Приборы для измерения давления
Требования, предъявляемые современной наукой и техникой к приборам для измерения давлений, чрезвычайно разнообразны.
Многообразие требований породило огромное количество приборов, различных по принципу действия, точности измерения и конструктивному оформлению.
Условно все приборы для измерения давления можно классифицировать по следующим признакам:
1) по роду измеряемой величины;
2) по принципу действия;
3) по классу точности.
По роду измеряемой величины в зависимости от необходимости измерения атмосферного, абсолютного, избыточного или вакуумметрического давления существует несколько видов приборов.
Приборы, предназначенные для измерения атмосферного давления, называются барометрами, для измерения избыточного давления – манометрами, для измерения вакуума – вакуумметрами.
Приборы, позволяющие измерять и избыточное давление, и вакуум, называются мановакуумметрами.
В некоторых случаях бывает достаточно знать разность давлений в двух различных точках; измерение разности давлений может быть выполнено с помощью дифференциального манометра.
По принципу действия все приборы можно разделить на жидкостные, механические, электрические и комбинированные.
К жидкостным относятся приборы, основанные на гидростатическом принципе действия, заключающемся в том, что измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости, высота которого определяется непосредственно или путем расчета.
|
|
|
Принцип действия пружинных или механических приборов заключается в том, что под действием давления происходит деформация некоторого упругого элемента, и величина этой деформации служит мерой измеряемого давления.
Принцип действия электрических приборов основан на изменении электрических свойств некоторых материалов или изменении каких-либо электрических параметров под действием давления.
К комбинированным относятся те приборы, принцип действия которых носит смешанный характер.
По точности показаний все серийно выпускаемые приборы делятся на классы. Классом точности прибора называется число, выражающее максимальное значение возможной погрешности в процентах от предельного значения шкалы прибора.
Установленные классы точности для приборов давления соответствуют следующему ряду: 0,005; 0,01; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4,0; 6,0. Для пружинных образцовых манометров и вакуумметров дополнительно допущен класс 0,35.
Исходя из требований поверочной практики, необходимо классифицировать приборы еще по принципу их назначения. Все механические приборы можно разделить на технические и образцовые. Образцовые приборы непосредственно сверяются с эталонными и используются, главным образом, для целей проверки. Технические приборы, менее точные, используются для непосредственных измерений.
|
|
|
Рассмотрим некоторые приборы подробнее.
Жидкостные приборы
Для измерения избыточного давления применяются пьезометры и манометры.
Пьезометр является наиболее простым прибором для измерения избыточного давления и представляет собой обычно стеклянную трубку, открытую в атмосферу, присоединенную вторым концом к точке, на уровне которой измеряется давление. По высоте столба жидкости в пьезометре определяется величина избыточного давления (рис.1.1).
U-образный манометр (рис.1.2) состоит из стеклянной трубки, согнутой наподобие буквы U, и шкалы, расположенной за трубкой. Трубка заполняется какой-либо жидкостью. Один конец трубки соединяют с замкнутым пространством, в котором измеряется давление, а второй оставляют открытым в атмосферу.
, (1.1)
 |
где h – разность уровней жидкости в левом и правом коленах трубки.
Этот прибор пригоден и для измерения разрежения, поэтому его иногда называют U-образным мановакуумметром.
|
|
|
Если вместо атмосферы вторую трубку соединить с каким-то другим пространством, то можно определить разность давлений в двух присоединенных пространствах, т.е. прибор работает как дифференциальный манометр.
Механические приборы
Принцип действия механических приборов для измерения давления заключается в том, что под действием давления происходит деформация упругого элемента, пропорциональная величине давления. По типу упругих элементов, применяемых в приборах для измерения давления, последние делятся на пружинные (или трубчатые), мембранные и сильфонные.
Механические приборы имеют ряд преимуществ перед остальными: простота устройства и использования, портативность, универсальность и, что пожалуй самое важное, практически неограниченный диапазон измерения, начиная от несколько десятком миллиметров до тысяч ат
мосфер.
Чаще всего используются пружинные приборы (рис.1.3). Основной деталью пружинных приборов является согнутая по дуге окружности полая трубка. Один конец трубки сообщается с измеряемым давлением, а второй запаян. Манометр имеет внизу ниппель с резьбой для подключения прибора к пространству, в котором измеряется давление.
|
|
|
 |
Свободный запаянный конец трубки шарнирно соединен с поводком, который, в свою очередь, шарнирно связан с сектором, находящемся в зубчатом зацеплении с маленькой шестеренкой (трибкой). На ось трибки насажена стрелка, которая указательным концом подходит к шкале, нанесенной на циферблате. Если манометр присоединить к полости с избыточным давлением, то силы давления в трубке несколько распрямляют ее, свободный конец трубки при этом перемещается, поводок поворачивает зубчатый сектор и находящуюся с ним в зацеплении стрелку. По положению стрелки на шкале судят о величине измеряемого давления. Перемещение конца трубки в некоторых пределах линейно зависит от созданного в ней давления, поэтому шкала манометра обычно равномерная.
Измерение скорости в потоках
Измерение скорости во многих исследованиях является важнейшей задачей, поэтому создано большое число основанных на различных методах приборов для измерения скорости.
Рассмотрим кратко метод, наиболее часто используемый для измерения скорости.
Гидромеханический метод. Суть его заключается в вычислении некоторой разности давлений в определенных точках на поверхности вносимых в поток приборов.
Измерение скорости при помощи скоростной трубки основано на измерении давления в точке полного торможения потока, которое зависит от скорости. Конструктивные исполнения скоростных трубок могут быть весьма различными.
 |
Наиболее часто употребляются трубки, позволяющие измерить разность между полным и статическим давлением в определенной точке потока. Полное давление измеряется при помощи трубки Пито.
Трубка Пито (рис.1.4) представляет собой согнутую под прямым углом трубку, обращенную своим открытым концом навстречу потоку. Скорость перед трубкой (в точке А) равна нулю. Полное давление у переднего открытого конца ее
, (1.2)
где P0 и 
0 – давление и скорость невозмущенного потока на некотором расстоянии перед точкой А.
Зная статическое давление (измерение его можно произвести простым пьезометром), можем определить скорость
. (1.3)
Трубка полного напора и статическая трубка, конструктивно объединенные в одном приборе, представляют собой гидродинамическую трубку или трубку Пито-Прандтля (рис.1.5).
Измерив перепад между уровнями в динамической и статической трубках, находим скорость 
, (1.4)
где j - коэффициент, учитывающий, что полного торможения жидкости около трубки Пито не происходит, а, следовательно, не вся ее кинетическая энергия расходуется на создание динамического давления.
Коэффициент j определяется с помощью специальных тарировочных опытов, обычно j = 1,01 – 1,05.
 |
Способы измерения расхода
Самыми простыми и точными способами измерения расхода жидкости, которыми обычно пользуются при тарировке приборов, измеряющих расход, являются объемный и весовой способы.
При объемном способе жидкость из трубопровода жидкость из трубопровода поступает в тщательно тарированный резервуар (мерник), при этом фиксируется время его наполнения.
Объемный расход равен объему резервуара W, деленному на время его наполнения t
. (1.5)
При весовом способе определения расхода определяется вес жидкости, натекающей в резервуар за некоторое время. Количество жидкости, натекающей за единицу времени, есть весовой расход. Объемный расход можно получить, разделив величину весового расхода на удельный вес жидкости.
Расходомерами переменного перепада давления называются приборы, основанные на измерении перепада давления, создаваемого в зависимости от расхода жидкости или газа сужающим устройством, напорными трубками, напорным усилителем или трубным сопротивлением.
Из сужающих устройств обычно применяются сопла (рис.1.6), трубы Вентури (рис.1.7) и наиболее часто мерные диафрагмы (рис.1.8).
Практически перепад давления измеряют непосредственно у торцов сужающего устройства, при этом расход выражают в виде
(1.6)
где Dh – перепад давления, созданный суживающим устройством; m - коэффициент расхода, зависящий от геометрии устройства и режима течения и не зависящий от рода жидкости.
Расходомеры обтекания представляют собой приборы, состоящие из тела (поплавка, диска, поршня или крыла), которое воспринимает динамическое давление обтекающего его потока и перемещается в зависимости от величины расхода.
Наиболее употребительным прибором этого класса является ротаметр, состоящий обычно из стеклянной конической трубки, внутри которой перемещается поплавок. В зависимости от величины скорости меняется
 |
динамическое давление, действующее на поплавок. Высота подъема поплавка определяется равенством веса поплавка силам, действующим на него со стороны потока жидкости.
Все описанные выше устройства для измерения расхода относятся к контактным расходомерам, т.е. таким, которые создают препятствия движущемуся потоку жидкости.
В настоящее время все большее развитие получает бесконтактная расходометрия. Примером такого рода устройств могут служить индукционные расходомеры, являющиеся разновидностью электрических расходомеров.
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
Лабораторная работа № 1
Дата добавления: 2018-05-30; просмотров: 774; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!