2.20)

При измерении небольших давлений газа вместо ртути применяют спирт, керосин, воду и т.д.

Пьезометры и дифференциальные манометры применимы для измерения давления не только в покоящейся жидкости, но и в потоке.

Для измерения давлений более 0,2—0,3 применяют механические манометры — пружинные или мембранные. Принцип их действия основан на деформации полой пружины или мембраны под дей­ствием измеряемого давления. Через механизм эта деформация пере­дается стрелке, которая показывает величину измеряемого давления на циферблате.

Наряду с механическими манометрами применяют электрические манометры. В качестве чувствительного элемента (датчика) в электроманометре используют мембрану. Под действием измеряемого давления мембрана деформируется и через передаточный механизм перемещает движок потенциометра, который вместе с указателем включен в электрическую схему.

Соотношение единиц измерения давления:

1ат = 1кгс/см² =10 м вод. ст. = 736,6 мм рт. ст. = 98066,5Па 10⁵ Па.

1 кПа = 10³Па; 1 МПа = 10⁶Па.

При нормальном атмосферном давлении (0,1033 МПа) высота равна для воды 10,33 м, для бензина (= 750 кг/м³) 13,8 м, для ртути 0,760 м и т.д.

2.5.2. Простейшие гидравлические машины. Гидравлический пресс. Мультипликатор

Гидравлический пресс. Пресс применяется в технике для создания больших сжимающих усилий, которые необходимы в технике при обработке металлов давлением, прессовании, штамповке, брикетировании, испытании различных материалов и др.

Пресс состоит из сообщающихся цилиндров с поршнями, соединённых между собой трубопроводом (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Схема гидравлического пресса

Один из сосудов имеет площадь , которая меньше площадивторого сосуда. Если к поршню в сосуде 1 приложить силу, то под ним создаётся гидростатическое давление, определяемое по формуле.

По закону Паскаля давление передаётся во все точки жидкости, в том числе и на площадь. Это создаёт силу

.

Выразив через, получим

.

Таким образом, сила во столько раз больше силы, действующей на поршень в малом сечении, во сколько раз площадьбольше площади.

Сила создаётся обычно при помощи поршневого насоса, который подаёт жидкость (масло, эмульсию) в камеру пресса. Силаможет прессовать изделие, находящееся между поршнем и неподвижной платформой. Практически развиваемая сила меньше силывследствие трения между поршнями и цилиндрами. Это уменьшение учитывается коэффициентом полезного действия пресса -. В современных гидравлических прессах развиваются усилия до 100000 тонн и более.

Мультипликатор. Аналогичный принцип действия заложен в работу таких известных устройств, как домкрат и мультипликатор.

На рисунке 2.14 показана схема мультипликатора.

Рис. 2.14. Схема мультипликатора

Если в камере создается гидростатическое давление, то гидростатическое давлениев камередолжно удовлетворять условию

,

откуда ,.

Таким образом, при помощи мультипликатора давление повышается в раз.