3.1 Цель работы

1. Знакомство с измерением давления, приборами для измерения давления и методикой определения погрешностей эксперимента.

2. Использование пьезометров при определении избыточного давления и вакуума.

3. Оценка точности проведенного опыта.

3.2 Задачи работы

• Измерение избыточного давления в воздушной области

воздушного резервуара;

• Измерение вакуума в воздушной области основного резервуара.

3.2 Краткие теоретические сведения

Гидростатика изучает явления в относительно покоящихся сплошных средах, когда касательные напряжения можно принять равными нулю. В этом случае жидкость (газ) в результате действия массовых и поверхностных сил находятся в напряженном состоянии, характеризующемся в каждой точке нормальными напряжениями сжатия:

(3.1)

где – действующая на площадку нормальная сжимающая сила, обусловленная силой поверхностного натяжения.

К покоящейся жидкости применим закон изотропии нормальных напряжений, открытой в середине XVII века французским математиком и Физиком Паскалем. По закону Паскаля три нормальных напряжения, приложен-

Таблица 2.2

Определение давления выше атмосферного

Наименование пьезометра	Показания прибора				Удельный вес жидкости, Н/м3	Избыточное давление				Абсолютное давление выше атмосферного, кПа
	№ опыта			Средняя арифметическое
	1	2	3
						мм вод. ст.	мм рт. ст. (тор)	МКГСС, кгс/см2	СИ, Па (Н/м3)
Водяной
Спиртовой
Ртутный

Таблица 2.3

Определение давления нижнего атмосферного

Наименование пьезометра	Показания прибора				Удельный вес жидкости, Н/м3	Избыточное давление					Абсолютное давление выше атмосферного, кПа
	№ опыта			Средняя арифметическая
	1	2	3
						мм. вод. ст.	мм. рт. ст. (тор)	МКСС кгс/см2	СИ Па (Н/м3)
Водяной
Спиртовой
Ртутный
Обратный

ных к трем взаимно перпендикулярным площадкам, произвольным образом ориентированным в пространстве, равны между собой:

.

Общее значение нормальных напряжений в данной точке, взятое со знаком минус, принято называть давлением в этой обозначать буквой р:

. (3.2)

Данное положение справедливо лишь для жидкости, находящейся в равновесии, поэтому это давление называют гидростатическим. Знак минус указывает, что нормальное напряжение

. (3.3)

Приложенное к поверхности мысленно выделенного объема, направлено в сторону, противоположную орту внешней нормали к поверхности, ограничивающей выделенной объем, т.е. внутрь этого объема.

Давление р представляет собой физический скаляр, так же как плотность, температура и др., и зависит только от координат точки, в которой оно рассматривается в данный момент времени.

Давление в газе (и в жидкости при нормальных условия), где не может быть растяжений, всегда положительно; в условиях абсолютного вакуума (р = = 0) в жидкости возможны растягивающие напряжения.

Давление измеряется в системе СИ в паскалях (Па): 1 ПА = 1 Н/м². Эта единица измерения довольно мала и используется для выравнивания лишь очень малых величин давления, на практике применяют производные от паскаля величины: килопаскали (1 кПа = 10³ ПА) и мегапаскали (1 МПа = = 10⁶ Па). В технике давление измеряют в паскалях, барах, атмосферах, мм ртутного и водяного столба и др.:

1 атм=10⁴ кгс/м² = 1кгс/см² = 9,81 10⁴;

1 мм вод.ст. = 9.81 Па;

1 мм тр. ст. = 133,3 Па;

1 бар = 10⁵ Па.

В случае, когда несжимаемая жидкость находится под воздействием только силы тяжести, абсолютное давление (давление, отсчитанное от абсолютного нуля) в рассматриваемой точке определяют из выражения:

, (3.4)

где –давление на свободной поверхности жидкости т. е. внешнее давление;

h – величина заглубления рассматриваемой точки под свободной поверхностью жидкости; ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.

Разность между абсолютным давлением и атмосферным называется избыточным гидростатическим давлением. В случае > :

. (3.5)

Если < , абсолютное давление определяют по формуле:

, (3.6)

где – высота вакуума, т. е. разность между атмосферным и абсолютным давлением.

Максимально достижимый вакуум возможен при абсолютном нуле давления. В технической жидкости вакуум ограничен величиной давления парообразования p_d при данной температуре:

_. (3.7)

В жидкости, перешедшей в пар, происходит дальнейшее понижение давления, но уже паровой фазы.

Для измерения гидростатического давления и вакуума применяют пьезометры, механические манометры, вакуумметры, дифференциальные манометры, различные электромагнитные и тензометрические датчики давления и др. [2, 4, 5].