41700

Изучение приборов для измерения давления. Определение гидростатического давления

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Определение гидростатического давления Цель работы: освоение способов измерения гидростатического давления. Приборы для измерения давления Методы измерения гидростатического давления так же разнообразны как и конструкции приборов предназначенных для этого. Приборы для измерения давления носят общее название манометров.

Русский

2013-10-24

370.32 KB

104 чел.

Лабораторная работа № 1

Изучение приборов для измерения давления.

Определение гидростатического давления

Цель работы: освоение способов измерения гидростатического давления.

При подготовке к работе, в процессе выполнения работы и при обработке результатов опытов необходимо:

  1.  ознакомиться с устройством механических и жидкостных приборов для измерения давлений.
  2.  определить плотность второй жидкости, считая, что в левом дифференциальном пьезометре вода.
  3.  определить цену деления стрелочного манометра в атмосферах и Н/м2.

1. Приборы для измерения давления

Методы измерения гидростатического давления так же разнообразны, как и конструкции приборов, предназначенных для этого.

Приборы для измерения давления носят общее название манометров. Однако по назначению они подразделяются на

  1.  барометры, предназначенные для измерения атмосферного давления;
  2.  манометры, измеряющие давления выше атмосферного;
  3.  вакуумметры, измеряющие давления ниже атмосферного.

По принципу действия манометры делятся на жидкостные (водяные, спиртовые, ртутные) и механические (пружинные, мембранные и сильфонные).

Пьезометры и манометры измеряют избыточное (манометрическое) давление, то есть они работают, если полное давление в жидкости превышает величину, равную одной атмосфере p = 1 кгс/см2 = 0,1 МПа. Эти приборы показывают долю давления сверх атмосферного. Для измерения в жидкости полного давления p необходимо к манометрическому давлению pман прибавить атмосферное давление pатм, снятое с барометра. Практически же в гидравлике атмосферное давление считается величиной постоянной

pатм= =101325   100000 Па.

Простейшим жидкостным прибором является пьезометр (рис. 1). Он состоит из стеклянной трубки с внутренним диаметром 5—12 мм, помещенной на доске измерительной шкалы, градуированной обычно в миллиметрах. Верхний конец трубки сообщается с атмосферой, а нижний соединен с сосудом (резервуаром), в котором находится жидкость под давлением ро>ра Под действием этого давления жидкость поднимается по трубке на некоторую высоту hp, называемую пьезометрической высотой. Высота столба жидкости в пьезометре hp является показанием этого прибора и позволяет измерять избыточное (манометрическое) давление в точке.

Основное уравнение гидростатики относительно плоскости, проходящей через центр отверстия (точку А), к которому присоединена трубка, имеет следующий вид:

рабс = раhp       или hp=

или hp=           (1.1)

С другой стороны (внутри сосуда)

рабс = р0h

Подставив значение ра6с, определим

hp=

Таким образом, пьезометрическая высота определяет величину избыточного давления в точке, где установлен пьезометр. Если он установлен в открытом сосуде, то уравнение примет вид hp=  т. е. пьезометрическая высота будет равна глубине погружения точки А в жидкость.

Рис.1  Пьезометр   жидкостный

Пьезометр является достаточно точным прибором. Однако, чтобы использовать его для измерения давлений выше 48033 Па требуются очень высокие трубки. Упомянутые пьезометры применяются главным образом для лабораторных исследований. Их преимущество перед манометрами состоит в непосредственном измерении давления с помощью пьезометрической высоты столба жидкости без промежуточных передаточных механизмов.

В качестве пьезометра может быть использован любой колодец, котлован, скважина с водой или даже любое измерение глубины воды в открытом резервуаре, так как оно даёт нам величину hp .

Для измерения более высоких давлений применяют ртутные манометры. Поскольку плотность ртути в 13,6 раза больше плотности воды, то и трубки в этих манометрах значительно короче.

Простейший манометр—ртутный [U-образная трубка (рис. 2)]. Под действием давления со стороны сосуда ртуть и трубке устанавливается на разных уровнях. Так как жидкость находится в равновесии, то можно составить уравнение, например, для уровня FF;

для левого колена р = ро + γh;

для правого колена р = ра + γhрт   или

        ро+ γhа+ γртhрт,    или

р — ра = γртhрт;   pман= γртhрт, откуда

hрт=pманрт

Рис. 2. Манометр ртутный

т е. разность уровней в манометре равна манометрическому давлению ртути на глубине hрт. Для измерения больших давлений, например, в гидросистемах и насосных установках используют пружинные манометры (рис. 3). Основной частью  таких манометров является полая металлическая трубка 1, имеющая эллиптическое поперечное сечение. Один конец ее запаян и соединен   с  механизмом  2,  перемещающим стрелку; другой

конец посредством ниппеля 3 сообщается с исследуемым объемом. Под действием давления поступившей жидкости трубка, стремясь выпрямиться, через механизм приводит в движение стрелку, которая по шкале указывает величину давления. Иногда манометры снабжают механизмом, записывающим измеряемое давление.  Нулевое показание любого манометра соответствует полному давлению p, равному одной атмосфере

Для измерений давлений ниже атмосферного (p0<pа) применяют жидкостные и пружинные приборы, называемые вакуумметрами. (рис. 4)Тогда уровень в пьезометре опустится относительно свободной поверхности на величину hвак, которая называется вакуумметрической высотой.

Рис. 4. Схема пьезометра, измеряющего вакуумметрическое давление на свободной поверхности в резервуаре:1 — свободная поверхность; 2 — поверхность уровня; р3 — атмосферное давление; р0 — абсолютное давление на свободной поверхности в резервуаре; hвак — величина снижения уровня в пьезометре

Вакуумметр показывает ту долю давления, которая дополняет полное давление в жидкости до величины одной атмосферы. Вакуум в жидкости  это не пустота, а такое состояние жидкости, когда полное давление в ней меньше атмосферного на величину pв, которая измеряется вакуумметром. Вакуумметрическое давление pв, показываемое прибором, связано с полным и атмосферным так:

pв=pатм-p

Таким образом, вакуумметрическому давлению будет соответствовать высота подъема hвак жидкости в изогнутой трубке над уровнем в резервуаре.

Величина вакуума не может быть больше 1 ат, то есть предельное значение pв   100000 Па, так как полное давление не может быть меньше абсолютного нуля.

Приведём примеры снятия показаний с приборов:

пьезометр, показывающий hp=160 см вод. ст., соответствует в единицах СИ давлениям pизб=16000 Па и p= 100000+16000=116000 Па;

манометр с показаниями pман = 2,5 кгс/см2 соответствует водяному столбу hp=25 м и полному давлению в СИ p = 0,35 МПа;

вакуумметр, показывающий pв=0,04 МПа, соответствует полному давлению p=100000-40000=60000 Па, что составляет 60 % от атмосферного.

2. Определение гидростатического давления

Лабораторная работа проводится на виртуальной установке для определения гидростатического давления. http://www.spbgunpt.narod.ru/lab1.htm 

Приступить к работе возможно только после прохождения тестирования.

Порядок выполнения виртуальной части лабораторной работы

  1.  С помощью насоса создать давление.

Для начала работы воздушного насоса достаточно нажать кнопку "Пуск" или клавишу "р", остановить его можно в любой момент кнопкой "Стоп" или клавишей "s". Замеры высот столбиков жидкостей в дифференциальных пьезометрах проводятся при помощи горизонтальной линии плоскости АВ и измерительной линейки. И плоскость, и линейка перемещаются по экрану с помощью левой кнопки мыши, кроме того, линейка может перемещаться клавишами со стрелками, расположенными на клавиатуре. В процессе работы, для повышения точности отсчёта показаний линейки и стрелки манометра Вы свободно можете увеличивать масштаб экрана и перемещать его содержимое при помощи левой кнопки мыши, для этого на любом месте экрана правой кнопкой мыши вызовите соответствующее меню и выберите пункт "Zoom in". Вернуться в обычный режим можно снова вызвав то же меню и выбрав пункт "Show All".

  1.  Зафиксировать показания манометра.
  2.  Снять показания левого и правого пьезометра с помощью линейки.(Обратите внимание на размерность делений измерительной линейки - х 2 метра, это означает, что общая длина её составляет 6x2 = 12 метров.)
  3.  Вычислить давление по высоте водяного столба левого пьезометра, вычислить цену деления стрелочного манометра.
  4.  Вычислить плотность жидкости правого пьезометра.
  5.  Привести установку в исходное состояние, выполнить действия по пп.1-5 не менее 3-х раз.
  6.  Вычислить среднее значение всех параметров.(Для повышения точности расчетов опыт следует повторить не мене трёх раз и вывести среднее значение цены деления и плотности. Приводить работу в исходное состояние нужно при помощи кнопки "сброс")

Методические указания

Схема установки представлена на рис. 5.

1. С помощью насоса 1 в ограниченном объёме (ресивере) 2 создаётся соответствующее давление, которое фиксируется манометром 3, а также двумя дифференциальными пьезометрами 4, заполненными: левый - водой, правый жидкостью неизвестной плотности.

2. По манометру 3 устанавливается давление, далее снимаются показания дифференциальных пьезометров и манометра.

3. Определяются значения следующих параметров:

  1.  количество единиц манометра;
  2.  высоту столба жидкости в левом и правом дифференциальных пьезометрах.

4. Результаты измерений  занести в Таблицу 1 «Результаты измерений и расчетов».

5. Вычислить давления по высоте водяного столба левого пьезометра и вычислить цену деления стрелочного манометра. (см. Приложение П.1). Занести полученные данные в Табл. №1.

6. Зная цену деления манометра, вычислить плотность жидкости правого пьезометра, используя зависимость давления от плотности:

7. Привести установку в исходное состояние и повторить действия по задачам 1-4  3 раза. Найти средние значения всех рассчитанных параметров.

Номер опыта

Манометр, единиц

Δhв, м

Δhн, м

ρн, кг/м3

Цена деления манометра

Н/м2

Атм.

Па

мм.рт.ст

1

2

3

Среднее значение

Таблица 1. Результаты измерений и расчетов

8.Оформить отчет о проделанной работе и написать вывод.

Контрольные вопросы.

  1.  Какое давление называют абсолютным (вакуумметрическим, манометрическим)?
  2.  Что называется избыточным (манометрическим) давлением, как оно выражается через абсолютное?
  3.  Что называется вакууметрическим давлением, как оно выражается через абсолютное?
  4.  Какие единицы измерения давления  вы знаете?
  5.  Перечислите наиболее распространенные единицы измерения давления и укажите какая связь существует между ними.
  6.   Как называют прибор для измерения атмосферного давления (избыточного давления, разряжения)?
  7.  В чем заключается принцип действия жидкостных приборов? Их достоинства и недостатки.
  8.  Какой недостаток у механических приборов для измерения давления?
  9.  Какими достоинствами обладают жидкостные манометры?
  10.  Запишите основную формулу гидростатики и дайте объяснение ее составляющим.


Приложение

Вычисление давления по высоте водяного столба левого пьезометра и вычисление цены деления стрелочного манометра.

Высота жидкости в пьезометре измеряется по следующей формуле:

h=pизб/pg

Для измерения давления, равного одной атмосфере (9,81.104 Па), потребуется пьезометр с высотой трубки, заполняемой водой (плотность воды 1000 кг/м3 при температуре t=20 oC):

h=9,81.104/(1000*9,81)=10м

Давление в одну атмосферу можно выразить через другие единицы  измерений:

1 атмосфера техническая (1 am) = 735,6 мм.рт.ст. = 10 м.вод.ст. = 1 кгс/см2 = 10 000 кгс/м2 = 98 100 н/м2 (Па).

Используя зависимость, вычислить цену деления манометра ((3) на Рис.5). Для этого составляем пропорцию.

I. Устанавливаем сколько атмосфер соответствует измеренной высоте водного столба hH

1 атм - 10 м вод.ст.

Х атм -  hH=12 м

II. Устанавливаем сколько укладывается атм, Н/м2 (Па) и мм.рт.ст. в одном делении манометра, т.е. определим цену деления манометра  и находим среднее значение. Заносим результаты в табл.1.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10109. THE GESTURE INTERFACE FOR CONTROL OF ANGIOGRAPHIC SYSTEMS 711.5 KB
  The paper is devoted to the design and development of gesture interface for use in surgery applications. The approaches to the gesture recognition for real use in angiographic systems are considered. The model of the angiographic systems, control techniques, gesture language for control, as well as their realizations are described. Possibilities of further development are discussed.
10110. Позиционные системы счисления 11.77 KB
  Систе́ма счисле́ния символический метод записи чисел представление чисел с помощью письменных знаков. Система счисления: дает представления множества чисел целых или вещественных. дает каждому числу уникальное представление или по крайней мере стандартное пред...
10111. Переход из одной системы счисления в другую 51.52 KB
  Переход из одной системы счисления в другую. Запись чисел в разных системах счисления двоичная используются цифры 0 1 восьмеричная используются цифры 0 1 7 шестнадцатеричная для первых целых чисел от нуля до девяти используются цифры 0 1 9 а для следующих ...
10112. Виды информации, обрабатываемые компьютером (числовая, символьная, графическая, звуковая) 16.27 KB
  Виды информации обрабатываемые компьютером числовая символьная графическая звуковая. Как мы хорошо знаем вычислительная техника первоначально возникла как средство автоматизации вычислений о чем совершенно недвусмысленно говорит название ЭВМ. Следующим видом о...
10113. Типы информации (дискретная, непрерывная) 52.5 KB
  Типы информации дискретная непрерывная. Чтобы сообщение было передано от источника к получателю необходима некоторая материальная субстанция носитель информации. Сообщение передаваемое с помощью носителя назовем сигналом. В общем случае сигнал – это изменяющийс...
10114. Принципы фон Неймана 91.76 KB
  Принципы фон Неймана Основы учения об архитектуре вычислительных машин заложил выдающийся американский математик Джон фон Нейман. Он подключился к созданию первой в мире ламповой ЭВМ ENIAC в 1944 г. когда ее конструкция была уже выбрана. В процессе работы во время многоч
10115. Устройства ввода-вывода 43.07 KB
  Устройства ввода-вывода Компьютер обменивается информацией с внешним миром с помощью периферийных устройств. Только благодаря периферийным устройствам человек может взаимодействовать с компьютером а также со всеми подключенными к нему устройствами. Любое подключен
10116. Состав и структура системного блока компьютера 15.66 KB
  Состав и структура системного блока компьютера Системный блок основное устройство компьютера. На передней стороне системного блока находится 2 кнопки: Power для включения и выключения компьютера, Reset для перезагрузки компьютера. Индикаторы две светящиеся ла...
10117. Материнская плата компьютера и её краткая характеристика 14.41 KB
  Материнская плата компьютера и её краткая характеристика Материнская плата любого компьютера выполняет несколько основных функций. Главное это механическая основа любого компьютеpа. Она содержит платы расширения разъемы дополнительные элементы базовый набо...