Глава 3. Приборы для измерения давления

Другим важнейшим технологическим параметром, характеризующим ход многих технологических процессов мясной и молочной промышленности, является давление.

Давление – физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных составляющих сил , c которыми одно тело действует на поверхность другого. Если силы распределены по поверхности равномерно, то давление .

Единицей давления в международной системе СИ принят Паскаль

– давление силы в один Ньютон на площадь в один квадратный метр (Нм^-2). Между давлением, выраженным в единицах СИ и других различных единицах, существуют следующие соотношения:

1 мм рт. ст.=133,322 Па

1 мм вод. ст.=9,80665 Па

1 кгс/см²=98066,5 Па.

Физическая атмосфера, равная нормальному давлению атмосферного воздуха, 760 мм рт.ст.=101,325 кПа=1,0332 кгс/см²=1013,25 гПа.

Различают давление абсолютное и избыточное .

Абсолютное давление отсчитывается от абсолютного нуля, избыточное определяется как разность между абсолютным и барометрическим (атмосферным).

(3.1)

Если абсолютное давление в замкнутом пространстве ниже барометрического, то разность между ними называется разряжением или вакуумом:

(3.22)

Приборы для измерения давления по роду измеряемой величины подразделяются на:

• манометры – абсолютное и избыточное давление,

• вакуумметры – разряжение или вакуум,

• мановакуумметры – избыточное давление и вакуум,

• напоромеры – малые избыточные давления в газовых средах,

• тягомеры – малые разряжения,

• тягонапоромеры – малые разряжения и давления (до 20 кПа),

• дифманометры – перепад давлений.

По принципу действия их можно подразделить на следующие группы:

• жидкостные, основанные на уравновешивании измеряемого давления гидростатическим давлением столба жидкости,

• грузопоршневые – уравновешивание давления осуществляется массой поршня и грузов,

• деформационные – уравновешивание давления осуществляется по величине деформации упругого элемента или по развиваемой им силе,

• электрические – основаны на преобразовании давления в электрическую величину или на изменении электрофизических свойств под действием давления,

• приборы, основанные на других физических методах (тепловые, ионизационные).

3.1. Жидкостные манометры

Жидкостные манометры наиболее просты по конструкция и обладают относительно высокой точностью. Используются в качестве поверочных и лабораторных. U-образный манометр (рис. 3.1.1) состоит из стеклянной трубки, укреплённой на подставке со шкалой и заполненной ртутью, спиртом или водой. В состоянии равновесия:

, (3.1.1)

где – высота уравновешивающего столба жидкости ( ), м.

Избыточного давление:

(3.1.2)

Рис. 3.1.1

Для увеличения точности отсчёта высоты столба жидкости такие манометры снабжаются зеркальной шкалой. Пределы допускаемой основной погрешности не превышают  1 мм столба рабочей жидкости.

Рис. 3.1.2

Однотрубный (чашечный) манометр представлен на рис. 3.1.2. Избыточное давление:

(3.1.3)

Для таких приборов справедливо соотношение: .

(3.1.4)

Обычно принимают . Тогда (3.1.5)

Погрешность таких приборов ±3 мм. Верхний предел измерений 20 кПа.

Микроманометр с наклонной стеклянной измерительной трубкой представлен на рис. 3.1.3. Разность высот жидкости будет равна:

,

г

Рис. 3.1.4

де ( – длина столба жидкости в наклонной трубке, м). Если и - площади сечения соответственно наклонной трубки и сосуда, то , отсюда .

Давление . Для более точных измерений малых давлений или разряжений применяют микроманометры, снабжённые оптическим устройством и двумя шкалами или нониусом.

Для расширения пределов измерений применяют приборы с переменным углом наклона трубки.

Для технических измерений применяют комбинированные жидкостно-механические приборы. К ним относятся: поплавковые, колокольные и кольцевые.

По своему конструктивному исполнению Поплавковые приборы напоминают чашечные. Перемещение поплавка с помощью передаточного устройства преобразуется в перемещение индикаторной стрелки.

При давлении уровень в чаше опустится на , а в правом сосуде поднимется на .При этом . (3.1.6)

Рис. 2.7.1

Условие равновесия можно записать в следующем виде:

(3.1.7)

при этом ,откуда

, (3.1.8)

где и – диаметры сосудов.

Принимая во внимание выражение для будем иметь:

(3.1.9)

Тогда можно записать:

(3.1.10)

Учитывая, что и постоянны, можно уравнение (3.1.10) представить в виде:

,

где .

Таким образом, разность давлений в сосудах определяется величиной перемещения поплавка.

Из уравнения (3.1.9) диаметры сосудов связаны следующим выражением:

.

В промышленности применяется большая номенклатура дифманометров. Так, для дифманометров с ртутным заполнением предел измерения перепадов давлений составляет 6,3 – 25 кПа, а 4 – 40 МПа; для заполненных маслом соответственно 40 Па–4 кПА и до 0,25 МПа.