36709

Приборы измерения давления. Стрелочный деформационный манометр

Лабораторная работа

Физика

Стрелочный деформационный манометр Задание Изучить прибор для измерения давления стрелочный деформационный манометр; определить относительную погрешность измерения при различных уровнях давления. Пояснение к работе Давление отсчитываемое от нулевого давления называется абсолютным давлением pабс. Давление превышающее атмосферное и отсчитываемое от атмосферного давления называется избыточным давлением pизб.

Русский

2013-09-23

181.44 KB

19 чел.

Лабораторная работа № 1

Приборы измерения давления. Стрелочный деформационный манометр

Задание

Изучить прибор для измерения давления (стрелочный деформационный манометр); определить относительную погрешность измерения при различных уровнях давления. Построить поправочную кривую.

Пояснение к работе

Давление, отсчитываемое от нулевого давления, называется абсолютным давлением pабс. Давление, превышающее атмосферное и отсчитываемое от атмосферного давления, называется избыточным давлением pизб. Давление, которое меньше атмосферного и отсчитываемое от атмосферного давления, называется вакуумметрическим давлением pвак (рис. 1.1).

Линия атмосферного давления р0

Линия давления, больше, чем атмосферное

Линия нулевого давления р = 0

Линия давления, меньше, чем атмосферное

pизб 

pабс 

pвак 

pабс 

Рис.1.1 К понятию избыточного давления и вакуума.

Приборы для измерения давления весьма разнообразны. Они классифицируются по различным признакам.

По характеру измеряемой величины приборы разделяют на группы:

1. Приборы для измерения атмосферного давления ратбарометры.

2. Приборы для измерения разности абсолютного и атмосферного давлений, т. е. избыточного давления ри и вакуума рв. Приборы, измеряющие избыточное давление, называют манометрами; приборы, измеряющие вакуум, вакуумметрами. Приборы, которыми можно измерять избыточное давление и вакуум, называют мановакуумметрами.

3. Приборы для измерения абсолютного давления р  манометры абсолютного давления. Абсолютное давление можно измерять также с помощью барометра и манометра, если измеряемое давление больше атмосферного (р = рат + ри), а также барометра и вакуумметра, если измеряемое давление меньше атмосферного (р = рат — рв). Манометры абсолютного давления обычно применяют для измерения малых абсолютных давлений.

4. Приборы для измерения разности давлений дифференциальные манометры.

5. Приборы для измерения малого избыточного давления и вакуума микроманометры.

По принципу действия различают приборы жидкостные, пружинные, поршневые, электрические, комбинированные:

● К жидкостным относятся приборы, основанные на гидростатическом принципе действия, заключающимся в том, что измеряемое давление уравновешивается давлением, создаваемым весом столба жидкости, высота которого служит мерой давления.

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

● В основу измерения давления поршневыми приборами положен закон равновесия твердого тела, находящегося под воздействием жидкости. Сила измеряемого давления жидкости, приложенная к поршню прибора, уравновешивается внешней силой, величина которой служит мерой давления. В том случае, когда внешней силой является вес грузов, нагружающих поршень, приборы называются грузопоршневыми.

● Действие электрических приборов основано на использовании пропорциональности между изменением некоторых электрических свойств материалов и изменением давления.

Например, омическое сопротивление некоторых сплавов пропорционально давлению окружающей среды; это свойство используется при измерении высоких давлений. Величина электрических зарядов, появляющихся на поверхности кристаллического диэлектрика при сжатии и растяжении кристалла, пропорциональна действующему давлению; это свойство используется при измерении быстропеременных давлений.

● К комбинированным относятся приборы, принцип действия которых носит смешанный характер (например, электромеханические приборы).

Манометры разделяют на классы по точности. Установлены следующие классы точности приборов для измерения давления: 0,005; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,5; 1,0; 2,0; 2,5; 4,0; 6,0. Приборы классов точности 0,5 - 6 используют как рабочие, классов 0,005 – 0,4 – как образцовые.

Основными характеристиками приборов, измеряющих давление, являются класс точности, диапазон измеряемых давлений, чувствительность, линейность и быстродействие.

Рис. 1.2. Схема пружинного манометра

Чувствительным элементом манометра (рис 1.2) является изогнутая латунная трубка эллиптического сечения 2, один конец которого соединен с подводящим штуцером 1, а другой запаян. Под действием давления эллиптическая трубка стремится распрямиться, при этом запаянный конец трубки через тягу и секторный механизм 4 перемещает подпружинную стрелку 3 на некоторый угол, пропорциональный измеряемому давлению.

Основным недостатком пружинных приборов является нестабильность их показаний, вызываемая рядом причин: упругим последействием деформируемого элемента; постепенным изменением упругих свойств этого элемента; возможным возникновением остаточных деформаций в нем; износом передаточного механизма. Указанный недостаток вынуждает периодически поверять пружинные приборы, чтобы подтвердить класс точности или определить поправки, компенсирующие систематические погрешности приборов.

Абсолютная погрешность измерений – это разность между значениями величины, полученной при измерении, и ее истинным значением, выражаемая в единицах измеряемой величины.

Относительная погрешность измерения – это отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины.

Предельная погрешность - диапазон погрешностей измерения, за который не должны выходить значения относительной погрешности.

Поверка пружинного манометра

Цель поверки определяется назначением прибора. Если прибор технический, то при поверке устанавливают принадлежность прибора к присвоенному ему классу точности. Класс точности удостоверяется клеймом на циферблате манометра. Если прибор лабораторный, то целью поверки является определение величин поправок ∆р, компенсирующих основную систематическую погрешность при различных показаниях р прибора. В этом случае результат поверки оформляют в виде графика (тарировочного) зависимости

Δр =f (р).

Экспериментальная часть

Для изучения приборов измерения давления используется гидравлическая система стенда.

Последовательность выполнения лабораторной работы:

1. Закрыть краны ВН2, ВН4, ВН5, открыть кран ВНЗ, ВН6, ВН7.

2. Включить насос тумблером «Подача воды».

3. Частично закрывая кран ВНЗ получить вычисленные значения давления и занести показания МН1, МН2 в таблицу 1.1.

4. Вычислить среднее значение давления по двум измерителям, абсолютную и относительную погрешность каждого измерителя.

Таблица 1.1

№изм

pМН1

pМН2

pСР

ΔpМН1

ΔpМН2

δpМН1

δpМН2

Результаты поверки оформляют следующим образом:

Для лабораторного прибора вычисляют поправки к показаниям ΔP в каждой поверяемой точке:

.

По величинам и строят график зависимости

.

Для построения графика на координатной плоскости изображают точки с абсциссами  и ординатами . Затем полученные точки соединяют отрезками прямых.

Контрольные вопросы

1. Абсолютное, избыточное и вакуумметрическое давление.

2. Приборы для измерения давления.

3. Признаки классификации приборов для измерения давления.

4. Основные характеристики приборов для измерения давления.

5. Принцип действия различных приборов для измерения давления.

6. Предельная, абсолютная и относительная погрешности.


Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Задание

1. Установить режим движения жидкости в трубе двумя способами:

а) путем визуального наблюдения;

б) на основе обработке опытных данных.

2. Сравнить результаты определения режима движения жидкости визуальным и расчетными методами.

Пояснение к работе

При протекании жидкости по трубам и каналам могут иметь место два различных по своему характеру режима движения: ламинарный и турбулентный.

Ламинарный – такой режим, при котором поток жидкости движется так, что элементарные струйки не перемешиваются (двигаются параллельно).

Турбулентный – такой режим, в котором элементарные струйки пересекаются и перемешиваются, а траектории отдельных частиц представляют сложные линии.

Ламинарный режим наблюдается преимущественно при движении жидкостей повышенной вязкости.

Свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению ее частиц и развивать при движении внутренние касательные напряжения называется вязкостью. Вязкость зависит от рода жидкости, распределения скоростей между отдельными ее слоями, температуры и давления.

Отношение силы внутреннего трения к единице площади трущихся слоев называется касательным напряжением .

Характер движения жидкости зависит от скорости , диаметра трубы d, плотности ρ и вязкости жидкости. Он однозначно определяется безразмерным выражением, составленным из этих величин, которое называется критерием Рейнольдса:

или

,

где - кинематический коэффициент вязкости, определяемый, с учетом температуры, по эмпирической формуле Пуазейля:

,

где t – температура воды, °С.

При малых числах Рейнольдса (Re ≤ 2320) имеет место только ламинарный режим движения жидкости. При Re > 4000 возможен только устойчивый турбулентный режим движения.

Значения Re = 2320 и Re = 4000 соответственно называются нижним и верхним критическими числами Рейнольдса. В диапазоне Re = 2320 – 4000 могут наблюдаться и ламинарный и турбулентный режимы. Эта зона называется зоной неустойчивых режимов или переходной.

Определение режима движения жидкости имеет важное значение, так как потери напора в трубах зависят от режима, что необходимо учитывать при гидравлическом расчете трубопроводов.

Экспериментальная установка

В экспериментальной установке (рис. 3.1) вода из верхнего бачка 6 по стеклянной трубке 2 c диаметром d=16 мм поступает в нижний мерный бачок 8, из которого уходит на слив. В стеклянную трубку введена тонкая трубка 9, по которой поступает краситель из бачка. Для настройки и регулировки служат вентили 1, 3, 4, 5.

Рис. 3.1. Общий вид и схема установки

Последовательность проведения опыта

Поворотом рукоятки 5 против часовой стрелки открыть вентиль и наполнить бак 6 водой. Уровень воды в баке 6 поддерживается постоянным благодаря переливной трубке 7.

Далее открыть вентиль 3, приоткрыть вентиль 4, при этом вода движется по стеклянной трубке 2 с небольшой скоростью. Открывая вентиль 1, необходимо отрегулировать поступление краски в стеклянную трубку так, чтобы скорость выпускаемой краски была примерно одинакова со скоростью воды.

Струйчатое движение краски в трубке будет свидетельствовать о наличии ламинарного потока в стеклянной трубке. Измерить температуру воды в бачке 6.

Объемным способом измерить расход воды в стеклянной трубке. При закрытии вентиля 3 будет наполняться мерный бак. После некоторого произвольного наполнения бачка произвести отсчет по шкале указателя уровня с одновременным включением секундомера. Через некоторое время снова произвести замер по шкале и выключить секундомер. Пользуясь тарировочным графиком (рис 3.2), определить расход воды в стеклянной трубке.

Число делений указателя уровня

W,

n

Рис. 3.2. Тарировочный график

После измерений объема вентиль 3 открыть. Медленно открывая вентиль 4 установить новый, несколько больший расход воды и все измерения повторить. При определенном положении вентиля окрашенная струйка начнет размываться, а затем растворится, что свидетельствует о переходе на турбулентный режим. Произвести замеры и при таком состоянии потока. Рекомендуется провести 2 – 3 замера в ламинарной, 2 – 3 в переходной и 2 – 3 в турбулентной зоне с постоянным увеличением от опыта к опыту скорости, а следовательно, и критерия Re жидкости. Все данные измерений занести в табл. 3.1.

Таблица 3.1

№ опыта

Температура воды t, oC

Кинематический коэффициент вязкости ν,

м2/сек

Значение по шкале       указателя уровня

Объем воды

м3

Время наполнения бака t, с

Расход воды         

Q = (W2W1)/t,

м3

Скорость жидкости

v = Q/ω,

м/с

Число Рейнольдса Re=vd

Характер движения воды

n1

n2

W1

W2

После проведения опытов прекратить подачу воды в бачок 6, слить воду и краску из установки.

По измеренной температуре, пользуясь формулой Пуазейля, определить кинематический коэффициент вязкости воды.

По тарировочному графику и замерам в мерном баке определяется расход воды Q, а затем скорость жидкости и критерий Рейнольдса.

По значениям вычисленных величин делается заключение о соответствии расчетных данных визуальным наблюдениям.

Контрольные вопросы

1. Режимы движения жидкости.

2. От чего зависит характер движения жидкости? Как определяется?

3. Критерий Рейнольдса при различных режимах течения жидкости.

4. Как определяется расход и скорость течения жидкости.

5. Как определить гидравлический радиус?

6. Критические числа Рейнольдса при различных условиях.

7. Что такое вязкость и от чего она зависит?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78882. Рождение античной науки 55.5 KB
  Так в древнеегипетской цивилизации носителями знаний были жрецы в зависимости от уровня посвящения обладавшие той или иной суммой знаний. Знания существовали в религиозномистической форме и только жрецы могли читать священные книги и как носители практических знаний имели власть над людьми. Предпосылкой возникновения научных знаний многие исследователи истории науки считают миф. Особенности греческого мышления которое было рациональным теоретическим что в данном случае равносильно созерцательному наложили отпечаток на формирование...
78883. Наука в условиях европейского Средневековья 28.5 KB
  Большое значение для развития науки имело открытие университетов. Другой предпосылкой будущего расцвета науки послужило развитие техники. Наступала новая эпоха в развитии цивилизации и науки. Однако в сфере науки не было совершено прорыва.
78884. Становление науки классического типа 30.5 KB
  Фарадей обнаружил взаимосвязь между электричеством и магнетизмом, ввел понятия электрического и магнитного полей, выдвинул идею о существовании электромагнитного поля. Максвелл создал электродинамику и статистическую физику, построил теорию электромагнитного поля, предсказал существование электромагнитных волн, выдвинул идею об электромагнитной природе света.
78885. Проблема методов познания в философии Нового времени 29.5 KB
  Проблема методов познания в философии Нового времени Наука находится в центре внимания главных философских направлений XVII XVIII вв. Основные области философии этого времени онтология и гносеология. ontos сущее и logos слово понятие учение учение о бытии как таковом знании об истинно существующем раздел философии изучающий фундаментальные принципы бытия наиболее общие сущности и категории сущего Гносеология позже стал употребляться термин эпистемология в переводе с греческого теория познания раздел философии в...
78886. Особенности неклассической науки 31 KB
  Особенности неклассической науки Опора науки Нового времени на эксперимент развитие механики заложили фундамент для установления связи науки с производством. В результате разрешения кризиса произошла новая научная революция начавшаяся в физике и охватившая все основные отрасли науки Она связана прежде всего с именами МЛланка 1858 1947 и А. Механическая картина мира классической науки была рассчитана на относительно малые скорости которые абсолютно не укладывались во внутреннюю логику новых...
78887. Наука и философия. Концепции взаимоотношений философии и науки 29.5 KB
  Наука и философия Нау́ка особый вид человеческой познавательной деятельности направленный на получениеуточнение и производство объективных системноорганизованных и обоснованных знаний о природе обществе и мышлении. Философия обычно описывается как теория или наука одна из форм мировоззрения одна из форм человеческой деятельности особый способ познания. Отличия философии от науки: 1 философия – целостное знание наука – отдельные дисциплины; 2 философия – ценностное знание в науке главное – истина. Яковлевой...
78888. Структура теоретического знания 32 KB
  Теоретический уровень научного познания как и эмпирический имеет ряд подуровней среди которых можно выделить следующие по степени общности: а аксиомы теоретические законы; б частные теоретические законы описывающие структуру свойства и поведение идеализированных объектов; в частные единичные высказывания утверждающие нечто о конкретных во времени и пространстве состояниях свойствах и отношениях некоторых идеализированных объектов Абстрагирование и идеализация – начало теоретического познания. Научные законы – регулярные...
78889. Соотношение эмпирии и теории 24.5 KB
  Соотношение эмпирии и теории. Осознание этого в методологии науки обострило вопрос о том как же эмпирическое знание может быть критерием истинности теории Дело в том что несмотря на теоретическую нагруженность эмпирический уровень является более устойчивым более прочным чем теоретический. Если бы было иначе то получался бы логический круг и тогда эмпирия ничего не проверяла бы в теории. Поскольку эмпирией проверяются теории другого уровня постольку эксперимент выступает как критерий истинности теории.