Владимирский государственный университет

Владимирский государственный университет

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

"ПРИБОРЫДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ"

Владимир 2005

Федеральное агентство по образованию

Владимирский государственный университет

Кафедра теплогазоснабжения, вентиляции и гидравлики

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

"ПРИБОРЫДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ"

 

 

Составитель

С.В. УГОРОВА

 

Владимир 2005

УДК 531.787(07)

Методические указания к лабораторной работе "Приборы для измерения давления" /Владим. гос. ун-т; Сост. С.В. Угорова. Владимир, 1997. 16 с.

Методические указания предназначены для студентов дневной и заочной форм обучения специальности "Теплогазоснабжение и вентиляция'', содержат описания устройства и принципа действия приборов для измерения давления, правил пользования ими, методики выполнения лабораторной работы и задачи.

Табл.1. Библиогр.: 2 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Владимирского государственного университета.

Рецензент канд. техн. наук А.А. Гаврилов (Владимирский государственный университет).

 

 

ПРАВИЛА ПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИБОРАМИ

1. Место установки прибора выбирается таким образом, чтобы наблюдение за показаниями было не затруднено и не было вибраций и сотрясений.

2. Жидкостный прибор должен быть установлен вертикально и заполнен рабочей жидкостью до нулевой отметки или указана поправка на положение прибора.

3. Отверстие для присоединения прибора должно быть 0,5... 2 мм и ось его должна располагаться нормально к стенке резервуара, края отверстия должны быть тщательно обработаны и не должны иметь заусенец.

4. Перед изменениями необходимо удалить воздух из жидкости, заполняющей прибор и соединительные трубки.

5. Перед началом и после окончания измерений пружинными приборами необходимо проверить установку стрелки на нуль.

6. При отсчете глаз должен находиться в положении, при котором луч зрения наблюдателя перпендикулярен к плоскости циферблата и проходит через конец указательной стрелки прибора.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить принцип действия приборов, снять показания и определить абсолютное давление.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Из-за текучести жидкости не нее действуют силы, распределенные по массе жидкости. К ним относятся силы тяжести, инерции и др. На граничной поверхности на жидкость действуют внешние поверхностные силы. Под действием этих сил жидкость находится в напряженном состоянии, которое в каждой точке характеризуется давлением.

Давлением в жидкости называется напряжение сжатия, которое обозначается р и определяется в каждой точке:

p = lim ∆F/∆S,

∆S→0

где ∆F - нормальная сжимающая сила, действующая на площадку ∆S, ∆S - площадь.

 

Единицей измерения давления в системе СИ служит паскаль (Па)

1 Па = 1 Н/м²

В технике также используют техническую атмосферу, равную:

10⁴кгс/м² = 1 кгс/см² = 9,81· 10⁴ Па,

1 мм рт. ст. = 133,3 Па; 1 мм вод. ст. = 9,81 Па.

Для перевода из одной системы измерения давления в другую используют соотношение:

1 атм= 1 кгс/см² = 10 м вод. ст. = 735,5 мм рт. ст. = 98100 Па;

1 атм ≈ 0,1 МПа.

Абсолютный нуль давления соответствует отсутствию сжимающих напряжений в жидкости.

Давление, отсчитанное от абсолютного нуля, называется абсолютным давлением, или просто давлением и обозначается р_абс и р.

Абсолютное давление может быть больше или меньше атмосферного давления р_ат. Избыток абсолютного давления над атмосферным называется манометрическим, или избыточным давлением р_и = р_ман и определяется

р_и = р_абс - р_ат

Недостаток абсолютного давления до атмосферного называется вакуумметрическим давлением, или разряжением и обозначается р_в:

р_в = р_ат - р_абс;

р_в = -р_и

Максимально возможный в жидкости вакуум ограничен величиной, соответствующей при данной температуре давлению насыщенного пара жидкости

р_{в max} = р_ат- р_н.п.,

где р_н.п. - давление насыщенного пара.

Для измерения давления применяются разнообразные приборы. По характеру измеряемой величины приборы разделяются на такие группы:

1. Приборы для измерения атмосферного давления - барометры.

2. Приборы для измерения разности абсолютного и атмосферного давлений - манометры и вакуумметры.

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

4. Приборы для измерения разности давлений - дифференциальные манометры.

5. Приборы для измерения малого избыточного давления и вакуума.

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

 

В работе рассматриваются приборы, имеющиеся в лаборатории: жидкостные и пружинные.

К жидкостным относят приборы, основанные на гидростатическом принципе действия, который заключается в том, что измеряемое давление уравновешивается давлением, создаваемым весом столба жидкости.

Действие пружинных манометров основано на применении закона Гука. Сила давления деформирует упругий элемент прибора - пружину, которая может представлять собой полую трубку, мембрану и т.п. Деформация упругого элемента, вызванная давлением, по закону Гука пропорциональна давлению.

 

 

ЖИДКОСТНЫЕ ПРИБОРЫ

 

Ртутный барометр. Прибор состоит из открытой в атмосферу чашки 1, заполненной ртутью, и стеклянной трубки 2, верхний конец которой запаян, а нижний-опущен под уровень ртути. Воздух из трубки предварительно удален, поэтому трубка заполняется насы­щенным паром ртути, давлением р_н.п. Атмосферное давление р_ат, действуя на поверхность ртути в чашке, поднимает ртуть в трубке на высоту h, при которой сумма давлений паров и столба ртути уравновешивается атмосферным давлением:

 

p_ат = p_н.п. + ρ_рт·g·h

При t = 0ºC, p_н.п. ≈0, p_ат = ρ_рт·g·h

Пьезометр. Применяется для измерения избыточного давления и представляет собой прозрачную трубку, один конец которой соединяется с областью, где измеряется давление, а другой - открыт в атмосферу.

Избыточное давление в произвольно выбранной точке А жидкости определяется по формуле:

р_А = ρ·g·(h+h₁),

где h - показания пьезометра, h₁ -глубина точки А под уровнем нулевого

 

 

штриха шкалы прибора (расстояние от точки замера до нуля шкалы прибора).

 

Обратный пьезометр. Применяется для измерения давления меньше атмосферного, т.е. вакуума. Он измеряет разность давлений атмос­ферного и абсолютного, причем

 

р_абс < р_ат, р = р_атм - ρ·g·h

 

U-образный манометр. Представляет собой образную стеклянную трубку, заполненную рабочей жидкостью. Обычно в качестве рабочих жидкостей можно использовать такие со следующей плотностью: вода ρ_в=1000 кг/м³, спирт ρ_с=790 кг/м³, ртуть ρ_рт=13600 кг/м³, бромистый этилен ρ_бр=2180 кг/м³ и др. Уравнение равновесия запишется следующим образом:

р + ρ·g·h = р_ат + ρ_рт·g·h

р_абс – р_ат = g·h·(ρ_рт- ρ) = р_и

 

Дифференциальный манометр. Применяется для измерения раз­ности давлений. Уравнение равновесия записывается таким образом:

 

р₂ + ρ·g·h₂ + ρ_рт·g·h = р₁ + ρ·g·h₁

h₁ = h + h₂ + (Z₁-Z₂),

при Z₁ = Z₂

p₁ – p₂ = ∆p = g·h ·(ρ_рт – ρ)

 

p₁ - давление жидкости в сосуде А: р₂ - давление жидкости в сосуде В: h₁| - расстояние от уровня ртути в трубке дифференциального мано­метра до точки, в которой измеря­ется давление в сосуде А;

h₂ - расстояние от уровня ртути в трубке дифференциального мано­метра до точки, в которой измеря­ется давление в сосуде В.

 

 

Микроманометр. Для измерения незначительных по величине давлений 25... 150 мм вод. ст. применяются микроманометры. Избыточное давление на поверхности жидкости в чашке определяется

p_и = ρ·g · l ·sinα,

где ρ – плотность рабочей жидкости (спирта), l – показание прибора, α – угол наклона трубки к горизонту. Масштабом микроманометра называют величину К = sinα

 

 

Основными преимуществами жидкостных приборов являются простота устройства и высокая точность измерений. К недостаткам жидкостных приборов относится узость диапазона измеряемых давлений. В тех случаях, когда необходимо измерять большие давления, применяются механические приборы.

Пружинный манометр. Основной деталью прибора является изо­гнутая латунная трубка (трубка Бурдона), имеющая в сечении эллип­тическую форму. Один конец труб­ки запаян и через передаточный механизм соединен со стрелкой прибора, а другой – с областью, где измеряется давление. Под действием давления сечение трубки деформи­руется: большая часть эллипса уменьшается, меньшая - увеличивается и благодаря возникающим напряжениям появляется момент М, разгибающий трубку.

При этом стрелка прибора, связанная со свободным концом трубки через передаточный механизм, поворачивается на некоторый угол, пропорциональный измеряемому давлению.

Вакуумметр с трубчатой пружиной устроен также, как манометр. При воздействии на внутреннюю плоскость трубки давления, меньшего атмосферного, трубка сгибается.

К преимуществам пружинных приборов относятся простота устройства, универсальность, большой диапазон измеряемых давлений. Основным недостатком является нестабильность их показаний.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

Снимаются показания с приборов и записываются в таблицу Используя соотношение между единицами измерения давления в соответствии с таблицей, показания всех приборов определяются в паскалях и технических атмосферах, затем вычисляется абсолютное давление.

 

№ п/п	Наименование прибора	Показания и единицы измерения	Давление
Па	кгс/см2	абсолютное, Па
	Пьезометр
	Обратный пьезометр
	Дифференциаль-ный манометр
	Пружинный манометр
	Трубчатый вауумметр
	Барометр

 

 

ЗАДАЧИ

 

1. В боковую стенку сосуда А, наполненного водой, вставлена пьезометрическая трубка В.

Определить абсолютное дав­ление на свободной поверхности жидкости в сосуде, если под действи­ем этого давления вода в трубке под­нялась на высоту h = 1,5 м.

 

2.

В сечениях 1 и 2 горизон­тального трубопровода, по которому перекачивается керосин, присоеди­нены трубки дифференциального ртутного манометра.

Определить разность давлений в указанных сечениях, если раз­ность уровней в двух коленах мано­метра h = 20 см, удельный вес керо­сина γ₁=0,00083 кг/см³, удельный вес ртути γ_рт=0,0136 кг/см³.

 

 

3. Для измерения давления в со­суде,

заполненном газом, применя­ется ртутный вакуумметр.

Определить величину вакуума в месте установки вакуумметра, если высота поднятия ртути в его трубке h = 45 см.

4. Два открытых ообщающихся

сосуда А и В заполнены жидкостями удельного веса γ_а=9000 Н/м³, γ_в=10000 Н/м³.

Определить положение плоскости раздела жидкостей относительно уровней в сосудах, если разность уровней в них h=10 см.

 

 

5. Открытый вертикальный резервуар квадратного сечения со стороной а=10 м наполнен водой до высоты Н=2 м.

Определить полное давление воды на боковую стенку и на дно резервуара, а также найти точку приложения равнодействующей силы давления на стенку.

 

 

6.

Определить избыточное гидростатическое давление в точке А

(ρ=10³ кг/м³).

 

7.

Определить избыточное давление в точке А на глубине h = 2 м от поршня диаметром d=0,2 м, если на него действует сила Р = 3140 Н (ρ=10³ кг/м³).

 

8.

Определить силу давления, действующего на дно закрытого сосуда (ρ=10³ кг/м³).

 

 

9.

Определить избыточное давление в точке А (ρ=10³ кг/м³)

 

 

10.

Определить абсолютное давление р в сосуде А, если h=500 мм рт. ст., ρ_рт=13,6·10³ кг/м³,

р_ат = 1 кгс/см².

 

 

11.

Определить необходимую длину l чашечного микроманометра, за­полненного спиртом (ρ_сп=800 кг/м³), для измерения падения давления ∆р=10^-3кгс/см² в пневмомагистрали (α=30°).

 

12.

Сосуд диаметром D=1,2 м через трубку высотой h=2,3 м и

d=6 см, впаянную в крышку АВ, заполнен турбинным маслом до высоты Н+h.

Определить давление, приходя­щееся на один из шести болтов, удерживающих крышку АВ. Плот­ность турбинного масла ρ=890 кг/м³.

 

13.

На какой высоте Н установится вода в трубке, первоначально за­полненной водой, а потом опроки­нутой и погруженной открытым концом под уровень воды, если ат­мосферное давление составляет р_ат= 98 кПа,

ρ=10³ кг/м³; давление насыщенных паров р_н.п.=0,618 кПа.

 

 

14.

Определить абсолютное давле­ние в точке А, если показание пру­жинного манометра р_м=1,9 кгс/см², расстояние его от точки замера а = 1 м (ρ=10³ кг/м³, р_ат= 10⁵ Па).

 

15.

Определить силу, действующую на болты А крышки бака, если показание манометра р_м=2 МПа, а угол наклона крышки α=45°. В сечении бак имеет форму квадра­та со стороной а=200 мм.

 

 

16.

Определить значение силы дей­ствующей на перегородку, которая разделяет бак, если ее диаметр D=0,5 м, показания вакуумметра р_вак=0,08 МПа и манометра р_м=0,1 МПа.

 

17.

В U-образную трубку налиты вода и бензин.

Определить плотность бензина, если h_б=500 мм, h_в=350 мм. Капил­лярный эффект не учитывать.

 

18.

Определить показания мано­метра, если к штоку поршня прило­жена сила Р=0,1 кН, его диаметр d=100 мм, высота Н=1,5м, плот­ность жидкости ρ=800 кг/м.

 

 

19.

Определить показания мано­метра, если его шкала имеет раз­мерность в килопаскалях, соот­ветствующую показаниям прибо­ра со шкалой размерностью кило­грамм-сила на квадратный санти­метр.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫИ ЗАДАНИЯ

 

1. Что называется давлением? Дать определение абсолютного, манометрического и вакуумметрического давлений.

2. Назвать единицы измерения давления и соотношения между ними.

3. Объяснить принцип работы и устройство приборов, измеряющих давление.

4. Перечислить свойства гидростатического давления.

5. Сформулировать закон Паскаля.

6. Как действует давление жидкости на плоские стенки?

 

Список литературы

 

Для студентов машиностроительных специальностей

Башта Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидропроводы. М.: Машиностроение, 1982.

Для студентов строительных специальностей

Чугаев Р.Р. Гидравлика. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1982.

Оглавление

Правила пользования приборами.....................................................................3

Общие сведения.................................................................................................3

Жидкостные приборы.......................................................................................5

Пружинные приборы.........................................................................................7

Порядок выполнения работы............................................................................8

Задачи..................................................................................................................9

Контрольные вопросы и задания.....................................................................13

Список литературы...........................................................................................13

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

"ПРИБОРЫДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ"

 

Составитель

УГОРОВА Светлана Вениаминовна

Ответственный за выпуск – зав. кафедрой доцент В.И. Тарасенко

Редактор В.Б. Сонина

 

Изд. лиц 020275 от 13.11.96. Подписано в печать 040997 Формат 60х84/16

Печать офсетная. Бумага для множительной техники. Гарнитура Таймс.

Усл. печ. л. 0,93 Уч. изд. л. 0,82 Тираж 100 экз. С-122. Заказ 359-97.

Владимирский государственный университет.

Подразделение оперативной полиграфии

Владимирского государственного университета

Адрес университета и подразделения оперативной полиграфии:

600026, Владимир, ул. Горького, 87