2.11. Приборы для измерения давления

Для измерения давления используются разнообразные приборы. Их можно классифицировать по различным признакам, главным из них является вид измеряемого давления.

1. Приборы для измерения атмосферного давления - барометры.

2. Приборы для измерения избыточного давления - манометры и вакуумметры.

3. Приборы для измерения разности давлений - дифференциальные манометры.

4. Приборы для измерения абсолютного давления - манометры абсолютного давления.

5. Приборы для измерения малого избыточного давления - микроманометры.

По принципу действия различают приборы жидкостные, пружинные, электрические, комбинированные и др.

Познакомимся с некоторыми видами этих приборов, наиболее часто используемых на практике.

Жидкостные приборы - пьезометры и жидкостные вакуумметры - работают, используя гидростатический принцип действия, когда измеряемое давление уравновешивается давлением, создаваемым весом столба жидкости, высота которого служит мерой давления.

Пьезометры обычно представляют собой прямые или образные прозрачные трубки, присоединяемые к месту, где требуется измерить давление, другой конец остается открытым. Приборы такого вида показаны на рис. 2.7, 2.10 и др. Трубки градуируются, либо на щите за трубками устанавливаются шкалы, с помощью которых можно определить высоту поднятия жидкости в трубках.

Жидкостной вакуумметр показан на рис. 2.21 и 2.22, там же объяснен принцип их действия. В качестве жидкости в пьезометрах в основном используется вода, поэтому диапазон измерения в них небольшой – 1-15 кПа, что определяется высотой поднятия воды в трубках. Раньше для увеличения такого диапазона использовались ртутные манометры, но в настоящее время ввиду вредности ртути как вещества они обычно не используются.

Удобно пользоваться жидкостными дифференциальными манометрами, которые измеряют разность давлений в двух течениях трубы, один из видов таких манометров показан на рис. 2.21. Для измерения разности давлений перед вентилем и за ним установлены два пьезометра П₁, и П₂, которые соединены между собой, как показано на рисунке.

На поверхности воды в пьезометрах можно подать давление , поэтому высота поднятия воды в трубках не лимитируется величиной давления в трубопроводе. А вот разница уровней воды в пьезометрах определяется разницей давлений перед вентилем и за ним. Действительно,

Тогда разница давлений перед вентилем и за ним определяется как .

Рис. 2.21. Жидкостной дифференциальный манометр

Другой тип образного дифференциального манометра показан на рис. 2.22. Данный манометр измеряет разность давлений в двух трубопроводахА и В.

Рис. 2.22. Жидкостной дифференциальный манометр

Для измерения используется образная стеклянная трубка, примерно до середины залитая рабочей измеряющей жидкостью плотностью. В трубах движется жидкость плотностью. Разница уровней установки труб. Пусть давление в трубопроводеА - , а в трубопроводе В - ,и давление на поверхности рабочей жидкости в дифференциальном манометре и. Тогда

Однако

тогда

Если , то

Пружинные манометры используются для измерения больших давлений. Рассмотрим принцип действия манометра с одновитковой трубчатой пружиной (рис. 2.23). Деталью, воспринимающей давление, является полая изогнутая трубка 4, одним концом соединенная с полостью 9 в держателе 1. Другой конец трубки шарнирно соединен с передаточным механизмом, состоящим из рычагов 7, 8, соединенных также шарнирно, и шестеренки, перемещающих стрелку к держателю; с помощью пластины 6 крепится передаточный механизм, а также стрелка 5. Держатель 1 крепится к корпусу 3 манометра, а также имеет на своем конце резьбовой штуцер 2 для присоединения к месту измерения давления. Если в полости 9 создается избыточное давление, соответствующее измеряемому, то это давление передается в полую изогнутую трубку 4 и заставляет ее несколько разогнуться. Значит, ее конец перемещается вправо вверх. Передаточный механизм поворачивает стрелку прибора по часовой стрелке в пределах циферблата 10. Перемещения свободного конца трубки в некоторых пределах изменений давления пропорционально давлению, действующему на нее. Поэтому шкала на циферблате прибора равномерна.

Рис. 2.23. Пружинный манометр

Пружинные вакуумметры по конструкции аналогичны манометрам, однако в вакуумметрах под действием давления, меньшего атмосферного, изогнутая трубка 4 не распрямляется, а сжимается, вызывая перемещение стрелки.

Пример 2.1 (рис. 2.24).

Рис. 2.24. К примеру 2.1

Определить величину избыточного гидростатического давления на уровнеА-А, находящемся на глубине м в цилиндре диаметромм, в котором при температуре 20°С находится вода. На поршень массойкг действует силаН.

Па.

Пример 2.2 (рис. 2.25).

Рис. 2.25. К примеру 2.2

Плоский затвор перегораживает прямоугольный канал шириной м. Глубина воды перед затворомм, за затворомм. Определить силу избыточного гидростатического давления на затвор и точку ее приложения.

Сила избыточного давления перед затвором (по формуле (2.9)):

Н.

Центр давления этой силы находится на глубине (по формулам (2.11), (2.12)):

м.

Сила избыточного давления за затвором:

Н.

Центр давления этой силы находится на глубине:

м.

Результирующая сила давления кН.

Точка приложения этой силы определяется из уравнения моментов относительно т. О:

,

где - реактивная сила по отношению к силе.

м.

Пример 2.3 (рис. 2.26).

Рис. 2.26. К примеру 2.3

Определить результирующую силу избыточного давления на секторный затвор и ее направление. Глубина воды перед затвором 4 м, длина затвора м. Секторный угол затвора°.

Разложим силу на две составляющие и .

Горизонтальная составляющая силы давления (по формуле (2.17)):

Н.

Вертикальная составляющая силы давления (по формуле (2.16)):

_;

м, , м;

;

;

;

.

Тогда равнодействующая сила (по формуле (2.20)):

Направление этой силы определится углом :

.