ТОП 10:

СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ



Наиболее простой и надежный способ измерения давления в поле силы тяжести основан на использовании гидростатического закона распределения давления (2.3.5). Отметим два наиболее важных в данном случае следствия этого закона:

· распределение давления в жидкости (или газе) не зависит от формы сосуда, в котором она покоится;

· на любой горизонтальной плоскости, пересекающей рассматриваемый (покоящийся) объем однородной жидкости или газа, давление постоянно.

Приборы для измерения давления называют пьезометрами (пьезо - давление) или манометрами.

Рис.2.5. U - образные пьезометры для измерения а - абсолютного давления, б - избыточного давления, в - вакуума; г - U - образный пьезометр с одной измерительной трубкой

Самым распространенным прибором для измерения небольших (имеющих порядок атмосферного) давлений является U-образный пьезометр. Пусть необходимо измерить давление в газе, содержащемся в замкнутом) объеме (рис. 2.5). Присоединим к сосуду один конец U-образной трубки, частично заполненной жидкостью с плотностью r (рис. 2.5,а). Второй свободный конец трубки запаян, и на свободной поверхности жидкости создано поверхностное давление р0 = 0. Приравняв давления в коленах трубки в точках, лежащих на горизонтальной плоскости 0 - 0, получим значение абсолютного давления в сосуде рА:

. (2.5.1)

При этом следует иметь в виду две вносимые этим методом измере­ний погрешности:

· погрешность, связанную с тем, что изменением весового давления в газе, заполняющем сосуд и часть измерительной трубки, пренебрегают. Это, как правило, допустимо, так как плотность газов на три порядка меньше плотности жидкостей;

· погрешность, обусловленную наличием насыщенных паров жидкости над свободной поверхностью рабочей жидкости в свободном колене с за­паянным концом; давление насыщенных паров может быть учтено при вычислении рА, но во многих случаях им можно пренебречь, так как оно на два порядка меньше атмосферного давления.

Чаще всего на практике требуется измерить отклонение абсолютного давления от атмосферного, т.е. избыточное давление ри или вакуум рвак. В дальнейшем изложении для избыточного давления вместо ри будем ис­пользовать обозначение р. Для измерения отклонения абсолютного давле­ния рА от атмосферного ра используют U-образную трубку со свобод­ным концом, открытым для атмосферного давления (рис. 2.5,б). При­равняв давления в точках на плоскости 0 – 0, найдем избыточное давле­ние р (рис. 2.5,б):

(2.5.2)

или вакуум рвак (рис. 2.5, в):

. (2.5.3)

В некоторых случаях, когда диапазон изменения измеряемого давле­ния невелик по сравнению с атмосферным, используют U-образную труб­ку, свободное колено которой имеет площадь поперечного сечения во много раз (на два-три порядка) больше, чем колено, присоединяемое к точке измерения давления (рис. 2.5,г). При такой конструкции U-образной трубки изменение уровня свободной поверхности левого колена при изменении давления рА в резервуаре практически не меняет уровня жидкости в правом (широком) колене. Это позволяет следить за давлени­ем в резервуаре, контролируя уровень жидкости в одном (левом) колене (а не в обоих, как в обычном U-образном пьезометре).

Подобная конструкция используется в приборах для измерения ат­мосферного давления, называемых барометрами (рис. 2.6). Они состоят из широкой чашки, в которой на свободную поверхность рабочей жидко­сти действует атмосферное давление, и присоединенной к ней вертикаль­ной трубки с запаянным свободным концом; эта трубка заполне­на жидкостью, и на свободной поверхности в ней создается давление р0 = рнп » 0. Приравняв давление в точках на плоскости 0 – 0, имеем

. (2.5.4)

Согласно (2.5.4), измеряя высоту ha, легко вычислить атмосферное

давление ра.

Рис. 2.6. Барометры: а - принципиальная схема, б - ртутный, в - водяной

При конструировании пьезометров и барометров важен рациональный выбор рабочей жидкости. Так, нормальное атмосферное давление на уровне моря равно ра = 1.012 ×105 Па. Если выбрать в качестве рабочей жидкости воду (rв = 1000 кг/м3), то

,

и, следовательно, высота водяного барометра будет более 10 метров. Чтобы уменьшить габариты барометра, в качестве рабочей жидкости используют ртуть (rHg = 13600 кг/м3). В этом случае , т.е. высота ртутного барометра не превысит 1 м.

Отметим, что зависимости (2.6.1) и (2.6.2) позволяют выражать значение давления не только в паскалях, но и в единицах высоты столба рабочей жидкости. В частности, атмосферное давление измеряют, как правило, в миллиметрах ртутного столба.

Для измерения абсолютного и избыточного давлений используют разнообразные механические приборы, называемые манометрами.

В зависимости от чувствительного элемента различают поршневые, деформационные, пружинные манометры и манометры, использующие пьезоэлектрические и пьезомагнитные эффекты. Манометры тарируются в основном с помощью U-образных пьезометров.

КИНЕМАТИКА СПЛОШНОЙ СРЕДЫ

Задача кинематики - описание движения среды независимо от внешних условий, которые инициируют и поддерживают движение. Т.к. сплошная среда представляет собой непрерывную совокупность точек, то чтобы описать её движение, необходимо описать движение всех точек. Поэтому вернёмся к некоторым понятиям теоретической механики, изучающей движение точки.







Последнее изменение этой страницы: 2017-01-26; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.85.214.125 (0.006 с.)