Прибор для измерения избыточного давления. Приборы для измерения давления жидкости. На что обратить внимание при выборе

Министерство образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

ИЗУЧЕНИЕ ПРИБОРОВ

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Методические указания

к выполнению лабораторной работы

для студентов специальностей

150400, 170500, 290300, 120100.

Одобрено

Редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

Саратов 2003

Методические указания к выполнению лабораторной работы.

Составили: Сунчаляев Фарид Тимерханович

Сизов Владимир Михайлович

Рецензент: Устинов Н.А.

Редактор:

ИЗУЧЕНИЕ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Ц е л ь р а б о т ы: изучение устройства и принципа действия приборов

для измерения давления по схемам и наглядным пособиям.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Давлением называется сила воздействия жидкой среды на единицу ограничивающей ее поверхности. Давление является скалярной величиной.

Единицей давления в системе СИ является Паскаль. Внесистемные единицы давления - килограмм- сила на квадратный сантиметр (кгс/см 2) - атмосферное давление (ат), метры водяного столба (м..вод.ст), мм ртутного столба (мм. рт. ст.). Единицы давления связаны между собой следующим образом:

1Па = 1 Н/м 2 , 1кгс/см 2 =98,07кПа, 1 м.вод.ст. = 9,807 кПа

1ат. = 98,07 кПа, 1мм.рт.ст. = 133,32 Па

Измеряемое давление подразделяется на абсолютное Р абс . , атмосферное Р ат . , избыточное Р изб . = Р абс . - Р ат и вакуум Р вак . = Р ат - Р абс

Классификация приборов

По назначению приборы для измерения давления подразделяются на четыре вида:

1) Приборы для измерения атмосферного давления -барометры,

2) Приборы для измерения избыточного давления и вакуума.

Положительное избыточное давление измеряется манометрами. Приборы, измеряющие недостаток давления до атмосферного, т.е. вакуум, называются вакууметрами. Для измерения избыточного давления и вакуума используются мановакууметры.

3) Приборы для измерения абсолютного давления. Если абсолютное давление больше атмосферного, то оно равно сумме показаний манометра и барометра. Если абсолютное давление меньше атмосферного, то оно равно разности показаний барометра и вакуумметра.

4) Приборы для измерения разности давлений дифференциальные манометры.

Область применения приборов по назначению показана на рис.1.

По принципу действия приборы для измерения давления делятся на жидкостные, деформационные или пружинные, грузопоршневые, косвенные (электрические и комбинированные).

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРИБОРОВ

Ж и д к о с т н ы е п р и б о р ы

Принцип действия жидкостных приборов основан на уравновешивании измеряемого давления давлением столба жидкости. Мерой давления служит высота столба жидкости. Жидкостные приборы позволяют измерять атмосферное давление, вакуум, избыточное давление и разность давлений.

а) Пьезометр применяется для измерения избыточного давления и представляет собой вертикально установленную стеклянную трубку с открытым верхним концом, сообщающимся с атмосферой. Нижний конец трубки соединяется с резервуаром или трубкой, где измеряется давление (рис.2). Для отключения пьезометра устанавливается кран.

Величина избыточного давления Р изб. в рассматриваемой точке определяется по формуле:

где ρ – плотность жидкости, кг/м 3 ;

g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с;

h - показание по шкале пьезометра, м;

h 0 – разность по вертикали между нулем шкалы и рассматриваемой

точкой, м.

б) Дифференциальный манометр представляет собой U – образную стеклянную трубку, примерно наполовину заполненную рабочей жидкостью (рис.3). Открытые концы трубки присоединены с точками измерения давления. Под действием разности давления рабочая жидкость перетекает в сторону меньшего давления, и по шкале определяется разность уровней рабочей жидкости.

Разность давлений Р 1 – Р 2 определяется по формуле

где - плотность рабочей жидкости, кг/м 3 ;

- плотность жидкости, находящейся над рабочей жидкостью, кг/м 3 ;

- разность уровней рабочей жидкости по шкале, м;

1 – разность отметок точек измерения давления.

При 1 = 0, формула упрощается

В качестве рабочей жидкости в дифференциальных манометрах используется ртуть. При измерении небольших перепадов давления газов используется вода. В случае измерения небольших перепадов давления в трубах, заполненных водой, используются пьезометры, подключенные в точках измерения перепада давления.

На схеме пьезометра (Рис. 2.) цифрами обозначены: I - резервуар;

2 - стеклянная трубка; 3 - шкала; 4 - кран; 5 - соединительный шланг; 6 - штуцер.

На схеме жидкостного дифференциального манометра (Рис. 3.)

I - стеклянная трубка; 2 - соединительные шланги; 3 - штуцеры; 4 - трубы с различными давлениями.

Дифференциальный манометр может также использоваться в качестве манометра и вакуумметра. В этом случае один конец трубки сообщается с атмосферой.

Основными достоинствами жидкостных приборов для измерения давления являются простота устройства и высокая точность. Для увеличения чувствительности при измерениях малых давлений используются жидкости с малой плотностью. При невозможности применения жидкостей с малой плотностью для измерения давлений используются приборы с наклонной трубкой 2 и наклонной шкалой 3 (рис.4), в которых наполнение стеклянной трубки, зависит от угла наклона , измеряемого по неподвижной шкале. Избыточное давление Р в рассматриваемой точке определяется по формуле.

Чувствительность прибора увеличивается с уменьшением угла наклона трубки α.

На рис. 4. показан пьезометр с наклонной трубкой. Цифрами обозначены:

I - резервуар или труба; 2 - стеклянная трубка; 3 - шкала; 4 - шкала угломера.

Основной недостаток жидкостных приборов - малый диапазон изменяемых давлений. С увеличением диапазона измеряемого давления увеличивается длина стеклянных трубочек. Кроме того, во многих жидкостных приборах в качестве рабочей жидкости используется ртуть, пары которого, являются ядовитыми.

Простота устройства, стабильность показаний, высокая чувствительность определяет широкое применение жидкостных приборов в лабораторной практике, а также их применение для градуировки и тарировки других приборов для измерения давления.

Д е ф о р м а ц и о н н ы е п р и б о р ы

Принцип действия деформационных приборов основан на деформации упругого элемента под действием давления. Упругий элемент может быть выполнен в виде полой искривленной трубки, заглушенной с одной стороны, мембраны, сильфона. Мерой давления служит деформация упругого элемента. Упругий элемент должен сохранять постоянными свои характеристики при изменении температуры окружающей среды и жидкости в течение всего периода эксплуатации. Поэтому в наиболее ответственных случаях требуется периодическая тарировка этих приборов.

П р и б о р ы с т р у б ч а т о й п р у ж и н о й.

На рис. 5. показан деформационный прибор с трубчатой пружиной Основной деталью этих приборов является полая трубка, имеющая в сечении форму овала и согнутая по дуге окружности так, чтобы большая ось овала была перпендикулярна плоскости трубки. Один конец трубки запаян и свободен, а другой открытый конец трубки закреплен к корпусу 4 и к нему подводится измеряемое давление. Под действием давления трубка деформируется. В манометрах- разгибается, в вакуумметрах -скручивается, в той или иной степени, в зависимости от величины давления. При этом свободный конец трубки 3 перемещается в том или ином направлении и через передаточный механизм (5-поводок,6-зубчатый сектор) поворачивает стрелку 7 и по циферблату 6 прибора на угол, пропорциональный измеряемому давлению.

М е м б р а н н ы е п р и б о р ы.

Принцип действия мембранного прибора (рис.6) основан на прогибе упругой мембраны 1 под действием давления.

Через поводок 2 зубчат сектор 3 и шестеренку прогиб передается на стрелку 4 прибора, перемещающегося вдоль циферблата 5. Мембранный прибор может измерять избыточное давление и вакуум.

Пружинные приборы портативны, просты в устройстве и применимы, в большом диапазоне изменения давлении, однако вследствие изменения со временем свойств упругого элемента требуется периодическая тарировка этих манометров.

Пружинные манометры изготавливаются по следующим классам точности - 0,5; I; 1,5; 2,5; 4, что соответствует относительной, погрешности измерения в процентах.

Г р у з о п о р ш н е в ы е п р и б о р ы

Принцип действия грузопоршневых приборов основан на уравновешивании измеряемого давления, действующего на поршень внешней силой. Величина этой силы является мерой давления. Измеряемое давление определяется как отношение веса груза G к площади поршня S,

Грузопошневые приборы для измерения давления имеют высокую точность, но из-за высокой требовательности к условиям эксплуатации и громоздкости они используются для тарировки приборов с другим принципом действия.

Пр и б о р ы к о с в е н н о г о д е й с т в и я

Действие электрических приборов основано не изменении электрических свойств (пьезоэлектрики) или сопротивления некоторые металлов под действием нагрузки или давления. Затем электрический сигнал преобразуется, усиливается и передается на цифровой индикатор или процессор, управляющий технологическим процессом. Электрические приборы удобны для применения с ЭВМ.

В комбинированных приборах используются различные принципы действия.

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Ознакомление с приборам для измерения давления начинает с теоретического изучения по методическому указанию, вычерчивая схемы и выписывая необходимые сведения о приборах. Затем переходят к изучению приборов по наглядным пособиям, находящимся в лаборатории гидравлики. Жидкостные приборы при изучении не разбираются. Пружинные приборы при изучении разбираются под руководством преподавателя. Категорически запрещается осуществлять разборку приборов при отсутствии преподавателя. Устройство приборов сравниваются с приборами, приведенными на схемах. При необходимости вносятся дополнения в описании приборов в тетради. После завершения изучения приборов они собираются в порядке, обратном разборке, также под руководством преподавателя.

Отчет по работе каждым студентом оформляется письменно в отдельной тетради и должен содержать:

1. Название работы.

2. Формулировку цели работы.

3. Основные понятия, относящиеся ко всем приборам.

4. Схему и описание одного жидкостного прибора.

5. Схему и описание одного пружинного прибора.

Описание грузопоршневых приборов и приборов косвенного

действия.

Схемы приборов должны быть выполнены в карандаше с использованием чертежных инструментов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется давлением?

2. Виды давления и единица измерения давления?

3. Какие по назначению бывают приборы для измерения давления?

4. Какие принципы действия приборов для измерения давления?

5. Назначение, устройство и принцип действия пьезометров?

6. Назначение, устройство и принцип действия дифференциальных манометров?

7. Достоинства и недостатки жидкостных приборов для измерения давления?

8. Принцип действия и устройство приборов с трубчатой пружиной?

9. Принцип действия и устройство мембранного прибора для измерения давления?

10. Класс точности пружинных приборов для измерения давления и

что он означает?

11. Принцип действия и область применения грузопоршневых

приборов для измерения давления?

12. Принцип действия и область применения приборов для

измерения давления косвенного действия?

ЛИТЕРАТУРА

1. Прозоров И.В., Николедзе Г.И., Минеев А.В. Гидравлика, водоснабжение и канализация: Учеб. пособие для строит, спец. вузов.- М.: Выс. шк., 1990, - 448 с.: ил.

2. Башта Т.М., Руднев С. С., Некрасов Б.Б. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы.- М.: Машиностроение, 1982.-423 с.: ил.

Время, отведенное на лабораторную работу

Надежный манометр является гарантом безаварийной работы системы, независимо от того, водопровод - это, газопровод, система отопления или замкнутый цикл любого производства. Существуют разные виды таких приборов и в этой статье мы подробно остановимся на них.

Существует давление трех основных типов:

1. Атмосферное . Это когда атмосфера воздействует на поверхность земли, а также на все находящееся на ней. Здоровый человек его не ощущает, так как оно обычно компенсируется внутренним давлением организма.
2. Вода в водопроводе может испытывать избыточное давление . Отсюда правило - оно возникает в замкнутом пространстве в различных средах.
3. Абсолютное возникает при взаимодействии первого и второго вида давления, то есть это сумма показателей атмосферного и избыточного.

Манометр - это прибор, который измеряет второй вид давления (избыточный) в различных системах.

Выбор устройства

Промышленность наших дней использует разные виды манометров. Чтобы произвести правильную покупку измерительного прибора , который будет по всем параметрам подходить для решения производственных процессов, нужно знать:

• Тип манометра.
• Рабочий диапазон измерения давления.
• Класс его точности.
• Среду его установки.
• Размеры корпуса.
• Функциональную нагрузку прибора.
• Куда будет установлен, а также размер резьбы штуцера.
• Эксплуатационные условия.

Если следовать вышеизложенному списку, тогда можно подобрать оптимальный прибор, так как все производители манометров придерживаются установленных стандартов . Поэтому устройства разных компаний по сути являются взаимозаменяемыми.

Типы манометров

Современное приборостроение предлагает несколько типов устройств, которые являются измерителями давления в разном диапазоне:

Чтобы осуществить правильный выбор прибора по допустимому интервалу давления следует знать рабочие значения давления технологического процесса , для чего и совершается покупка измерительного прибора. Не ошибитесь в операциях со знаками плюс и минус и прибавьте 30% к рабочему показателю.

Измерительный прибор выбирается с учетом условий и среды эксплуатации. Это будет специальный манометр для работы с воздухом, водой, паром, кислородом, аммиаком, ацетоном или газом. Среда может быть разной, в том числе и агрессивной, поэтому материалы приборов рассчитаны на такие условия эксплуатации. Показатели корпуса, в частности, прочность, диаметр, при выборе учитываются, если предстоит его работа в условиях вибрации или повышенной влажности, чтобы исключить повреждение корпуса от коррозии или механического воздействия.

Функциональная нагрузка

Прибор по измерению давления выбирается в зависимости от потребностей производственного процесса, он должен соответствовать функциям и условиям эксплуатации. Манометры подразделяются на следующие виды функциональной нагрузки:

О назначении сообщает тип корпуса прибора, он может быть:

• Виброустойчивым.
• взрывозащищенным.
• Коррозионностойким.

Применяются манометры в системах котлов, судового и железнодорожного оборудования. Существует группа приборов, способная эксплуатироваться в пищевой отрасли производства. Материал корпуса измерительного прибора позволяет соответствовать условиям службы.

Установка манометра

Перед монтажом нужно обязательно знать случаи, когда измерительные приборы не следует применять:

Прибор устанавливается на видном месте, чтобы любой сотрудник мог увидеть его показания. Манометр монтируют на трубопроводе между запорной арматурой и сосудом.

Корпус должен иметь диаметр в значении не менее 10 сантиметров, не меньше 16 сантиметров на высоте 2–3 метра. Манометры, которые применяются для измерения давления газов , имеют разные цвета корпусов. Например, если корпус у прибора голубой, то это значит перед вами устройство для измерения давления кислорода, желтый свидетельствует о назначении работы с аммиаком, красный используется для горючих газов, черный - негорючих, белый предназначается для ацетилена.