Связь между единицами давления

 

Единица измерения давления	Н/м2	бар	атмосфера техническая, кг/см2	атмосфера физическая, атм	мм водяного столба или кг/м2	мм ртутного столба
Н/м2		1 ·10-5	1,02 ·10-5	0,987 ·10-5	0,102	7,5 ·10-5
бар	1· 105		1,02	0,987	1,02·104
атм.техн., кг/см2	9,81·104	0,981		0,968	1·104
атм.физ., кг/см2	1,013·105	1,013	1,033		1,033·104
мм вод.ст. или кг/м2	9,81	9,81·10-5	1·10-4	9,68·10-5		7,36·10-2
мм рт.ст.	133,3	1,333·10-8	1,36·10-8	1,31·10-8	13,6

 

 

2. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО

ДАВЛЕНИЯ (БАРОМЕТРЫ)

 

Барометры предназначены для измерения абсолютной величины атмосферного давления в пределах его действительного колебания от 600 до 800 мм рт.ст. с точностью 0,5 мм рт.ст.

Ртутно-чашечный барометр (рис. 1) состоит из трубки, заполненной ртутью, верхний конец которой запаян, а нижний погружен в сосуд с ртутью.

Принцип действия прибора основан на уравновешивании давления столба атмосферного воздуха силой тяжести ртутного столбика высотой h. Колебания ртути в трубке при изменении атмосферного давления происходят совершенно свободно, так как из трубки выкачан воздух (над ртутью находится так называемая "торричеллиевая пустота").

 

 

Рис. 1. Ртутно-чашечный барометр:

1 – сосуд, заполненный ртутью и сообщающийся с атмосферой;

2 – стеклянная трубка, запаянная сверху; 3 – прорезь для наблюдения поверхности

мениска ртути; 4 – деления шкалы, нанесенные с учетом изменения уровня в сосуде;

5 – термометр; 6 – металлическая оправа

 

Величина атмосферного давления определяется по шкале с помощью визира, снабженного нониусом.

Правила установки и эксплуатации ртутно-чашечного барометра следующие.

1. Прибор должен находиться в строго вертикальном положении.

2. Прибор не должен находиться на солнце.

Поскольку в технике принято измерять барометрическое давление величиной ртутного столба при 0 ⁰С и нормальном ускорении силы тяжести, к показаниям барометра вводятся следующие поправки.

1. Поправка Δt для приведения показания барометра к 0 ⁰С (по термометру 5 и таблицам).

2. Поправка для приведения к нормальному ускорению силы тяжести g = 980, 665 см/с².

Кроме этого, к показанию прибора вводится инструментальная поправка по свидетельству прибора.

На рис. 2 представлен барометр-анероид.

 

Рис. 2. Барометр-анероид:

1 – мембранная коробка; 2 – штифт; 3 – коленчатый рычаг; 4 – тяга;

5 – рычаг; 6 – нить; 7 – стрелка; 8 – ось стрелки; 9 – спиральная пружина;

10 – плоская пружина; 11 – шкала

 

Принцип действия барометра-анероида основан на использовании упругих свойств мембранной коробки 1, являющейся его основным рабочим органом.

Мембранная коробка 1 представляет собой цилиндр, закрытый с торцов двумя гофрированными пластинками (мембранами). Внутри коробки создается разрежение. С увеличением атмосферного давления мембраны прогибаются, штифт 2 опускается и поворачивает коленчатый рычаг 3 на некоторый угол посредством тяги 4. Рычаг 3 с помощью рычага 5 и нити 6, навернутой на ось 8, перемещает стрелку 7 по шкале 11.

Нить всегда находится в натянутом положении благодаря наличию спиральной пружины 9. Ход мембраны непропорционален изменению атмосферного давления, поэтому для получения равномерной шкалы прибора анероид снабжается пружиной 10.

Особых правил для установки барометра-анероида не имеется.

 

3. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗБЫТОЧНОГО

ДАВЛЕНИЯ ИЛИ РАЗРЕЖЕНИЯ

 

Схема простейшего U-образного манометра приведена на рис. 3.

U-образный манометр применяется для измерения небольших избыточных давлений или разрежений, а также небольших перепадов давлений – в этом случае прибор называется дифференциальным манометром.

Шкала прибора в зависимости от того, какая рабочая жидкость залита в U-образную трубку, дает значения давления или разрежения в мм вод.ст. или мм рт.ст.

Прибор позволяет измерять избыточное давление, разрежение и перепад давлений в пределах 700-1000 мм вод.ст. или мм рт.ст. с точностью до 0,5 мм вод.ст. или мм рт.ст.

Принцип действия прибора основан на уравновешивании избыточного давления или разрежения весом столба рабочей жидкости высотой h мм.

Для выполнения измерений U-образная стеклянная трубка заливается рабочей жидкостью так, чтобы уровни жидкости своими менисками установились на отметке 0-0. Один конец U-образной трубки при помощи резинового шланга соединяется с местом отбора давления или разрежения, другой остается открытым.

При измерении перепада давлений оба конца U-образной трубки при помощи резиновых шлангов соединяются с местами отбора давлений или разрежений. По шкале определяют разность высот уровней в коленах: h = h₁+h₂. Это и будет величина измеряемого избыточного давления, разрежения или перепада давлений.

При работе прибор должен находиться в строго вертикальном положении.

 

4. ТЯГОМЕРЫ

 

Тягомерами называются приборы, предназначенные для измерения небольших (до 2500 мм вод.ст.) давлений и разрежений.

По своему устройству и принципу действия тягомеры разделяются на стеклянные с наклонной трубкой и мембранные.

Изображенный на рис. 4 тягомер представляет разновидность U-образного манометра, у которого одно колено выполнено в виде сосуда с большим сечением, другое – в виде трубки.

 

 

Площадь сечения сосуда в несколько десятков раз больше площади сечения наклонной трубки. Понижение заполняющей жидкости в сосуде А незначительно, им можно пренебречь, поэтому отсчет ведется только по уровню жидкости в наклонной трубке Б. Вследствие того, что трубка расположена наклонно, каждое деление на ней в несколько раз больше, чем на вертикальной. Чем меньше угол наклона, тем выше точность измерения, однако угол меньше 10^о не делают из-за трудностей отсчета. Прибор имеет передвижную шкалу, которая устанавливается на ноль при заполнении его жидкостью.

При измерении давлений с измеряемой средой соединяется сосуд А, а наклонная трубка остается открытой; при измерении разрежений – наоборот. Приборы этого типа служат для точных измерений при испытаниях различных установок и для проверки стационарных приборов.

При установке и эксплуатации должны соблюдаться следующие правила.

1. Прибор заполняется рабочей жидкостью до отметки "0" на шкале прибора.

2. Рабочая жидкость и ее плотность должны соответствовать указанию на шкале.

3. Прибор устанавливается строго по уровню.

5. ПРУЖИННЫЙ МАНОМЕТР

 

Манометры с одновитковой трубчатой пружиной (пружиной Бурдона) предназначены для измерения избыточного давления жидкостей, паров и газов.

Мановакуумметры предназначены для измерения избыточного давления и разрежения, а вакуумметры – для измерения разрежения газообразных сред, действующих разрушающе на детали приборов.

Шкала пружинных манометров градуируется в технических атмосферах (кг/см²), шкала вакуумметров – в мм рт.ст.

Пределы измерения избыточного давления 0,3-10000 кг/см², разрежения – до 760 мм рт.ст.

Допустимая погрешность указанных приборов измеряется в процентах от максимального значения шкалы.

Процент допустимой погрешности соответствует классу точности прибора и колеблется от 0,5 до 4%.

Принцип действия пружинного манометра основан на использовании упругих свойств трубчатой пружины Бурдона, являющейся его главным рабочим органом (рис. 5).

Трубчатая пружина Бурдона представляет собой полую трубку эллиптического или овального сечения, согнутую по кругу (рис. 6). Большая ось эллипса сечения расположена параллельно оси, проходящей через точку "0", перпендикулярно к плоскости окружности.

Свободный конец трубчатой пружины запаян, а второй конец соединяется с измеряемой средой.

Под действием избыточного давления трубчатая пружина стремится распрямиться. Этому противодействует упругость материала пружины. Таким образом, угол закручивания изменяется соответственно колебанию давления измеряемой среды.

Явление распрямления трубчатой пружины Бурдона объясняется тем, что с увеличением внутреннего избыточного давления в полости пружины малая ось эллипса сечения пружины увеличивается, а длина пружины до и после деформации неизменна, т.е. дуги "ав" и "а'в' " сохраняют первоначальную длину.

Материалами трубчатых пружин Бурдона являются:

латунь (для измерения давлений до 1500-2000 кг/см²);

сталь (для измерения давлений свыше 2000 кг/см²).

Рис. 6. Трубчатая пружина Бурдона

Пружинный манометр работает следующим образом: при подводе измеряемого избыточного давления во внутреннюю полость трубчатой пружины Бурдона пружина стремится распрямиться. Отклонение свободного конца пружины 1 (см. рис. 5) через поводок 2, сектор 3 и трубку 4 преобразуется в отклонение стрелки 5 по шкале.

После снятия давления пружина за счет своей упругой деформации возвращает стрелку обратно.

 

Правила установки и эксплуатации манометров

с трубчатой пружиной Бурдона

1. При выборе шкалы прибора необходимо иметь в виду, что максимальное давление, измеряемое прибором, не должно быть больше 2/3 шкалы при спокойной нагрузке и 1/2 шкалы при колеблющейся нагрузке, а минимальное давление, измеряемое в обоих случаях, не должно быть меньше 1/3 шкалы.

Рис. 7. Схема установки манометра с сифонной трубкой: 1 – манометр; 2 – трехходовой кран; 3 – сифонная трубка; 4 – стенка трубопровода

2. Приборы не должны устанавливаться таким образом, чтобы на них действовало добавочное давление столба жидкости, в противном случае необходимо вводить поправку.

3. Для предохранения приборов от действия высокой температуры они не должны устанавливаться в непосредственной близости от нагретых частей машин, барабанов котлов и прочих подобных установок.

Максимальная температура окружающей среды не должна быть выше +60 ⁰С и ниже + 10 ⁰С.

4. Для предохранения самой пружины Бурдона от непосредственного действия пара или горячих жидкостей и газов, вызывающих коррозионный износ и неточность показаний, манометр присоединяют к трубопроводу или аппарату через сифонную трубку, которая всегда должна быть заполнена конденсатом или какой-либо другой нейтральной жидкостью (рис. 7).

 

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

Отчет должен содержать:

1) цель работы;

2) схемы приборов для измерения давления;

3) характеристики приборов.

 

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется давлением?

2. Назовите единицы измерения давления.

3. Какое давление используется в качестве параметра состояния вещества?

4. Типы приборов для измерения давления. Их устройство и принцип действия. Пределы измерения давления приборами. Правила их установки.

5. Манометры с пружиной Бурдона: устройство; работа; правила установки и эксплуатации.

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

 

1. Муренин Г.А. Теплотехнические измерения. – М.: Энергия, 1968. –584 с.

2. Чистяков С.Ф., Радун Д.В. Теплотехнические измерения и приборы. – М.: Высшая школа, 1972. – 392 с.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3