Измерение давления. Единицы измерения. Классификация приборов.
Давление – это величина, характеризующая действие силы на единицу поверхности.
При определении величины давления принято различать давление абсолютное, атмосферное, избыточное и вакуумметрическое.
Абсолютное давление (ра)– это давление внутри какой-либо системы, под которым находится газ, пар или жидкость, отсчитываемое от абсолютного нуля.
Атмосферное давление (рв)создается массой воздушного столба земной атмосферы. Оно имеет переменную величину, зависящую от высоты местности над уровнем моря, географической широты и метеорологических условий.
Избыточное давлениеопределяется разностью между абсолютным давлением (ра) и атмосферным давлением (рв):
ризб = ра – рв.
Вакуум (разрежение)– это такое состояние газа, при котором его давление меньше атмосферного. Количественно вакуумметрическое давление определяется разностью между атмосферным давлением и абсолютным давлением внутри вакуумной системы:
рвак = рв – ра
При измерении давления в движущихся средах под понятием давления понимают статическое и динамическое давление.
Статическое давление (рст)– это давление, зависящее от запаса потенциальной энергии газовой или жидкостной среды; определяется статическим напором. Оно может быть избыточным или вакуумметрическим, в частном случае может быть равно атмосферному.
Динамическое давление (рд)– это давление, обусловленное скоростью движения потока газа или жидкости.
|
|
|
Полное давление (рп)движущейся среды слагается из статического (рст) и динамического (рд) давлений:
рп = рст + рд.
Единицы измерения давления
В системе единиц СИ за единицу давления принято считать действие силы в 1 H (ньютон) на площадь 1 м², т. е. 1 Па (Паскаль). Так как эта единица очень мала, для практических измерений применяют килопаскаль (кПа = 103Па) или мегапаскаль (МПа=106Па).
Кроме того, на практике применяют такие единицы давления:
миллиметр водяного столба (мм вод. ст.);
миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.);
атмосфера;
килограмм силы на квадратный сантиметр (кг·с/см²);
бар.
При этом соотношение между этими величинами следующее:
1 Па = 1 Н/ м²
1 кг·с/см² = 0,0981 МПа = 1 атм
1 мм вод. ст. = 9,81 Па = 10-4кг·с/см² = 10-4атм
1 мм рт. ст. = 133,332 Па
1 бар = 100 000 Па = 750 мм рт. ст.
Физическое объяснение некоторых единиц измерения:
1 кг·с/см² – это давление столба воды высотой 10м;
1 мм рт. ст. – это величина уменьшения давления при подъеме на каждые 10м высоты.
Классификация приборов измерения давления
Классификация по принципу действия
В соответствии с указанными методами, приборы измерения давления можно разделить, по принципу действия на:
|
|
|
жидкостные;
деформационные;
грузопоршневые;
электрические.
Наибольшее распространение в промышленности получили деформационные средства измерения. Остальные, в большинстве своем, нашли применение в лабораторных условиях в качестве образцовых или исследовательских.
Классификация в зависимости от измеряемой величины
В зависимости от измеряемой величины средства измерения давления подразделяются на:
манометры – для измерения избыточного давления (давления выше атмосферного);
микроманометры (напоромеры) – для измерения малых избыточных давлений (до 40 кПа);
барометры – для измерения атмосферного давления;
микровакуумметры (тягомеры) – для измерения малых разряжений (до -40 кПа);
вакуумметры – для измерения вакуумметрического давления;
мановакуумметры – для измерения избыточного и вакуумметрического давления;
напоротягомеры – для измерения избыточного (до 40 кПа) и вакуумметрического давления (до -40 кПа);
манометры абсолютного давления – для измерения давления, отсчитываемого от абсолютного нуля;
дифференциальные манометры – для измерения разности (перепада) давлений.
Жидкостные средства измерения давления
Действие жидкостных средств измерений основано на гидростатическом принципе, при котором измеряемое давление уравновешивается давлением столба затворной (рабочей) жидкости. Разница уровней в зависимости от плотности жидкости является мерой давления.
|
|
|
U-образный манометр– это простейший прибор для измерения давления или разности давлений. Представляет собой согнутую стеклянную трубку, заполненную рабочей жидкостью (ртутью или водой) и прикрепленную к панели со шкалой. Один конец трубки соединяется с атмосферой, а другой подключается к объекту, где измеряется давление.
Верхний предел измерения двухтрубных манометров составляет 1…10кПа при приведенной погрешности измерения 0,2…2%. Точность измерения давления этим средством будет определяться точностью отсчета величины h(величины разности уровня жидкости), точностью определения плотности рабочей жидкости ρ и не зависеть от сечения трубки.
Жидкостные средства измерения давления характерны отсутствием дистанционной передачи показаний, небольшими пределами измерений и низкой прочностью. В то же время благодаря своей простоте, дешевизне и относительно высокой точности измерений они широко распространены в лабораториях и реже в промышленности.
|
|
|
Деформационные средства измерения давления
Основаны на уравновешивании силы, создаваемой давлением или вакуумом контролируемой среды на чувствительный элемент, силами упругих деформаций различного рода упругих элементов. Эта деформация в виде линейных или угловых перемещений передается регистрирующему устройству (показывающему или самопишущему) или преобразуется в электрический (пневматический) сигнал для дистанционной передачи.
В качестве чувствительных элементов используют одновитковые трубчатые пружины, многовитковые трубчатые пружины, упругие мембраны, сильфонные и пружинно-сильфонные.
Для изготовления мембран, сильфонов и трубчатых пружин применяются бронза, латунь, хромоникелевые сплавы, отличающиеся достаточно высокой упругостью, антикоррозийностью, малой зависимостью параметров от изменения температуры.
Мембранные приборыприменяются для измерения небольших давлений (до 40кПа) нейтральных газовых средств.
Сильфонныеприборыпредназначены для измерения избыточного и вакуумметрического давления неагрессивных газов с пределами измерений до 40кПа, до 400кПа (как манометры), до 100кПа (как вакуумметры), в интервале -100…+300кПа (как мановакуумметрические).
Трубчато-пружинные приборыпринадлежат к числу наиболее распространенных манометров, вакуумметров и мановакуумметров.
Трубчатая пружина представляет собой тонкостенную, согнутую по дуге окружности, трубку (одно- или многовитковую) с запаенным одним концом, которая изготавливается из медных сплавов или нержавеющей стали. При увеличении или уменьшении давления внутри трубки пружина раскручивается или скручивается на определенный угол.
Манометры рассмотренного типа выпускаются для верхних пределов измерения 60…160кПа. Вакуумметры выпускаются со шкалой 0…100кПа. Мановакуумметры имеют пределы измерений: от -100кПа до +(60кПа…2,4МПа). Класс точности для рабочих манометров 0,6…4, для образцовых – 0,16; 0,25; 0,4.
Грузопоршневые манометры применяются как устройства для поверки механических контрольных и образцовых манометров среднего и высокого давления. Давление в них определяется по калиброванным грузам, помещаемым на поршне. В качестве рабочей жидкости применяют керосин, трансформаторное или касторовое масло. Класс точности грузопоршневых манометров 0,05 и 0,02%.
Электрические манометры и вакуумметры
Действие приборов этой группы основано на свойстве некоторых материалов изменять свои электрические параметры под действием давления.
Пьезоэлектрические манометрыприменяют при измерении пульсирующего с высоко частотой давления в механизмах с допустимой нагрузкой на чувствительный элемент до 8·103 ГПа. Чувствительным элементом в пьезоэлектрических манометрах, преобразующим механические напряжения в колебания электрического тока, являются пластины цилиндрической или прямоугольной формы толщиной в несколько миллиметров из кварца, титаната бария или керамики типа ЦТС (цирконат-титонат свинца).
Тензометрические манометрыимеют малые габаритные размеры, простое устройство, высокую точность и надежность в работе. Верхний предел показаний 0,1…40Мпа, класс точности 0,6; 1 и 1,5. Применяются в сложных производственных условиях.
В качестве чувствительного элемента в тензометрических манометрах применяются тензорезисторы, принцип действия которых основан на изменении сопротивления под действием деформации.
Давление в манометре измеряется схемой неуравновешенного моста.
В результате деформации мембраны с сапфировой пластинкой и тензорезисторами возникает разбаланс моста в виде напряжения, которое с помощью усилителя преобразуется в выходной сигнал, пропорциональный измеряемому давлению.
Дифференциальные манометры
Применяются для измерения разности (перепада) давления жидкостей и газов. Они могут быть использованы для измерения расхода газов и жидкостей, уровня жидкости, а также для измерения малых избыточных и вакуумметрических давлений.
Мембранные дифференциальные манометрыявляютсябесшакальными первичными измерительными приборами, предназначенными для измерения давления неагрессивных сред, преобразующими измеряемую величину в унифицированный аналоговый сигнал постоянного тока 0…5мА.
Дифференциальные манометры типа ДМ выпускаются на предельные перепады давления 1,6…630кПа.
Сильфонные дифференциальные манометрывыпускаются на предельные перепады давления 1…4кПа, они рассчитаны на предельно допустимое рабочее избыточное давление 25кПа.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 5379; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!