Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО « Магнитогорский государственный технический

университет им. Г.И. Носова»

Институт энергетики и автоматики

Кафедра теплотехнических

и энергетических систем

Измерение давления жидкости и газа

Методические указания по выполнению

лабораторной работы для студентов всех

специальностей, изучающих теплотехнические

дисциплины

Магнитогорск

2012

Составители: Ю. И. Тартаковский

Т.П. Семенова

Измерение давления жидкости и газа. Методические указания по выполнению лабораторной работы для студентов всех специальностей, изучающих теплотехнические дисциплины. Маг­нитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2012. 13 с.

Рецензент

© Ю. И. Тартаковский,

Т.П.Семенова, 2012

Измерение давления жидкости и газа

1. Цель работы

Исследование экспериментальным путем методов измерения давления

.

2. Используемое оборудование

Микроманометры, пружинные манометры, пьезометры, трубка Пито, трубка Прандтля, двухтрубный манометр, тягомапоромер, трубка Прандтля.

3. Теоретическая часть

Современная теплоэнергетика обладает технически сложным оборудованием, для безаварийной и экономичной работы которого необходимы контрольно-измерительные приборы. Контрольно-измерительные приборы позволяют поддерживать соответствующие режимы работы энергетических установок в заданном диапазоне, одним из важнейших параметров работы которых является давление жидкостей и газов, измеряемого различного рода манометрами.

При проведении лабораторных работ по курсу « Гидрогазодинамики» применяются различные конструкции приборов для измерения давления. Для получения измерений с минимальной погрешностью необ­ходимо усвоить правильную методику пользования этими приборами

Основными рабочими телами, с которыми производятся экспери­менты в лабораторных условиях, являются воздух и вода при различ­ных температурах.

Все приборы для измерения давления можно разделить на две основные группы:

- приборы для измерения неподвижной среды;

- Приборы для измерения потоков жидкостей.

Измерение давления (разрежения) неподвижной среды

Средние гидростатическое давление выражает силу, приходящуюся в среднем на единицу площади по нормали к ней.

, (1)

При измерении сле­дует различать давление атмосферное, избыточное и абсолютное.

Атмосферное, или барометрическое, давление соответствует среднему давлению атмосферного воздуха, что равно давлению ртут­ного столба высотою 760 мм при = 0°С. Приборы, измеряющие атмо­сферное давление, называются барометрами.

Избыточное давление есть превышение давления среды над ат­мосферным. Приборы, измеряющие избыточное давление, называются манометрами. Манометр всегда показывает разность между абсолют­ным и атмосферным давлением и, следовательно, не учитывает по­следнего.

Абсолютное давление — общее давление, под которым находится жидкость, газ или пар. Оно равно сумме давлений:

Если абсолютное давление меньше атмосферного, то эту величину называют разрежением или вакуумом:

По принципу действия приборы, предназначенные для измерения давления и разрежения, разделяются на жидкостные и пружинные.

Жидкостные приборы, основанные на гидростатическом принципе действия, широко применяют для измерений благодаря их простоте и относительно высокой точности.

Простейшими приборами, для непосредственного определения избыточного давления в резервуарах с жидкостью являются пьезометры, высота поднятия жидкости в пьезометре

Пьезометр представляет собой открытую сверху прозрачную (стеклянную) трубку небольшого диаметра, нижний конец которой присоединен к резервуару, давление в котором измеряется (рис. 1).

P_вак

Рис.1. Измерение давления в сосуде с жидкостью

Чувствительность прибора не ниже 1-2 мм. Прибор имеет значительную инерцию и применяется лишь для измерения практически постоянных усредненных во времени давлений.

Возможности пьезометров значительно расширяются, если в них использовать другую рабочую жидкость, не смешивающуюся с той, которая находится в основном резервуаре.

Такие пьезометры, измеряющие давление жидкости (газа) с помощью другой несмешивающейся жидкости, называют жидкостными манометрами.

Простейший по конструкции двухтрубный (U- образный ) манометр изображен ( на рис.2).

Как правило, в них в качестве рабочей жидкости применяют более плотные жидкости, например, ртуть.

Основу принципа действия жидкостных микроманометров составляет тот же закон сообщающихся сосудов, что и для обычных пьезометров.

Рис.2. (U- образный ) манометр

Для измерения разрежения применяются вакуумметры (рис. 3). Принцип их действия и конструкция такие же, как и механических манометров.

Рис.3 Измерение вакуума в закрытом сосуде

Если давление на свободной поверхность жидкости оказывается меньше атмосферного, (рис.3.) то плоскость пьезометрического напора будет расположена ниже уровня свободной поверхности жидкости на величину , в данном случае имеет место разряжение или вакуум, который определяется как разница между атмосферным и абсолютным давлением.

Микроманометр для измерения небольших давлений и разряжений называют тягонапоромером. Конструктивное отличие состоит лишь в том, в микроманометре пьезометрическая трубка расположена не вертикально, а под некоторым углом к плоскости горизонта, расстояние , между уровнями, измеряемое вдоль длины наклонной трубки можно найти как:

(2 )

Из этой зависимости следует, что при измерении небольших давлений с малозаметным перепадом уровней , показания пьезометра можно существенно увеличить, уменьшая угол наклона пьезометрической трубки к горизонту. На (рис. 4.) представлен тягонапоромер

Рис 4. Тягонапоромер:

Прибор состоит из стеклянного сосуда1, к которому припаяна стеклянная трубка 6, наклоненная под некоторым углом  к горизонту. Сосуд с трубкой укреплен на деревянной доске3 со шкалой 5. Для удобства шкала сделана подвижной, чтобы при заполнении прибора жидкостью можно было совместить ноль шкалы с мениском жидкости в трубке. Для точной установки прибора в горизонтальной плоскости он снабжен уровнем 4.

Тягонапоромер при измерении избыточного давлени подсоединяется шлангом к (+) краю, а при изменении вакуума к противоположному концу трубки 6.

Наибольшее применение среди подобного класса манометров нашли чашечные микроманометры с переменным углом наклона, конструкция которого представлена на рис. 5.

Рис. 5. Микроманометр: 1- резервуар с жидкостью; 2- стойка для изменения угла наклона; 3- градуированная измерительная трубка.

Аналогично тягонапоромеру, микроманометр способен измерять как избыточные давления, подсоединение к (+) , так и разряжение, подсоединение к (-).

В силу своих конструктивных особенностей, жидкостные пьезометры и манометры используют для измерения небольших давлений, не превышающих 8 - 10 кПа.

Для измерения давления более 0,2 -0,3МПа применяют механические манометры – пружинные или мембранные, схема пружинного манометра представлена на (рис.6).

Рис.6 Схема механического пружинного манометра: