Виды гидростатического давления. Приборы для измерения давления

 

Гидростатическое давление делится на полное или абсолютное, избыточное и вакуум. Полное или абсолютное гидростатическое давление в любой точке или сечении жидкости равно внешнему давлению на ее свободной поверхности , сложенному с давлением столба жидкости ,у которого основание равно единице площади, а высота - глубине погружения точки или сечения в жидкость.

Т.е.

Разность между абсолютным гидростатическим и атмосферным давлением называется избыточным или манометрическим давлением, характеризующим избыток давления по сравнению с атмосферным.

Т.е. ,

.

Если на поверхности жидкости давление больше атмосферного, то избыточное давление в рассматриваемом случае будет равно:

таким образом, избыточное давление в ном случае создается как за счет веса столба жидкости ,так и за счет разности давлений .

В инженерной практике очень часто приходиться, встречаться со случаями, когда гидростатическое давление оказывается меньше атмосферного т.е. когда . В таких случаях говорят о разрежении или вакууме. Вакуумом (вакуумметрическим давлением) называется разность между атмосферным и абсолютным давлением, характеризующая недостаток давления до окружающего атмосферного:

.

Рассмотрим геометрическое истолкование (рис. 13) понятия гидростатического и пьезометрического напоров , так как любое давление может быть выражено через единицы столба жидкости. Предположим, что в сосуде заключен некоторый объем жидкости, на свободной поверхности которого давление . В точках 1 и 2 к сосуду присоединены трубки, одна из которых открыта (точка 2), а другая запаяна и из нее откачан полностью весь воздух (точка 1).

 

 

Рисунок 13 - К понятиям гидростатического и пьезометрического напоров.

 

В трубке 1 жидкость поднимется на высоту , называемую приведенной высотой давления, а в трубке 2 на высоту , называемую пьезометрической высотой.

Гидростатическим напором в данной точке жидкости называется сумма приведенной высоты давления и геометрической высоты Z ₁положения рассматриваемой точки 1 относительно произвольной плоскости сравнения 0-0.

Энергетический смысл гидростатического напора: он является суммой двух удельных потенциальных энергий: положения Z и давления .

Пьезометрическими напором в данной точке жидкости называется сумма пьезометрической высоты и геометрической высоты Z ₂ относительно плоскости сравнения 0-0.

Для измерения давления применяют различные приборы, которые можно подразделить на две основные группы: жидкостные и механические.

Простейшим прибором является пьезометр, измеряющий давление в жидкости высотой столба той же жидкости. Он представляет собой стеклянную трубку, открытую с одного конца (трубка на рис. 14а). Пьезометр - очень чувствительный и точный прибор, однако он удобен только при измерении небольших давлений, в противном случае трубка получается очень длинной, что осложняет его применение.

 

 

а) пьезометр

 

 

 

б) манометр

 

в) дифференциальный манометр

Рисунок 14 – Жидкостные приборы для измерения давления

Для уменьшения длины измерительной трубки применяют приборы с жидкостью большей плотностью (например, ртутью). Ртутный манометр представляет собой У-образную трубку, изогнутое колено которого заполняется ртутью (рис. 14б). Под действием давления в сосуде уровень ртути в левом колене манометра понижается, а в правом - повышается.

Дифференциальный манометр применяют в тех случаях, когда необходимо измерить не давление в сосуде, а разность давлений в двух сосудах или в двух точках одного сосуда (рис. 14 в).

Применение жидкостных приборов ограничивается областью сравнительно небольших давлений. Если необходимо измерять высокие давления, применяют приборы второго типа -механические.

Пружинный манометр является наиболее распространенным из механических приборов. Он состоит (рис.15а) из полой тонкостенной изогнутой латунной или стальной трубки (пружины) 1, один конец которой запаян и соединен приводным устройством 2 с зубчатым механизмом 3. На оси зубчатого механизма располагается стрелка 4. Второй конец трубки открыт и соединен с сосудом, в котором замеряется давление. Под действием давления пружина деформируется (распрямляется) и через приводное устройство приводит в действие стрелку, по отклонению которой определяют значение давления по шкале 5.

 

а) пружинный манометр б) мембранный манометр

Рисунок 15 - Механические приборы для измерения давления.

 

Мембранные манометры также относятся к механическим (рис. 15б). В них вместо пружины устанавливается тонкая пластина-мембрана 1 (металлическая или из прорезиненной материи). Деформация мембраны посредством приводного устройства передается стрелке, указывающей значение давления.

Механические манометры имеют по сравнению с жидкостными некоторые преимущества: портативность, универсальность, простоту устройства и эксплуатации, большой диапазон измеряемых давлений.

Для измерения давлений меньше атмосферного применяют жидкостные и механические вакуумметры, принцип работы которых тот же, что и у манометров.