Абсолютное и избыточное давление. Вакуум

Гидростатическое давление, определяемое уравнением (5.3), называется полным или абсолютным гидростатическим давлением, а входящая в это равенство величина ρ g h – избыточным давлением:

р_изб = ρ g h. (5.13)

Перепишем уравнение гидростатики (5.3) в виде

р_изб = р – р₀. (5.14)

Стеклянная трубка (рис. 1.5) называется пьезометром и может служить для измерения небольшого давления, которое определяется высотой столба данной жидкости, т. е. в единицах длины.

Приборы для измерения давления

Барометрическое (атмосферное) давление измеряют барометрами различных конструкций. Барометры могут быть жидкостными чашечного (а) и сифонного (б) типов и металлическими.

Избыточное давление, называемое также манометрическим, измеряется манометрами, которые бывают жидкостными (пьезометр и манометры в виде U-образной трубки) или пружинными (рабочие органы мембрана или трубчатая пружина).

На этом принципе основано также действие пружинного вакуумметра, который измеряет величину вакуум-метрического давления. Пружинные приборы, которые позволяют измерять как манометрическое, так и вакуумметрическое давление, называются мановакуум-метрами.

В технике часто возникает необхо-димость определения перепада (разности) давлений, например, в двух сосудах, двух трубопроводах или в двух точках одного трубопровода, расположенных на некото-ром расстоянии друг от друга.

Для этой цели применяются дифференциальные манометры (дифманометры). На рис. 1.12 видно, что давление в трубопроводе 1 больше, чем в трубопроводе 2.

Разность давлений определяется по величине перепада уровней рабочей жидкости h в коленах дифманометра и вычисляется по формуле

Δp = (ρ_ж – ρ) g h, (5.15)

где Δp – разность (перепад) давлений, Па;

ρ_ж – плотность рабочей жидкости, кг/м³;

ρ – плотность жидкости (или газа) в

сосудах (трубопроводах), кг/м³;

h – перепад уровней в коленах

дифманометра, м.

Закон Паскаля. Схема работы гидравлического пресса

Из основного уравнения гидростатики (5.3) следует, что внешнее давление р₀, приложенное к свободной поверхности жидкости в замкнутом сосуде, передается в любую точку жидкости без изменения. Это и есть закон Паскаля.

На законе Паскаля основано действие гидравлического пресса гидравлических домкратов.

Гидравлический пресс (рис. 1.13) состоит из большого цилиндра А, в котором движется поршень диаметром D и малого цилиндра В, в котором движется поршень

диаметром d. Малый цилиндр В соединен с насосом, с помощью которого в большой цилиндр А накачивается рабочая жидкость, обычно масло. Поршень малого цилиндра В приводится в движение с помощью рычага второго рода с плечами а и b.

Если приложить к концу рычага силу Q, то на малый поршень d и, значит, на жидкость под ним будет действовать некоторая сила Р₁.

Величина этой силы по закону рычага второго рода равна:

Р₁ = Q a / b. (5.16)

Давление р₁ от малого поршня, создаваемое силой Р₁, равно:

р₁ = 4Р₁ / (π d). (5.17)

Это давление через насос и соединительный трубопровод по закону Паскаля передается как внешнее на большой поршень, причем сила Р₂, действующая на большой поршень, будет равна:

Р₂ = р₁ πD² / 4 = 4Р₁ πD² / (πd²·4) = Р₁ D² / d² = Q а / b (D / d)². (5.18)

Фактически сила, сжимающая груз, вследствие трения в системе будет несколько меньшей. Это учитывается, введением в формулу так называемого коэффициента полезного действия пресса (к.п.д.)

Р₂ = η Q а / b (D / d)², (5.19)

где η – коэффициент полезного действия гидравлического пресса;

η = 0,8…0,85.