Изучение приборов для измерения давления. Тарировка пружинного манометра
Лабораторная работа №1
Цель: изучить устройство приборов для измерения давления и расхода жидкости. Методика измерения и поверка манометра.
Изучение приборов для измерения давления. Тарировка пружинного манометра
Общие сведения.
Давление (Р) — физическая величина, численно равная силе F, действующей на единицу площади поверхности S перпендикулярно этой поверхности.
В Международной системе единиц (СИ) единицей давления является паскаль (Па). Давление в 1 Па, можно создать силой в 1Н, равномерно распределенной по поверхности площадью в 1м , расположенной перпендикулярно направлению действия силы (1Па=1Н/м ). С целью сокращения числа значащих цифр используют также кратные единицы от единиц СИ, например МПа=106 Па, кПа=103 Па.
Используются также внесистемные единицы измерения давления: техническая атмосфера (ат), равная кгс/см ; миллиметр водяного столба (мм вод.ст.) и миллиметр ртутного столба (мм рт.ст.), отнесенные к нормальным условиям: для воды к 4°С, для ртути к 0°С и нормальному ускорению свободного падения, равному 9,80665 м/с".
Соотношения между единицами давления приведены в таблице 1.1
Таблица 1.1 - Соотношения между единицами измерения давления.
| Единица | Па | кгс/м2 | ат (кгс/м2) | мм вод.ст. | мм рт. ст. |
| Ша | 0,10197 | 0,10197·10-4 | 0,10197 | 7,5003·10-3 | |
| 1кгс/м | 9,80665 | 10-4 | 73,56·10-3 | ||
| 1 кгс/см | 9,80665 ·104 | 104 | 104 | 735,56 | |
| 1мм вод.ст. | 9,80665 | 10-4 | 73,56·10-3 | ||
| 1мм рт.ст. | 133,322 | 13,595 | 13,55 ·104 | 13,595 |
Различают следующие виды давления:
- Абсолютное давление - полное давление, испытываемое газом или жидкостью, равное сумме избыточного и атмосферного давлений:
- Вакуумметрическое - давление, при котором абсолютное давление меньше атмосферного, то такое давление называется
Приборы, предназначенные для измерения абсолютного и избыточного давления, называются манометрами, для измерения атмосферного давления - барометрами. Для измерения разности давлений используют дифференциальные манометры (дифманометры).
Приборы для измерения давления и вакуума (по принципу действия) делят на:
- жидкостные, измеряющие давление высотой столба жидкости;
- металлические, действующие по принципу передачи упругих деформаций рабочими частями (трубками, пластинками) соответственно изменениям давлений;
- поршневые, действующие по принципу передачи давления жидкостью по закону Паскаля посредством изменения нагрузки на поршень;
- электрические, действующие по принципу изменения емкости в цепи или изменения сопротивления проводника пропорциональным изменениям внешнего давления.
По характеру и величине измеряемого давления, приборы делят на:
1) манометры, измеряющие избыточное давление
2)вакуумметры, измеряющие недостаток давления до атмосферного (разряжение):
По назначению приборы классифицируют на рабочие, контрольные, образцовые со шкалами классов точности 0,15; 0,25; и 0,4; микроманометры, дифференциальные манометры, специальные манометры.
По способу фиксации показаний приборы делят на: самопишущие и показывающие.
Рисунок 1.1. - Дифференциальный водяной манометр
Манометр (рис. 1.1.) состоит из двух стеклянных трубок соединённых между собой в верхней части. В месте соединения расположен кран для выпуска воздуха. Воздух над обоими столбиками жидкости расположен под одинаковым давлением, и измеряемая разность давлений будет характеризоваться только разностью жидкости в трубках h.
Жидкостные манометры
Для измерения небольших избыточных давлений и разрежений используют U- образные жидкостные манометры (рис. 1.2) В качестве рабочей жидкости обычно применяется вода (иногда ртуть и другие жидкости). Внутренний диаметр стеклянной трубки должен быть не менее 8÷10 мм, так как при меньшем диаметре начинают проявляться капиллярные свойства жидкости. При заполнении U- образного манометра особое внимание следует обращать на чистоту внутренней полости трубки и рабочей жидкости, так как загрязнения искажают форму мениска и могут привести к грубым погрешностям измерения.
Рисунок 1.2 - U-образный манометр
Избыточное давление (Па), измеряемое с помощью U-образного манометра, подсчитывается по формуле:
g - местное ускорение свободного падения, м/с2;
h - разность уровней жидкости, м;
р - плотность рабочей жидкости, кг/м3;
рс - плотность среды над рабочей жидкостью, кг/м3.
Точность отсчета показаний U-образного манометра невооруженным глазом с учетом погрешности изготовления шкалы обычно не превышает ±2 мм столба рабочей жидкости. Для повышения точности отсчета образцовые U-образные манометры снабжаются зеркальной шкалой.
Микроманометры
Для измерения малых перепадов давления воздуха или неагрессивных газов используют микроманометры (рис. 1.3). В качестве рабочей жидкости используют этиловый спирт. Разность высот уровней рабочей жидкости уравновешивает измеряемое давление и, согласно схеме, равна:
Рисунок 1.3 - Микроманометр с наклонной трубкой
Если F1 и F2 - площади сечений наклонной трубки и сосуда, то вследствие равенства объемов nF1 = h2F2, поэтому:
h = n(sin а + F1/F2).
Избыточное давление (Па), измеряемое микроманометром, равно:
Перед измерением необходимо проверить плотность спирта, залитого в прибор, и если плотность спирта не совпадает с плотностью, указанной на приборе, то необходимо ввести поправку к постоянной прибора:
к' = кр'/р
где: р' - фактическая плотность спирта.
Промышленность выпускает микроманометры типа ММН с переменным утлом наклона измерительной трубки с пятью диапазонами измерения давления
(кгс/м2): 0...50; 0...75; 0...100; 0... 150 и 0...200; классов точности 0,5 и 1.
Для более точных измерений малых перепадов давления используют микроманометры с оптическим устройством и микроманометры компенсационного типа.
Поршневые манометры
Точными (образцовыми) приборами для измерения высоких давлений являются поршневые манометры, устройство которых показано на рис. 1.4.
Рисунок 1.4 - Поршневой манометр
Манометр состоит из поршня 2 с тарелкой грузов 1 и точно подогнанного к поршню цилиндра 3. Масло в манометр подается винтовым прессом 4. С помощью такого манометра измеряют давления до 60 кгс/см с точностью до 0,01%.
Грузы рассчитаны на нормальное ускорение свободного падения g0 = 9,8066
м/с2.
При отклонении температуры от 20°С вводят поправку
где, 
- температурные коэффициенты линейного расширения материала цилиндра и поршня, 1/°С. Значения температурных коэффициентов указываются на приборе.
Для измерения боле высоких давлений используются поршневые манометры другой конструкции. Например, для измерения давлений до 600 и 2500 кгс/см2 выпускаются манометры МП-600 и МП-2500 соответственно с точностью измерения до 0,05%.
Общие сведения
Приборы, предназначенные для определения объема или массы вещества, проходящего через сечение трубопровода в единицу времени, называются расходомерами.
Объемный Q0 и массовый М расходы жидкости могут быть выражены в
единицах м3 /с, м3 /ч, л/ч и кг/с, кг/ч, т/ч соответственно. Для получения сопоставимых результатов объемный расход должен быть приведен к нормальным условиям (tH=20°C, р=101325 Па, относительная влажность φ = о). В этом случае объемный расход обозначается через Q0.
В качестве измерителей расхода в настоящее время используются различные напорные трубки, суживающие устройства, расходомеры постоянного перепада давлений (ротаметры), а также различного типа счетчики и электромагнитные расходомеры. Напорные трубки используют также для измерения скоростей жидкостей и газов.
Вакуумметры и мановакуумметры с трубчатой пружиной имеют аналогичную конструкцию.
Применяя приборы с трубчатой пружиной, следует иметь в виду, что в условиях переменной температуры изменяется модуль упругости чувствительного элемента, что вызывает необходимость введения поправок к показанию прибора. Кроме того, стабильность показаний трубчатого манометра нарушается явлениями гистерезиса и остаточной деформации, поэтому трубчатые манометры следует тарировать не реже 1 раза в год.
Лабораторная работа №1
Цель: изучить устройство приборов для измерения давления и расхода жидкости. Методика измерения и поверка манометра.
Изучение приборов для измерения давления. Тарировка пружинного манометра
Общие сведения.
Давление (Р) — физическая величина, численно равная силе F, действующей на единицу площади поверхности S перпендикулярно этой поверхности.
В Международной системе единиц (СИ) единицей давления является паскаль (Па). Давление в 1 Па, можно создать силой в 1Н, равномерно распределенной по поверхности площадью в 1м , расположенной перпендикулярно направлению действия силы (1Па=1Н/м ). С целью сокращения числа значащих цифр используют также кратные единицы от единиц СИ, например МПа=106 Па, кПа=103 Па.
Используются также внесистемные единицы измерения давления: техническая атмосфера (ат), равная кгс/см ; миллиметр водяного столба (мм вод.ст.) и миллиметр ртутного столба (мм рт.ст.), отнесенные к нормальным условиям: для воды к 4°С, для ртути к 0°С и нормальному ускорению свободного падения, равному 9,80665 м/с".
Соотношения между единицами давления приведены в таблице 1.1
Таблица 1.1 - Соотношения между единицами измерения давления.
| Единица | Па | кгс/м2 | ат (кгс/м2) | мм вод.ст. | мм рт. ст. |
| Ша | 0,10197 | 0,10197·10-4 | 0,10197 | 7,5003·10-3 | |
| 1кгс/м | 9,80665 | 10-4 | 73,56·10-3 | ||
| 1 кгс/см | 9,80665 ·104 | 104 | 104 | 735,56 | |
| 1мм вод.ст. | 9,80665 | 10-4 | 73,56·10-3 | ||
| 1мм рт.ст. | 133,322 | 13,595 | 13,55 ·104 | 13,595 |
Различают следующие виды давления:
- Абсолютное давление - полное давление, испытываемое газом или жидкостью, равное сумме избыточного и атмосферного давлений:
- Вакуумметрическое - давление, при котором абсолютное давление меньше атмосферного, то такое давление называется
Приборы, предназначенные для измерения абсолютного и избыточного давления, называются манометрами, для измерения атмосферного давления - барометрами. Для измерения разности давлений используют дифференциальные манометры (дифманометры).
Приборы для измерения давления и вакуума (по принципу действия) делят на:
- жидкостные, измеряющие давление высотой столба жидкости;
- металлические, действующие по принципу передачи упругих деформаций рабочими частями (трубками, пластинками) соответственно изменениям давлений;
- поршневые, действующие по принципу передачи давления жидкостью по закону Паскаля посредством изменения нагрузки на поршень;
- электрические, действующие по принципу изменения емкости в цепи или изменения сопротивления проводника пропорциональным изменениям внешнего давления.
По характеру и величине измеряемого давления, приборы делят на:
1) манометры, измеряющие избыточное давление
2)вакуумметры, измеряющие недостаток давления до атмосферного (разряжение):
По назначению приборы классифицируют на рабочие, контрольные, образцовые со шкалами классов точности 0,15; 0,25; и 0,4; микроманометры, дифференциальные манометры, специальные манометры.
По способу фиксации показаний приборы делят на: самопишущие и показывающие.
Рисунок 1.1. - Дифференциальный водяной манометр
Манометр (рис. 1.1.) состоит из двух стеклянных трубок соединённых между собой в верхней части. В месте соединения расположен кран для выпуска воздуха. Воздух над обоими столбиками жидкости расположен под одинаковым давлением, и измеряемая разность давлений будет характеризоваться только разностью жидкости в трубках h.