ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


ВИМІРЮВАННЯ ТИСКУ В РІДИНІ, ЩО ЗНАХОДИТЬСЯ У спокої ПРИНЦИП ПАСКАЛЯ

Мета роботи: ознайомитися з видами тиску, методами і приладами для його вимірювання; навчитися вимірювати надмірний та вакуумметричний тиск; набути навичок обчислення величини тиску за рівняннями гідростатики.

 

Короткі теоретичні відомості

Види тисків

Найважливіша характеристика рідини, що знаходиться у стані спо­кою, - гідростатичний тиск. Оскільки частинки рідини мають велику рухливість, рідина не здатна чинити опір дії зосереджених сил. Тому діючі в ній сили мають бути розподіленими або на її поверхні, або в об'ємі (масі). Залежно від цього розрізняють поверхневі сили, що пропорційні площі поверхні рідини, та масові, що пропорційні її масі.

Поверхнева сила, що діє на поверхню площею S, може бути розкладена на дві - нормальну до поверхні і тангенціальну. Перша називається силою тиску, друга силою зсуву (тертя). У рідині, що перебуває у спокої, можуть діяти тільки сил тиску, оскільки при наявності сил зсуву неминуче виникає течія.

Напруження сили тиску називається гідростатичним тиском і визначається за формулою:

(1.1)

де S - нескінченно мала поверхня, на яку діє сила тиску Р.

Тиск являє собою кількісну характеристику напруженого стану рідини і є скалярною величиною. Сила ж тиску - векторна величина і, як вже відзначалося, направлена по нормалі до поверхні.

Гідростатичний тиск, що виникає всередині рідини, визначається з основного рівняння гідростатики:

 

(1.2)

 

де р0 - тиск на вільну поверхню рідини;

р - густина рідини;

g - прискорення вільного падіння;

h- глибина занурення точки.

Тиск може бути виміряний і виражений за різними шкалами (рисунок 1.1).

Абсолютна шкала має початком відліку тиск, рівний абсолютному нулю. Виражений за цією шкалою тиск називається абсолютним. За шкалою надмірного тиску відлік починається від тиску, рівного атмосферному (pam), і проводиться у бік збільшення тиску:

pнад= pабс - pаm (1.3)

Рисунок 1.1. – Шкали вимірювання тиску.

За шкалою вакууму відлік проводиться також від тиску, що дорівнює атмосферному, але у бік зменшення тиску. Ця шкала використовується тільки для значень абсолютного тиску. Зв'язок між вакуумом вак) і абсолютним тиском виражається формулою:

 

pвак= pаm - pабс (1.4)

Одиниці тиску в міжнародній, технічній і фізичній системах одиниць виражаються відповідно Н/м2 (Па), кг/м2 і дн/см2. У техніці досить широке застосування знайшли такі одиниці, як мегапаскаль - 1 МПа -106 Н/м2, бар - 1 бар - 103 Н/м2, а також технічна атмосфера - 1 ат - 1 кгс/см2. Іноді, як міру тиску, приймають висоту стовпа рідини, що врівноважує даний тиск (тобто тиск виражається у вигляді відповідного напору якої-небудь рідини). Перехід від тиску до напору відбувається за залежністю:

 

h=pнад /ρg (1.5)

 

що витікає з формул (1.2) і (1.3), за умови, що р0 = рат .

Співвідношення між одиницями тиску в різних системах такі:

Фізична атмосфера (атм.) 101324 Па
Технічна атмосфера кгс/см2 98066,5 Па
Бар 100000 Па
П’єза 1000 Па
Міліметр ртутного стовпа (мм рт. ст.) 133,32 Па
Міліметр водного стовпа (мм вод. ст.) 9,80665 Па
Кілограмсила на квадратний метр (кгс/м2) 9,81 Па
Дина на квадратний сантиметр (дн/см2) 0,1 Па

 

Прилади для вимірювання тиску

Для вимірювання тиску використовуються різні прилади, тип і конструкція яких залежать від тиску, що вимірюється, і тієї точності, яка має бути забезпечена внаслідок вимірювань. Серед приладів для вимірювання тиску розрізняють: п'єзометри, манометри, вакуумметри.

П'єзометр являє собою вертикальну скляну трубку, нижній кінець якої сполучається з тією сферою, де вимірюється тиск, а верхній кінець - з атмосферою (рисунок 1.2). Трубка заповнена рідиною, тиск якої вимірюється, і забезпечена шкалою. Під час підключення п'єзометра до сфери з тиском, що вимірюється, рідина підіймається в ньому на висоту, за якою можна визначити тиск безпосередньо або використовуючи залежність (1.5). П'єзометри використовуються для вимірювання невеликого тиску (до 3...4 мм.вод.ст.). Вони забезпечують досить високу точність вимірювання, тому найчастіше використовуються під час лабораторних гідравлічних досліджень.

Рисунок 1.2 - П'єзометр

Принцип дії манометрів і вакуумметрів однаковий, тому їх конструкції схожі. За конструктивними ознаками манометри і вакуумметри поділяються на такі групи:

• рідинні, що вимірюють тиск за висотою врівноваженого стовпа рідини;

• механічні, що вимірюють тиск за деформацією пружних елементів приладів (пружини або мембрани);

• поршневі, які вимірюють тиск за допомогою навантаженого відомою силою поршня, що переміщується в циліндрі, заповненому маслом;

• електричні, принцип дії яких базується на пропорційності між зміною електричного опору провідників і зміною тиску.

Рідинні манометри і вакуумметри є найпростішими і в той же час досить точними приладами для вимірювання тиску і розрідження.

Різниця тиску в двох точках всередині рідини вимірюється за допомогою диференціальних манометрів (дифманометрів). Як дифманометр може бути використаний U- подібний рідинний манометр. У цьому випадку праве і ліве коліна приладу підключаються до точок, різниця тиску в яких вимірюється. Якщо прилад не працює, робоча рідина знаходиться в обох колінах на однаковому рівні (звичайно по середині колін). Цей рівень і приймають за нуль шкали. Під час підключення приладу робоча рідина переміститься. Висоту врівноваженого стовпа робочої рідини (показання приладу) визначають додаванням висот опускання рідини в одному коліні і підйому - в другому коліні від первинного нульового положення. Якщо з'єднувальні (імпульсні) трубки повністю заповнені рідиною, то шуканий перепад тиску можна знайти за залежністю:

p1 - p2 =p-ρ)ghp (1.6)

 

Необхідно також враховувати поправку на розташування дифманометра відносно точок підключення колін.

Рідинні дифманометри можуть бути використані для вимірювання малих перепадів тиску, якщо підібрати робочу рідину з густиною, близькою до густини рідини в резервуарі. Якщо ρр < р, то U - подібна трубка приладу має бути перевернутою.

Рідинні манометри, вакуумметри, дифманометри, що найчастіше застосовуються в техніці, мають шкалу в межах 100...1000 мм, нижня межа якої визначається точністю відліку, верхня - громіздкістю конструкції і незручністю зняття показів.

Пружинні манометри і вакуумметри мають цілий ряд переваг: зручність шкали для спостереження, простоту будови, надійність у роботі, невеликі розміри, широкі межі вимірювань. Якщо тиск в апараті або в трубопроводі може бути вищим чи нижчим атмосферного, то для його вимірювання використовують мановакуумметри.

 

Опис дослідної установки

Установка для вимірювання тиску (рисунок 1.3) складається зі стенда, на якому змонтовані резервуар А (у ньому вимірюється тиск), рідинний манометр М1, пружинні манометри М2 і М3, вакуумметр В, п'єзометр П. Резервуар частково заповнений рідиною (водою) і забезпечений водомірним склом С. Тиск над вільною поверхнею рідини створюється за допомогою компресора, вакуум - за допомогою вакуум-насоса. Компресор і вакуум-насос розміщені в нижній частині стенда і сполучаються з резервуаром трубопроводами, на яких встановлені вентилі ВТ1 і ВТ2.

Рисунок 1.3 - Схема дослідної установки

Порядок виконання роботи

1. Закрити вентилі ВТ1 і ВТ2.

2. Включити компресор, який створить тиск у резервуарі А, а потім повільно відкрити вентиль ВТ1.

3. При досягненні певного тиску вентиль ВТ1 закрити.

4. Виміряти тиск над вільною поверхнею рідини в резервуарі, тиск у точці D (за допомогою приладів, що є на установці), а також глибину занурення точки D за шкалою, розташованою над водомірним склом.

5. Дослід повторити після зміни тиску в резервуарі А.

При закритих вентилях ВТ1 і ВТ2 ввімкнути вакуум-насос, який створить розрідження у резервуарі. Плавно відкрити вентиль ВТ2. При певному значенні вакууму вентиль ВТ2 закрити і проводити відлік за приладами вимірювання тиску. Під час проведення досліду необхідно стежити, щоб висота стовпа рідини в п'єзометрі була не менше, ніж 0 мм. Атмосферний тиск вимірювати за барометром.

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти