Министерство образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

Изучение приборов

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Методические указания

к выполнению лабораторной работы

для студентов специальностей

150400, 170500, 290300, 120100.

Одобрено

Редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

Саратов 2003

ИЗУЧЕНИЕ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Методические указания к выполнению лабораторной работы.

Составили: Сунчаляев Фарид Тимерханович

Сизов Владимир Михайлович

Рецензент: Устинов Н.А.

Редактор:

ИЗУЧЕНИЕ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Ц е л ь р а б о т ы: изучение устройства и принципа действия приборов

для измерения давления по схемам и наглядным пособиям.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Давлением называется сила воздействия жидкой среды на единицу ограничивающей ее поверхности. Давление является скалярной величиной.

Единицей давления в системе СИ является Паскаль. Внесистемные единицы давления - килограмм- сила на квадратный сантиметр (кгс/см²) - атмосферное давление (ат), метры водяного столба (м..вод.ст), мм ртутного столба (мм. рт. ст.). Единицы давления связаны между собой следующим образом:

1Па = 1 Н/м^{2 ,} 1кгс/см²=98,07кПа ^, 1 м.вод.ст. = 9,807 кПа

1ат. = 98,07 кПа, 1мм.рт.ст. = 133,32 Па

Измеряемое давление подразделяется на абсолютное Р_абс., атмосферное Р_ат., избыточное Р_изб.= Р_абс.- Р_ат и вакуум Р_вак.= Р_ат - Р_абс

Классификация приборов

По назначению приборы для измерения давления подразделяются на четыре вида:

1) Приборы для измерения атмосферного давления -барометры,

2) Приборы для измерения избыточного давления и вакуума.

Положительное избыточное давление измеряется манометрами. Приборы, измеряющие недостаток давления до атмосферного, т.е. вакуум, называются вакууметрами. Для измерения избыточного давления и вакуума используются мановакууметры.

3) Приборы для измерения абсолютного давления. Если абсолютное давление больше атмосферного, то оно равно сумме показаний манометра и барометра. Если абсолютное давление меньше атмосферного, то оно равно разности показаний барометра и вакуумметра.

4) Приборы для измерения разности давлений дифференциальные манометры.

Область применения приборов по назначению показана на рис.1.

По принципу действия приборы для измерения давления делятся на жидкостные, деформационные или пружинные, грузопоршневые, косвенные (электрические и комбинированные).

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРИБОРОВ

Ж и д к о с т н ы е п р и б о р ы

Принцип действия жидкостных приборов основан на уравновешивании измеряемого давления давлением столба жидкости. Мерой давления служит высота столба жидкости. Жидкостные приборы позволяют измерять атмосферное давление, вакуум, избыточное давление и разность давлений.

а) Пьезометр применяется для измерения избыточного давления и представляет собой вертикально установленную стеклянную трубку с открытым верхним концом, сообщающимся с атмосферой. Нижний конец трубки соединяется с резервуаром или трубкой, где измеряется давление (рис.2). Для отключения пьезометра устанавливается кран.

Величина избыточного давления Р_изб. в рассматриваемой точке определяется по формуле:

где ρ – плотность жидкости, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с;

h - показание по шкале пьезометра, м;

h₀ – разность по вертикали между нулем шкалы и рассматриваемой

точкой, м.

б) Дифференциальный манометр представляет собой U – образную стеклянную трубку, примерно наполовину заполненную рабочей жидкостью (рис.3). Открытые концы трубки присоединены с точками измерения давления. Под действием разности давления рабочая жидкость перетекает в сторону меньшего давления, и по шкале определяется разность уровней рабочей жидкости.

Разность давлений Р₁ – Р₂ определяется по формуле

где - плотность рабочей жидкости, кг/м³;

- плотность жидкости, находящейся над рабочей жидкостью, кг/м³;

- разность уровней рабочей жидкости по шкале, м;

₁ – разность отметок точек измерения давления.

При ₁ = 0, формула упрощается

В качестве рабочей жидкости в дифференциальных манометрах используется ртуть. При измерении небольших перепадов давления газов используется вода. В случае измерения небольших перепадов давления в трубах, заполненных водой, используются пьезометры, подключенные в точках измерения перепада давления.

На схеме пьезометра (Рис. 2.) цифрами обозначены: I - резервуар;

2 - стеклянная трубка; 3 - шкала; 4 - кран; 5 - соединительный шланг; 6 - штуцер.

На схеме жидкостного дифференциального манометра (Рис. 3.)

I - стеклянная трубка; 2 - соединительные шланги; 3 - штуцеры; 4 - трубы с различными давлениями.

Дифференциальный манометр может также использоваться в качестве манометра и вакуумметра. В этом случае один конец трубки сообщается с атмосферой.

Основными достоинствами жидкостных приборов для измерения давления являются простота устройства и высокая точность. Для увеличения чувствительности при измерениях малых давлений используются жидкости с малой плотностью. При невозможности применения жидкостей с малой плотностью для измерения давлений используются приборы с наклонной трубкой 2 и наклонной шкалой 3 ( рис.4 ), в которых наполнение стеклянной трубки, зависит от угла наклона , измеряемого по неподвижной шкале. Избыточное давление Р в рассматриваемой точке определяется по формуле.

Чувствительность прибора увеличивается с уменьшением угла наклона трубки α.

На рис. 4. показан пьезометр с наклонной трубкой. Цифрами обозначены:

I - резервуар или труба; 2 - стеклянная трубка; 3 - шкала; 4 - шкала угломера.

Основной недостаток жидкостных приборов - малый диапазон изменяемых давлений. С увеличением диапазона измеряемого давления увеличивается длина стеклянных трубочек. Кроме того, во многих жидкостных приборах в качестве рабочей жидкости используется ртуть, пары которого, являются ядовитыми.

Простота устройства, стабильность показаний, высокая чувствительность определяет широкое применение жидкостных приборов в лабораторной практике, а также их применение для градуировки и тарировки других приборов для измерения давления.

Д е ф о р м а ц и о н н ы е п р и б о р ы

Принцип действия деформационных приборов основан на деформации упругого элемента под действием давления. Упругий элемент может быть выполнен в виде полой искривленной трубки, заглушенной с одной стороны, мембраны, сильфона. Мерой давления служит деформация упругого элемента. Упругий элемент должен сохранять постоянными свои характеристики при изменении температуры окружающей среды и жидкости в течение всего периода эксплуатации. Поэтому в наиболее ответственных случаях требуется периодическая тарировка этих приборов.

П р и б о р ы с т р у б ч а т о й п р у ж и н о й.

На рис. 5. показан деформационный прибор с трубчатой пружиной Основной деталью этих приборов является полая трубка, имеющая в сечении форму овала и согнутая по дуге окружности так, чтобы большая ось овала была перпендикулярна плоскости трубки. Один конец трубки запаян и свободен, а другой открытый конец трубки закреплен к корпусу 4 и к нему подводится измеряемое давление. Под действием давления трубка деформируется. В манометрах- разгибается, в вакуумметрах -скручивается, в той или иной степени, в зависимости от величины давления. При этом свободный конец трубки 3 перемещается в том или ином направлении и через передаточный механизм (5-поводок,6-зубчатый сектор) поворачивает стрелку 7 и по циферблату 6 прибора на угол, пропорциональный измеряемому давлению.

М е м б р а н н ы е п р и б о р ы.

Принцип действия мембранного прибора (рис.6) основан на прогибе упругой мембраны 1 под действием давления.

Через поводок 2 зубчат сектор 3 и шестеренку прогиб передается на стрелку 4 прибора, перемещающегося вдоль циферблата 5. Мембранный прибор может измерять избыточное давление и вакуум.

Пружинные приборы портативны, просты в устройстве и применимы, в большом диапазоне изменения давлении, однако вследствие изменения со временем свойств упругого элемента требуется периодическая тарировка этих манометров.

Пружинные манометры изготавливаются по следующим классам точности - 0,5; I; 1,5; 2,5; 4, что соответствует относительной, погрешности измерения в процентах.

Г р у з о п о р ш н е в ы е п р и б о р ы

Принцип действия грузопоршневых приборов основан на уравновешивании измеряемого давления, действующего на поршень внешней силой. Величина этой силы является мерой давления. Измеряемое давление определяется как отношение веса груза G к площади поршня S,

Грузопошневые приборы для измерения давления имеют высокую точность, но из-за высокой требовательности к условиям эксплуатации и громоздкости они используются для тарировки приборов с другим принципом действия.

Пр и б о р ы к о с в е н н о г о д е й с т в и я

Действие электрических приборов основано не изменении электрических свойств (пьезоэлектрики) или сопротивления некоторые металлов под действием нагрузки или давления. Затем электрический сигнал преобразуется, усиливается и передается на цифровой индикатор или процессор, управляющий технологическим процессом. Электрические приборы удобны для применения с ЭВМ.

В комбинированных приборах используются различные принципы действия.

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Ознакомление с приборам для измерения давления начинает с теоретического изучения по методическому указанию, вычерчивая схемы и выписывая необходимые сведения о приборах. Затем переходят к изучению приборов по наглядным пособиям, находящимся в лаборатории гидравлики. Жидкостные приборы при изучении не разбираются. Пружинные приборы при изучении разбираются под руководством преподавателя. Категорически запрещается осуществлять разборку приборов при отсутствии преподавателя. Устройство приборов сравниваются с приборами, приведенными на схемах. При необходимости вносятся дополнения в описании приборов в тетради. После завершения изучения приборов они собираются в порядке, обратном разборке, также под руководством преподавателя.