Схема установки и методика измерений
Для демонстрации работы жидкостных приборов служит устройство №2, которое выполнено прозрачным и имеет полость 1, в которой всегда сохраняется атмосферное давление, и резервуар 2, частично заполненный водой (рисунок 2.2,а). Для измерения давления и уровня жидкости в резервуаре 2 служат жидкостные приборы 3, 4, 5. Они представляют собой прозрачные вертикальные каналы со шкалами, размеченными в единицах длины.
1 – полость с атмосферным давлением; 2 – опытный резервуар;
3 – пьезометр; 4 – уровнемер; 5 – мановакуумметр;
Пьзометр; 7 – вакуумметр
Рисунок 2.2 - Схема устройства №2
Однотрубный манометр (пьезометр) 3 сообщается верхним концом с атмосферой, а нижним – с резервуаром 2. Им опреде6ляется манометрическое давление рм=ρghп на дне резервуара.
Уровнемер 4 соединён обоими концами с резервуаром 2 и служит для измерения уровня жидкости Н в нём.
Мановакуумметр 5 представляет собой U-образный канал, частично заполненный жидкостью. Левым коленом он подключён к резервуару 2, а правым – к полости 1 и предназначен для определения манометрического рмо=ρghм (рис. 2.2, а) или вакуумметрического рво=ρghв (рисунок 2.2,б) давлений над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2. Давление в резервуаре можно изменять путём наклона устройства.
При повороте устройства в его плоскости на 180° против часовой стрелки (рисунок 2.2,в) канал 4 остаётся уровнемером, колено мановакуумметра 5 преобразуется в пьезометр 6, а пьезометр 3 – в вакуумметр (обратный пьезометр) 7, служащий для определения вакуума рво=ρghв над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2.
При проведении работы выполнить следующие действия:
1) В резервуаре 2 над жидкостью создать давление выше атмосферного (р0>ра), о чём свидетельствуют превышение уровня жидкости в пьезометре 3 над уровнем в резервуаре и прямой перепад уровней в мановакуумметре 5 (рисунок 2.2,а). Для этого устройство поставить на правую сторону, а затем поворотом его против часовой стрелки отлить часть жидкости из левого колена мановакуумметра 5 в резервуар 2.
2) Снять показания пьезометра hп, уровнемера h имановакуумметра hм.
3) Вычислить абсолютное давление на дне резервуара через показания пьезометра, а затем – через величины, измеренные уровнемером и мановакуумметром. Для оценки сопоставимости результатов определения давления на дне резервуара двумя путями найти относительную погрешность δр.
4) Над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2 создать вакуум (р0<ра), когда уровень жидкости в пьезометре 3 становится ниже, чем в резервуаре 2, а на мановакуумметре 5 появится обратный перепад hв (рисунок 2.2,б). Для этого поставить устройство №2 на левую сторону, а затем наклоном вправо отлить часть жидкости из резервуара 2 в левое колено мановакуумметра 5. Далее выполнить операции по пунктам 2 и 3.
5) Перевернуть устройство №2 против часовой стрелки (рисунок 2.2,в) и определить манометрическое или вакуумметрическое давление в заданной преподавателем точке С через показания пьезометра 6, а затем с целью проверки найти его через показания обратного пьезометра 7 и уровнемера 4.
В процессе проведения опытов заполнить таблицу 2.3
Обработка экспериментальных данных
Обработка исходных величин для получения результатов производится по формулам, указанным в таблице 2.3.
Анализ полученных результатов и вывод
Сравнить полученные различными способами значения гидростатических давлений в заданных точках.
В выводах оценить условия применимости жидкостных приборов в зависимости от величин давления.
Таблица 2.3 - Таблица измеряемых и расчётных величин
| Наименование величин | Обозначения, формулы | Условия опыта | |
| р0>ра | р0<ра | ||
| Пьезометрическая высота, м | hп | ||
| Уровень жидкости в резервуаре, м | h | ||
| Манометрическая высота, м | hм | ----- | |
| Вакуумметрическая высота, м | hв | ----- | |
| Абсолютное давление на дне резервуара по показанию пьезометра, Па | p=pа+ρghп | ||
| Абсолютное давление в резервуаре над жидкостью, Па | p0=pа+ρghм p0=pа-ρghв | ----- | ----- |
| Абсолютное давление на дне резервуара через показания мановакуумметра и уровнемера, Па | p*=p0+ρgh | ||
| Относительная погрешность результатов определения давления на дна резервуара, % |  |
Примечание. Для простоты вычислений можно принять атмосферное давление ра=101325 Па, а плотность воды ρ=1000 кг/м3.
2.6 Контрольные вопросы
1) Жидкостные приборы для измерения давления.
2) Основное уравнение гидростатики, изменение давления с изменением глубины погружения.
3) Свойства гидростатического давления.
4) Закон Паскаля.
Лабораторная работа № 3