Приборы для измерения давления

Федеральное государственное  образовательное  учреждение среднего профессионального  образования "1111111111111111111111111111" 
 
 
 
 

Гидравлические  и пневматические устройства. 

Практическая  работа № 1.

Приборы для измерения  давления. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:                                               Группа………………… 
 
 
 
 
 
 
 
 

1111111111 2010 г. 
 

  Цель  работы: изучение конструкции  и принципа работы приборов для измерения  давления. 
 
 
 

  Давление  измеряют жидкостными и пружинными манометрами, 
а также пьезометрами. 

   Пьезометром измеряют давление жидкости высотой столба той же жидкости. Он представляет собой открытую сверху трубку, присоединенную нижним концом к месту измерения давления (рис. 1). Жидкость в пьезометре поднимается (если давление в месте измерения больше атмосферного) на высоту Н_п называемую пьезометрической высотой. При этом давление в точке измерения складывается из давления р₁ на свободную поверхность жидкости, заключенной в сосуд, и давления столба жидкости высотой Н. Оно уравновешивается давлением в пьезометре

                                     р_а 
 
 
 
 
 

  Таким образом, чем больше разность давления на свободную поверхность жидкости, заключенной в сосуд, и атмосферного давления, тем больше разность высот уровней жидкости в пьезометре и в сосуде.

  Пьезометрами измеряют давление жидкости, в частности воды, незначительно отличающееся от атмосферного, так как большие избыточные давления могут быть уравновешены лишь давлением 
столба воды большой высоты. 

   Пружинными манометрами измеряют значительные давления жидкостей и газов. Схема такого манометра показана на рис. 2. Он состоит из спиральной трубки 1, один конец которой запаян, 
а другой, открытый, конец сообщается с сосудом, в котором измеряют давление. Рабочее тело оказывает давление р на внутреннюю поверхность трубки. На внешнюю ее поверхность действует 
давление р_н наружного воздуха. Под действием разности давлений трубка раскручивается (выпрямляется) тем сильнее чем больше эта разность. К запаянному концу трубки прикреплен механизм, поворачивающий на соответствующий угол указательную стрелку 2.

  Таким образом, с помощью манометра  измеряют не абсолютное давление в сосуде, а избыточное давление в нем. Абсолютное давление в сосуде

                                                   

где р_ман это давление, которое показывает манометр.

По виду упругого чувствительного элемента пружинные  приборы делятся на следующие группы:

    1) приборы с трубчатой пружиной, или собственно пружинные (рис.  3а,б);

    2) мембранные приборы, у которых  упругим элементом служит мембрана (рис. 3в), анероидная или мембранная коробка (рис. 3г,д), блок анероидных или мембранных коробок (рис. 3е,ж);

    3) пружинно-мембранные с гибкой  мембраной (рис. 3з);

    4) приборы с упругой гармониковой  мембраной (сильфоном) (рис. 3к);

    5) пружинно-сильфонные (рис. 3и). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      
 

    Рис. 3. Типы пружинных устройств

    По  назначениям манометры можно разделить на технические —общетехнические, электроконтактные, специальные, самопишушие, железнодорожные, виброустойчивые(глицеринозаполненые), судовые и эталонные (образцовые).

    Общетехнические: предназначены для измерения не агрессивных к сплавам меди жидкостей, газов и паров.

    Электроконтактные: имеют возможность регулировки измеряемой среды, благодаря наличию электроконтактного механизма. Особенно популярным прибором этой группы можно назвать ЭКМ 1У, хотя он давно снят с производства.

    Специальные: кислородные- должны быть обезжирены, так как иногда даже незначительное загрязнение механизма при контакте с чистым кислородом может привести к взрыву. Часто выпускаются в корпусах голубого цвета с обозначением на циферблате О2(кислород); ацетиленовые -не допускают в изготовлении измерительного механизма сплавов меди, так как при контакте с ацетиленом существует опасность образования взрывоопасной ацетиленистой меди; аммиачные-должны быть коррозиестоикими.

    Эталонные: обладая более высоким классом точности (0,15;0,25;0,4) эти приборы служат для поверки других манометров. Устанавливаются такие приборы в большинстве случаев на грузопоршневых манометрах или каких-либо других установках способных развивать нужное давление.

    Судовые манометры предназначены для эксплуатации на речном и морском флоте.

    Железнодорожные: предназначены для эксплуатации на Ж/Д транспорте.

    Самопишушие: манометры в корпусе, с механизмом позволяющим воспроизводить на диаграмной бумаге график работы манометра. 

    Вакуумме́тр — вакуумный манометр, прибор для измерения давления разреженных газов.

    По  принципу действия вакуумметры можно  подразделить на следующие типы:

• классические — являются обычными манометрами (жидкостными либо анероидами) для измерения малых давлений. В жидкостных вакуумметрах в измерительном колене применяется масло с известной плотностью и с по возможности малым давлением пара с тем, чтобы не нарушать вакуум. Обычно жидкостные манометры изолируют от остальной вакуумной системы при помощи азотных ловушек — специальных устройств наполняемых жидким азотом и служащих для вымораживания паров рабочего вещества манометра. Область измеряемых давлений от 10 до 100000 Па.
• ёмкостные — основаны на изменении ёмкости конденсатора при изменении расстояния между обкладками. Одна из обкладок конденсатора выполняется в виде гибкой мембраны. При изменении давления мембрана изгибается и меняет ёмкость конденсатора, которую можно измерить. После градуировки возможно использовать прибор для измерения давлений. Область измеряемых давлений от 1 до 1000 Па.
• термопарные — принцип действия основан на охлаждении за счёт теплопроводности. Термопара находится в контакте с нагреваемым проводом. Чем лучше вакуум, тем меньше теплопроводность газа, и следовательно выше температура проводника (теплопроводность разрежённого газа прямо пропорциональна его давлению). Проградуировав подключенный к термопаре гальванометр при известных давлениях можно использовать измеряемое значение температуры для определения давления. Область измеряемых давлений от 10⁻³ до 10 Torr
• ионизационные — принцип действия основан на ионизации газа. При понижении давления газа уменьшается число атомов, способных подвергнуться ионизации, и соответственно ионизационный ток, текущий между электродами при данном напряжении. Область измеряемых давлений от 10⁻¹² до от 10⁻¹ Torr. Подразделяются на вакуумметры с холодным катодом (Пеннинга и магнетронные) и с накаливаемым катодом.

    Термопарный и ионизационный вакууметры широко применяются в промышленности и  экспериментах, так как являются массовыми, хорошо повторяемыми приборами. Практически выполняются в виде электронных ламп со стеклянным отростком, соединяющимся с исследуемым объёмом с помощью шланга или припаивания. 

    Жидкостные  U-образные манометры (рис. 4) применяют для измерения малых давлений. Измеряемое давление зависит от плотности применяемой в манометре жидкости, поэтому при пользовании жидкостными манометрами следует оговаривать, какая жидкость употребляется. Наиболее часто в жидкостных манометрах используют ртуть, воду или спирт.

    В U-образных стеклянных манометрах свободный конец трубки сообщается с атмосферой, а к другому концу подводится измеряемое давление. Простейшая схема измерения давления жидкостным стеклянным манометром показана на рис. 4.

 

        Атмосферное давление  р_атм воздействует на один конец U-образной трубки, частично заполненной рабочей жидкостью. Другой конец трубки с помощью различного рода подводящих устройств соединен с областью измеряемого давления р_абс. При р_абс > р_атм жидкость, находящаяся в части подведенного измеряемого давления, будет вытесняться в часть, соединенную с атмосферой. В результате между уровнями жидкостей, находящимися в разных частях U-образной трубки, образуется столб жидкости, высота h которого определяется из выражения  

    h = (р_абс – р_атм)/((r_ж – r_атм )g),                 

     где р_абс – абсолютное измеряемое давление; r_ж – плотность рабочей жидкости; r_атм – то же окружающей атмосферы; g – ускорение свободного падения, принимаемое в среднем равным 9,80665 м/с², но имеющее зависимость от географической широты местности.  

    Для измерения малых давлений с высокой  точностью применяют микроманометры (рис. 5). Такой микроманометр состоит из резервуара 1 и наклонной трубки 2 со шкалой. В резервуар налита жидкость (чаще всего спирт), а один конец трубки входит в резервуар, образуя с ним сообщающиеся сосуды. При давлении р = р₁ — р_г на жидкость в сосуде, она перемещается в трубке и занимает на шкале положение L. При угле а наклона трубки, давление, измеряемое микроманометром, определяют по формуле р=ρgHsinα.

    Прибор  монтируют в корпусе, устанавливаемом  с помощью 
регулировочных винтов строго по уровню. 

    Для измерения разности давлений в двух резервуарах или в двух точках одного трубопровода часто применяют так называемые дифференциальные манометры. Схема присоединения такого 
манометра к измеряемому объекту показана на рис. 6. Пусть на поверхности жидкости плотностью ρ в сосуде А давление р_А, на поверхности жидкости с той же плотностью ρ в сосуде В — давление р_в. Если манометр заполнен жидкостью, плотность которой ρ_ман, то можно записать следующее равенство: 

    р_а=ρgh1=р_в+ρgh2+ρ_манgh 

    Учитывая, что h₂—h₁=-h, получим р_а—р_в=(ρ_ман-ρ)gh. Таким образом, разность давлений определяется разностью уровней жидкостей в коленах дифференциального манометра и разностью плотностей жидкостей в манометре и измеряемых резервуарах.

    

    Вывод. 

  Давление является одним из важнейших параметров химико-технологических процессов. От величины давления часто зависит правильность протекания процесса химического производства. Под давлением в общем случае понимают предел отношения нормальной составляющей силы к площади, на которую действует сила. При равномерном распределении сил давление равно частному от деления нормальной составляющей силы давления на площадь, на которую эта сила действует. Величина единицы давления зависит от выбранной системы единиц (табл. 1).

  Различают абсолютное и избыточное давление. Абсолютное давление P_а — параметр состояния вещества (жидкостей, газов и паров). Избыточное давление р_и представляет собой разность между абсолютным давлением P_а и барометрическим давлением Р_б (т. е. давлением окружающей среды):

  Р_и = Р_а — Р_б.

  Если  абсолютное давление ниже барометрического, то

  Р_В = Р_б — Ра,

  где P_в — разрежение.

  Единицы измерения давления: Па (Н/м²); кгс/см²; мм вод. ст.;

  мм  рт.ст. 
 

    Таблица 1

  Соотношение между единицами давления: