Гидравлика / Практикум.

Недостатки: а) малая механическая прочность; б) малейшая вибрация резко снижает точность измерения; в) косвенный метод измерения давления; г) низкий верхний предел измеряемого давления.

Показывающие приборы с упругим чувствительным элементов для измерения давления (рис. 2.2) имеют чувствительный элемент в виде упругой мембраны (мембранной коробки) или изогнутой трубки.

Рис. 2.2. Принципиальные схемы показывающих приборов для измерения давления: а – пружинный манометр (вакуумметр);

б– мембранный манометр (вакуумметр); в – мембранный барометр;

г– схема подключения прибора (к – трехходовой кран)

Шкала показывающих приборов градуируется в МПа или в кПа (ранее кгс/см2), т. е. в единицах давления. Для манометров верхний предел избыточного давления изменяется от 0,06 МПа до 1 000 МПа, для вакуумметров нижний предел вакуумметрического давления составляет 0,1 МПа. Мановакуумметры имеют нижний предел избыточного давления 0,1 МПа, а верхний – до 4 МПа.

21

Рабочий предел измерений избыточного давления должен быть равен:

(75 или 100) % от верхнего предела шкалы – при постоянном давлении;

(66 или 88) % от верхнего предела шкалы – при переменном давлении.

Рабочий предел измерений вакуумметрического давления равен верхнему пределу шкалы прибора.

Под постоянным понимается давление, которое изменяется со скоростью не более 1 % от диапазона измерений по шкале прибора в секунду.

Допускается измерять переменное давление, если скорость его изменения не превышает 10 % от диапазона измерений по шкале прибора в секунду.

Запрещается измерять резкоизменяющееся давление. Вибрация и тряска должны отсутствовать (для этих случаев выпускаются приборы в виброустойчивом исполнении).

Для уменьшения колебаний стрелки, вызванных указанными причинами, приборы подключаются при помощи гибких шлангов

единица измерения;

класс точности или максимальная относительная погрешность;

знак « – » (минус) впереди числа, обозначающего верхний предел вакуумметрического давления;

наименование среды при специальном исполнении прибора, например, «кислород-маслоопасно», Ж – для жидкой среды; Г – для газообразной среды.

Например, ОБМВ 1-160: ОБ – образцовый; МВ – мановакуумметр; 160 – наружный диаметр корпуса прибора в мм.

Преимущества показывающих приборов: а) большие пределы измерения давления; б) высокая механическая прочность; в) удобство прямого измерении. Недостатки: а) сложность изготовления; б) меньшая точность; в) «старение» упругого элемента, вызывающее необходимость регулярной поверки.

22

Грузопоршневые манометры обладают высокой точностью, используются как образцовые для поверки технических и лабораторных приборов.

Электрические манометры применяются для дистанционного измерения давления и в системах автоматического регулирования.

При измерении давления жидкости прибором, смещенным на высоту hу от точки измерения (рис. 2.2, г), показания прибора будут содержать систематическую погрешность. Для учета этой погрешности необходимо помнить, что показывающие приборы измеряют давление в своем штуцере. Абсолютная систематическая погрешность вычисляется по основному закону гидростатики:

где ж – удельный вес жидкости, заполняющей соединительную трубку прибора.

Если величина hу направлена от точки измерения давления вверх, то она является положительной (рис. 2.2, г), а если вниз, то отрицательной (рис. 2.1, б).

Поскольку трубки обычно непрозрачные, то трудно установить среду, которая их заполняет. Поэтому правилами измерений предусматривается обязательное заполнение соединительных трубок жидкостью, давление которой измеряется. Для этого приборы должны быть оборудованы трехходовыми кранами (рис. 2.2, г), а вакуумметры, кроме этого, еще трубкой, которая подключается к крану и погружается в жидкость, давление которой измеряется. Перед началом измерения трехходовые краны открываются, под действием разности давлений соединительные трубки заполняются жидкостью, а находящийся в них газ вытесняется. После этого кран ставится в положение, соответствующее подключению прибора, и проводятся измерения. Если измеряется давление газа и им заполнена соединительная трубка, то показания прибора, установленного в любом месте, будут практически соответствовать измеряемому, так как удельный вес газа пренебрежимо мал, то есть pс ≈ 0.

Сучетом вышесказанного интересующее давление, например,

вцентре резервуара (точка С, рис. 2.2, г), вычисляется по формуле

23

Описание экспериментальной установки

Измеряемое давление создается при помощи ручного или механического нагнетателя. Созданное давление измеряется приборами косвенного и прямого измерения. В качестве прибора косвенного измерения давления используется жидкостной двухтрубный мановакуумметр (рис. 2.1, б), а в качестве прибора прямого измерения давления – показывающий мановакуумметр (рис. 2.2, г). Оба прибора подключены к одному резервуару, находящемуся под давлением.

При выполнении работы необходимо соблюдать требования инструкций по охране труда, пожарной безопасности и общие правила при нахождении в учебной лаборатории (см. стр. 6).

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с лабораторной установкой и записать в таблицу 2.1 вид жидкости в приборах для косвенного измерения избыточного давления и максимальную относительную погрешность δp показывающего мановакуумметра.

2.Изучить порядок снятия отсчетов по приборам, определиться

сразмерностью измеряемых величин и найти ячейки в таблице 2.1, куда необходимо заносить соответствующие числовые значения.

3.Определить с помощью барометра абсолютное атмосферное давление ратм и записать в строку под таблицей 2.1.

4.При помощи нагнетателя создать в резервуаре избыточное давление с учетом того, чтобы уровень жидкости в двухтрубных мановакуумметрах не выходил за пределы их шкал.

5.Определить отметки уровней жидкости а и p в приборах косвенного измерения давления, и созданное избыточное давле-

ние ри при помощи прибора прямого измерения. Результаты измерений записать в таблицу 2.1.

6. Полученные результаты предъявить преподавателю

иполучить разрешение на продолжение работы.

7.Изменить давление в резервуаре и выполнить работы, указанные в пункте 5. Общее число опытов должно соответствовать числу студентов, работающих на данной лабораторной установке.

24

Обработка экспериментальных данных

1. Определить и записать в таблицу 2.1 для приборов косвенного измерения давления:

а) удельный вес γ жидкостей, залитых в приборы, по справочным данным (приложение 2);

б) разность отcчетов h по уровням жидкости с помощью формулы (2.5, б) и соответствующие значения избыточного давления ри по формуле (2.4);

в) максимальную абсолютную погрешность p косвенного из-

мерения избыточного давления по формуле (2.6*);

г) относительную погрешность измерения давления δp в %, используя формулу (2.7).

2. Представить измеренное абсолютное атмосферное давление ратм в системе СИ (перевод единиц измерения см. приложение 1) и записать полученное значение в таблицу 2.1.

3. Определить значения абсолютного давления раб по формуле (2.3), где ри – измеренное избыточное давление (индивидуальное для каждого прибора), а ратм – абсолютное атмосферное давление (общее для всех измерений). Результаты записать в соответсвующие ячейки таблицы 2.1.

4. Сделать выводы о точности применяемых приборов и результатах измерения давления.

Таблица 2.1.

Результаты измерения давления

Отчет выполненной работы оформляется с учетом общих требований, представленных на стр. 7.

25

Контрольные вопросы:

1.Что такое «давление», как оно проявляется и в каких единицах измеряется?

2.Какие понятия используются для количественной оценки давления?

3.Какие приборы используются для измерения давления и их классификация по типу измеряемого давления?

4.Классификация приборов для измерения давления по принципу действия.

5.Классификация приборов для измерения давления по метрологическому назначению.

6.Основные преимущества и недостатки жидкостных приборов для измерения давления.

7.Основные преимущества и недостатки показывающих приборов для измерения давления.

8.Область применения грузопоршневых и электрических манометров.

9.Правила установки манометров и основные мероприятия для предотвращения пульсаций при измерении давления.

10. Правила измерения давления жидкости показывающими ма-

нометрами.

26

2.2. Практическая работа «Построение эпюр гидростатического давления»

Цель работы:

1.Овладеть навыками определения величины гидростатического давления в заданных точках покоящегося объема жидкости.

2.Овладеть навыками построения эпюр гидростатического давления на плоские поверхности.

Общие сведения

Эпюрой гидростатического давления называется график, показывающий величину давления в каждой точке рассматриваемой фигуры.

Гидростатическое давление в любой точке покоящегося объема жидкости определяется с помощью основного уравнения гидростатики

где р0 – давление на поверхности рассматриваемого объема жидкости; h – глубина погружения рассматриваемой точки под горизон-

тальную поверхность, на которой давление равно р0;– удельный вес жидкости.

При построении эпюры ординаты давления, изображаемые стрелками в стандартном масштабе откладываются по нормали к поверхности со стороны нагрузки (стрелочки должны упереться в рассматриваемую фигуру).

Основное уравнение гидростатики (2.10) представляет собой линейную функцию, поэтому если поверхность плоская, то для построения эпюры достаточно определить давление в двух точках на концах отрезка, представляющего сечение рассматриваемой поверхности. При построении эпюр удобнее использовать избыточное давление.

Задание:

Построить эпюру гидростатического давления на стенку и дно бака при следующих заданных параметрах (см. таблицу 2.2 и рис. 2.3): показание вакуумметра pв, установленного на крышке бака; высота столба жидкости в баке h; размеры цилиндрического бака H и B; вид жидкости в баке.

27

Таблица 2.2.

Выбор индивидуальных данных

Отчет выполненной работы оформляется с учетом общих требований, представленных на стр. 7.

28

Рис. 2.3. Расчетная схема

Пример расчета

Требуется построить эпюру гидростатического давления воды на боковую стенку открытого резервуара, образованную двумя прямоугольниками высотой h = 1 м, один из которых расположен вертикально, а второй – под углом 60° к горизонту (рис. 2.4).

Порядок расчета.

1. Для построения эпюры, прежде всего, намечаются точки,

вкоторых необходимо вычислить давление.

2.Рассматриваемая поверхность в данном примере представляет собой два прямоугольника, у которых одно основание общее, поэтому достаточно определить давление только в точках 1, 2 и 3.

3.В нашем случае резервуар открытый, следовательно, на свободную поверхность воды действует давление атмосферы, тогда, учитывая, что в расчете будем оперировать понятием «избыточное

давление», р1 = ратм (изб) = 0.

29

Рис. 2.4. Эпюра гидростатического давления

4. В точках 2 и 3 давление вычисляется по формуле (2.10), соответственно

p2 p1 γ h1 2 0 h sin 60 0 1 9,81 0,866 8,5 кПа. p3 p2 γ h2 3 8,5 9,81 1 18,3 кПа.

5. Выбираются масштаб для ординат давления, а так же геометрический масштаб для схемы рассматриваемой фигуры, и строится эпюра. На рис. 2.4 эпюра показана в виде сечения вертикальной плоскостью.

Контрольные вопросы:

1.Что называют эпюрой гидростатического давления, и для каких целей используют эпюры на практике?

2.Какое уравнение используется для определения гидростатического давления в заданных точках?

3.Какое свойство гидростатического давления отображается при построении эпюры гидростатического давления?

30