Тема 7 Средства измерений давления и разрежения

Тема № 7: Средства измерений давления и разрежения Групповое занятие № 7: Измерение давления

Учебные цели § Изучить общие сведения о давлении § Изучить классификацию средств измерений давления § Изучить сущность методов измерений давления

Учебные вопросы 1. Общие сведения об измерении давления 2. Методы измерений давления 3. Классификация приборов для измерения давления

1. Общие сведения о давлении § Давление — физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных (перпендикулярных к поверхности) сил, с которыми одно тело действует на поверхность другого § Под давлением понимается сила, с которой молекулы вещества в термодинамической системе воздействуют на единицу ограничивающей ее поверхности § За единицу давления в Международной системе единиц СИ принято давление, называемое паскалем (Па)

Соотношение наиболее распространенных единиц давления Бар кгс/см 2 мм вод. ст. мм рт. ст. (торр) in H 2 О in Hg psi 1 1. 10 -5 1, 02. 10 -1 7, 5. 10 -3 4, 01. 10 -3 2, 95. 10 -4 1, 45. 10 -4 Бар, Bar 1. 105 1 1, 02. 104 7, 5. 102 4, 01. 102 2, 95. 10 1, 45. 10 Килограмм сила на кв. см, kgf/cm 2 9, 8. 104 9, 8. 10 -1 1 1. 104 7, 36. 102 3, 94. 102 2, 9. 10 1, 42. 10 9, 8. 10 -5 10. 10 -5 1 7, 36. 10 -2 3, 94. 10 -2 2, 9. 10 -3 1, 42. 10 -3 Наименование единиц Па Паскаль, Ра Миллиметр водного столба, mm H 2 О

Соотношение наиболее распространенных единиц давления Наименование единиц мм вод. ст. мм рт. ст. (торр) in H 2 О in Hg psi Па бар кгс/см 2 Миллиметр ртутного столба, mm Hg 1, 33. 102 1, 33. 10 -3 1, 36. 10 1 5, 35. 10 -1 3, 94. 10 -2 1, 93. 10 -2 Дюйм водяного столба, in H 2 О 2, 49. 102 2, 49. 10 -3 2, 54. 10 1, 87 1 7, 36. 10 -2 3, 61. 10 -2 Дюйм ртутного столба, in Hg 3, 39. 103 3, 39. 10 -2 3, 45. 102 2, 54. 10 1, 36. 10 1 4, 91. 10 -1 Фунт-сила на кв. дюйм, psi 6, 89. 103 6, 89. 10 -2 7, 03. 102 5, 17. 10 2, 77. 10 2, 04 1

Виды давления Абсолютное Избыточное Давление Атмосферное Вакуумметрическое Атмосферное давление (Рв) создается массой воздушного столба земной атмосферы. Оно имеет переменную величину, зависящую от высоты местности над уровнем моря, географической широты и метеорологических условий (барометрическое давление). Абсолютное давление (Ра) – это давление внутри какой либо системы, под которым находится газ, пар или жидкость, отсчитываемое от абсолютного нуля. На поверхности Земли Ра=100 к. Па=1 бар. Вакуумметрическое давление определяется разностью между атмосферным давлением и абсолютным давлением внутри вакуумной системы Избыточное давление определяется разностью между абсолютным давлением (Ра) и атмосферным давлением (Рв)

2. Методы измерений давления Прямые измерения Косвенные измерения 1. Поршневой метод 1. Деформационный метод 2. Жидкостной метод 2. Электрический метод

2. Методы измерений давления Измеряемое давление сравнивается с силами тяжести грузов Измеряемое давление сравнивается с силами давления столба жидкости (ртути, воды) соответствующей высоты Измеряемое давление сравнивается с силами развиваемыми при деформации упругих элементов (пружин, мембран, манометрических и анероидных коробок, сильфонов и манометрических трубок) Измеряемое давление сравнивается с упругими силами, возникающими при деформации некоторых материалов и вызывающими электрические эффекты

3. Классификация средств измерений давления Средства измерений давления классифицируют по следующим признакам: § по используемому методу измерения § по виду измеряемого давления

Классификация по используемому методу измерения Жидкостные Грузопоршневые Электрические Деформационные

Используемые уравновешивающие жидкости Плотность ρ, кг/м 3, при температуре, 0 С Жидкость Обозначение 10 15 20 25 30 35 Этиловый спирт С 2 Н 5 ОН 817 813 809 804 800 796 Вода Н 2 О 1000 999 998 997 996 994 Четыреххлористый углерод ССl 4 1614 1604 1594 1585 1575 1566 Бромоформ CHBr 3 2920 2904 2890 2878 2868 - Ртуть Hg 13570 13558 13546 13534 13521 13509

3. 1. Жидкостные средства измерения давления Простейшим прибором для измерения давления или разности давлений является двухтрубный (или U образный) манометр. p=hρg

3. 1. Жидкостные средства измерения давления Более удобным средством измерения давления является однотрубный (чашечный) манометр, в котором одна из трубок заменена сосудом, диаметр его, как правило, в 20 раз больше диаметра трубки. Принцип действия манометра аналогичен рассмотренному выше. р = h ρg(1+s/S) 1

3. 1. Жидкостные средства измерения давления Однотрубный микроманометр, основанный на том же принципе, применяется для измерения малых величин давления (до 2 к. Па). В этом манометре стеклянная трубка расположена под углом α к горизонту. При этом точность измерения увеличивается в несколько раз. р = lρg sin α

3. 2 Грузопоршневые манометры Уравновешивающие воспринимаемое поршнем давление р (Па) при равновесии системы определяемое по формуле: где G 1 и G 2 – массы поршня с тарелкой и грузов, кг; S — площадь поршня, м 2; gн — нормальное ускорение свободного падения тел, м/с2. 1 – сосуд; 2 – цилиндрическая колонка; 3 – соединительный штуцер; 4 – стальной поршень; 5 – тарелка; 6 грузы

3. 2 Грузопоршневые манометры 1 – колонка; 2 – корпус винтового гидравлического пресса; 3 – стальной поршень; 4 – тарелка; 5 – грузы; 6, 7 – штуцера; 8 – поверяемый манометр; 9 11, 16, 17 – игольчатые вентили; 12 – винтовой шток; 13 – манжетный поршень; 14 – перемещаемый маховик; 15 воронка В качестве рабочей жидкости применяют: керосин, трансформаторное или касторовое масло. Показания грузопоршневых манометров необходимо корректировать на непостоянство силы тяжести g, используя формулу: ΔР = (g/ 9, 8066 1)

3. 3. Электрические средства измерений давления Пьезоэлектрические манометры применяют при из мерении пульсирующего с высокой частотой давления в механизмах с допустимой нагрузкой на чувствительный элемент до 8 ГПа. Чувствительным элементом в пьезоэлектрических манометрах, преобразующим механические напряжения в колебания электрического тока, являются пластины цилиндрической или прямоугольной формы толщиной в несколько миллиметров из кварца, титаната бария или керамики типа ЦТС (цирконат титанат свинца). Величина электрического заряда будет прямо пропорциональна давлению: q = kp. S 1 – крышка; 2, 4 и 5 металлическая прокладка; 3 изолированный проводник; 6 – штуцер; 7 – мембрана; 8 и 9 – пьезоэлементы; 10 – шарик;

3. 3. Электрические средства измерений давления Схема тензометрического прибора а) схема прибора; б) деформации мембраны ( 1 – корпус; 2 – круглая сапфировая пластина; 3 – выводные провода; 4 – сборные пластинки; 5 диэлектрик) В тензометрических манометрах в качестве чувствительного элемента применяются тензорезисторы, принцип действия которых основан на изменении сопротивления под действием деформации.

3. 3. Электрические средства измерений давления Принцип действия тепловых вакуумметров основан на зависимости теплопроводности газовой среды от степени ее разряжения. В обеих схемах чувствительным элементом является нагретая путем пропускания электрического тока платиновая нить 3, расположенная в вакуумном баллоне 2. При увеличении разряжения среды ее теплопроводность будет уменьшаться, следовательно, нагретая платиновая нить будет хуже отдавать тепло стенкам вакуумного баллона 2, в результате чего ее температура будет возрастать. Тепловые вакуумметры: а — сопротивления; б— термопарный: 1 — электрические вводы; 2 — вакуумный баллон; 3 — платиновая нить; 4 — соединительная трубка; 5 — термопара

3. Классификация средств измерений давления Средства измерений давления классифицируют по следующим признакам: § по используемому методу измерения § по виду измеряемого давления

Классификация по виду измеряемого давления § Манометр – измерительный прибор для измерения избыточного давления или разности давлений § Барометр – манометр атмосферного давления для измерения давления околоземной атмосферы § Напоромер – манометр избыточного давления в газовых средах (до 40 к. Па) § Вакуумметр – манометр для измерения давления разрежения газа (вакуумметрического давления) § Тягомер – вакуумметр с верхним пределом измерения давления (до 40 к. Па) § Дифференциальный манометр – ИП для измерения разности 2 х давлений (перепада) (до 630 к. Па) § Мановакуумметр – ИП для измерения избыточного давления и давления разреженного газа (от 100 к. Па до 2, 4 МПа)

абсолютная шкала давления 10 -7 Давление Разряжение глубокий вакуум 10 -6 трубчатые пружины DM 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 кварцевые 10 -1 102 101 100 высокое сверх высокое ср ум медные 103 104 105 стальные плоские мембраны поршневые ртутный жм диф-поршневой дпм анероидные коробки манометр пирани Манометр с угольными шайбами сопротивления